第12章芳香杂环化合物2016

第一节杂环化合物的分类与命名熟悉与掌握第二节五元杂环化合物

一、结构（掌握）二、化学性质（掌握）第三节六元杂环化合物一、结构（掌握）二、化学性质（掌握）第四节重要的芳香杂环化合物（了解）第十二章芳香杂环化合物杂环化合物定义：

构成环的原子除碳原子外，还含有一个或多个非碳原子的有机化合物。

常见杂原子O、S、N

前面学过的环氧化合物、内酯、内酸酐等:

因环不稳定，易开环，其性质与开链化合物相似，所以不把它们列为杂环化合物中。环氧乙烷γ-丁内酯丁二酸酐

本章讨论的杂环化合物是指环系较稳定，并具有一定芳香性的杂环化合物，被称为芳(香)杂环化合物。不易加成、不易氧化、易亲电取代杂环化合物与人类生活关系密切氯丙嗪:主要用于抗精神病、加强催眠、麻醉、镇痛及抗惊厥等。又可用于对呕吐和顽固性呃逆的镇吐及引起人工冬眠等。

血红素：运载氧，还可与CO2、CO、CN-结合，CO、CN-和血红素结合后很难离开，引起煤气中毒和氰化物中毒。一、分类杂稠杂环六元杂环杂环苯稠杂环第一节杂环化合物的分类和命名骨架分类法：按环的结构、形状分类。单杂环稠杂环五元杂环

二、命名（掌握）

呋喃

噻吩

吡咯

1.杂环命名通常用音译法

按照英文名称的译音，选用近似的同音汉字，左边加“口”旁。吡啶吲哚嘌呤

P207表12.1

常见杂环化合物的结构和名称

2.杂环衍生物的命名

多数以杂环为母体，将取代基的位次、名称写在杂环母体名称前。

杂环的编号原则：

①当环上只有一个杂原子时，从杂原子开始沿着环编号，也可从临近杂原子的碳开始用α、β、γ编号。

②当环上有几个相同的杂原子时，应从连有H（或取代基）的杂原子开始编号，并尽可使杂原子编号最小。

③如果环上有不同的杂原子时，则按O、S、N顺序依次编号。

④少数稠杂环按特定的顺序编号(如嘌呤）。

2-甲基呋喃（α-甲基呋喃）

3-硝基吡咯（β-硝基吡咯）

4-乙基吡啶（γ-乙基吡啶）例题含一个杂原子

4-甲基咪唑

5-甲基噻唑

6-氨基嘌呤含两个相同杂原子含多个不同杂原子特定编号

2-呋喃甲醛（α-呋喃甲醛）

糠醛

4-吡啶甲酸（γ-吡啶甲酸）环上连有羧基、磺酸基、醛基时，把杂环作取代基一、五元杂环的结构第二节五元杂环化合物结构特点：1.成环原子都是sp2杂化2.碳和杂原子的p轨道相互平行重叠形成6π电子环状大π键,3.有芳香性(富芳杂环)。吡咯的结构示意图吡咯、呋喃、噻吩的结构分析：环状大π56键,为“富芳杂环”。

呋喃O(噻吩S)的这个sp2杂化轨道上有一对电子(孤对电子）。O呋喃的结构示意图吡咯、呋喃、噻吩都是环状大π56键，环碳π电子密度比苯环大，均为“富π芳杂环”，故比苯易发生亲电取代。亲电取代活性：稳定性：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃吡咯（呋喃，噻吩）＞苯

吡咯N上的电子对参与了大π键的形成:①比苯易发生亲电取代，主要发生在α-位。②N上的电子云密度降低，N-H的极性增强，显弱酸性，能与固体KOH加热生成盐。二、五元杂环的化学性质（掌握前2类）1.吡咯的酸碱性2.亲电取代反应

吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应都比苯易，主要发生在位。（1）卤代五元芳杂环化合物与卤素反应激烈，若卤素过量常得多卤代物。（2）硝化通常采用弱硝化剂——硝酸乙酰酯。

83％

17％

70％

5％（3）磺化吡咯、呋喃在强酸条件下，杂原子能质子化，会破坏环的共轭体系，环本身被破坏生成焦油，所以不能直接用硫酸进行磺化反应，通常采用一种温和磺化试剂——吡啶磺酸。（4）傅－克酰基化反应150~200℃H3PO4最重要的呋喃衍生物是呋喃甲醛，俗称糠醛。用3%~5%H2SO4水解玉米芯、糠皮、花生皮等农副产物制备。以糠醛为原料制备呋喃蒸汽3.加成反应（了解）呋喃催化加氢则得四氢呋喃（THF）

第二节六元杂环化合物一、六元杂环的结构

吡啶的结构与苯相似，也是平面六边形分子(但不是正六边形)。（键长不均等）（键长均等）

环中的5C和1N均以sp2杂化轨道形成键。p轨道相互平行重叠形成环状大66键，具有芳香性,为“缺芳杂环”。HHHHHN的孤对电子处于sp2杂化轨道上，与环共平面，未参与大π键的形成。吡啶的结构示意图

吡啶环上电子云向电负性大的N转移，使Nδ-、Cδ+。环上各原子电子云密度：

苯电子云均匀分布

吡啶环碳电子密度比苯低

“缺芳杂环”HHHHH吡咯与吡啶结构的区别：吡啶的结构吡咯的结构

吡咯、苯、吡啶三者比较：

吡啶“缺芳杂环”

吡咯“富芳杂环”

苯

电子云均匀亲电取代反应活性：吡咯＞苯＞吡啶从结构分析，吡啶比苯

①难亲电取代(主要在β位)；②易亲核取代(主要在α、γ位)；③难被氧化；④易被还原。

二、六元杂环的化学性质（4条掌握）

1.吡啶的碱性吡啶是弱碱，只能与强无机酸成盐。氮为SP2杂化，束缚电子能力较强，不易给出孤对电子碱性强弱顺序：脂肪胺＞氨＞吡啶＞苯胺＞吡咯

吡啶苯胺吡咯pKb8.89.313.6实验测得：2.取代反应

(1)亲电取代

吡啶与硝基苯相似，难发生亲电取代。①卤代②硝化③磺化(2)亲核取代-氨基吡啶(70%)主要在电子云密度较小的和位

当α或γ位上有易离去基团(Cl、Br)时，较弱的亲核试剂（如NH3,H2O等）也能发生亲核取代反应。-羟基吡啶-氨基吡啶

吡啶环对氧化剂较苯环稳定，而对还原剂比苯活泼。3.氧化与还原反应六氢吡啶(pKb=2.8)属仲胺类化合物，其碱性比吡啶强1061.吡咯衍生物

吡咯的衍生物在自然界中分布很广。例如叶绿素、血红素、维生素B12都是吡咯衍生物(含卟吩环)，它们都具有重要的生理活性。

卟吩的结构三、重要的杂环衍生物

血红素的结构

维生素B12的结构叶绿素a(R=-CH3)叶绿素b(R=-CHO)

叶绿素的结构

2.吡啶衍生物吡啶的重要衍生物维生素PP，包括β-吡啶甲酸和β-吡啶甲酰胺，在医药上有重要的作用。

维生素PP是B族维生素之一，它能促进组织新陈代谢，体内缺乏时能引起粗皮病，米糠、牛乳、肉类和花生中含量较多。β-吡啶甲酸

（烟酸）β-吡啶甲酰胺

（烟酰胺）环状大p键3.嘧啶及其衍生物嘧啶2个N的吸电子作用，使C上π电子云密度比吡啶还低，故嘧啶比吡啶更难发生亲电取代反应。

嘧啶本身在自然界并不存在，但其衍生物在自然界中很多。如核酸是含有嘧啶衍生物（称为碱基）的重要生物大分子。

核酸中的碱基分为两类：嘧啶碱和嘌呤碱嘧啶碱有三类：4.喹啉及其衍生物根据N在环上的位置不同分为：喹啉是苯与吡啶的稠合体。通常情况下，喹啉亲电取代反应总是优先发生在苯环上，而且像萘一样主要在5和8位生成取代产物。

喹啉、异喹啉氧化或还原都比苯容易。氧化易发生在苯环上(失去苯环)，而还原则发生在吡啶环上(保留苯环)。5.吲哚及其衍生物β-吲哚乙酸，最初是从尿中取得。少量β-吲哚乙酸能促进植物生长，用量大时则对植物有杀伤作用，侧链上如果再多一个CH2就会失去生理效能。6.嘌呤及其衍生物嘌呤碱主要有两类：第四节生物碱一、生物碱的概念一般指含氮的碱性有机化合物，多是含氮杂环衍生物，也有少数为非杂环衍生物，由于是从生物体（主要是植物）内取得，所以称为生物碱。二、生物碱的一般性质1、物理性质：一般为无色结晶，味苦，不溶或难溶于水，能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。2、化学性质（1）生物碱的沉淀反应生物碱的中性或酸性水溶液可与某种或多种试剂作用生成沉淀，如碘化铋钾，磷钨酸等。应用：（2）生物碱的颜色反应生物碱的结构不同与显色剂作用，颜色有所区别，常见显色剂有钒酸－硫酸试剂，钼酸钾等。检验生物碱的存在烟碱（尼古丁）

存在于烟叶中，有剧毒。少量对中枢神经有兴奋作用，大量则抑制中枢神经，出现恶心、呕吐,使心肌麻痹以至死亡。1978年美国报告，1支烟含烟碱0.05-2.5mg.三、重要常见生物碱及结构特点具有兴奋交感神经、增高血压、扩张气管的作用，用于治疗支气管哮喘，疗效持久。麻黄碱（麻黄素）仲胺去氧麻黄素

为无味透明晶体，俗称冰毒，对人体的损害甚于海洛因

冰毒是严禁的毒品。它对人体的损害更甚于海洛因，吸、食或注射0.2g即可致死。吸、食1～2周，便产生严重的依赖性而成瘾，对心、肺、肝、肾及神经系统有严重毒害作用。近几年又有N-甲基苯丙胺以商品名“摇头丸”、“蓝精灵”或“忘我”等出现在青少年中，造成极大的危害。吗啡、可待因、海洛因R=R1=H

吗啡R=CH3R1=H

可待因R=R1=-COCH3

海洛因叔胺

吗啡味苦，对中枢神经有麻痹作用，有极快的镇痛效力，但易成瘾。临床上一般使用吗啡的盐酸盐及其制剂。可待因与吗啡有相同的生理作用，临床一般使用其磷酸盐，主要作为镇咳剂。其镇痛作用较小，强度为吗啡的1/4，亦不象吗啡易成瘾。海洛因即二乙酰吗啡，不存在于自然界，其成瘾性为吗啡的3-5倍，它从不作为药用，是对人类危害很大的毒品之一。本章要点1.杂环的命名译音＋“口”旁2.吡咯、呋喃、噻吩结构：环状大56键/富芳杂环

性质：亲电取代比苯容易，主要发生在α位

亲电取代活性：吡咯>呋喃>噻吩>苯>

吡啶3