第十八杂环化合物

第十八杂环化合物演示文稿当前1页，总共51页。（优选）第十八杂环化合物当前2页，总共51页。（三）、教学内容1、杂环化合物的分类和命名。

2、五元杂环化合物：呋喃、噻吩、吡咯、糠醛、

噻唑、咪唑和吲哚等化合物的结构与性质。

3、六元杂环化合物：吡啶、嘧啶、喹啉、嘌呤等化合物的结构与性质。

4、生物碱的性质与制法。作业:1(1、3、5、7、9）、4、6、7、8、9（1、2、3、4）、10、11，12当前3页，总共51页。第十八章杂环化合物广义上杂环化合物定义：环上含有杂原子(C除外)的环状化合物常见杂原子：O、S、N一般所指杂环化合物——

具有芳香结构的含有杂原子的环状化合物及其衍生物环醚、内酐、内酯等因没有芳香结构，非杂环化合物这些都是杂环化合物吗？当前4页，总共51页。

杂环化合物应用范围极其广泛，涉及医药、香料、高分子材料等，尤其在生物界中，广义的杂环化合物几乎到处可见。杂环化合物种类繁多，约占全部已知有机化合物的三分之一。本章介绍的是具有芳香性的杂环化合物（简称芳杂化合物）当前5页，总共51页。命名：音译法：按外文名词音译，用带“口”字旁的同音汉字表示(见表18-1)

编号：一般从杂原子开始,遵守最低系列原则，

不止一个杂原子时，按O→S→N顺序编号

第一节杂环化合物的分类和命名当前6页，总共51页。特殊编号!

环上只有一个杂原子时，有时也把靠近杂原子的位置叫位，其次为位，再次为位：当前7页，总共51页。当前8页，总共51页。

含有两个或以上的相同杂原子的单杂环衍生物，编号从连有取代基（或氢原子）的那个杂原子开始，顺序定位，使另一个杂原子的位次保持最小：异噁唑噁唑当前9页，总共51页。第二节五元杂环化合物一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构：

芳香性：苯>噻吩>吡咯

>呋喃二、呋喃、噻吩、吡咯的性质松木片反应；亲电取代反应活性:吡咯

>呋喃>噻吩>苯取代基主要进入α-位

卤代、硝化、磺化时试剂要求；

加成反应；吡咯的弱碱性和弱酸性；了解——糠醛、噻唑、咪唑和吲哚、卟啉化合物

返回教学内容当前10页，总共51页。第二节五元杂环化合物

重点讨论呋喃、噻吩、吡咯一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构：

构成六电子体系的芳香环结构体系，符合4n+2休克尔规则——具有芳香性吡啶的结构当前11页，总共51页。性质上：易起亲电取代反应：硝化、磺化、卤代等；具有类似苯的典型性质——具芳香性：结构上：符合4n+2规则的闭合共轭体系；键长趋于平均化；（NMR谱δ值≈7）呋喃、噻吩、吡咯：问题：它们的芳香性是否一致？与苯环比较如何？当前12页，总共51页。

呋喃、噻吩、吡咯具有一定芳香性，但由于杂原子的存在，闭合π电子云没有苯环均匀，稳定性较苯环小，即芳香性较苯环差：

杂原子电负性越大,闭合环π电子云分布均匀性越差,稳定性越小,即芳香性越小杂原子电负性：S:2.44

N:3.04O：3.50芳香性

？稳定化能或共振能当前13页，总共51页。二、呋喃、噻吩、吡咯的性质1、物理性质：

都难溶于水中呋喃：存在于松木焦油中，无色液体，bp.31.36℃

噻吩：存在于煤焦油中,无色液体,bp.84.16℃

吡咯：存在于煤焦油和骨焦油中,无色液体

bp.130~131℃2、松木片反应——呋喃、吡咯、噻吩的鉴定反应：

呋喃:其蒸气遇到盐酸浸湿的松木片——呈绿色吡咯:其蒸气遇到盐酸浸湿的松木片——呈红色噻吩:在浓H2SO4作用下与松木片反应——呈蓝色

(噻吩最好用如下反应鉴定)吲哚的松木片反应当前14页，总共51页。噻吩+吲哚醌/浓H2SO4——显蓝色反应：当前15页，总共51页。3、亲电取代反应取代基主要进入α-位，若α-位有取代基时，则进入β-位亲电取代反应活性的次序：吡咯

>呋喃>噻吩>苯

呋喃、吡咯、噻吩五元杂为Π56共轭体系，环碳上的电子云密度较苯环大，故比苯容易发生亲电取代反应;例如：噻吩溴代比苯快109倍

吡咯活性类似于苯胺，呋喃活性类似于苯酚当前16页，总共51页。

卤代反应：Br四碘代吡咯在医疗中作为伤口的消毒剂1,4-二氧六环乙醚乙醇当前17页，总共51页。硝化和磺化反应：

温和的消化试剂用浓硫酸或混酸反应都易使呋喃等开环而成焦油状聚合物当前18页，总共51页。70%5%室温下苯与浓硫酸难反应室温下用浓硫酸可以区别苯与噻吩：当前19页，总共51页。噻吩与苯共存于煤焦油中，常在苯中含有少量的噻吩，除去少量噻吩可用冷浓硫酸。与冷浓硫酸反应而溶于冷浓硫酸中不反应不溶于冷浓硫酸偶合反应：（习题4）当前20页，总共51页。乙酰化和烷基化反应：呋喃和吡咯的烷基化反应大多生成聚合物当前21页，总共51页。吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应说明：取代基主要进入α-位对试剂及反应条件必须有所选择和控制：卤代反应：不需要催化剂，要在较低温度下进行；硝化反应：不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯

(CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行磺化反应：呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺化试剂——吡啶三氧化硫的络合物；噻吩可直接用浓硫酸磺化；

返回第二节当前22页，总共51页。4、加成反应均可催化加氢，生成相应的四氢化物其中：呋喃最容易反应，证明芳香性最差

，不饱和性最大

呋喃芳香性最差，从而共轭二烯性质较大，最容易进行双烯合成；吡咯、噻吩不易进行双烯合成，要在特定条件下才能发生D-A反应。例如：内式(90%)外式1,4-和1,2-加成当前23页，总共51页。吡咯与卡宾的反应：当前24页，总共51页。5、吡咯的弱碱性和弱酸性弱碱性:弱酸性:当前25页，总共51页。吡咯的弱酸性反应实例：说明后者酸性比吡咯的酸性较强吡咯卤化镁吡咯盐当前26页，总共51页。吡咯钾盐和吡咯卤化镁的应用：合成吡咯衍生物:干乙醚当前27页，总共51页。三、糠醛（α—呋喃甲醛）1、制备（了解）无色液体，放置容易变色工业上：农副产品如甘蔗渣聚戊糖戊醛糖当前28页，总共51页。2、性质和用途（具有与苯甲醛相似的性质）

1）某些方面是良好的溶剂

2）催化加氢成糠醇

3）氧化反应成糠酸

4）歧化反应：CH2OHCOOH或VB15）发生安息香缩合和Perkin反应当前29页，总共51页。五、噻唑、咪唑和维生素B1，青霉素G（了解）四、呋喃等的制法(见P199帕尔-诺尔合成法)(了解)噻唑：咪唑：广泛存在于自然界中，具有生理活性——用作杀菌剂无色固体，mp：90℃易溶于水比较：呋喃、噻吩、吡咯难溶于水，噻唑、咪唑易溶于水？为什么？能理解噻唑是液体、而咪唑是固体吗？当前30页，总共51页。维生素B1（VB1）：青霉素:对糖类的新陈代谢有显著的影响，人体缺乏时会引起脚气病当前31页，总共51页。六、吲哚（了解）用于制茉莉型香料、染料、药物等吲哚的松木片反应呈红色（与吡咯相同），亲电取代在3位发生（见P202反应式相当于萘的α位），β—吲哚乙酸——植物生长调节剂：5-羟基色胺——哺乳动物及人脑中思维活动的重要物质：松木片反应无色结晶溶于热水当前32页，总共51页。七、了解卟啉化合物（吡咯色素）

含卟啉环的化合物称为卟啉化合物（卟啉或卟吩）卟啉环本身在自然界并不存在，但卟啉化合物广泛存在于自然界中，同时与金属离子形成络合物；例如：血红素：含铁的卟啉化合物叶绿素：含镁的卟啉化合物维生素B12：含钴的卟啉化合物

返回教学内容当前33页，总共51页。一、吡啶1、吡啶的来源和制造（了解）吡啶存在于煤焦油，页岩油和骨焦油中吡啶是重要的有机合成原料（合成药物等）良好的有机溶剂有机合成催化剂（常作碱性试剂）

吡啶可与水、乙醇、乙醚等任意混溶（与五员环呋喃等不溶于水不同，为什么？）有特殊臭味的无色液体，bp：115.5℃密度：0.982第三节六员环化合物当前34页，总共51页。制法（了解）：

1）煤焦油中提取：吡啶和甲基吡啶

2）从糠醛制备：4）实验室合成法（见P204汉茨施合成法）3）从乙炔制备：当前35页，总共51页。2、吡啶的结构吡啶N上孤电子对外露于环外，碱性较苯胺强，易与水成氢键——易溶于水的主要原因呋喃、噻吩、吡咯的结构当前36页，总共51页。3、吡啶的碱性及其盐的性质当前37页，总共51页。由于吡啶环上的N原子，环上的电荷分布不均：4、吡啶的化学性质吡啶的亲电取代反应活性相当于硝基苯亲电取代活性：五员杂环>苯>吡啶当前38页，总共51页。4、吡啶的化学性质（1）亲电取代反应亲电取代活性：五员杂环>苯>吡啶卤代：浮石催化当前39页，总共51页。（2）吡啶环对氧化剂的稳定性——比苯环更稳定磺化：硝化：浓硝酸/浓硫酸当前40页，总共51页。吡啶相当于叔胺,易氧化成N—氧化物：90%合成4-取代吡啶的方法当前41页，总共51页。（3）还原反应和亲核取代

（吡啶的亲核取代比苯活泼）六氢吡啶胡椒啶或哌啶属于亲核取代反应当前42页，总共51页。二、嘧啶：亲电取代反应：苯>吡啶>嘧啶（相当于间二硝基苯）无色晶体易溶于水碱性比吡啶弱

为什么？当前43页，总共51页。Biginelli反应

二氢嘧啶-2-酮衍生物具有重要的药理活性

用作钙拮抗剂、降压剂等，还可以作为研制抗癌药物的先导物当前44页，总共51页。Scheme1.One-potsynthesisof4-arylmethylidene-3-phenylisoxazol-5-ones.3-苯基-4-芳亚甲基异噁唑

-5-酮4H-色烯类化合物具有很高的抗瘤活性，是一类极有希望的抗癌药

5-溴水杨醛+2NCCH2COOEt→

当前45页，总共51页。2-氨基-3-氰基-4-芳基-4H-苯并[h]-色烯衍生物2-氨基-3-氰基-4-芳基-4H-苯并色烯衍生物具有广泛的生物活性和药理活性及光致变色效应当前46页，总共51页。三、喹啉和异喹啉：喹啉环类化合物常以生物碱的形式广泛存在于植物中，许多是重要的药物，如奎宁；亲电取代：主要在