杂环化合物3hr优秀课件

第十五章杂环化合物（3学时）本章要点：掌握杂环化合物的分类和命名掌握吡啶的结构和化学性质掌握吡咯的结构和化学性质熟悉与临床相关的含氮杂环化合物掌握喹啉的结构和化学性质喹啉的Skraup合成法熟悉二嗪类和唑类的结构及酸碱性相关概念：a.杂环化合物：环中含有杂原子的环状化合物。常见杂原子：O、N、S等b.芳香杂环化合物：环稳定，结构上具有芳香性；化学性能上具有芳香有机化合物的一般特性。例：OOOδ-戊内酯丁二酸酐嘧啶呋喃一般杂环化合物芳香杂环化合物含芳香杂环的药物：维生素B1（治疗神经痛）（含嘧啶环和噻唑环）茶碱（利尿剂）（嘌呤衍生物）利血平（降压药）（含吲哚环）异烟肼（治疗结核病）（含吡啶环）一、杂环化合物的分类和命名1、按环的大小分类：五元环六元环2、按环中杂原子数目分类：含1个杂原子的杂环含2个或多个杂原子的杂环3、按分子中所含的环数目分类：单杂环稠杂环（一）杂环化合物的分类（二）杂环化合物的命名1、母核的命名（复杂）——有特定名称杂环化合物的命名五元单杂环类：（音译法）呋喃吡咯噻吩吡唑咪唑噻唑噁唑异噁唑唑类：六元单杂环类：嘧啶吡啶稠杂环类：异喹啉喹啉吲哚嘌呤吡嗪哒嗪二嗪类吡喃非芳香杂环化合物呋喃吡咯噻吩吡唑咪唑噻唑噁唑异噁唑嘧啶吡啶1234512345123451234512345123451234512345123456123456αβαβαβαβγ哒嗪123456吡嗪123456吡喃1234562-氯吡咯1,4-二甲基-2-羟基咪唑4-氨基-2-羟基嘧啶2-乙酰基-4-甲氧基吡啶α-氯代吡咯ClOCH3CH3H3COHOHNH2（胞嘧啶）COCH3（C）2-甲酰基呋喃COOHCHOCH2CHCOOHNH23-吡啶甲酸β-吡啶甲酸（α-呋喃甲醛）3-(5-咪唑基)-2-氨基丙酸（异烟肼，抗结核药）4-吡啶甲酰肼γ-吡啶甲酰肼CONHNH2（组氨酸）1-乙基-6-氯异喹啉7-甲基喹啉2-氨基-6-羟基嘌呤H3CC2H5ClH2NOH（鸟嘌呤）2-(3-吲哚基)丙酸CHCOOHCH3（G）二、六元杂环化合物1、吡啶的结构特点（一）吡啶C5H5N（1）杂化方式：C：sp2N：psp2p（2）成键方式：●●●●●●N●●●e（3）吡啶环具有芳香性。（4）N原子的特点：a.相当于吸电基，使芳环eb.N上有1对未成键的孤电子对，有给电子能力（芳香性低于苯）2、吡啶的化学性质（1）吡啶的碱性：特点：N上存在一对未成键的孤电子对，有给电子能力，呈现一定的碱性。pKa：11.29.245.194.62（哌啶）NH2NH3∴

碱性：

脂肪胺

＞氨

＞

吡啶

＞

苯胺

说明：吡啶环上的取代基对吡啶碱性强弱的影响与取代苯胺类似。（3）吡啶芳环的亲电取代反应反应特点：反应活性：苯＞

吡啶吡啶N相当于吸电子的致钝基反应部位：主要发生在β-位（相当于间位）反应：300℃

Br2

300℃

HNO3/H2SO4230℃

发烟H2SO4BrNO2SO3H卤代硝化磺化注：吡啶不发生傅-克反应。（与硝基苯相当）（4）吡啶的氧化与还原反应①氧化反应：a.吡啶环比苯环难氧化；氧化特点：b.与苯类似，吡啶主要是侧链氧化。氧化条件：吡啶环上存在芳基侧链或

含α-H的烷基侧链。氧化结果：α-C-COOH常用氧化剂：KMnO4/Δ

或

KMnO4/H2SO4例：COOH

KMnO4H2SO4CH(CH3)2COOH

KMnO4H2SO4COOH

KMnO4ΔCOOHC(CH3)3（—）

KMnO4Δ3、重要的吡啶衍生物——维生素pp结构：COOHβ-吡啶甲酸（烟酸）CONH2β-吡啶甲酰胺（烟酰胺）用途：属于B族维生素。能促进组织的新陈代谢，体内缺乏时能引起糙皮病。（尼克酸）（尼克酰胺）CONH2NADR+-（辅酶）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸1、结构特点（二）喹啉和异喹啉（2）芳香性：平面型结构且存在10π电子的闭合大π键，是芳香性化合物。（3）N原子的特点：a.相当于吸电基，使芳环eb.N上存在孤电子对，有给电子能力（与吡啶相同）喹啉异喹啉（1）N原子的成键方式：sp2p（与萘环类似）（与吡啶类似）2、喹啉和异喹啉的化学性质（1）碱性：特点：N上存在一对未成键的孤电子对，有给电子能力，呈现一定的碱性。pKa：5.194.945.42结论：喹啉和异喹啉的碱性与吡啶相当。（3）氧化反应（∵吡啶环比苯环难氧化）氧化特点：苯环首先氧化。例：常用氧化剂：KMnO4/Δ

KMnO4

Δ

COOHCOOHKMnO4

Δ

COOHCOOH（4）还原反应

吡啶环首先被还原还原特点：常用还原剂：H2/Ni

H2Ni四氢喹啉（∵吡啶环比苯环更易还原）

H2Ni十氢喹啉

H2Ni四氢异喹啉

H2Ni十氢异喹啉NO2+

质子化的醛对苯环进行亲电取代，再脱水形成1,2-二氢喹啉NH+

-H2O1,2-二氢喹啉脱氢氧化为喹啉，硝基苯同时被还原为苯胺HO（傅-克反应）c.NHO-H+OHHHHNH2+

d.H+

原料的选择：d.浓H2SO4

（2）喹啉衍生物的合成NH2NO2浓H2SO4

+

a.α,β-不饱和醛酮b.芳香伯胺

c.芳香硝基化合物（ArNH2）-C=C-C-O（氧化剂，Ar-结构与芳胺匹配）（催化剂）CH2=CH-C-CH3CH3例：（ArNO2）O4-甲基喹啉反应过程：NH2+

NCH2=CH-C-CH3CH3O‥O（1,4-亲核加成）HH+

-H2O+OHHH+

NCH3OHH-

H3CCH3CH3NO2+

NH2+

CH3（傅-克反应）（氧化反应）①②③αβαβ合成NH2NO2浓H2SO4

+

CH3-CH=CH-C-HCH3例1：O2,6-二甲基喹啉H3C原料应选择：CH3CH3H3CH3C合成NH2NO2浓H2SO4

+

CH2=C-C-HCH3例2：O3-甲基-8-甲氧基喹啉H3CO原料应选择：OCH3CH3H3COOCH3CH3αβαβαβαβNH2NO2浓H2SO4

+

CH2=CH-C-CH3CH3例3：O4-甲基-6-甲氧基喹啉H3CO合成原料应选择：OCH3CH3H3COH3COH3CO奎宁（抗疟疾药）奎宁酯高部奎宁COOEtH3COαβαβC6H5例4：HOOC以苯为起始物合成：合成路线：NO2KMnO4HNO3H2SO4NO2H2SO4CH3ClAlCl3CH3CH3COOHNH2Fe

HClCOOEtEtOHH2SO4NO2COOEtMnO2H2SO4CHOCH3CHO

OH-/ΔCH=CH-CHO,H2SO4CH=CH-CHOO2NCOOEtEtOOCH3O+

TM1、结构特点（三）二嗪类化合物（2）芳香性：平面型结构且存在6π电子的闭合大π键，是芳香性化合物。（3）N原子的特点：a.相当于吸电基，使芳环eb.N上存在孤电子对，有给电子能力（与吡啶相同）哒嗪嘧啶（1）N原子的成键方式：sp2p（与苯环类似）（与吡啶类似）吡嗪●●●●●N●●●N●●●N:2、二嗪类化合物的化学性质（1）碱性：特点：2个N均存在孤电子对，但给电子能力弱于吡啶且仅呈现一元碱性。pKa：5.192.331.300.65解释：相互的吸电子效应使N的给电子能力下降；a.质子化的氮正离子吸电性大增，使第2个N无给电子能力。b.（2）嘧啶的亲电取代反应反应活性：吡啶＞嘧啶例：（难硝化、难磺化）反应特点：130℃

BrBr2/phNO2123456亲电取代活性很低，C5-位（N的β-位）是唯一取代位置

；3、重要的嘧啶衍生物胞嘧啶：HO4-氨基-2-羟基嘧啶NH2NH2O尿嘧啶：HO2,4-羟基嘧啶OHOO胸腺嘧啶：HO5-甲基-2,4-羟基嘧啶OHOOCH3CH3（C）（U）（T）磺胺嘧啶H2N5-氟尿嘧啶维生素B1（抗菌药）OOSO2NHFNH2CH2CH2OHCH3H3C（抗肿瘤药）（治疗神经痛）HOOHF三、五元杂环化合物1、吡咯的结构特点（一）吡咯C4H5N（1）杂化方式：吡啶吡咯同：成环的C、N原子均为sp2杂化异：吡啶N：吡咯N：孤电子对处于sp2杂化轨道中孤电子对处于未杂化的p轨道中C：sp2

pN：sp2

pC：sp2

pN：sp2

p（2）成键方式：吡啶：吡咯：●●●●●●N●●●●●●●●NH●（3）芳香性：两者均形成有6π电子的芳香化合物。（4）N原子的特点：①对芳环的影响吡啶N：吡咯N：相当于吸电基，使芳环e相当于推电基，使芳环e②吡啶N：吡咯N：存在一对未成键孤电子对，有给电子能力所有价电子全部参与成键，无给电子能力ee（芳香性均低于苯）2、吡咯的化学性质（1）酸碱性：特点：吡咯N无给电子能力，呈弱酸性。pKa：11.29.245.194.60.4NH2NH3

碱性：

脂肪胺

＞

氨

＞

吡啶

＞

苯胺

＞

吡咯反应：+KOH（S）K+-+H2OΔ

（∵

给电子作用使N本身缺电子，σN-H键极性）（2）亲电取代反应反应活性：吡咯＞苯＞吡啶∵吡啶N：吡咯N：相当于吸电子的致钝基相当于推电子的致活基反应部位：吡啶：吡咯：主要发生在β-位主要发生在α-位（相当于间位）（相当于邻位）①卤代反应：BrBr2

/Fe

Br3Br300℃

Br2

Br0℃

Br2

/C2H5OH

55~60℃

BrBrBr②硝化反应：300℃

5℃

55~60℃

HNO3/H2SO4NO2HNO3/H2SO4NO2HNO3/Ac2ONO2(HNO3+(CH3CO)2O)CH3C-O-NOOO硝乙酐③磺化反应：230℃

55~60℃

发烟H2SO4SO3H浓H2SO4SO3H（非质子磺化剂）SO3HSO3/吡啶另：吡咯环能发生傅-克反应而吡啶不行。•

SO3例：NO2NO2NO2NO2等摩尔的吡啶和吡咯混合物，低温下进行硝化反应的主产物是：（）ACBDC3、重要的吡咯衍生物——卟吩及其衍生物结构特点：卟吩4个吡咯环

+

4个次甲基卟啉M=Fe2+血红素M=Mg2+叶绿素M=Co2+维生素B121、咪唑的结构特点（二）咪唑C3H4N2（1）N的成键方式：双键氮=N-：与吡啶相同与吡咯相同单键氮N-

：（2）芳香性：含6π电子的芳香化合物。（3）N原子的特点：双键N：单键N：相当于吸电基；有给电子能力相当于推电基；无给电子能力●●●●NH●N●●●2、咪唑的化学性质

（1）酸碱性——两性化合物

碱性：

咪唑＞吡啶