第十章杂环化合物

1、第十章 杂环化合物一、杂环化合物的结构和芳香性二、五元杂环化合物的性质三、六元杂环化合物的性质构成环的原子除碳原子外还有其它非碳原子，这类环状化合物称为杂环化合物。最常见的杂原子有O、S、N、P等。（杂原子为成环原子杂原子为成环原子）例如：OO2NCHNNOO痢特灵痢特灵NCONHNH2雷米封雷米封杂环化合物在人们的现实生活中有着极其重要的地位。绝大多数药物绝大多数药物和半数以上的其它有机化合物半数以上的其它有机化合物为杂环化合物。碳水化合物、叶绿素、血红素、吗啡、黄连素、异烟肼、喜树碱、维生素等等，它们分子中都含有杂环。NCH2OHCH2OHHOCH3VB6 本章仅以五元五元、六元六元芳杂环

2、的基本结构为例，简要说明芳杂环的结构结构和性质性质的关系，而对非芳杂环不作讨论。下列杂环是本章讨论的基本结构。OSNNNNHH呋喃呋喃 噻吩噻吩 吡咯吡咯 吡啶吡啶( furan thiophene pyrrole pyridine )吲哚吲哚 indole 喹啉喹啉 quinoline每个碳原子都以SP2杂化，都有一个垂直于分子平面垂直于分子平面的的P轨道轨道，它们相互平行，侧面交盖，形成闭合共轭闭合共轭体系体系，符合（4n+2） Huckel规则。一、杂环化合物的结构与芳香性 1、五元杂环的芳性 呋喃、噻吩、吡咯是含一个杂原子的五元杂环化合物，五个成环原子共处于一个平面共处于一个平面。以呋

3、喃为例：O 从五元杂环化合物的NMR谱谱可以看出，环上H受离域电子环流的影响，H的化学位移7，与苯环上的H相当。整个大体系与苯环相似，但五元杂环为65富电子体系富电子体系，与苯环的66比较，显然五元杂环的电子云密度更高。发生亲电取代反应呋喃呋喃的活性相当于苯酚苯酚，吡咯吡咯的活性相当于苯胺苯胺。五元杂环化合物的共振能为：呋喃 67KJ/mol 吡咯 88KJ/mol 噻吩 117KJ/mol2、六元杂环的芳性 吡啶环与苯环很相似，成环六个原子都以SP2杂化，处于同一平面同一平面中，每个原子各提供一个单电子，形成66，符合（4n+2）Huckel规则。氮原子上处于SP2杂化轨道中的孤对电子孤对电

4、子未参与共轭未参与共轭或成键成键。N由于N的电负性比C强，环上电子云密度比苯低，吡啶吡啶的亲电取代反应活性相当于硝基硝基苯苯。二、五元杂环化合物的性质 五元杂环化合物亲电取代反应主要发生在2位上。可以从中间体稳定性作出解释。NHNHENHENHENHENHEHHHHHE#进攻-位共振结构较多，中间体稳定性好。1、呋喃 呋喃呋喃：无色液体，bp 32，难溶于水，易溶于有机溶剂。 鉴别鉴别：浸过盐酸的松木片显绿色绿色 （1）制法：( C5H8O4 )n( CHOH )3CHOCH2OHOCHOOH , H2O3H2OZnO-Cr2O3-MnO2400戊聚糖戊聚糖戊醛糖戊醛糖糠醛糠醛OCOOHOCu

5、 ,CO2喹啉喹啉（2）化学性质 呋喃芳性较差芳性较差，容易开环容易开环，并且在强酸性介质中会发生自身聚合自身聚合。所以在发生亲电取代反应时，要避免使用酸性介质酸性介质。O2 Br2OBrBrHBrOOSO3HOSO3NHC5H5N SO3ClCH2CH2ClHOONO2CH3COONO2-5-30硝化反应硝化反应：卤代反应卤代反应：磺化反应磺化反应：酸介质下开环反应酸介质下开环反应：OOHHOHHHOH2OOHH2OH发生发生DielsAlder反应：反应：OOOOOOOOHH催化加氢：OOTHFH2, Ni四氢呋喃（THF），bp 67 ，性质与乙醚相似，是重要的化学溶剂。OCHOCH3C

6、HOOCHCHCHOOCHOOCH2OHOCOOOCHO( CH3CO )2OOCHCHCOOHdil.NaOHcon.NaOHCH3COONa2、糠醛 糠醛的化学性质与苯甲醛相似。可以发生交叉羟醛缩合反应、Cannizzaro反应、Perkin反应。3、噻吩 噻吩存在于煤焦油中。无色液体，bp 84，不溶于水，溶于有机溶剂。在浓硫酸存在下，噻吩与靛红一同加热即发生靛吩咛反应靛吩咛反应，显蓝色，可用于检验噻吩检验噻吩的存在。 噻吩比苯容易发生亲电取代反应，在室温下，即可发生磺化反应，噻吩磺酸溶于浓硫酸中，运用此法，可以提纯噻吩提纯噻吩。SH2SO4SSO3HH2O 噻吩有较好的芳性，它不显示二

7、烯烃的性质，难以被氧化，可以用HNO3/H2SO4硝化，以及用浓H2SO4磺化。噻吩可以被催化加氢。SSCH3CH2CH2CH3H2, NiH2, MoS2, 20MPa四氢噻吩SSOOKMnO4环丁砜4、吡咯和吲哚 吡咯存在于煤焦油、骨油中。无色液体，bp131，微溶于水，易溶于有机溶剂。吡咯环比苯环稳定性差，易被氧化。 鉴别鉴别：吡咯蒸气遇浸过盐酸的松木片显红色红色。制备；ONH3NHAl2O3450 吡咯是一个很弱的碱，也是一个很弱的酸，为为什么什么？NHKOHNKH2O由于吡咯环的不稳定，亲电取代反应通常以NBS（N-溴代丁二酰亚胺）作溴代试剂；以醋酸硝基酯醋酸硝基酯作硝化试剂；以N-

8、磺酸吡啶磺酸吡啶作磺化试剂。亲电取代反应发生在-位位。 吲哚是一个稠环化合物，mp 52，bp 253。亲电取代反应主要发生在五元环上亲电取代反应主要发生在五元环上。为什么为什么？NH三、六元杂环化合物的性质 六元杂环化合物发生亲电取代反应主要在-位。可以从反应中间体的稳定性给予说明。NNHENHENHENHENHENHEE 位 位不稳定共振结不稳定共振结构式构式（1）碱性 吡啶N上孤对电子处于Sp2杂化轨道中，未参与共轭，显示一定的碱性，强于苯胺，弱于氨。1、吡啶 吡啶有特殊臭味的无色液体，bp 115，可与水水、乙醇、乙醚等混溶。 来源：煤焦油 性质：碱性碱性；亲电取代亲电取代反应活性与硝

9、基苯相似；取代发生在位位。亲核取代亲核取代反应发生在位位。N（2）亲电取代反应NNBrNSO3HNNO2Br2H2SO4HNO3H2SO4-位取代：位取代：NNONONO2NNO2CH3COOHOHNO3H2SO4PCl3（3）亲核取代反应NNaNH2NNHNaNNH2H2ONC6H5LiNLiHNClKOHNOH4、氧化还原反应NCH3NCOOHKMnO4OHNCH3NCOOHNNHV2O5H2/Pt异烟酸异烟酸烟酸烟酸哌啶哌啶2、喹啉 喹啉为无色油状液体，bp 238；异喹啉 mp26，bp 243。难溶于水，易溶于有机溶剂。NN 喹啉喹啉 异喹啉异喹啉来源：来源： 煤焦油和骨油。制备：制

10、备： Skraup合成法CH2OHCHOHCH2OHH2SO42H2OCHOCHCH2NHCH2CH2CHONHCH2CHCHHOC6H5NH2NNH2SO4C6H5NO2H2OHMichael加成反应 碳负离子与，不饱和羰基化合物的共轭加成称为Michael加成。反应类似1，4-加成，经重排，保留羰基。如何合成8-羟基喹啉羟基喹啉？OHNH2NOHCOOEtCH2CHCOCH3CHCOHCH3COOEtCH2CHCOCH3CH2COCH3CH3CCH2CH2CH2CCH3OONaOHCH2CHCOCH3CH3CCHCOOEtOCH2CHCOCH3CHCOCH3COOEtEtOH反应：NNCO

11、OHCOOHNCOOHKMnO4CO2NNNO2NNO2HNO3H2SO4NNNO2NNO2HNO3H2SO4NNNH2Ba(NH2)2NH3NNNH2KNH2,NH3OHN8-羟基喹啉-吡啶甲酸 NCOOHSCH33-甲基噻吩 OBr2+CNHNO3H2SO4浓浓0NHCH3N2Cl+C2H5OH, H2OCH3COONaNHH3CN=NNHCH3N2Cl+C2H5OH, H2OCH3COONaSH2SO4室温( )( )H ClN aN O2( )( )Fe/H ClH2SO4H N O3N( )CH3CO O N aH3CN H2SSO3HNNO2NNH2NN2ClNN NNH2CH3，

12、NNCH3( )SOCl2( )NH3Br2/NaOH( )HNO3NNHCH3I( )NNC H3H+I-NCOOHNCOClNNH2， 下列叙述错误的是下列叙述错误的是 ( ) A. 呋喃、吡咯、噻吩均比苯更容易进行亲电呋喃、吡咯、噻吩均比苯更容易进行亲电 取代反应。取代反应。 B. 苯中混有少量噻吩，可以用浓硫酸除去。苯中混有少量噻吩，可以用浓硫酸除去。 C. 吡咯的碱性比吡啶弱。吡咯的碱性比吡啶弱。 D. 芳香性的顺序是呋喃芳香性的顺序是呋喃吡咯吡咯噻吩噻吩。 D亲电取代活性：吡咯呋喃甲苯苯吡啶,五元杂环化合物为富电子芳杂环,活性强于苯,吡咯因N的电负性若于O,吡咯碳环上电子云密度大于呋喃,活