药物与杂环化合物
——《有机化学》课程专题汪波讲授提纲
一、药物与药物研究简介
二、药物中的杂环化合物举例
三、杂环化合物的合成一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
药物 ——是指对失调的机体呈现 有益作用 的化学物质
从功能上，药物可以分为：
——预防药 治疗药 诊断药 保健药
预防、治疗和诊断一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
从来源上，药物可以分为：
无机药物 ——（矿物药）
天然药物 —— 植物药、动物药（中药）
维生物代谢产物（抗生素）
生化药物（如血液、干扰素）
基因药物
合成药物 —— 化学药物（西药）
一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
针对人体各主要系统疾病，有人将药物分为：
中枢神经系统药物外周神经系统药物循环系统药物消化系统药物其他
镇静催眠、
抗癫痫、
抗精神失常、
中枢兴奋、
镇痛一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
针对人体各主要系统疾病，有人将药物分为：
中枢神经系统药物外周神经系统药物循环系统药物消化系统药物其他
拟胆碱药、
抗胆碱药、
拟肾上腺素药、
组胺H
1
受体一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
针对人体各主要系统疾病，有人将药物分为：
中枢神经系统药物外周神经系统药物循环系统药物消化系统药物其他
抗心率失常药
抗慢性心功能不全药
抗心绞痛
抗动脉粥状硬化药
抗高血压药（降压药）
调血脂药等一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
针对人体各主要系统疾病，有人将药物分为：
中枢神经系统药物外周神经系统药物循环系统药物消化系统药物其他
抗溃疡药、
止吐药、
促动力药一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
针对人体各主要系统疾病，有人将药物分为：
中枢神经系统药物外周神经系统药物循环系统药物消化系统药物其他
解热镇痛药、
非甾体抗炎药、
抗肿瘤药、
抗生素、
抗真菌药、
抗病毒药、
激素药物、
维生素等一、药物与药物研究简介
2、药物与生物信息系统
生命体三大要素（对应人体解剖各系统）
物质代谢：消化系统，泌尿系统，循环系统能量代谢：呼吸系统，运动系统与皮肤信息系统：神经系统，内分泌系统，免疫系统
——信息系统起协调物质和能量代谢有序进行的作用；
——同时，信息系统的运转又以物质和能量代谢为基础。
整个生命体组成一个协调的整体。
一、药物与药物研究简介
2、药物与生物信息系统
疾病是生命体功能出现紊乱的表现
——疫病状态下生物信息系统功能表现异常
药物治疗的目的旨在调节失去平衡的机体，使之恢复正常，因此药物也是对生物信息系统的一种干预
——纠正信息系统的障碍环节是治疗的靶标一、药物与药物研究简介
2、药物与生物信息系统
信息 ——指将体内固有的遗传因素和环境变化因素传递到功能调整系统的消息或指令。
信息系统由信号和信号转导两个部分组成
信号 ——传递信息的载体，小分子或大分子化学物质或物理因素
信号的接受与转导 ——经过不同信号分子转换，将信号传递到下游或效应部位
生物信息的特征——“灵活、灵敏、准确、又复杂”
一、药物与药物研究简介
2、药物与生物信息系统
信息系统的两种典型的作用方式：
信号 ——受体 ——效应
信号 ——传导 ——效应
依据药物与生物信息系统作用，药物又可分为：
（1）影响信号分子的药物
（2）影响信号接受系统（受体）的药物
（3）影响细胞内信号转导系统的药物一、药物与药物研究简介
2、药物与生物信息系统
药物对体内信息系统作用的两面性
既有纠正异常信息的一面
也有诱发新的异常信息的一面
需要我们对药物不良反应，作更深入细致的观察，并采取相应手段提高治疗作用，降低不良反应。
一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学
分子生物学 ——发现与疾病相关的基因及其表达产物
结构生物学 ——研究生物活性大分子结构与功能
——构建和表征药物分子的主要手段一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学
对于已知药物 ——讨论它们的制备方法、分析确证、质量控制、
结构变换以及构效关系
从化学角度设计和创建新药 ——
在研究揭示药物的作用机理和作用方式基础上
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
分子药理学 ——揭示药物产生效应的微观过程
细胞药理学 ——细胞水平上揭示药物的作用
系统药理学 ——研究药物对整体系统的作用
临床药理学 ——研究新药对于正常人和患者的疗效和不良反应一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学
评价药物的安全性
了解药物在体内的吸收、
分布、代谢和排泄过程一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学
蛋白质化学、核酸化学、酶动力学和物质代谢是研究药物与蛋白质、核酸等受体作用的基础
微生物产生的次级代谢产物是药物的重要来源之一
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
计算机辅助药物研究
——数据处理、药物和化学信息计算软件、数据库的构建和检索、虚拟筛选等对于药物的分子设计产生了巨大的推动力
——网络使全球形成了软件工具和信息资源共享一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
现代药物研究特点
（1）以受体作为药物的作用靶点
（2）以酶作为药物的作用靶点
（3）以离子通道作为药物作用的靶点
（4）以核酸作为药物的作用靶点一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
推荐书目：
1、郑虎主编，《药物化学》（供药学类专业用），第4版，人民卫生出版社，2000年
2、郭宗儒编著，《药物化学总论》（研究生教学用书），第2版，中国医药科技出版社，2003年
3、魏尔清主编，《药理学前沿 ——信号、蛋白因子、基因与现代药理》，科学出版社，2001年二、药物中的杂环化合物举例二、药物中的杂环化合物举例
CH
2
CHO
CH
2
CHO
+ NH
2
CH
3
CH
2
COOH
C
CH
2
COOH
O
N
CH
3
O
COOH
HOOC
N
CH
3
O
二、药物中的杂环化合物举例二、药物中的杂环化合物举例
奈夫西林
氯唑西林
双氯西林
Cl
NOCl
Cl
NO
氟氯西林
Cl
NOF
对酸稳定
耐酶的半合成青霉素
血药浓度较高
血药浓度较高
胃肠道吸收好二、药物中的杂环化合物举例
常用喹诺酮类抗菌药
N
N N
O
OH
O
HN
N N
O
OH
O
HN
N
F
吡哌酸环丙沙星二、药物中的杂环化合物举例
唑类抗真菌药
Cl
N
N
C
6
H
5 C
6
H
5
Cl
N
N
Cl
N
O
Cl
Cl
克霉唑昔康唑二、药物中的杂环化合物举例
核苷抗病毒药阿糖胞苷
N
N
N
N
NH
2
O
OH
HO
O
OH
HO
N
N
NH
2
O
OH
O
N
3
HO
N
N
NH
2
O
O
OH
HO
N
N
NH
2
O
S
O
HO
N
N
NH
2
O
O
HO
N
N
NH
2
O
F
3
C
OH
三氟胸苷 齐多夫定 阿糖腺苷拉米夫定 司他夫定二、药物中的杂环化合物举例
含杂环维生素举例
N
N
NH
2
N
+
S
OH
Cl
-
N
N
NH
N O
O
OH
OH OH OH
N
R
OH
HO
R = -CH
2
OH,-CHO,-CH
2
NH
2
维生素 B1 维生素 B2 维生素 B6
N
H
H
N
SO O
OH
O
维生素 B12 维生素 H
三、杂环化合物的合成
杂环化合物的重要不仅仅在于药物中的应用
——据统计，在现今已知的有机化合物中，
杂环化合物的数量，占总数的65%以上
——并且杂环化合物具有广泛应用价值三、杂环化合物的合成
生物模拟材料
例：通过对于糜蛋白酶中羟基与咪唑基等多功能基团协同作用的研究，人们合成了相应的模拟酶，其活性比天然糜蛋白酶的活性高
10倍。
N
NH
2
2
CHOH
CH
2
CH
2
COOH
三、杂环化合物的合成
有机导体和超导材料
——已经发现的有机导体中，绝大多数都是杂环化合物
——第一个有机导体是四硫代富瓦烯
——第一个有机超导材料是四硒化合物
S
S
S
S
Se
Se
Se
Se
PF
6
2
三、杂环化合物的合成
储能材料
通过某些杂环分子的扩环和缩环反应，将太阳能储存起来，是近代发现的杂环化合物一个重要新用途。
例：吡唑衍生物在光照下发生缩环反应，生成环丙烷取代的重氮化合物，后者可储能
832J/g
N
N
hν
N N
三、杂环化合物的合成
工程高分子材料
——最早的杂环高聚物：聚酰亚胺
——多种杂环高分子材料具有优良的耐高温、耐酸碱、耐氟化物和电绝缘性能
例：
N
O
O
N
N
N
O
O
O
O
Ph
Ph
n
N
S
N
N
N
N
N
S
H H
三、杂环化合物的合成
杂环染料
HN
NH
O
O
O
O
N
H
H
N
O
O
O
COONa
O
Br
Br
NaO
Br
O
COONa
O
HgOH
Br
NaO
Br
阴丹士林RSN
靛蓝曙红红汞三、杂环化合物的合成重点介绍五元和六元含氮杂环的合成及相关机理
推荐参考书目：
1、邢其毅等，《基础有机化学》（下册）（第二版）,高等教育出版社，1994年
2、花文廷编著，《杂环化学》，北京大学出版社，1991年
3、荣国斌译，《有机人名反应及机理》，华东理工大学出版社，2003年
4、Thomas L,Gilchrist,Heterocyclic Chemistry,3
rd
,
Addison Weeley Longman,1997
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
可以有三种方式，但共同之处在于：采用含有杂原子的取代基和活泼的羰基化合物反应
X X X
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
Knorr反应,α-氨基酮和含活泼亚甲基的羰基化合物的缩合反应
α-氨基酮
C
CH
OR
3
R
2
NHR
1
+
CH
2
R
5
R
4
O
N
R
4
R
3
R
2
R
5
R
1
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
Knorr反应实例：具有 α-氨基酸结构
C
CH
OH
3
C
C
2
H
5
OOC
NH
2
+ CH
2
C
CH
3
COOC
2
H
5
O
N
COOC
2
H
5
H
3
C
C
2
H
5
OOC CH
3
H
H
+
乙酰乙酸乙酯具有 α-氨基酸结构
3-氨基-2-氧代丁酸乙酯
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
null α-卤代醛（或酮）与 β-羰基酯的缩合反应
C
CH
OR
3
R
2
X
+ CH
2
C
R
5
COOC
2
H
5
O
O
COOC
2
H
5
R
3
R
2
R
5
pyridine
H
2
N-R
1
N
COOC
2
H
5
R
3
R
2
R
5
R
1
Feist-Benery Reaction
Hantzesch Reaction
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
null α-羟基酮（或 α-氨基酮）与炔二酸酯缩合
例：
COOC
2
H
5
COOC
2
H
5
C
CH
OPh
Ph
OH
C
CH
OPh
Ph
NH
2
HCl
O
COOC
2
H
5
Ph
Ph COOC
2
H
5
95%
N
H
COOC
2
H
5
Ph
Ph COOC
2
H
5
80%
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
null α,β-不饱和醛（酮）与 α-氨基酸酯缩合
C
CH
OH
3
C
H
2
C
+
CH
2
HN
Ts
COOC
2
H
5
KOC(CH
3
)
3
Et
2
O
N
CH
3
COOC
2
H
5
Ts
OH
P
2
O
5
Benzene
N
CH
3
COOC
2
H
5
Ts
NaOC
2
H
5
N
CH
3
COOC
2
H
5
N
H
CH
3
COOC
2
H
5
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
B、[1+4]型环合反应
1，4-二羰基化合物与氨、碳酸铵、烷基伯胺、芳胺、杂环取代伯胺、肼、取代肼和氨基酸等发生关环得相应的吡咯或取代吡咯。
例：
O
O
(NH
4
)
2
CO
3
110~115
0
C
OH
O
NH
2
N
H
H
CH
3
H
H
3
C
HO
OH
H
H
-2H
2
O
N
H
3
C CH
3
H
X
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
B、[1+4]型环合反应
1，4-二羰基化合物与氨、碳酸铵、烷基伯胺、芳胺、杂环取代伯胺、肼、取代肼和氨基酸等发生关环得相应的吡咯或取代吡咯。
例：
O COOC
2
H
5
O
H
2
NCH
2
COOH
EtOH,冰醋酸
reflux 8h
N
CH
2
COOH
Paal-Knorr环化反应
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
B、[1+4]型环合反应
1，4-二羰基化合物本身在浓硫酸等脱水剂的作用下，生成相应的呋喃化合物。
例：
C
6
H
5
C
6
H
5
O
O
PPA
140~150
0
C
O
C
6
H
5
OH
C
6
H
5
H
+
O
C
6
H
5
C
6
H
5
多聚磷 酸
1、五元杂环化合物的合成
二唑及其衍生物的一般合成方法
A、[4+1]型环合反应
含氮1，4-二羰基化合物进行类似Paal-Knorr
型的环化反应，是合成咪唑及其衍生物的最好方法。
例：
HN
C
6
H
5
C
6
H
5
O
O
NH
4
OAc
AcOH,relux
HN
C
6
H
5
C
6
H
5
OH
O
NH
2
N
N
H
H
C
6
H
5C
6
H
5
HO
OH
H
C
6
H
5
-2H
2
O
N
N
C
6
H
5
C
6
H
5
H
C
6
H
5
C
6
H
5
C
6
H
5
93%
C
6
H
5
C
6
H
5
NH
2
O
+
CO-X
1、五元杂环化合物的合成
二唑及其衍生物的一般合成方法
A、[4+1]型环合反应
含氮1，4-二羰基化合物直接与脱水剂反应得噁唑及其衍生物。
例：
HN
O
O
H
2
SO
4
N
O
H
3
C CH
3
Ac
2
O
1、五元杂环化合物的合成
二唑及其衍生物的一般合成方法
B、[3+2]型环合反应
合成异唑类的通用方法
例,CH
2
CHO
+
NH
2
NH
2
CHO
N
N
H
CH
2
CH(OC
2
H
5
)
2
+
NH
2
OH
CH(OC
2
H
5
)
2
N
O
HCl
H
2
O
1、五元杂环化合物的合成
吲哚（苯并吡咯）及其衍生物的合成方法
A、Fischer合成法
某些醛或酮与芳香肼作用，经过苯腙在酸催化下加热
例：
O
+
N
NH
2
CH
3
CH
3
N
N
CH
3
PPA
100
0
C
N
1、五元杂环化合物的合成
吲哚（苯并吡咯）及其衍生物的合成方法
A、Fischer合成法
某些醛或酮与芳香肼作用，经过苯腙在酸催化下加热
例：
经过了一个分子内重排
+
NHH
2
N
O
NNH
N
H
N
H
NH
NH
H
NH
2
NH
N
H
1、五元杂环化合物的合成
吲哚（苯并吡咯）及其衍生物的合成方法
B、Bischler-Mohlau合成法
null α -卤代酮和一个芳香胺一起加热，经过 α-
氨基酮中间体后再环化
例,R
3
+
H
C COR
2
X
R
1
NH
2
R
3
N
H
CH
R
1
COR
2
N
R
1
R
2
H
R
3
1、五元杂环化合物的合成
吲哚（苯并吡咯）及其衍生物的合成方法
B、Bischler-Mohlau合成法
null α-卤代酮和一个芳香胺一起加热，经过 α-氨基酮中间体后再环化
例：
COCH
2
Br
+
H
2
N
NH
2
COCH
3
+
C
CH
CH
3
CH
3
O
Br
NHCH
3
+
C
CH
C
6
H
5
C
6
H
5
O
HO
N
H
N
H
COCH
3
CH
3
CH
3
N
CH
3
C
6
H
5
C
6
H
5
1、五元杂环化合物的合成
苯并二唑及其衍生物的合成方法
A、由邻位二取代的两个取代基之间发生反应并同时脱去一个小分子而关环
例：
CH
3
O
2
N N=N OH
-H
2
O
N
H
N
O
2
N
COOH
NHNH
2
N
H
N
HCl
H
+
OH
ClCH
2
CH
2
CH
2
N(CH
3
)
2
NaOH
N
H
N
OCH
2
CH
2
CH
2
N(CH
3
)
2
消痛静
1、五元杂环化合物的合成
苯并二唑及其衍生物的合成方法
B、由取代苯发生分子内的亲核或亲电取代环合反应
例：
NO
2
NO
2
CH=N
NHR
NaOH
NO
2
NO
2
CH=N
N
-
R
N
H
N
NO
2
CHO
NO
2
NO
2
+H
2
NNHR
1、五元杂环化合物的合成
苯并二唑及其衍生物的合成方法
C、由邻位二取代苯和另一个分子反应，从而插入一个环碳原子
例：
NH
2
NH
2
N
H
N
+ HOOCCH
2
C
6
H
5
CH
2
C
6
H
5
NH
2
NH
2
N
H
N
+ NC-NH-COOCH
3
NHCOOCH
3
H
3
COC
H
3
COC
驱虫药：甲苯咪唑
2、六元杂环化合物的合成
吡啶及其衍生物的合成方法
A、工业方法
——乙炔和氨反应
——用丁烯酸、甲醛、水蒸汽、空气和氨一起在SiO
2
、Al
2
O
3
催化下，400
0
C气相反应得到
HC CH
+NH
3
H
2
CCHNH
2
N
2、六元杂环化合物的合成
吡啶及其衍生物的合成方法
B、Hantzsch反应及其类似合成法
——两分子的 β-酮酸酯与一分子醛和一分子氨进行缩合，得到二氢吡啶，还经氧化脱氢，得到对称的产物。
2CH
3
COCH
2
COOC
2
H
5
+ RCHO NH
3
+
N
R
CH
3
H
3
C
COOC
2
H
5
C
2
H
5
OOC
HNO
3
N
R
CH
3
H
3
C
COOC
2
H
5
C
2
H
5
OOC
N
R
CH
3
H
3
C
2+2+1+1
N
CH
3
H
3
C
COOC
2
H
5
C
2
H
5
OOC
NO
2
心痛定
2、六元杂环化合物的合成
吡啶及其衍生物的合成方法
B、Hantzsch反应及其类似合成法
O
O O
+ RCHO
O
O O
CHR
RO
C
2
H
5
OOC COOC
2
H
5
O
NH
3
RO
C
2
H
5
OOC COOC
2
H
5
NH
EtOOC COOEt
R
O
HN
C
2
H
5
OOC COOC
2
H
5
R
O
NH
2
O
O O
N
H
R
COOEtEtOOC
H
3
C CH
3
OH
N
H
R
COOEtEtOOC
H
3
C CH
3
反应机理
2、六元杂环化合物的合成
吡啶及其衍生物的合成方法
C、类似Hantzsch反应的合成法
——1，5-二羰基化合物和氨的反应
——β-二羰基化合物与 α-氰基乙酰氨反应
HC CH CH
2
CHOOHC
+
NH
3 N
CH
2
OCH
3
C
CH
2
C
CH
3
O
O
+
CN
CH
2
C
NH
2
O
N
+
CH
2
OCH
3
CN
O
-
H
3
C
H
N
+
CH
3
CN
O
-
H
3
COH
2
C
H
+
3+3
5+1
小结
一、药物简介
二、药物中杂环化合物举例
三、杂环化合物的合成
——吡咯和呋喃的一般合成方法
——二唑及其衍生物的一般合成方法
——吲哚（苯并吡咯）及其衍生物的合成方法
——苯并二唑及其衍生物的合成方法
——吡啶及其衍生物的合成方法五元杂环六元杂环全学期学习内容回顾
缩合反应
重排
合成
糖
氨基酸、多肽
脂、核苷
杂环化合物合成期末考试时间和地点
时间：6月7日下午3：00-5：30
地点：F301：材化、化工、化生
E301：化学、应化、重修
答疑时间和地点：
请留心化学论坛学习园地通知
——《有机化学》课程专题汪波讲授提纲
一、药物与药物研究简介
二、药物中的杂环化合物举例
三、杂环化合物的合成一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
药物 ——是指对失调的机体呈现 有益作用 的化学物质
从功能上，药物可以分为：
——预防药 治疗药 诊断药 保健药
预防、治疗和诊断一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
从来源上，药物可以分为：
无机药物 ——（矿物药）
天然药物 —— 植物药、动物药（中药）
维生物代谢产物（抗生素）
生化药物（如血液、干扰素）
基因药物
合成药物 —— 化学药物（西药）
一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
针对人体各主要系统疾病，有人将药物分为：
中枢神经系统药物外周神经系统药物循环系统药物消化系统药物其他
镇静催眠、
抗癫痫、
抗精神失常、
中枢兴奋、
镇痛一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
针对人体各主要系统疾病，有人将药物分为：
中枢神经系统药物外周神经系统药物循环系统药物消化系统药物其他
拟胆碱药、
抗胆碱药、
拟肾上腺素药、
组胺H
1
受体一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
针对人体各主要系统疾病，有人将药物分为：
中枢神经系统药物外周神经系统药物循环系统药物消化系统药物其他
抗心率失常药
抗慢性心功能不全药
抗心绞痛
抗动脉粥状硬化药
抗高血压药（降压药）
调血脂药等一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
针对人体各主要系统疾病，有人将药物分为：
中枢神经系统药物外周神经系统药物循环系统药物消化系统药物其他
抗溃疡药、
止吐药、
促动力药一、药物与药物研究简介
1、药物的定义与分类
针对人体各主要系统疾病，有人将药物分为：
中枢神经系统药物外周神经系统药物循环系统药物消化系统药物其他
解热镇痛药、
非甾体抗炎药、
抗肿瘤药、
抗生素、
抗真菌药、
抗病毒药、
激素药物、
维生素等一、药物与药物研究简介
2、药物与生物信息系统
生命体三大要素（对应人体解剖各系统）
物质代谢：消化系统，泌尿系统，循环系统能量代谢：呼吸系统，运动系统与皮肤信息系统：神经系统，内分泌系统，免疫系统
——信息系统起协调物质和能量代谢有序进行的作用；
——同时，信息系统的运转又以物质和能量代谢为基础。
整个生命体组成一个协调的整体。
一、药物与药物研究简介
2、药物与生物信息系统
疾病是生命体功能出现紊乱的表现
——疫病状态下生物信息系统功能表现异常
药物治疗的目的旨在调节失去平衡的机体，使之恢复正常，因此药物也是对生物信息系统的一种干预
——纠正信息系统的障碍环节是治疗的靶标一、药物与药物研究简介
2、药物与生物信息系统
信息 ——指将体内固有的遗传因素和环境变化因素传递到功能调整系统的消息或指令。
信息系统由信号和信号转导两个部分组成
信号 ——传递信息的载体，小分子或大分子化学物质或物理因素
信号的接受与转导 ——经过不同信号分子转换，将信号传递到下游或效应部位
生物信息的特征——“灵活、灵敏、准确、又复杂”
一、药物与药物研究简介
2、药物与生物信息系统
信息系统的两种典型的作用方式：
信号 ——受体 ——效应
信号 ——传导 ——效应
依据药物与生物信息系统作用，药物又可分为：
（1）影响信号分子的药物
（2）影响信号接受系统（受体）的药物
（3）影响细胞内信号转导系统的药物一、药物与药物研究简介
2、药物与生物信息系统
药物对体内信息系统作用的两面性
既有纠正异常信息的一面
也有诱发新的异常信息的一面
需要我们对药物不良反应，作更深入细致的观察，并采取相应手段提高治疗作用，降低不良反应。
一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学
分子生物学 ——发现与疾病相关的基因及其表达产物
结构生物学 ——研究生物活性大分子结构与功能
——构建和表征药物分子的主要手段一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学
对于已知药物 ——讨论它们的制备方法、分析确证、质量控制、
结构变换以及构效关系
从化学角度设计和创建新药 ——
在研究揭示药物的作用机理和作用方式基础上
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
分子药理学 ——揭示药物产生效应的微观过程
细胞药理学 ——细胞水平上揭示药物的作用
系统药理学 ——研究药物对整体系统的作用
临床药理学 ——研究新药对于正常人和患者的疗效和不良反应一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学
评价药物的安全性
了解药物在体内的吸收、
分布、代谢和排泄过程一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学
蛋白质化学、核酸化学、酶动力学和物质代谢是研究药物与蛋白质、核酸等受体作用的基础
微生物产生的次级代谢产物是药物的重要来源之一
化学
生物学
药物化学
药理学
毒理学和药代动力学
生物化学 和微生物学
计算机科学与信息科学一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
计算机辅助药物研究
——数据处理、药物和化学信息计算软件、数据库的构建和检索、虚拟筛选等对于药物的分子设计产生了巨大的推动力
——网络使全球形成了软件工具和信息资源共享一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
现代药物研究特点
（1）以受体作为药物的作用靶点
（2）以酶作为药物的作用靶点
（3）以离子通道作为药物作用的靶点
（4）以核酸作为药物的作用靶点一、药物与药物研究简介
3、药物研究的相关学科简介
推荐书目：
1、郑虎主编，《药物化学》（供药学类专业用），第4版，人民卫生出版社，2000年
2、郭宗儒编著，《药物化学总论》（研究生教学用书），第2版，中国医药科技出版社，2003年
3、魏尔清主编，《药理学前沿 ——信号、蛋白因子、基因与现代药理》，科学出版社，2001年二、药物中的杂环化合物举例二、药物中的杂环化合物举例
CH
2
CHO
CH
2
CHO
+ NH
2
CH
3
CH
2
COOH
C
CH
2
COOH
O
N
CH
3
O
COOH
HOOC
N
CH
3
O
二、药物中的杂环化合物举例二、药物中的杂环化合物举例
奈夫西林
氯唑西林
双氯西林
Cl
NOCl
Cl
NO
氟氯西林
Cl
NOF
对酸稳定
耐酶的半合成青霉素
血药浓度较高
血药浓度较高
胃肠道吸收好二、药物中的杂环化合物举例
常用喹诺酮类抗菌药
N
N N
O
OH
O
HN
N N
O
OH
O
HN
N
F
吡哌酸环丙沙星二、药物中的杂环化合物举例
唑类抗真菌药
Cl
N
N
C
6
H
5 C
6
H
5
Cl
N
N
Cl
N
O
Cl
Cl
克霉唑昔康唑二、药物中的杂环化合物举例
核苷抗病毒药阿糖胞苷
N
N
N
N
NH
2
O
OH
HO
O
OH
HO
N
N
NH
2
O
OH
O
N
3
HO
N
N
NH
2
O
O
OH
HO
N
N
NH
2
O
S
O
HO
N
N
NH
2
O
O
HO
N
N
NH
2
O
F
3
C
OH
三氟胸苷 齐多夫定 阿糖腺苷拉米夫定 司他夫定二、药物中的杂环化合物举例
含杂环维生素举例
N
N
NH
2
N
+
S
OH
Cl
-
N
N
NH
N O
O
OH
OH OH OH
N
R
OH
HO
R = -CH
2
OH,-CHO,-CH
2
NH
2
维生素 B1 维生素 B2 维生素 B6
N
H
H
N
SO O
OH
O
维生素 B12 维生素 H
三、杂环化合物的合成
杂环化合物的重要不仅仅在于药物中的应用
——据统计，在现今已知的有机化合物中，
杂环化合物的数量，占总数的65%以上
——并且杂环化合物具有广泛应用价值三、杂环化合物的合成
生物模拟材料
例：通过对于糜蛋白酶中羟基与咪唑基等多功能基团协同作用的研究，人们合成了相应的模拟酶，其活性比天然糜蛋白酶的活性高
10倍。
N
NH
2
2
CHOH
CH
2
CH
2
COOH
三、杂环化合物的合成
有机导体和超导材料
——已经发现的有机导体中，绝大多数都是杂环化合物
——第一个有机导体是四硫代富瓦烯
——第一个有机超导材料是四硒化合物
S
S
S
S
Se
Se
Se
Se
PF
6
2
三、杂环化合物的合成
储能材料
通过某些杂环分子的扩环和缩环反应，将太阳能储存起来，是近代发现的杂环化合物一个重要新用途。
例：吡唑衍生物在光照下发生缩环反应，生成环丙烷取代的重氮化合物，后者可储能
832J/g
N
N
hν
N N
三、杂环化合物的合成
工程高分子材料
——最早的杂环高聚物：聚酰亚胺
——多种杂环高分子材料具有优良的耐高温、耐酸碱、耐氟化物和电绝缘性能
例：
N
O
O
N
N
N
O
O
O
O
Ph
Ph
n
N
S
N
N
N
N
N
S
H H
三、杂环化合物的合成
杂环染料
HN
NH
O
O
O
O
N
H
H
N
O
O
O
COONa
O
Br
Br
NaO
Br
O
COONa
O
HgOH
Br
NaO
Br
阴丹士林RSN
靛蓝曙红红汞三、杂环化合物的合成重点介绍五元和六元含氮杂环的合成及相关机理
推荐参考书目：
1、邢其毅等，《基础有机化学》（下册）（第二版）,高等教育出版社，1994年
2、花文廷编著，《杂环化学》，北京大学出版社，1991年
3、荣国斌译，《有机人名反应及机理》，华东理工大学出版社，2003年
4、Thomas L,Gilchrist,Heterocyclic Chemistry,3
rd
,
Addison Weeley Longman,1997
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
可以有三种方式，但共同之处在于：采用含有杂原子的取代基和活泼的羰基化合物反应
X X X
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
Knorr反应,α-氨基酮和含活泼亚甲基的羰基化合物的缩合反应
α-氨基酮
C
CH
OR
3
R
2
NHR
1
+
CH
2
R
5
R
4
O
N
R
4
R
3
R
2
R
5
R
1
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
Knorr反应实例：具有 α-氨基酸结构
C
CH
OH
3
C
C
2
H
5
OOC
NH
2
+ CH
2
C
CH
3
COOC
2
H
5
O
N
COOC
2
H
5
H
3
C
C
2
H
5
OOC CH
3
H
H
+
乙酰乙酸乙酯具有 α-氨基酸结构
3-氨基-2-氧代丁酸乙酯
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
null α-卤代醛（或酮）与 β-羰基酯的缩合反应
C
CH
OR
3
R
2
X
+ CH
2
C
R
5
COOC
2
H
5
O
O
COOC
2
H
5
R
3
R
2
R
5
pyridine
H
2
N-R
1
N
COOC
2
H
5
R
3
R
2
R
5
R
1
Feist-Benery Reaction
Hantzesch Reaction
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
null α-羟基酮（或 α-氨基酮）与炔二酸酯缩合
例：
COOC
2
H
5
COOC
2
H
5
C
CH
OPh
Ph
OH
C
CH
OPh
Ph
NH
2
HCl
O
COOC
2
H
5
Ph
Ph COOC
2
H
5
95%
N
H
COOC
2
H
5
Ph
Ph COOC
2
H
5
80%
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
A、[2+3]型环合反应
null α,β-不饱和醛（酮）与 α-氨基酸酯缩合
C
CH
OH
3
C
H
2
C
+
CH
2
HN
Ts
COOC
2
H
5
KOC(CH
3
)
3
Et
2
O
N
CH
3
COOC
2
H
5
Ts
OH
P
2
O
5
Benzene
N
CH
3
COOC
2
H
5
Ts
NaOC
2
H
5
N
CH
3
COOC
2
H
5
N
H
CH
3
COOC
2
H
5
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
B、[1+4]型环合反应
1，4-二羰基化合物与氨、碳酸铵、烷基伯胺、芳胺、杂环取代伯胺、肼、取代肼和氨基酸等发生关环得相应的吡咯或取代吡咯。
例：
O
O
(NH
4
)
2
CO
3
110~115
0
C
OH
O
NH
2
N
H
H
CH
3
H
H
3
C
HO
OH
H
H
-2H
2
O
N
H
3
C CH
3
H
X
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
B、[1+4]型环合反应
1，4-二羰基化合物与氨、碳酸铵、烷基伯胺、芳胺、杂环取代伯胺、肼、取代肼和氨基酸等发生关环得相应的吡咯或取代吡咯。
例：
O COOC
2
H
5
O
H
2
NCH
2
COOH
EtOH,冰醋酸
reflux 8h
N
CH
2
COOH
Paal-Knorr环化反应
1、五元杂环化合物的合成
吡咯和呋喃的一般合成方法
B、[1+4]型环合反应
1，4-二羰基化合物本身在浓硫酸等脱水剂的作用下，生成相应的呋喃化合物。
例：
C
6
H
5
C
6
H
5
O
O
PPA
140~150
0
C
O
C
6
H
5
OH
C
6
H
5
H
+
O
C
6
H
5
C
6
H
5
多聚磷 酸
1、五元杂环化合物的合成
二唑及其衍生物的一般合成方法
A、[4+1]型环合反应
含氮1，4-二羰基化合物进行类似Paal-Knorr
型的环化反应，是合成咪唑及其衍生物的最好方法。
例：
HN
C
6
H
5
C
6
H
5
O
O
NH
4
OAc
AcOH,relux
HN
C
6
H
5
C
6
H
5
OH
O
NH
2
N
N
H
H
C
6
H
5C
6
H
5
HO
OH
H
C
6
H
5
-2H
2
O
N
N
C
6
H
5
C
6
H
5
H
C
6
H
5
C
6
H
5
C
6
H
5
93%
C
6
H
5
C
6
H
5
NH
2
O
+
CO-X
1、五元杂环化合物的合成
二唑及其衍生物的一般合成方法
A、[4+1]型环合反应
含氮1，4-二羰基化合物直接与脱水剂反应得噁唑及其衍生物。
例：
HN
O
O
H
2
SO
4
N
O
H
3
C CH
3
Ac
2
O
1、五元杂环化合物的合成
二唑及其衍生物的一般合成方法
B、[3+2]型环合反应
合成异唑类的通用方法
例,CH
2
CHO
+
NH
2
NH
2
CHO
N
N
H
CH
2
CH(OC
2
H
5
)
2
+
NH
2
OH
CH(OC
2
H
5
)
2
N
O
HCl
H
2
O
1、五元杂环化合物的合成
吲哚（苯并吡咯）及其衍生物的合成方法
A、Fischer合成法
某些醛或酮与芳香肼作用，经过苯腙在酸催化下加热
例：
O
+
N
NH
2
CH
3
CH
3
N
N
CH
3
PPA
100
0
C
N
1、五元杂环化合物的合成
吲哚（苯并吡咯）及其衍生物的合成方法
A、Fischer合成法
某些醛或酮与芳香肼作用，经过苯腙在酸催化下加热
例：
经过了一个分子内重排
+
NHH
2
N
O
NNH
N
H
N
H
NH
NH
H
NH
2
NH
N
H
1、五元杂环化合物的合成
吲哚（苯并吡咯）及其衍生物的合成方法
B、Bischler-Mohlau合成法
null α -卤代酮和一个芳香胺一起加热，经过 α-
氨基酮中间体后再环化
例,R
3
+
H
C COR
2
X
R
1
NH
2
R
3
N
H
CH
R
1
COR
2
N
R
1
R
2
H
R
3
1、五元杂环化合物的合成
吲哚（苯并吡咯）及其衍生物的合成方法
B、Bischler-Mohlau合成法
null α-卤代酮和一个芳香胺一起加热，经过 α-氨基酮中间体后再环化
例：
COCH
2
Br
+
H
2
N
NH
2
COCH
3
+
C
CH
CH
3
CH
3
O
Br
NHCH
3
+
C
CH
C
6
H
5
C
6
H
5
O
HO
N
H
N
H
COCH
3
CH
3
CH
3
N
CH
3
C
6
H
5
C
6
H
5
1、五元杂环化合物的合成
苯并二唑及其衍生物的合成方法
A、由邻位二取代的两个取代基之间发生反应并同时脱去一个小分子而关环
例：
CH
3
O
2
N N=N OH
-H
2
O
N
H
N
O
2
N
COOH
NHNH
2
N
H
N
HCl
H
+
OH
ClCH
2
CH
2
CH
2
N(CH
3
)
2
NaOH
N
H
N
OCH
2
CH
2
CH
2
N(CH
3
)
2
消痛静
1、五元杂环化合物的合成
苯并二唑及其衍生物的合成方法
B、由取代苯发生分子内的亲核或亲电取代环合反应
例：
NO
2
NO
2
CH=N
NHR
NaOH
NO
2
NO
2
CH=N
N
-
R
N
H
N
NO
2
CHO
NO
2
NO
2
+H
2
NNHR
1、五元杂环化合物的合成
苯并二唑及其衍生物的合成方法
C、由邻位二取代苯和另一个分子反应，从而插入一个环碳原子
例：
NH
2
NH
2
N
H
N
+ HOOCCH
2
C
6
H
5
CH
2
C
6
H
5
NH
2
NH
2
N
H
N
+ NC-NH-COOCH
3
NHCOOCH
3
H
3
COC
H
3
COC
驱虫药：甲苯咪唑
2、六元杂环化合物的合成
吡啶及其衍生物的合成方法
A、工业方法
——乙炔和氨反应
——用丁烯酸、甲醛、水蒸汽、空气和氨一起在SiO
2
、Al
2
O
3
催化下，400
0
C气相反应得到
HC CH
+NH
3
H
2
CCHNH
2
N
2、六元杂环化合物的合成
吡啶及其衍生物的合成方法
B、Hantzsch反应及其类似合成法
——两分子的 β-酮酸酯与一分子醛和一分子氨进行缩合，得到二氢吡啶，还经氧化脱氢，得到对称的产物。
2CH
3
COCH
2
COOC
2
H
5
+ RCHO NH
3
+
N
R
CH
3
H
3
C
COOC
2
H
5
C
2
H
5
OOC
HNO
3
N
R
CH
3
H
3
C
COOC
2
H
5
C
2
H
5
OOC
N
R
CH
3
H
3
C
2+2+1+1
N
CH
3
H
3
C
COOC
2
H
5
C
2
H
5
OOC
NO
2
心痛定
2、六元杂环化合物的合成
吡啶及其衍生物的合成方法
B、Hantzsch反应及其类似合成法
O
O O
+ RCHO
O
O O
CHR
RO
C
2
H
5
OOC COOC
2
H
5
O
NH
3
RO
C
2
H
5
OOC COOC
2
H
5
NH
EtOOC COOEt
R
O
HN
C
2
H
5
OOC COOC
2
H
5
R
O
NH
2
O
O O
N
H
R
COOEtEtOOC
H
3
C CH
3
OH
N
H
R
COOEtEtOOC
H
3
C CH
3
反应机理
2、六元杂环化合物的合成
吡啶及其衍生物的合成方法
C、类似Hantzsch反应的合成法
——1，5-二羰基化合物和氨的反应
——β-二羰基化合物与 α-氰基乙酰氨反应
HC CH CH
2
CHOOHC
+
NH
3 N
CH
2
OCH
3
C
CH
2
C
CH
3
O
O
+
CN
CH
2
C
NH
2
O
N
+
CH
2
OCH
3
CN
O
-
H
3
C
H
N
+
CH
3
CN
O
-
H
3
COH
2
C
H
+
3+3
5+1
小结
一、药物简介
二、药物中杂环化合物举例
三、杂环化合物的合成
——吡咯和呋喃的一般合成方法
——二唑及其衍生物的一般合成方法
——吲哚（苯并吡咯）及其衍生物的合成方法
——苯并二唑及其衍生物的合成方法
——吡啶及其衍生物的合成方法五元杂环六元杂环全学期学习内容回顾
缩合反应
重排
合成
糖
氨基酸、多肽
脂、核苷
杂环化合物合成期末考试时间和地点
时间：6月7日下午3：00-5：30
地点：F301：材化、化工、化生
E301：化学、应化、重修
答疑时间和地点：
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