章 杂环化合物

1、章 杂环化合物Zidovudine(AZT)Diazepam(Valium) (安定)8-methylpyrrolo1,2-a-pyrazineDiaminostillbene disulfonic acid “bleach”(漂白)(二氨基芪二磺酸)第一节 杂环化合物的分类与命名分类Furan呋喃Pyrrole 吡咯 Thiophene 噻吩Imidazole 咪唑 Thiazole 噻唑2) 命名 (1) 音译法Pyridine 吡啶Pyridazine 哒嗪Pyrimidine 嘧啶Indole 吲哚Quinoline 喹啉注意：杂环上有取代基时, 取代基的位次从杂原子开始，依次用1,

2、2, 3, 4, .或a, b, g, .编号。2,5-二甲呋喃a, a-二甲呋喃3-甲基噻吩b-甲基噻吩2-乙酰基吡咯a -乙酰基吡咯(2) 若杂环上有两个以上杂原子时，则从O、S、N的顺序 编号，编号时取杂原子位次之和的最小值。4-甲基噻唑2,4,二甲基咪唑4-氨基嘧啶2. 系统命名法: 依据相应的碳环来命名。 如五元环相应碳环为“茂”, 六元环相应是苯。氧杂茂氮杂茂硫杂茂氮杂苯第二节 五元杂环化合物1) 结构与芳性呋喃 噻吩吡咯 环内C和杂原子均以sp2杂化，相互以键相连，处于同一平面。 每个原子还有一个未杂化的p轨道，垂直于环平面，相互平行。 C原子的p轨道有一个p电子，杂原子的p轨道

3、有两个p电子，形成了环闭 的共轭体系。结构特点：成环的所有原子在一个平面上；是一个环闭的 共扼体系（5原子6电子体系） (即富电子体系) ;p电子数符合休克尔规则。 因此，具有芳性。但因O、S、N原子电负性的不同，参与芳构化的能力也不同。 其芳性强若之顺序为:芳香性为何依次降低?饱和化合物 由于环内原子的电负性差别，使电子云密度分布不均匀，也使其键长不能完全平均化:2) 五元杂环化合物的性质物理性质A. 呋喃：无色液体，存于松木焦油中oC. 遇盐酸浸湿的松木片呈绿色。B. 噻吩：无色有特殊气味的液体，存于煤焦油中oC. 与吲哚醌在硫酸作用下显兰色。C. 吡咯：无色液体，存于煤焦油和骨焦油中,

4、b.p. 130 131oC.遇盐酸浸湿的松木片呈红色。(2) 化学性质 五元杂环化合物是 (5原子6电子)体系，环上电子云密度比苯环上的大, 故比苯更容易发生亲电取代反应，且一般发生在-位上。 总的反应活性: 吡咯 呋喃 噻吩 苯为什么？又为什么吡咯、呋喃和噻吩的亲电取代速度却依次降低？又为什么亲电取代反应主要发生在-位？A. 亲电取代反应Br2, 0oC二恶烷CH3CO2NO2- 5- 30oCC5H5N+SO3-ClCH2CH2Cl(CH3)2C=CH2ZnCl2, 170oC(CH3CO)2OSnCl4, R.T.亲电取代反应都比苯容易 呋喃Br2, 25oCHOAcCH3CO2NO2

5、HOAc, 0oCH2SO4 , R.T.C6H5COClAlCl3 , R.T.噻吩I2, NaOHCH3CO2NO2- 10oCC5H5N+SO3-ClCH2CH2ClSO2Cl2 , 0oCC6H5N2ClNaOAc吡咯B. 吡咯的弱碱、弱酸性（1）弱碱性 苯胺 吡咯 四氢吡咯Kb 3.810-8 2.510-14 2.010-4 (Kb值愈大、碱性愈强)(2) 弱酸性(3) 糠醛（a-呋喃甲醛）制备：糠醛是呋喃的重要衍生物和有机原料，由米糠制得而得名。 米糠、玉米芯、杆等含有多聚戊糖, 在稀酸作用下水解成戊糖、脱水环化即成糠醛，产率约34%。糠醛 b. 加氢 Cr2O3-CuO150o

6、C, 100atm 骨架镍180oC, 100 atm c. 歧化d. 脱羰 糠醇B. 性质 a. 氧化e. 与酚缩合酚醛树脂(胶粘剂)(5) 噻唑与咪唑噻唑: 又称1,3-硫氮杂茂, 其衍生物广泛存于自然界中. 如VB1（嘧啶环）（噻唑环) 噻唑为无色有吡啶气味的液体，b.p. 117oC, 与水混溶. 环上的氮原子有碱性, 化学性质稳定，不易发生亲电取代反应。硫脲氯乙醛B. 咪唑: 是吡唑的同分异构体，又称1,3-二氮杂茂。许多重要的天然产物是咪唑的衍生物，如组氨酸：a-氨基-b-(4-咪唑基)丙酸 咪唑因分子间可形成氢键, 故熔点、沸点较高，且与水互溶. 同时分子具有碱性，化学性质稳定，

7、有互变异构现象：4-甲基咪唑与5-甲基咪唑是同一化合物!(6) 吲哚: 又称氮杂茚或称苯并吡咯。其衍生物在自然界中分布很广.吲哚色氨酸b-吲哚乙酸 吲哚为结晶固体，能溶于热水. 纯吲哚有臭味, 但稀释10000倍后则具有香味,可用于香料。但粪臭素C6H5CO2NO2CH3CN, 0oCC5H5N+SO3- C6H6 Zn/ H3PO4DMF, POCl3 H2OBr2, 0oC二恶烷H+重要代表物：b-羟基吲哚和靛蓝(即植物染料)b-羟基吲哚在空气中可被氧化成靛蓝氧化吲哚靛蓝(兰色染料)靛蓝是我国古代重要的兰色染料，其人工合成方法为：O2O(7) 雷族化合物 四个吡咯环和四个次甲基交替相连组成

8、的大环叫卟吩，是卟啉化合物的母体，是一个大共轭体系。(卟啉吩)叶绿素血红素1. 结构六元杂环化合物中最重要的是吡啶和嘧啶.与苯相似, N原子的一个sp2杂化轨道上有一对孤电子对结构参数与电荷分布 数据表明：吡啶环中因N原子电负性较大，其电荷分布不均匀，键长没有完全平均化。 又因氮原子上电子云密度大而具有碱性。一、 吡啶第三节 六元杂环化合物2 来源和制备 吡啶又称氮杂苯。最初由干馏动物的骨骼得到，其衍生物广泛存于自然界，一些生物碱中常含有吡啶或氢化吡啶环。烟碱新烟碱古柯碱(可卡因)制备3 性质: 具有特殊臭味的无色液体，b.p. 115oC, 能与水混溶。pKb1). 碱性: 其碱性强弱有以下

9、次序故可以与酸成盐 碱性：脂肪胺吡啶苯胺吡咯可用活泼甲基化合物与I2来进行由于吡啶具有碱性，也表现出较大的亲核性：2). 亲电取代反应: 活性比苯低的多，不发生F-C反应，且亲电取代发生在b-位.Br2, 300oCAlCl3100 oCKNO3, H2SO4 300 oCHgNO3, H2SO4 220 oC为何吡啶难以进行亲电取代反应?3). 亲核取代吡啶炔4). 还原反应六氢吡啶, 又称呱啶5). 氧化反应N-氧化吡啶 吡啶环较之苯环稳定 氮原子电负性大，使环上的电子云密度减少；酸性条件下，氮与质子结合成氮正离子，环上的电子云密度更少，吡啶环的稳定性更大。6). 与SO3反应磺化剂4.

10、重要的衍生物a-正丙基呱啶(毒芹碱）1) 甲基呲啶2. 嘧啶无色结晶, m.p. 22oC, 溶于水.碱性比吡啶弱, 不易发生亲电取代反应.吡啶衍生物存于自然界中, 是VB1主要成分.脲嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶三、喹啉与异喹啉1. 结构 又名氮杂萘, 存于煤焦油中。具有抗癌作用的喜树碱分子中就含有喹啉环。喜树碱喹啉本身具有抗疟疾作用。性质: 无色油状液体, 有特殊气味，b.p. 238oC, 不溶于水。喹啉与异喹啉的化学性质和吡啶相似（反应式见后）亲电取代位置：苯环（5位或8位）亲核取代位置：吡啶环（2位或4位） 2. 化学性质弱减性HNO3/H2SO4 0 oC H2SO4 22 0 oCBr2,

11、 H2SO4Ag2SO4NaNH2100 oCSn/HClHNO3/H2SO4NaNH2NH3(l)4. 嘌呤9H-嘌呤7H-嘌呤异喹啉:腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）次黄嘌呤黄嘌呤尿酸3. 喹啉环合成法：斯克劳普(Skraup Z H )法 机理： 脱水三、喹啉与异喹啉甘油的作用相当于丙烯醛 Micheal加成 亲电取代 氧化 氧化剂被还原后也作为原料苯胺 + 甘油（丙烯醛）逆合成分析：（1）切割分子，找出前体（原料） 苯环上无取代基，则原料是苯胺；有取代基则是取代芳胺。吡啶环上无取代基，则原料是丙三醇；如有取代基则是取代丙烯醛。 A B C D苯胺环间位有给电子基，则给电子基的对位闭环；苯胺环间位有吸电子基，则吸电子基的邻位闭环。对应的原料：产物：（2）氧化剂为与原料芳胺结构对应的芳香硝基化合物。例如：1.喹啉环合成的思考题：（例2答案见后）又例TM喹啉环合成思考题2参考答案：一、生物碱的一般性质多为晶体，有苦味，有旋光性，难溶于水，但可溶于酸或碱。沉淀反应颜色反应二、生物碱的提取有机溶剂提取稀酸提取第四节 生物碱（自学）麻黄素：感冒药、毒品冰毒（甲基苯丙胺）化学人不要以身试法！烟碱：杀虫、香烟黄连素：肠胃药吗啡：麻醉剂、毒品喜树碱：抗癌药阿托品：有机磷农药解毒剂三、重要的生物碱第五节 改变