河北科技大学有机化学-杂环化合物课件

第十七章

杂环化合物一、杂环化合物的分类、命名和结构1、分类和命名2、结构和芳香性二、五元杂环化合物1、五元杂环化合物的化学性质2、常见的五元杂环化合物三、六元杂环化合物1、吡啶和嘧啶2、喹啉和异喹啉3、嘌呤基本内容构成环的原子除碳原子外还有其它原子的一类环状化合物，常见的杂原子是O,N,S。

定义杂环化合物叶绿素-a(R=CH3)叶绿素-b(R=CHO)

1993年被发现的一种高效抗癌物质。前言头孢氨苄(先锋霉素IV)血红素(heme)四氢呋喃哌啶吡啶杂环化合物举例一、杂环化合物的分类、命名和结构杂环非芳香性杂环

芳香性杂环

非芳香性杂环四氢吡咯六氢吡啶奎宁环

四氢呋喃1,4–二氧六环(1–氮杂二环[2.2.2]辛烷)

1、分类和命名

苯并呋喃苯并噻吩吲哚(苯并吡咯)benzofuranthionaphtheneindole苯并咪唑苯并唑苯并噻唑嘌呤benzomidazolebenzoxazolebenzothiazolepurine喹啉异喹啉吖啶quinolineisoquinolineacridine稠杂环2、结构和芳香性

呋喃、噻吩和吡咯：C、N原子均为sp2杂化，环上的5个原子处于同一平面；5个p轨道都垂直于环所在的平面且相互平行；p轨道的相互交盖形成闭合的共轭体系，体系中有6个π电子。⑴五元杂环化合物的结构和芳香性芳香性：苯>

噻吩

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吡咯

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呋喃

呋喃、吡咯和噻吩的芳香性呋喃、噻吩、吡咯及环戊二烯的键长/nmX－C1(单键)C2－C3C3－C4

呋喃0.1362(0.143)0.13610.1430噻吩0.1714(0.182)0.13700.1423吡咯0.1370(0.147)0.13820.1417环戊二烯0.15020.13410.1455键长/nm0.1540.134吡啶也是一种典型芳香性杂环化合物，具有和苯非常相似的骨架结构和π电子结构。⑵六元杂环化合物的结构和芳香性吡啶的轨道结构

C–N:0.147nmC=N:0.128nm偶极矩/C·m:7.5×10–306.1×10–30

呋喃、吡咯的遇酸或氧化剂容易开环或聚合。它们在亲电取代反应中，使用温和的试剂。杂原子的＋C效应，增加了杂环的亲电取代反应的活性。二、五元杂环化合物亲电取代反应活性顺序：呋喃、吡咯和噻吩容易进行亲电取代反应。它们的亲电取代反应都比苯活泼(吡咯>呋喃>噻吩>苯)，其活泼性同苯酚、苯胺相似。由于它们的高度活泼性以及呋喃和吡咯对于无机强酸的敏感性，其亲电取代反应需要比较温和的条件。1、五元杂环化合物的化学性质

⑴硝化一般采用硝酸乙酰脂CH3COONO2作硝化剂。⑶卤化

采用溶剂稀释、低温⑷

Friedel–Crafts酰基化

催化剂：SnCl4,BF3等。戊聚糖戊醛糖糠醛糠醛的特性聚戊糖戊糖糠醛

2、呋喃、噻吩、吡咯的制备——Paal–Knorr合成法γ–二羰基化合物酸催化下脱水或与氨或硫化物作。常见的五元杂环化合物3、一些具有生理活性的五元杂环化合物呋喃唑酮（痢特灵）呋喃丙胺（抗血吸虫药）卟吩胆色素原，通过生物体内特定酶的作用可转变成卟啉、叶绿素和维生素B12等重要生物活性物质。卟吩胆色素原维生素B1

青霉素G1、吡啶和嘧啶

生物碱一般是指从动植物中得来的、具有碱性的、有强烈生理作用的一类有机含氮化合物：

吡啶的碱性：三、六元杂环化合物类似硝基苯，一般需在强烈条件下才能发生亲电取代反应。不稳定的极限结构亲电试剂主要进入β位。⑴亲电取代反应①硝化

②磺化

③卤化

吡啶可被催化加氢为六氢吡啶（哌啶）。六氢吡啶的碱性（PKb=2.7）与一般脂肪族仲胺相近。⑵催化加氢⑶芳环上的亲核取代反应

吡啶更容易发生亲核取代反应，反应的部位是在环上的α位和4位：吡啶2-和4-位上甲基具有酸性（类羟醛缩合）。⑶芳环上的亲核取代反应

⑷环上氮原子的性质亲核性

吡啶能与卤代烷作用生成相当于季铵盐的产物吡啶盐：碱性有机碱催化剂、环氧树脂的固化剂。还原吡啶与过氧化氢作用生成吡啶–N–氧化物：氧化2、含有吡啶环的药物分子

3、喹啉和异喹啉与吡啶类似,喹啉和异喹啉都有弱碱性（喹啉：pKb=9.15；异喹啉pKb=8.86）。喹啉和异喹啉的亲电取代反应（如硝化、磺化、溴化等）比吡啶容易，亲电试剂主要进攻苯环部分。

亲核取代反应则发生在吡啶环上，其中喹啉主要在2-位取代，而异喹啉主要在1-位。4、嘌呤

嘌呤是由一个咪唑环和一个嘧啶环稠合而成的一类重要化合物。茶碱