重要的衍生物

1.呋喃及其衍生物

呋喃是最简单的含氧五元杂环化合物，主要存在于松木焦油中。其为无色、易挥发液体，有温和的香味，熔点85．6℃，沸点31．4℃，相对密度（水＝1）为0．9514，闪点为－35℃，不溶于水，溶于丙酮、苯，易溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂。主要用于有机合成或用作溶剂。

α-呋喃甲醛，俗称糠醛，可由农副产品大麦壳、麦秆、高粱秆、玉米芯等水解得到。在稀酸作用下，这些原料中的多聚戊糖水解成戊糖，再失水生成糠醛：

糠醛为无色液体，沸点162℃，微溶于水，与醇、醚等能混溶。在空气中遇光、热很快氧化聚合，变为黑褐色。与苯胺醋酸盐溶液作用显深红色，可用于鉴别糠醛。化学性质与苯甲醛相似，不含α-H，能发生康尼查罗反应（歧化反应）及一些芳香醛的缩合反应，生成许多有用的化合物。其蒸气在催化剂作用下与水蒸气反应可脱去羰基，生成呋喃：

这是我国生产呋喃的主要方法。呋喃在石油工业上可用作优良的溶剂，也可用于制造合成树脂、医药、农药等其他产品，如治疗痢疾的药物痢特灵（呋喃唑酮）和合成抗菌药呋喃妥因等。

2.吡咯及其衍生物

吡咯是最简单的含氮五元杂环化合物。为无色液体，沸点130℃～131℃，相对密度为0．9691（20／4℃）。微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。吡咯在微量氧的作用下就可变黑；松片反应给出红色；在盐酸作用下聚合成吡咯红；对氧化剂一般不稳定。吡咯及其甲基取代的同系物存在于骨焦油内。

吡咯的衍生物极为重要，很多有重要生理作用的物质，如叶绿素、血红素、维生素B12以及胆红素等，都是吡咯的衍生物。这些物质分子结构中都含有一个卟吩环，即四个吡咯环的α-碳原子通过四个次甲基（— CH ）相连而成的环状共轭体系，含有该环的化合物称为卟啉类化合物。

卟吩环中的氮原子可以通过配位键与不同的金属离子结合，如在叶绿素中与镁结合、在血红素中与铁结合、在维生素B12中则与钴结合。

（1）叶绿素 叶绿素是一个重要的色素，存在于绿色植物细胞内的叶绿体中，是植物进行光合作用必需的催化剂。自然界的叶绿素由蓝绿色的叶绿素a（熔点117℃～120℃）和黄绿色的叶绿素b（熔点120℃～130℃）组成，二者的比例为3∶1。

（2）血红素 血红素存在于高等动物的红细胞中，与血球蛋白质结合成血红蛋白，是输送氧气及二氧化碳的主要物质。

除了运输氧气，血红素还可与一氧化碳结合，并且结合能力比氧强，从而阻止与氧结合，造成机体缺氧而窒息。

（3）维生素B12维生素B12是一种深红色的结晶物质，最早于1948年从肝的有效成分中提取出来，具有很强的医治贫血的功能。其结构中含有一个类似卟啉结构的环，由4个还原的吡咯环组成，但比卟吩环少一个次甲基。其结构于1954年用X射线衍射方法予以确认，并于1972年完成全合成工作。它是第一个发现的含有钴的天然化合物，也是迄今为止人工合成的最复杂的非高分子化合物。

3.吡啶及其衍生物

吡啶是最小的含氮六元杂环化合物。可以看作苯分子中的一个（CH）被N取代的化合物，故又称为氮苯。吡啶及其同系物存在于骨焦油、煤焦油、煤气、页岩油、石油中。无色或微黄色液体，有恶臭。熔点为－41．6℃，沸点为115．3℃，相对密度（水＝1）为0．9827，溶于醇、醚等多数有机溶剂。吡啶与水能以任何比例互溶，同时又能溶解大多数极性及非极性的有机化合物，甚至可以溶解某些无机盐类。所以吡啶是一个有广泛应用价值的溶剂。除作溶剂外，吡啶在工业上还可用作变性剂、助染剂，以及合成一系列产品（包括药品、消毒剂、染料、食品调味料、黏合剂、炸药等）的原料。

吡啶衍生物广泛存在于自然界中，而且很多在生物体内具有极为重要的生理作用，其中最常见的有维生素B6、维生素pp、雷米封等。

（1）维生素B6又称吡多素，广泛存在于动植物体内，如肝、鱼肉、谷物、香蕉、干酵母、白菜等中含量丰富。自然界的维生素B6包括三个组分：

维生素B6易溶于水和酒精，对酸、碱稳定，但易被光破坏。它是动物体维持蛋白质正常代谢所必需的维生素，鼠类缺少维生素B6就会患皮肤病。

（2）雷米封 异烟酰肼，商品名雷米封，白色固体，熔点为170℃～173℃，易溶于水，微溶于醇，不溶于乙醚。异烟酰肼可由异烟酸（γ-吡啶甲酸）与肼缩合制得：

异烟酰肼是治疗结核病的特效药物。

4.咪唑及其衍生物

咪唑，即1，3-二氮杂茂，是含有两个氮杂原子的五元杂环化合物。白色棱形或片状结晶，熔点为89℃～91℃，微溶于苯、石油醚，溶于乙醚、丙酮、氯仿、吡啶，易溶于水、乙醇。有毒，对皮肤、黏膜有刺激性和腐蚀性。

咪唑是一种重要的精细化工原料，主要用于医药和农药的合成，以及用作环氧树脂的固化剂。在医药中用于咪唑类抗真菌药物，是双氯苯咪唑、益康唑、酮康唑、克霉唑等药物的主要原料之一，还广泛地用于水果的防腐剂。p H为6．2～7．8时是有效的缓冲液，用于天冬氨酸、谷氨酸滴定。

5.噻唑及其衍生物

噻唑是含有一个硫和一个氮杂原子的五元杂环化合物。噻唑为淡黄色具有腐败臭味的液体，沸点116．8℃，相对密度1．998（17／4℃）。

噻唑的衍生物比较重要的有维生素B1、磺胺噻唑、青霉素等。

维生素B1又名硫胺素，在人体内参与糖的代谢过程。缺乏维生素B1，糖代谢受阻，影响神经组织的能量供应，并伴有丙酮酸及乳酸等在神经组织中的堆积，引发健忘，既而出现多发性神经炎，并表现为四肢无力、肌肉疼痛。维生素B1主要存在于米糠、麦麸、花生、豆类、瘦肉及酵母等食物中。

磺胺噻唑和青霉素是常用的消炎药物：

6.吲哚及其衍生物

吲哚是吡咯与苯稠合而成的杂环化合物，又称为苯并吡咯。有两种并合方式，分别称为吲哚和异吲哚。吲哚及其同系物和衍生物广泛存在于自然界中，主要存在于天然花油如茉莉花、苦橙花、水仙花、香罗兰等中。例如，吲哚最早是由靛蓝降解而得；吲哚及其同系物也存在于煤焦油内；精油（如茉莉精油等）中也含有吲哚；粪便中含有3-甲基吲哚；许多瓮染料是吲哚的衍生物；动物的一个必需氨基酸色氨酸是吲哚的衍生物；某些生理活性很强的天然物质，如生物碱、植物生长素等，都是吲哚的衍生物。

吲哚为白色片状晶体，熔点52．5℃，沸点253℃～254℃，溶于2体积70％乙醇，溶于丙二醇及油类，几乎不溶于石蜡油和水。吲哚浓度大时具有强烈的粪臭味，扩散力强而持久；高度稀释的溶液有香味，可以作为香料使用。

吲哚的衍生物在自然界分布很广，许多天然化合物的结构中都含有吲哚环，有些吲哚的衍生物与生命活动密切相关。吲哚以其独有的化学结构使衍生出的农药具有独特的生理活性，许多生理活性很强的天然物质均为吲哚的衍生物，备受世人瞩目。在农药方面作为高效植物生长调节剂、杀菌剂等，如吲哚乙酸、吲哚-3-丁酸是一种重要的植物调节剂，吲哚乙腈作为植物生长调节剂的使用效果是吲哚乙酸的10倍，可用于茶树和桑树等树木根系的生长，仅在日本其商品量就达到2000吨／年以上，国际市场十分畅销。

7.嘌呤及其衍生物

嘌呤是由一个嘧啶环和一个咪唑环稠合而成的杂环，无色晶体，易溶于水，其水溶液呈中性，但能与酸或碱成盐。它有两种互变异构体系：

嘌呤本身在自然界中并不存在，但它的衍生物却广泛存在于动植物体中，是核酸的组成成分。DNA和RNA中的嘌呤组成均为腺嘌呤和鸟嘌呤。此外，核酸中还发现有许多稀有嘌呤碱。核酸中的碱基一共有五个，除嘧啶的三个衍生物外，另两个就是嘌呤的衍生物：腺嘌呤（简称A）、鸟嘌呤（简称G）。

很多药物中也含有嘌呤结构。6-巯基嘌呤具有一定的抗癌药效，尤其用于治疗儿童的急性白血病。别嘌呤醇是治疗痛风的标准疗法。

8.喹啉及其衍生物

喹啉是由苯和吡啶稠合而成的杂环化合物，有两种稠合方式，分别称为喹啉和异喹啉。存在于煤焦油和骨焦油中，由煤焦油制得的粗喹啉约含4％的异喹啉。金鸡纳碱在蒸馏时产生喹啉。

喹啉为无色油状液体，具有特殊气味。凝固点－15．6℃，沸点238℃，相对密度1．0929 （20／4℃）。微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。异喹啉的熔点26．5℃，沸点242．2℃（743mm Hg），密度1．0986g／cm3（20℃），其气味与喹啉的完全不同。二者都具有碱性，异喹啉比喹啉碱性更强，都可以与强酸生成盐，如苦味酸盐和重铬酸盐；与卤代烷形成四级铵盐等。

喹啉主要用于制作强心剂，还可用作酸、溶剂、防腐剂等；医药行业用于制作烟酸类及8-羟基喹啉药物，天然的或合成的抗疟疾药物如奎宁（也称金鸡纳碱）、氯喹啉等都含有喹啉环结构；印染行业用于制取菁蓝色素和感光色素；橡胶行业用于制备促进剂；农业方面用于制作生产抗滴虫、螺旋体、阿米巴原虫药氯碘喹啉、双碘喹啉等8-羟基喹啉酮农药。

9.苯并吡喃衍生物

苯并吡喃又称为色烯，是由一个苯环和一个吡喃环稠合而成的杂环化合物，有两种稠合方式，分别称为苯并α-吡喃和苯并-γ-吡喃。苯并-α-吡喃为无色液体，沸点92℃～92．5℃（1．99k Pa），相对密度1．0993。苯并-γ-吡喃沸点77℃（1．19k Pa）。

这两种化合物本身并不重要，但它们的某些衍生物却很重要。例如，色烯的羰基衍生物——苯并-α-吡喃酮和苯并-γ-吡喃酮就存在于许多天然化合物的结构中。

苯并-γ-吡喃酮又称色酮，2-位或3-位有苯基取代的色酮是一类重要植物成分的母核。2-苯基色酮称为黄酮，3-苯基色酮称为异黄酮，含有这类母核的植物成分通称为黄酮类化合物。

这类化合物分子中常带有羟基、烷氧基或烷基，并常与糖结合以苷的形式存在于植物中。例如，中药黄芩中就含有黄芩苷（糖部分是葡萄糖醛酸），它是黄芩具有抗菌活性的有效成分；中药葛根含有的葛根素（糖部分是葡萄糖）属于异黄酮类化合物，它具有解痉、扩张冠状动脉、增加冠脉血流量等作用，是葛根的主要有效成分；白果素存在于银杏中，属于双黄酮类化合物，临床上用于治疗冠心病。

10.喋啶及其衍生物

喋啶是由吡嗪和嘧啶稠合而成的杂环化合物。淡黄色片状结晶，熔点137℃～138．5℃，溶于水及乙醇。在水溶液中p H为5．8时的紫外吸收峰λmax为299μm。在过氧苯甲酸的醇溶液中可被氧化为N-氧化物，熔点350℃（分解）。存在于菠菜等绿色蔬菜中、人和动物的肝、肾中的叶酸分子中、从蝴蝶翅膀上提取到的黄喋啶、白喋啶等，都是蝶啶环的衍生物。

叶酸是由喋啶、对氨基苯甲酸和谷氨酸等组成的化合物，是一种水溶性B族维生素。叶酸是米切尔（H．K．Mitchell，1941）从菠菜叶中提取纯化的，故而命名为叶酸。叶酸在自然界中广泛存在于动植物类食品中，尤以酵母、肝及绿叶蔬菜中含量较多，其中猕猴桃中含有高达8％的叶酸，有“天然叶酸大户”的美誉。

叶酸为淡橙黄色结晶或薄片。约250℃变暗，不熔融而发生炭化。较易溶于乙醇、酚吡啶、氢氧化碱和碳酸碱溶液，微溶于甲醇，少溶于乙醇和丁醇，不溶于醚、丙酮、氯仿和苯。在25℃水中溶解度仅0．0016mg／m L，沸水中约溶1％。1g叶酸于10m L水中的悬浮液，p H为4．0～4．6。叶酸在空气中稳定，但受紫外光照射即分解失去活力。

叶酸对人体的重要营养作用早在1948年即已得到证实，人类（或其他动物）如缺乏叶酸可引起巨红细胞性贫血以及白细胞减少症，还会导致身体无力、易怒、没胃口以及精神病症状。此外，研究还发现，叶酸对孕妇尤其重要。如在怀孕头3个月内缺乏叶酸，可导致胎儿神经管发育缺陷，从而增加裂脑儿、无脑儿的发生率。另外，孕妇经常补充叶酸，可防止新生儿体重过轻、早产以及婴儿腭裂（兔唇）等先天性畸形。