第十八章 杂环化合物

OrganicChemistryLishuiUniversity1杂环化合物的分类和命名；五元、六元杂环化合物的结构和性质；稠杂环化合物，喹啉的制法；了解生物碱、毒品的种类与危害。呋喃、吡咯、噻吩的结构和性质；吡啶、喹啉的结构和性质。第十八章杂环化合物（heterocycliccompounds)OrganicChemistryLishuiUniversity2非芳香杂环：常见的杂原子：O、N、S。OOONH芳香杂环：ONSOrganicChemistryLishuiUniversity3１分类单杂环：OHNS呋喃furan吡咯pyrrole噻吩thiopheneSNNNHNNN噻唑thiazole咪唑imidazole吡啶pyridine嘧啶pyrimidine第一节杂环化合物的分类和命名OrganicChemistryLishuiUniversity4稠杂环：NNH喹啉quinoline吲哚indoleNHNNN嘌呤purine苯并吡喃盐benzopyranO+Cl－OrganicChemistryLishuiUniversity5(1)杂环母核２命名音译法：按照IUPAC推荐的普通名称，用2~3个汉字音译，使用带口字旁的同音汉字。系统命名法：根据相应的碳环命名。ONH氮杂-2,4,6-环庚三烯azacyclohepta-2,4,6-triene氧杂-2,4-环戊二烯oxacyclopent-2,4-dieneOrganicChemistryLishuiUniversity6(2)原子的编号NCH3OCHONHNCH33-甲基吡啶3-methylpyridine2-呋喃甲醛2-furaldehyde4-甲基咪唑4-methylimidazoleOrganicChemistryLishuiUniversity7含有两种以上杂原子时：ONN123451,2,3-噁二唑1,2,3-oxadiazole①让杂原子的位号尽可能小（从杂原子开始编号）；②当两个杂原子不相同时，价数小的在前，大的在后；③价数相等时，原子序数小的在前，大的在后。如从小到大，O，S，N。OrganicChemistryLishuiUniversity8有些稠杂环化合物的原子编号是固定的。N18765432NHNNN198765432异喹啉isoquinoline嘌呤purineP190常见杂环的结构和名称OrganicChemistryLishuiUniversity9第二节五元杂环化合物OHNS呋喃furan吡咯pyrrole噻吩thiophene１呋喃、吡咯、噻吩的结构OrganicChemistryLishuiUniversity10sp2杂化OrganicChemistryLishuiUniversity11结构特点：①杂原子共轭效应是供电子的，诱导效应是吸电子的。②杂原子是sp2杂化，未成键电子对在2p轨道上，参与共轭。由于6个π电子分布于5个原子上，整个环的π电子几率密度比苯大，是富电子芳环，因而比苯环活泼，亲电取代反应比苯快得多。OrganicChemistryLishuiUniversity12芳香性电负性：S2.6N3.0O3.5离域能/kJ·mol-1：苯噻吩吡咯150.3125.590.4呋喃71.1具有共轭二烯烃结构，呋喃可以进行双烯合成反应。OrganicChemistryLishuiUniversity13２呋喃、吡咯、噻吩的性质(1)主要物理性质和鉴别呋喃：与盐酸浸过的松木片反应，显绿色。吡咯：蒸汽与盐酸浸过的松木片反应，显红色。噻吩：在硫酸存在下和吲哚醌作用，显蓝色。NHOO吲哚醌P192OrganicChemistryLishuiUniversity14红外光谱：呋喃、吡咯、噻吩的C—H伸缩振动：吡咯的N—H伸缩振动：非极性稀溶液中在3495cm-1有一尖锐的峰，浓溶液中在3400cm-1出现一宽峰。环伸缩振动(骨架振动)：1600~1300cm-1处出现2~4个峰。~3110cm-1。核磁共振谱：吡咯的α-氢化学位移值为6.68，β-氢为6.22，氮上的氢为8.0。OrganicChemistryLishuiUniversity15呋喃的红外光谱：C—H伸缩振动：3160cm-1环伸缩振动：1692cm-1、1663cm-1、1485cm-1、1380cm-1OrganicChemistryLishuiUniversity16吡咯的红外光谱：N—H伸缩振动：3400cm-1环伸缩振动：1630cm-1、1580cm-1、1470cm-1、1420cm-1C—H伸缩振动：3100cm-1OrganicChemistryLishuiUniversity17噻吩的红外光谱：C—H伸缩振动：3100cm-1环伸缩振动：1690cm-1、1666cm-1、1410cm-1OrganicChemistryLishuiUniversity18(2)质子化反应呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可质子化；质子化反应主要发生在α-C上；HNH+HN+HHH+HN+HHHNH+β-C质子化α-C质子化N-质子化H+补充OrganicChemistryLishuiUniversity19由于α-C的质子化反应，吡咯在强酸作用下会因聚合而被破坏；在稀的酸性水溶液中，呋喃的质子化在氧上发生并导致水解开环。OH2SO4,H2OΔOOOrganicChemistryLishuiUniversity20反应过程为：OHOH2H+－OHOHOOOH+OH+H2OOH+OrganicChemistryLishuiUniversity21(3)亲电取代反应π电子云密度比苯环大。亲电取代反应的活性为：吡咯呋喃噻吩苯；吸电子诱导-I：O(3.5)N(3.0)S(2.6)，取代反应主要发生在α-位上。供电子共轭+C：NOS，综合：贡献电子N最多，O其次，S最少。重点OrganicChemistryLishuiUniversity22呋喃、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易加成；噻吩的芳香性较弱，虽然也能与大多数亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核试剂存在下，能发生亲核加成；吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感；由于这些五元杂环容易被破坏，稳定性差，因而对试剂及反应条件应有所控制。OrganicChemistryLishuiUniversity23卤代：NHNHBrBrBrBrBr20℃OOBrBr20℃SSBrBr225℃（重点）P193-194)OrganicChemistryLishuiUniversity24硝化：NHNHNO2CH3COONO210(CH3CO)2O,－℃SSNO2CH3COONO210(CH3CO)2O,－℃由于环的稳定性差，在强酸或强氧化剂的作用下环被破坏，不能用混酸硝化。因此，应在较低的温度下，使用温和的硝化剂乙酰硝酸酯。（重点）OrganicChemistryLishuiUniversity25呋喃比较特殊，先生成稳定的或不稳定的2,5加成产物，然后加热或用吡啶除去乙酸，得到硝化产物。OCH3COONO2305－～－℃ONO2H+ONO2HHCH3COO吡啶ONO2OrganicChemistryLishuiUniversity26磺化：NHNHSO3HNSO3+－OOSO3HNSO3+－SSSO3H25H2SO4,℃（重点）OrganicChemistryLishuiUniversity27酰化：NHNHCOCH3(CH3CO)2O+150200～℃OOCOCH3(CH3CO)2O+10BF3－℃SSCOCH3H3PO4(CH3CO)2O+OrganicChemistryLishuiUniversity28(4)加成反应催化加氢：OOH2NiorPdNHNHH2NiorPdSSH2,NiSH2,NiOrganicChemistryLishuiUniversity29双烯合成：呋喃与顺丁烯二酸酐很容易加成，噻吩较难，吡咯一般不发生双烯合成。+OOCOCOOCOCOO30℃OrganicChemistryLishuiUniversity30+60120SCH3CH3NCCCCN℃～－SSCH3CH3CNCNCH3CNCNCH3OrganicChemistryLishuiUniversity31(5)吡咯的弱酸性和弱碱性碱性：苯胺吡咯酸性：苯酚吡咯醇NH+RMgBr+RHNMgBrNH+ΔNK++H2O－KOH（固）（由于电子对参与了共轭）（重点）OrganicChemistryLishuiUniversity32吡咯的钾盐和吡咯卤化镁，都可以用来合成吡咯的衍生物。+C6H5COClNCOC6H5NCOC6H5NK+－ΔHCH3ClCH3+NNCH3NK+－ΔHOrganicChemistryLishuiUniversity33HNMgBr+C6H5COClNCOC6H5NCOC6H5ΔCH3ClNMgBr+NCH3NCH3ΔHOrganicChemistryLishuiUniversity34３糠醛及其衍生物(1)制法nCH2CHCHCHCHOOHOHOHOH()H2O,H2SO4Δ聚戊糖戊糖HOCHCHOHHCHCHOHOHCHOOCHOH2SO4ΔOrganicChemistryLishuiUniversity35(2)主要性质OCHOOCOOHKMnO4,OH－OCHOOCH2OHCuO,Cr2O3150,10MPa℃OCHOOCH2OHOCOOH+NaOH浓H2OrganicChemistryLishuiUniversity36OCHOV2O5,Mo2O3O2OCOCO+CO2OCHOKCN,C2H5OHOCHCOOHO(3)应用良好的溶剂；许多药物和工业产品的原料。安息香缩合OrganicChemistryLishuiUniversity37４呋喃、吡咯、噻吩的制法OCHOO+H2OZnO-Cr2O3-MnO2400℃ON+NH3Al2O3430℃HCHCH2HCHOCu2O2HOCH2CCCH2OHNH3压力NH（重点）＋CO2OrganicChemistryLishuiUniversity38CH3CH2CH2CH3+S650℃S+SO2SCH3CH2CHCH2实验室合成，Paal-Knorr合成法：CH3CCCH3CH2CH2OO+NH3ΔNHCH3CH3OrganicChemistryLishuiUniversity39OOCH3CCCH3CH2CH2+RNH2ΔNRCH3CH3CH3CCCH3CH2CH2OOOCH3CH3ΔP2O5,C6H5CH3CCCH3CH2CH2OOSCH3CH3ΔP2S5P199OrganicChemistryLishuiUniversity405噻唑和咪唑SNNNH噻唑thiazole咪唑imidazole噻唑易与水混溶，具有弱碱性，它的许多衍生物是重要的药物或生理活性物质。NSOCH3COOHCH3C6H5CH2CNHO青霉素GOrganicChemistryLishuiUniversity41NNHHClNNHClH+－NNHH+－ClNNHNaNH2NNNa+－NN－Na+NH3()l咪唑易溶于水，碱性比噻唑强，也有弱酸性，它氮上的氢像吡咯一样，能和碱金属作用生成盐。OrganicChemistryLishuiUniversity426卟啉化合物NNHNHN18765432αβγδ卟吩prophineOrganicChemistryLishuiUniversity43血红素NNNNFeCHCH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH2CH2COOHCH2CH2COOHOrganicChemistryLishuiUniversity44NNNNMgCHCH2RCH3CH2CH3CH3CH3CH2COOCH3CH2COOCH2CHCCH2(CH2CH2CHCH2)