有机化学-第13章-杂环化合物

1、13-1 在环状化合物中，构成环的原子除碳原子外还含有非碳原子的化合物杂原子（O、S、N）易开环，性质与链状相似芳杂环：具有芳香性，环稳定第13章 杂环化合物13-2分类和命名 五元杂环吡咯呋喃噻吩咪唑噁唑噻唑吡唑异噁唑 六元杂环 稠杂环吡啶嘧啶吡喃嘌呤 吲哚喹啉13-3 以杂环的英文谐音汉字，加“口”字旁来表示杂环母环的名称。 特定杂环的命名常采用音译法：13-4 从杂原子开始； 如有两个杂原子，按O、S、NH、N的顺序确定最小编号位置，并使另一个杂原子的编号尽可能小； 杂环的命名与芳香族化合物相似。若环上连有取代基，需对环进行编号，编号原则如下：2-乙基吡咯-乙基吡咯2-呋喃甲醛-呋喃甲醛

2、3-吡啶甲酸-吡啶甲酸13-54-甲基咪唑4-乙基噻唑5-羟基嘧啶6-氨基嘌呤稠杂环固定编号。8-羟基喹啉6-溴-3-吲哚甲酸13-6 存在异构体时，标氢（H）区别。4H-吡喃2H-吡喃1H-吲哚3H-吲哚9H-嘌呤7H-嘌呤1H-吡咯2H-吡咯13-7含一个杂原子的五元杂环化合物富电子，易亲电取代吡咯（C4H5N）的结构 吡咯中所有成环原子均为sp2杂化，形成 5 中心、6 电子的大键，具有芳香性。13-8(kJ/mol) 150 122 90 68共振能对比芳香性：苯 噻吩 吡咯 呋喃 杂原子的性质吡咯的酸碱性 芳香性亲电取反应代 不饱和性加氢还原 共轭二烯性质Diels-Alder反应吡

3、咯、呋喃、噻吩的化学性质 亲电取代反应相对活性31018 61011 5109 1亲电取代反应a-取代b-取代主要产物 取代位置13-9 对取代位置的解释（分析反应中间体的相对稳定性）i. 取代在a位中间体有三个主要共振式，较稳定 ii. 取代在b位中间体有两个主要共振式，较不稳定13-10 对亲电取代反应活性的解释 i. 由五元杂环的结构分析环上的电荷密度比苯环大 ii. 由反应中间体的稳定性分析满足八隅体对比：苯环亲电取代中间体的稳定性13-1113-12 亲电取代反应实例五元杂环电子云密度高，较活泼，遇强酸不稳定硝化：HNO3/H2SO4磺化：H2SO4解决办法：用温和试剂替代氧化聚合开

4、环强酸A = NH , O硝化反应硝化试剂硝基乙酰酯13-13磺化试剂：磺化反应吡啶-SO3加合物13-14 噻吩还可直接用硫酸磺化（活性大，较稳定）应用：除去苯或甲苯中的噻吩溶解于硫酸中（少量）反应快13-15其它亲电取代 卤代反应 FriedelCrafts反应 与重氮盐偶联较弱的Lewis酸13-16加成反应 呋喃、吡咯和噻吩的离域能小于苯，环的稳定性较低，可进行催化氢化，得到饱和杂环化合物。使用特殊催化剂 噻吩能使常用氢化催化剂中毒THF（常用溶剂）吡咯烷13-17 呋喃具有共轭双烯性质，很容易与亲双烯体进行Diels-Alder反应。 13-18 吡咯N-H的弱酸性pKa 3517.

5、5171013-19吡咯的酸碱性 吡咯N的碱性很弱pKb13.623 吡咯的性质与苯酚类似，都具有酸性，但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。吡咯成盐后，使环上电荷密度增高，亲电取代反应更易进行。13-20CO2 加热 加压RCOClRX13-2113-22吡咯的重要衍生物红细胞中的血红素卟吩13-23含有一个杂原子的六元杂环化合物吡啶（C5H5N）的结构 吡啶中所有成环原子均为sp2杂化，形成 6 中心、6 电子的大键，具有芳香性。难亲电取代，易亲核取代难氧化，易还原未共用电子对，有碱性和亲核性13-24吡啶的化学性质 吡啶氮原子上的未共用电子对未参与共轭，能接受质子，表现出碱性；能

6、与亲电试剂发生反应，表现出亲核性。氮原子上的反应吡啶的碱性pKb： 34 4.75 8.8 9.12 13.6碱性：脂肪胺 氨 吡啶 苯胺 吡咯13-25吡啶的亲核性碘化N-甲基吡啶(温和的烷基化试剂)氯化N-酰基吡啶(温和的酰化试剂) 吡啶的烷基化 吡啶的酰基化及其应用13-26亲电取代反应 取代位置和反应活性起强吸电子基作用对比： 钝化 b 取代其它亲电取代反应 钝化 b 取代13-27由吡啶的共振式分析:环上带正电，不利于亲电取代b 位的正电荷密相对较低，相对较为活泼 对反应取向及钝化现象的解释13-28反应中间体的稳定性分析 取代在 a 位（取代在 g 位类似）贡献最小，为什么？中间体

7、有两个主要共振式13-29 取代在 b 位中间体有三个主要共振式，较稳定13-30吡啶环上的亲核取代反应Chichibabin 反应 置换氢的亲核取代反应 H 是一个难离去的基团，需使用强碱性亲核试剂 NaNH2、PhLi。13-31 a 或 g 卤代吡啶的亲核取代反应易进行13-3213-33氧化还原反应 氧化反应比苯难 由于氮原子的吸电子作用，使吡啶环上电子云密度降低，难氧化，易还原。1, 2, 3, 4-四氢喹啉十氢喹啉 还原反应比苯容易13-3413-35含两个杂原子的六元杂环化合物嘧啶尿嘧啶(U)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)2,4-二氧嘧啶4-氨基-2-氧嘧啶5-甲基-2,4-二氧嘧啶

8、13-3613-37含两个杂原子的五元杂环化合物 具有两个或两个以上杂原子（其中至少有一个是N原子）的五元杂环化合物叫唑。 唑可以看作是呋喃、噻吩、吡咯环上2-位或3-位的CH被N原子取代的化合物。13-38唑的结构 唑环具有6个p电子的环状共轭体系，有一定程度的芳香性。异噁唑、异噻唑、吡唑（Z=O、S、NH）吡啶中的N吡咯中的N噁唑、噻唑（Z=O、S）咪唑13-39吡唑、咪唑的酸碱性与互变异构：4-甲基咪唑5-甲基咪唑咪唑：两性化合物，既可以作为质子的受体，又可以作为质子的供体。5-甲基吡唑3-甲基吡唑13-40稠杂环嘌呤 嘌呤易溶于水，其水溶液显中性，能与强酸或强碱成盐。其酸性(pKa=8

9、.9)比苯酚(pKa=10)强，碱性(pKb=11.6)比吡啶(pKb=8.8)弱。在水溶液中易于发生互变异构。 9H-嘌呤7H-嘌呤13-41腺嘌呤(A)(6-氨基嘌呤) 鸟嘌呤(G)(2-氨基-6-羟基嘌呤) 咖啡碱 茶碱 可可碱 13-42 尿酸为白色晶体，难溶水，具有弱酸性(pKa=5.75)，可与碱成盐。尿酸是鸟类和爬虫类动物体内蛋白质的代谢产物，由尿排出。人的血液和尿液中含量较少，在代谢发生障碍时，尿液中的尿酸量增加而形成尿结石，血液中的尿酸含量过高时，可沉淀在关节外形成痛风石。 13-43生物碱 生物体内一类含氮的具有一定生理活性的有机碱性化合物。由于这类物质主要来源于植物，因此又叫做植物碱。生物碱结构复杂，种类很多。 概念： 生物碱在植物体内是由氨基酸转化来的，可与有机酸（如苹果酸、柠檬酸、草酸、琥珀酸）成盐，常以盐的形式存在于植物体内。 13-44性质：氮、碱、苦、毒、晶、溶、旋、沉、色常用的生物碱沉淀剂 苦味酸、 磷钼酸H3PO4