第十四章杂环化合物.

SJTU上海交通大学化学化工学院SN12α3β4β5α12α3β4γ5β6α杂环化合物：组成环的原子除C原子之外，还有O、S、N等其它杂原子的化合物。•单杂环编号时，总是以杂原子为“1”位，依次为1，2，3……或将与杂原子相邻的碳原子编为α，β，γ……NHOfunanpyrrolthiophenepyridine一、分类和命名非芳香性：OOCHNONH芳香性：上海交通大学化学化工学院•如有两个或两个以上相同的杂原子时，要使连有氢的或取代基的杂原子为1号，并使其余杂原子的编号尽可能最小。NNH12345N12345咪唑CH3N-甲基咪唑•含有不同杂原子时，按O、S、N的次序编号：SN12345ON12345噻唑（thiazole）噁唑(oxazole)咔唑(carbazole)•稠杂环：（一般按稠杂芳烃的规则编号）喹啉特例NN12345678910(吩嗪phenazine)NNNNH123456789(嘌呤purine)上海交通大学化学化工学院标氢――母环被部分还原某些母环与特定的母环仅杂原子位置不同-----“异”异喹啉异噁唑N12345678ONN123ON12341233H-吡咯4－吡喃3H-吲哚杂化，Π56,由于环中杂原子以共用电子对参与共轭，使环内碳原子上的电子云密度大于苯环，因而亲电取代比苯容易。芳香性：呋喃吡咯噻吩苯（离域能，电负性解释）1、结构二、含一个杂原子的五元环、亲电取代(α-位)（1）卤代NHI2,KINHIIIIOCl2-40oCOClSBr2CH3COOH,0oCSBr当α位都被占据后，亲电取代也可以在β位：上海交通大学化学化工学院亲电反应活泼性：上海交通大学化学化工学院（2）硝化NHNHNO2OONO2S-10oCSNO2HNO3,(CH3CO)2O-10oCHNO3,(CH3CO)2O-10oCHNO3,(CH3CO)2O吡咯和呋喃在强酸作用下容易开环生成聚合物，噻吩用混酸硝化时反应太猛烈，因而硝化反应一般在低温和乙酐溶液中进行。上海交通大学化学化工学院（3）磺化吡咯,呋喃对强酸敏感，需要较缓和的磺化剂，如：SO3-吡啶NHNHSO3HOOSO3HSSSO3HSO3.C5H5NSO3.C5H5NSO3.C5H5N上海交通大学化学化工学院除去石油和粗苯中的噻吩（4）付克酰基化：（烷基化产率较低，选择性差）NH(CH3CO)2O150oCNHCOCH3O(CH3CO)2OOCOCH3S(CH3CO)2OSnCl4,25oCSCOCH3BF3.(C2H5)2O不要催化剂较弱的Lewis酸较弱的Lewis酸上海交通大学化学化工学院（5）环上已有取代基对亲电取代取向的影响SSCH3NO2HNO3/Ac2O(AcONO2)HNO3SCH3SCH3O2NNO2+70%30%SNO2SNO2O2NO2N+85%15%上海交通大学化学化工学院α位为供电子基——另一α位取代α-位为吸电子基——较远的β位取代SCH3SNOOONO2HNO3ONO2O2Nβ位有供电子基——相邻的α位取代β位有吸电子基——较远的α位取代SBrSCOHO呋喃例外3、加成----加H2OH2/NiO100MPaNHH2/NiNH250MPaSH2/MoS2STHF是常用的非质子溶剂，bp:650CSRRH2RaneyNiRR+NiS上海交通大学化学化工学院4、作为共轭二烯的性质（吡咯、噻吩较难）呋喃芳香性最差O+OOO30℃OOOO呋喃可使浸过盐酸的松木片显绿色。S+SCNCNCNCN5.呋喃的特殊反应ORRH2O/H+RROO（1）酸性开环ORH2CCH2RH2O/H+RH2CCH2ROOOH-ORH2CR（2）1，4加成反应OBr2/CH3OHOBrH3COCH3OHOOCH3H3CO、吡咯的酸碱性N-NHKOHK+=7-9NHNNK+N-CO2/H2OH+NHCOOHCHCl3/KOHNHCHORCOClNORNHRO150oC（类似苯酚）、呋喃、吡咯的重要衍生物（1）糠醛的性质：类似苯甲醛。由米糠、玉米杆、花生壳等水解制取。CHCHOHCOHCHOHOHCHHHO-3H2OOCHO重要的有机原料OCHO+H2OZn-Cr2O3-MnO2O+CO2+H2OOCH2OHCHO+NaOH+OCOONa上海交通大学化学化工学院NHNHNHCOCH3(CH3CO)2OBF3,Et2Oβ－位m.p.52.5℃b.p.254℃，气味极臭，但在极稀溶液中有花香味，是化妆品的常用香料，有弱酸性。8、吲哚与吡咯不同之处NHCH3HNO3H2SO4NHCH3HH-H+NCH3NO2H2－甲基－5－硝基吲哚强酸中：－羟色胺HO是哺乳动物脑组织中与中枢神经有关的物质。吲哚环存在于1000多各生物碱天然产物中。NHCH2COOH3－吲哚乙酸是植物生长调节剂9、卟啉衍生物：由四个吡咯环和四个次甲基交替组成，有芳香性。如叶绿素，血红素等上海交通大学化学化工学院NHNNH吡唑pyrazoleNNH咪唑imidazoleNNH苯并咪唑SSNNS异噻唑NS噻唑thiazole苯并噻唑三、含二个杂原子的五元杂环OON苯并噁唑NO异噁唑NO噁唑上海交通大学化学化工学院1.结构与物理性质分子间可能成氢键m.p.90℃b.p.256℃..碱性弱酸NNHNNHN咪唑环存在于组氨酸中NNHHHHNNH咪唑imidazoleN原子sp2杂化NNHCH2CHCOOHNH2弱碱性：NNHNNHNOHNSHONHHHpKa7.02.52.40.8-2.03共轭酸的pKa值：2.化学性质：质子化的咪唑环有弱酸性：在生理化的条件下，PH=7.3时，咪唑以质子化和非质子化两种形式存在，所以许多酶中都含有咪唑环。酸性大于吡咯环的pka=17。．互变异构：在咪唑中，4位和5位是等同的；在吡唑中，3位和5位是等同的。当N上的氢被其他原子或基团取代后，就不存在这种互变异构了。NNH3CHNHNH3C4-甲基咪唑5-甲基咪唑NNHH3C3-甲基吡唑123451234512345H3CNN12345H5-甲基吡唑吡啶和嘧啶(1)吡啶：无色臭味液体，b.p.115℃。与水、乙醇、乙醚混浴，能溶解无机盐。四、六元杂环化合物C,N原子均为SP2杂化吡啶环上的电子云密度小于苯环。上海交通大学化学化工学院N+HClN+HCl-orNHClN+CH3IN+CH3I-300oCNCH3HI+NHICH3N+SO3250CNSO3a.碱性:（大于苯胺，小于脂胺）温和的磺化试剂吡啶盐的酸性大于铵盐。温和的酰基化试剂亲电取代(与硝基苯类似,比苯难)N（一般正离子首先进攻氮原子形成盐，使环上电子云密度降低）NNNO2HNO3H2SO4,300oCNNSO3HHgSO4H2SO4,200oCNNBrBr2,300oC不发生付克反应c.亲核取代（比苯易发生在α位）NNPhPhLiEt2O,0oCNNNHNaNaNH2100oC-200oCH2ONNH2上海交通大学化学化工学院当α、γ位有卤素时，由于它们是较好的离去基团，使用比较弱的亲核试剂，亲核反应也很容易发生。例如：NClCH3NCNCH3NaCNNClNaOHH2ONOH氧化，比苯难NNO2,DMFCH3COOHt-BuOHNH3NCONH2－甲基吡啶3－吡啶甲酸（烟酸）3－吡啶甲酰胺（烟酰胺）N+O-N+O-HNO3H2SO490oCN+O-NO2PCl3NNO2+POCl31)PhMgX2)H2ONOHPhHAc2ONPh还原，比苯易NH2,PtHOAcNH哌啶，PiperidineN-氧化吡啶的活性比吡啶高：f.吡啶侧链α－H的反应NCH3+PhCHOZnCl2NCH2CHPhOH-H2ONHCCHPhNCH3CH2CH3NaNH2NCH2-CH2CH3CH3INCH2CH3CH2CH3α-H，具有酸性β-吡啶甲酸（烟酸）维生素PPNCONH2β-吡啶甲酰胺（烟酰胺）还原辅酶NAD+中的重要成分NNCH3NCONH2NH2烟碱（尼古丁）异烟酰肼（雷米封）NHOH3CCH2OHCH2OH维生素B6上海交通大学化学化工学院NNOHOH尿嘧啶（Uracil)NNNH2OH胞嘧啶（cytosine)NNOHOHCH3胸腺嘧啶NNOHNNNH