第十二讲 杂环化合物

第十二讲杂环化合物Heterocycliccompounds杂环化合物碳原子和其它非碳原子组成的环状有机化合物称为杂环化合物。非碳原子叫做杂原子，常见的有氮、氧、硫。杂环化合物数量几乎占已知有机化合物的三分之一，用途也很多。叶绿素、血红素、核酸和药物。脂杂环：没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。三元杂环四元杂环五元杂环七元杂环(氮杂环丙烷)(β-丙内酯)(β-丙内酰胺)(顺丁烯二酸酐)(氧杂)(1H-氮杂)(环氧乙烷)芳杂环

具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环苯并杂环杂环并杂环五元杂环六元杂环呋喃噻吩吡咯噁唑噻唑咪唑吡唑吡啶嘧啶吡喃(无芳香性)吲哚喹啉异喹啉嘌呤一、分类和命名按杂环的骨架分为单杂环和稠杂环。单杂环又按环的大小分为五元杂环和六元杂环。稠杂环按其稠合环形式分为苯并单杂环、单杂环并单杂环。分类furanpyrrolethiopheneimidazole呋喃吡咯噻吩thiazole噻唑咪唑pyranpyridinepyrimidineindolepurine吡喃吡啶嘧啶吲哚嘌呤命名当杂环上连有-R，-X，-OH，-NH2等取代基时，以杂环为母体，标明取代基位次；取代基当杂环连有-CHO、-COR、-SO3H、-COOH、-CONH2、-COOR等时，则把杂环作为取代基。编号环上有不同杂原子时，则按氧、硫、氮为序编号。另有特殊编号的，如异喹啉、嘌呤等，(见书p409)有时也以希腊字母α、β及γ编号，邻近杂原子的碳原子为α位，其次为β位，再次为γ位。3245113一般从杂原子开始编号。环上只有一个杂原子时，杂原子的编号为1。环上有两个或两个以上相同杂原子时，应从连接有氢或取代基的杂原子开始编号，并使这些杂原子所在位次的数字之和为最小。324512,4-二甲基呋喃3-乙基吡咯2-甲基-5-硝基噻吩3-甲基吡啶4-甲基嘧啶3-甲基吲哚5-甲基噻唑-甲基噻吩-甲基呋喃-甲基吡啶-呋喃甲醛3-呋喃甲醛-吡啶甲酸3-吡啶甲酸-吡咯甲酰胺2-吡咯甲酰胺-吡啶甲酸3-吡啶甲酸互变异构无特定名称的稠杂环母环的命名规则例：噻吩并[2，3-b]呋喃ab基本环环边编号附加环编号123噻吩并[3,2-b]吡咯呋喃并[3,2-b]吡喃吡唑并[4,5-d]恶唑吡嗪并[2,3-d]哒嗪基本环附加环（一）吡啶：二、六元杂环化合物吡啶分子中的

键吡啶分子中的共轭体系吡啶分子中的p轨道=2.20D共轭效应和诱导效应都是吸电子的1.430.841.010.87吡啶键长平均化程度较高，有芳香性。吡啶环亲电取代比苯难。取代基进入间位，且收率偏低。吡啶与水能以任意比例混溶，同时又能溶解大多数极性及非极性有机化合物，它是一个良好的溶剂。原因：吡啶具有极性；氮原子的未共用电子对未参与共轭体系，易与水形成氢键。吡啶的弱碱性（pKa=5.19）+HCl化学性质吡啶碱性比苯胺强，但比氨弱，碱性：

脂肪胺﹥氨﹥吡啶﹥苯胺原因：在于吡啶环上未参与共轭体系的这一对未共用电子对处于sp2杂化轨道上，其s成分较sp3杂化轨道多，受原子核束缚强，因而较难与H+结合。(1)氮原子上的反应NO2+BF4+

CH3IRCOClH+SO3Br2/CCl4石油醚乙醚室温吡啶盐的十分重要的用途：温和的磺化、硝化、卤化、烷基化、酰基化的试剂(2)亲电取代反应+Br2浮石催化300℃+Br2FeBr350℃+HNO3+HNO3H2SO4300℃50-60℃H2SO4+H2SO4+H2SO4-吡啶磺酸>350℃70-80℃结论:1.吡啶比苯难发生亲电取代反应。2.吡啶的一元取代总是发生在间位。反应特点*1发生傅克烷基化、酰基化反应?

不能*2硝化、磺化、卤化必须在强烈条件下才能发生；*3吡啶环上有给电子基团时，反应活性?

增高*4吡啶N可以看作是一个间位定位基；在温和条件下，亲电试剂主要与N反应；在强烈条件下，C取代为主。取代反应位置的控制：（3）吡啶的亲核取代反应置换氢的亲核取代反应一般机制：*1负氢不易离去，一般需要强碱性的亲核试剂（如RLi）；*2亲核取代优先在α位上发生，如果α位上有取代基，则反应在γ位上发生。1.430.841.010.87烷基化、芳基化反应齐齐巴宾(Chichibabin,A.E.)反应——氨化——吡啶与氨基钠作用生成2-氨基吡啶的反应H2O+NaNH2100oCC6H5N(CH3)2+H2↑考研题吡啶与NaNH2/NH3反应生成2-氨基吡啶的机理属于()A.吡啶负离子历程B.吡啶炔历程C.吡啶正离子历程D.自由基历程A置换易离去基团的亲核取代反应如在

,γ位有好的离去基团，如Cl、-NO2、Br，可以与氨（或胺）、烷氧化物、水等较弱的亲核试剂发生亲核取代反应（在亲核取代反应中，吡啶N对邻、对位活化）。P420练(4)吡啶的氧化还原反应吡啶环本身不易被氧化，但它的侧链很容易被氧化成醛或羧酸。吡啶可生成吡啶-N-氧化物。吡啶N-氧化物的反应与吡啶不同：1、亲电取代比吡啶容易，也能进行亲核取代，2、取代都发生在α或γ位。*1需要时，氧能提供电子，使整个环上的电荷密度增高；*2不需要时，氧不提供电子，整个环系相当于吡啶盐；从动态的角度看，与氮相连的氧可以看作是一个电子储存库。eg.加氢反应由于电子云密度较低，比苯容易。吡啶侧链α-H的反应2,4,6-位烷基的

-H与羰基

-H相似醇醛缩合型2、∏电子数为10，有芳香性1、碱性弱都存在于煤焦油和骨油中，是同分异构体。喹啉是无色油状液体；异喹啉是低熔点固体。难溶于水，易溶于有机溶剂。（二）喹啉及异喹啉（1）亲电取代反应化学性质喹啉及异喹啉的亲电取代反应比吡啶容易进行。取代主要在苯环上：喹啉（C-5和C-8位）、异喹啉（C-5位）发生。（2）亲核取代反应负氢比较难以取代。Cl,NO2等基团较易取代。214练p425（3）氧化反应*1.喹啉和异喹啉与绝大多数氧化剂不发生反应；*2.与高锰酸钾能发生反应：练p425（4）还原反应反十氢喹啉顺十氢喹啉考研题氨基钠存在下易于苯甲醛加成的是()C3.喹啉和异喹啉的合成斯克劳普(Skraup,Z.H.)反应该反应分成三步：练：p427；学习指导p186（20）练：1、苯胺+丁烯-2-酮2、苯胺+乙醛浓H2SO4嘧啶为无色液体或晶体，有刺激性气味，m.p=22.5℃，b.p=124℃。可溶于水、乙醇、乙醚，主要用于合成药物。（三）含两个氮原子的六元杂环嘧啶（间嗪）吡嗪哒嗪胞嘧啶（C）Cytosine尿嘧啶（U）Uracil胸腺嘧啶（T）Thymine胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶都存在酮式和烯醇式互变异构。亲电取代反应（发生在5位）当2、4、6位有强活化基团，亲电容易进行。反应最易在2位发生，其次是4,6位取代卤素要比取代负氢更容易亲核取代反应氧化反应二嗪不易被氧化。若用过酸氧化，得嘧啶单N-氧化物（性质同吡啶N-氧化物）。侧链

-H反应羟醛缩合型烷基化反应由

-二羰基化合物（或类似物）与1,1-二胺类化合物合成常用的1,1-二胺类化合物：尿素硫脲胍脒甲脒乙脒嘧啶的合成（四）吡喃环系吡喃及其衍生物无芳香特性γ-吡喃酮的徉盐是芳香体系。α-吡喃α-吡喃酮γ-吡喃γ-吡喃酮香豆素色酮三、五元杂环化合物••••‥‥吡咯分子中的键吡咯分子中的p轨道吡咯分子中的共轭体系（一）吡咯、呋喃、噻吩吡咯π56共轭体系有芳香性N：2s22p3sp2杂化吡咯N上孤对电子参与共轭，环上的电子云密度增加，亲电取代比苯容易。共轭的结果，使N—H键的极性增加，有一定的酸性结构与性质呋喃噻吩吡咯、呋喃和噻吩具有一定的芳香性，环比较稳定芳香性强弱顺序：苯>噻吩>吡咯>呋喃?稳定性大小顺序：苯>噻吩>吡咯>呋喃1、比苯容易发生亲电取代。2、亲电取代反应一般发生α位，如果α位已取代，则发生在β位。五元杂环分子中的键长有一定的平均化，电子云分布不平均，因此芳香性较苯环差，有某种程度的不饱和化合物的性质和环的不稳定性。它们的芳香性由强到弱的顺序为：离域能：噻吩：121.3kJ·mol-1

吡咯：87.8kJ·mol-1

呋喃：66.9kJ·mol-1+KOH+H2O+H2O+KOH化学性质1、吡咯的弱酸性：考研题下列化合物碱性从强到弱的次序是()A.NH3B.吡啶C.喹啉D.吡咯A>B>C>D呋喃、噻吩、吡咯的质子化反应分子接受一个质子的反应称为质子化反应.（1）呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可质子化；（2）如：N-质子化（3）由于质子化反应，吡咯在强酸作用下会因 聚合而被破坏；（4）在稀的酸性水溶液中，呋喃的质子化在氧上发生并导致水解开环。2、亲电取代反应*1、亲电取代反应的活性顺序为：吸电子诱导（-I）：O(3.5)>N(3.0)>S(2.6)给电子共轭（+C）：N>O>S综合：N贡献电子最多，O其次，S最少下列化合物亲电取代反应的活性顺序为：A.呋喃B.吡咯C.噻吩D.苯B>A>C>D练习:

1.下列化合物发生亲电取代的活性顺序为:D>A>C>B2.吡咯比吡啶的碱性弱是因为吡咯N上的孤对电子参与了环的共轭体系,而吡啶N没有.()√*2取代反应主要发生在α-C上；*3吡咯、呋喃对酸及氧化剂