有机化学课件：YJ017（第一章）

第十七章杂环化合物§17.1杂环化合物的分类和命名§17.2杂环化合物的结构与芳香性§17.3五元杂环化合物§17.4六元杂环化合物由两种或两种以上原子组成的具有芳香性的环状化合物杂环化合物内酸酐环醚不属于本章讨论的杂环杂环衍生物杂环母核§17.1杂环化合物的分类和命名杂环单杂环稠杂环五元杂环六元杂环furan呋喃thiophene噻吩pyridine吡啶Quinoline喹啉pyrimidine嘧啶indole吲哚purine嘌呤imidazole咪唑thiazole噻唑phrrole吡咯杂环化合物母核命名采取译音杂环上编号从杂原子开始：1，2，……

杂原子相邻为α,依顺为βγδ…..2α3βα5β4112345

多个杂原子从O、S、N….顺序开始稠杂环化合物环上编号：134562789135824671347256杂环上的编号2-呋喃甲醛α-呋喃甲醛糠醛N-甲基咪唑4-甲基噻唑6-氨基嘌呤腺嘌呤β-吡啶甲酸8-羟基喹啉3-吲哚甲酸乙酯§17.2杂环化合物的结构与芳香性杂环化合物环上具有环闭的共轭结构具有芳香性一.五元杂环呋喃、噻吩、吡咯的结构与芳香性

C：Sp2杂化;4个P轨道各一个P电子；

O：P轨道上2个电子；

5个P轨道6个电子的大键。特点：平面结构；闭合的共轭体系；

π电子数等于六。具有芳香性的环..六个π电子芳香性富电子环：五原子，六π电子..芳香性：苯>噻吩>吡咯>呋喃共轭能：150.4、125.5、90.4、71.1键长未完全平均化电负性：O>N>S>C0.1440.1350.1370.1420.1370.1710.1430.1370.138呋喃、噻吩、吡咯的光谱性质IR：环伸缩振动1600~1300cm-1有2~4条谱带；

C-H3077~3003cm-1

N-H3500~3200cm-1NMR：δ~7化学位移呋喃：αH7.42βH6.37

吡咯：αH6.68βH6.22

噻吩：αH7.30βH7.10二.六元杂环吡啶的结构与芳香性α-β-γ-C、N均采取SP2杂化结构类似苯环六原子六电子的大π键有芳香性的环

IR：类似苯环νC-H

3080~3010cm-1

环骨架ν1600~1430cm-1出现四条谱带；

NMR：δ≈7γH7.55、βH7.16、αH6.52ppm。0.1400.1390.134缺电子芳环+0.18+0.05+0.15-0.02-0.03-0.04-0.06-0.06-0.10+0.320芳环上电子云密度分布芳香性比苯环弱，电子云分布不完全平均。哪些环具有芳香性:无有有有呋喃：无色液体，b.p31.35℃，遇盐酸侵湿的松木片显绿色；吡咯：无色液体，b.p130~131℃，松木片反应显红色；噻吩：无色液体，b.p84.16℃，和吲哚醌在硫酸作用下显兰色。呋喃、噻吩、吡咯的鉴别方法§17.3五元杂环化合物一.呋喃、噻吩、吡咯1.2.呋喃、噻吩、吡咯的化学性质(1)亲电取代反应活性：>>类似于>呋喃、噻吩、吡咯为富电子芳环亲电取代位置：首先在α位

α位电子云密度高+E+..+

P-π共轭分散电荷，稳定亲电取代反应历程中中间体的稳定性:+..卤代:+I2（NaOH）四碘吡咯外伤消毒剂+Cl240℃+2，5-二氯呋喃+Cl250℃+α-噻吩杂环上亲电取代定位效应:硝化:不能用混酸..H+环闭共轭体系破坏，成了共轭二烯烃，易聚合为焦油状物。温和硝化剂：CH3COONO2乙酰基硝酸酯（临时配用）把要硝化的杂环溶入乙酐，然后在低温下加入100％硝酸。+CH3COONO2乙酐-10℃+CH3COONO2乙酐-10℃+CH3COONO22-硝基吡咯乙酐-10℃磺化:+H2SO4（95％）室温H2O△+H2O硫酸可用于分离苯和噻吩；精制无噻吩苯。+100℃HCl+Cl-++室温ClCH2CH2Cl吡啶三氧化硫Cl-HCl呋喃-2-磺酸酰化:+（CH3CO）2BF3，乙醚0℃+（CH3CO）2H3PO3α-乙酰基噻吩+（CH3CO）2O150~200℃+2，5-二乙酰基吡咯（2）加成反应加氢还原杂环加氢产物，环均失去芳香性，而具有醚、硫醚、胺的性质。THF四氢呋喃环醚，溶剂+H2Ni100℃，5MPa四氢吡咯仲胺+H2Ni200℃不能用Pt、Pd、Ni催化加氢+H2MoS2100℃，20MPa双烯合成+30℃+主要为外型内型丁炔二酸酯+脱硫邻苯二甲酸酯呋喃、噻吩、吡咯结构均有π-π共轭双键，理论上应能进行双烯合成。但呋喃双烯加成容易，吡咯最难。+苯炔强亲双烯体（3）吡咯的弱碱性和弱酸性环状仲胺，N上电子对参与共轭

N接受质子能力减弱，碱性减弱；

N上H离解能力增强，显酸性。..弱碱性：<吡咯与稀酸作用缓慢弱酸性：+KOH（固体）+H2O-+吡咯钾盐>R-OH>酸性：+R-Mg-X+RH氢的酸性使格氏试剂分解吡咯卤化镁+CH3I+N-甲基吡咯-++N-苯甲酰基吡咯甲苯110℃二.糠醛α-呋喃甲醛无α-H的芳香醛无色透明液体，b.p161.7℃，溶入醇、醚等，对水溶解度为9％。1.制法工业制法由农副产品如甘蔗渣、花生壳高粱杆……用稀酸加热蒸煮。（C5H8O4）n+nH2OnC5H10O53~5％稀H2SO4水解，加热多聚戊糖戊糖稀H2SO4加热-H2O糠醛2.性质和用途一般醛基的性质：和羰基化试剂反应、银镜反应、氧化和还原…..H2/CuO·Cr2O3150℃10MPa还原糠醇KOH+KMnO4中性或碱性氧化糠酸无α-H醛歧化反应2+NaOH+合成四氢呋喃做溶剂催化脱羰基Ni,280℃THF催化加氢H2/Ni125℃10MPa糠醛广泛用于油漆及树脂工业如酚醛树脂、酚醛塑料、做溶剂…三.噻唑和咪唑五元杂环含两个杂原子的叫唑噻唑1,3-唑13452噻唑无色液体，b.p117℃，与水互溶

，弱碱性。Cl-Cl-维生素B1青霉素G天然产物和合成药物含有噻唑结构青霉素青霉素内含有四氢噻唑和β—内酰胺环系

1929年英国的微生物家佛来明（A.Fleming）注意到青霉素具有阻止链球菌的生长的效能;1940年佛洛瑞（H.W.Fiorey），钱因（Ｅ.Ｃhain）等由青霉的培养液中取得了有效的成分，就叫做青霉素。青霉素的结构的测定，主要争论的一点就是有关分子中的四员环内酰胺的结构，武德华首先提出了正确的结构后用Ｘ衍射方法测定,确定了青霉素的结构。从青霉素培养液中能分离得到一些结构骨架相质，差别在于Ｒ不同，下列为其中四种青霉素的结构：

工业生产的青霉素是青霉素G，是由青霉素菌培养液分离得到的。青霉素FR：—CH2CH=CHCH2CH3青霉素GR：—CH2C6H5青霉素XR：—CH2C6H5—OH青霉素KR：—（CH2）6CH3青霉素青霉素的杀菌作用是能阻止细菌的细胞壁的合成，它能与进行生物合成细胞壁的主要酶的氨基进行反应，使酶失去活性。—NH2E+有活性酶ENH无活性酶青霉素G只能注射，不能口服。因β—内酰胺对酸和碱特别敏感，易水解。由于空间阻碍β—内酰胺就非常稳定，就可以口服。换作青霉素经水解后得到青霉素氨基酸D—青霉素氨基酸头孢菌素活性与青霉素类似13咪唑无色固体，m.p90℃，易溶入水

，碱性较噻唑强。互变异构4-甲基咪唑5-甲基咪唑≡12345+HClCl-Cl-含咪唑环的化合物有突出的生理活性，药物上应用较多。多菌灵高效杀菌剂四.吲哚白色晶体，m.p52.5℃；有松木片反应显红色；碱性类似吡咯;

纯粹的吲哚浓度极稀时有素馨花的香气。12345673-吲哚乙酸植物生长调节剂5-羟基色胺动物和人脑思维活动的重要物质靛蓝植物染料含吲哚环的生物碱广泛存在于植物中有镇静和降血压作用利血平吲哚的化学性质类似吡咯，亲电取代反应发生在3位：Br2，0℃卤化硝化C6H5COO-NO2，CH3CN，0℃酰化（CH3）2N-CHO，POCl3H2O（Vilsmeier）反应--磺化五.族化合物四个吡咯环、四个次甲基（-CH=）交替相联组成的环12345678αβγδ卟吩卟吩自然界中不存在，但环系化合物自然界中分布广泛。卟吩的取代衍生物卟啉血红素维生素B12是钴的卟吩环化合物。2，4--CH=CH24238511，3，5，8--CH3生理功能载氧676，7--CH2CH2COOH叶绿素a蓝黑色晶体，m.p117~120℃光合作用§17.4六元杂环化合物一.吡啶存在于煤焦油、叶岩油和骨焦油中，其衍生物广泛存在于自然界中。工业合成NH3500℃2CH≡CH+2+NH3Al2O3，SiO21.吡啶的来源和制法吡啶需求量大，主要合成药物中间体烟碱（尼古丁）维生素B6异烟肼（Rimifon）抗结核病药物SP2一对电子δ+δ-δ-δ+δ+0.841.01α-β-γ-芳香性比苯环弱，电子云分布不完全平均。2.吡啶的结构与芳香性C、N均采取SP2杂化结构类似苯环六原子六电子的大π键有芳香性的环缺电子芳环3.吡啶的物理性质和光谱性质具有特殊臭味的无色液体，b.p115.5，比重0.982，可与水、乙醇、乙醚等任意混溶。IR：类似苯环νC-H

3080~3010cm-1

环骨架ν1600~1430cm-1出现四条谱带；NMR：δ≈7γH7.55、βH7.16、αH6.52ppm。4.吡啶的化学性质（1）碱性和盐的性质~R3N>>碱性：+HClCl-·HCl吡啶盐酸盐类似叔胺与卤代烃作用I-+CH3I季铵盐I-I-+甲基吡啶的盐290~300℃吡啶与酰卤作用也成盐，产物是良好的酰化剂。+Cl-吡啶与三氧化硫作用，可作缓和的磺化剂。-（2）亲电取代反应活性：<吡啶为缺电子环~取代位置β-位Cl2，AlCl3100℃卤化3-氯吡啶300℃，1d浓HNO2+浓H2SO4硝化3-硝基吡啶HgSO4，220℃浓或发烟H2SO4磺化吡啶-3-磺酸（3）2-位，4-位的亲核取代

2-位被占在4-位齐齐巴宾反应

Chichibabin+NaNH2N，N-二甲基苯胺加热回流+α-苯基吡啶+NH3（ZnCl2）220℃+HCl（4）氧化反应对氧化剂（H+）稳定，N接受质子环电子云密度降低。+HNO3加热β-吡啶甲酸烟酸吡啶环对氧化剂比苯环稳定KMnO4+H2SO4+HNO3加热2，3-吡啶二甲酸+H2O2+CH3COOHON-氧化物O+HNO3（发烟）H2SO490℃，14hONO2PCl3△+POCl34-硝基吡啶改变了亲电取代反应的位置合成应用（5）加氢还原95％六氢吡啶（哌啶）环状仲胺，性质类似仲胺。+H2Ni吡啶对还原剂比苯活泼还原性：>Cl-完成反应式：KMnO4H+NH3△Br2OH-NaNO2HCl（）（）（）（）（）三.嘧啶345612无色晶体，m.p22℃；易溶入水；碱性比水弱得多。嘧啶的衍生物广泛存在于自然界，例如核酸中的碱基：亲电取代比吡啶困难；亲核取代比吡啶容易。脲嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶UTCUracilThymineCytosine二.喹啉无色油状液体，b.p238.05℃;

能溶入许多有机溶剂，水中溶解度较小;

是一种高沸点的溶剂;

碱性比吡啶稍弱。存在于煤焦油中。12345678氮萘一取代产物有七种奎宁（存在于金鸡钠树皮中的生物碱）有抗疟疗效生物碱中有些有喹啉环氯喹（合成抗疟药）化学性质苯环比吡啶环活泼。浓HNO3浓H2SO4，0℃+8-硝基喹啉+Br2浓H2SO4，△Ag2SO4+5-溴喹啉+浓H2SO4220℃喹啉-8-磺酸（1）亲电取代在5-，8-位吡啶环上的亲核取代（2）亲核取代在2-，4-位+KNH2100℃二甲苯2-氨基喹啉+NaNH2N，N-二甲基苯胺加热回流吡啶环比苯环容易（3）加氢还原+SnHCl（Na+HCl）1，2，3，4-四氢喹啉吡啶环比苯环困难（4）氧化反应+KMnO42，3-吡啶二甲酸喹啉环合成法（Skraup）斯克洛浦合成法甘油苯胺回流浓H2SO4硝基苯，△84~91％+浓H2SO4-2H2O（1）加成（2）烯醇化浓H2SO4-H2O关环-2H合成示例：8-羟基喹啉的制备+浓H2SO4回流分子内氢键可以水蒸汽蒸馏两性实验步骤：（1）加料混匀后回流；（2）用水蒸汽蒸出未反应完的邻硝基苯酚；（3）调pH值到中性；（4）用水蒸汽蒸出产品8-羟基喹啉。四.嘌呤无色晶体，m.p216~217℃；易溶入水，其水溶液呈中性，能与酸、碱成盐。嘌呤的衍生物广泛存在于动植物体中。12364578979尿酸黄嘌呤无色晶体，难溶入水。黄嘌呤的衍生物：咖啡碱茶碱可可碱核酸中的碱基：腺嘌呤鸟嘌呤AGAdenineGuanine作业：p429~430：1，2（1）（2）3，5，6，7，8，10（4）（5），113.呋喃、噻吩、吡咯的制法+H