第十四章芳香杂环化合物

第十四章芳香杂环化合物（2学时）本章要点：掌握特定名称杂环化合物的命名掌握吡咯、吡啶的结构特点掌握吡咯、吡啶的化学性质熟悉与临床相关的含氮杂环化合物酸碱性亲电取代反应吡啶的氧化和还原第一页，共二十九页。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-内酯丁二酸酐嘧啶呋喃一般杂环化合物芳香杂环化合物OONNO第二页，共二十九页。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）第三页，共二十九页。一、杂环化合物的分类：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：单杂环稠杂环第四页，共二十九页。二、杂环化合物的命名：1、母体的命名：（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第五页，共二十九页。六元单杂环类：嘧啶吡啶吡喃稠杂环类：异喹啉喹啉吲哚嘌呤（非芳香杂环化合物）sp3第六页，共二十九页。2、编号原则：（1）单杂环类化合物编号的基本原则：①编号从杂原子开始，并使其它杂原子编号尽可能小；②对于含多个杂原子的单杂环，杂原子编号的优先次序为：OSN-H-N=③对于含一个杂原子的单杂环，除用阿拉伯数字编号外，还可用希腊字母编号；④当侧链复杂时，侧链为母体，杂环为取代基，但杂环母核的编号原则不变。单键氮双键氮（一般用阿拉伯数字编号）第七页，共二十九页。呋喃吡咯噻吩吡唑咪唑噻唑噁唑异噁唑嘧啶吡啶1234512345123451234512345123451234512345123456123456αβαβαβαβγ吡喃123456αβαβαβαβαβαβγ第八页，共二十九页。2-氯吡咯1-甲基-2-羟基咪唑4-氨基-2-羟基嘧啶2,4-二甲基吡啶α-氯代吡咯ClCH3CH3OHOHNH2COOHCHO3-吡啶甲酸β-吡啶甲酸2-呋喃甲醛α-呋喃甲醛（胞嘧啶）（C）（烟酸）CH3（糠醛）第九页，共二十九页。（2）稠杂环类化合物编号的基本原则：从稠碳原子相邻的第一个原子开始编号，同时使杂原子编号尽可能小。稠碳原子一般不参与编号。（强调：嘌呤的编号例外）异喹啉喹啉吲哚嘌呤12345678123456781234567123456789第十页，共二十九页。1-乙基-6-氯异喹啉7-甲基喹啉3-溴吲哚2-氨基-6-羟基嘌呤H3CC2H5ClBrH2NOH（鸟嘌呤）（G）第十一页，共二十九页。三、杂环化合物的结构——吡啶和吡咯的结构特点1、杂化方式：吡啶：吡咯：C：sp2N：psp2pC：sp2N：psp2p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轨道中第十二页，共二十九页。2、成键方式：吡啶：吡咯：●●●●●●N●●●●●●●●NH●3、芳香性：两者均具有芳香性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e（2）吡啶N：吡咯N：有1对未成键的孤电子对，有给电子能力所有价电子均参与成键，无给电子能力ee（芳香六隅体）第十三页，共二十九页。四、杂环化合物的化学性质——吡啶和吡咯的化学性质（一）酸碱性：吡啶：吡咯：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。N上的所有价电子全部参与成键，无给电子能力，而且由于N对芳环的给电子效应，导致N本身缺电子，σN-H键极性进一步加大，呈现一定的酸性。第十四页，共二十九页。pKa：11.29.245.194.60.4（哌啶）NH2NH3∴

碱性：

脂肪胺

＞

氨

＞

吡啶

＞

苯胺

＞

吡咯反应：+HClH+Cl-（呈现吡啶的碱性）+KOH（S）K+-（呈现吡咯的酸性）+H2OΔ

（2º胺）第十五页，共二十九页。例：比较下列各类N的给电子能力NH(CH2)3NHCH3CH3NHCH2CH2CONH2③＞①＞②①②③①＞③＞②①②③①＞②＞

③①②③（碱性）第十六页，共二十九页。（二）亲电取代反应反应共性：芳香性的吡啶环和吡咯环均能发生亲电取代反应。反应活性：吡咯＞苯＞吡啶反应部位：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）∵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第十七页，共二十九页。1、卤代反应：BrBr300℃

Br2

Br0℃

Br2

/C2H5OH

Br2

/Fe

Br355~60℃

BrBrBr第十八页，共二十九页。2、硝化反应：300℃

5℃

55~60℃

HNO3/H2SO4NO2HNO3/H2SO4NO2HNO3/Ac2ONO2(HNO3

+(CH3CO)2O)CH3C-O-NOOO硝乙酐（硝酸乙酰基酯）第十九页，共二十九页。3、磺化反应：230℃

55~60℃

发烟H2SO4SO3H浓H2SO4SO3H磺化剂SO3H（SO3/吡啶）第二十页，共二十九页。（三）吡啶的氧化与还原反应1、氧化反应：（1）吡啶环比苯环难氧化氧化特点：（2）与苯类似，吡啶主要是侧链氧化氧化条件：氧化结果：α-C-COOH常用氧化剂：KMnO4/Δ

或

KMnO4/H2SO4吡啶环上存在芳基侧链或

含α-H的烷基侧链。（吡啶环氧化活性低于苯环）第二十一页，共二十九页。例：CH2CH3COOH

KMnO4ΔCOOH

KMnO4ΔCOOHC(CH3)3（—）

KMnO4H2SO4COOH

KMnO4H2SO4第二十二页，共二十九页。2、还原反应：吡啶环比苯环更易还原还原特点：例：常用还原剂：H2/Ni(

Pt,Pd)

H2NiCH3CH3

H2Ni3-甲基哌啶十氢喹啉（吡啶环还原活性高于苯环）四氢喹啉高温低温第二十三页，共二十九页。五、与医学相关的芳香杂环化合物（一）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第二十四页，共二十九页。（二）嘧啶衍生物胞嘧啶HO4-氨基-2-羟基嘧啶NH2NH2O尿嘧啶HO2,4-二羟基嘧啶OHOO胸腺嘧啶HO5-甲基-2,4-二羟基嘧啶OHOOCH3CH3（C）（U）（T）111第二十五页，共二十九页。（三）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B12NNNHHNNNNNM第二十六页，共二十九页。（四）咪唑及其衍生物咪唑的特点：组氨酸用途：（1）存在互变异构，1、3位等价，4、5位等价；1313（2）既是酸又是碱，是两性化合物。CH2CHCOOHNH2：接受质子给出质子组氨酸的咪唑环是生物体内构成酶活性中心的重要基团。452452第二十七页，共二十九页。（五）嘌呤及其衍生物嘌呤：碱基：9H-嘌呤1234567897H-嘌呤1234567892-氨基-6-羟基嘌呤H2NOH鸟嘌呤（G）6-氨基嘌呤NH2腺嘌呤（A）（嘌呤）第二十八页，共二十九页。内容总结第十四章芳香杂环化合物。第十四章芳香杂环化合物。常见杂原子：O、N、S等。（含嘧啶环和噻唑环）。——有特定名称杂环化合物的命名。编号从杂原子开始，并使其它杂原子编号尽可能小。对于含多