有机化学 第17章 杂环化合物

1第十七章杂环化合物2定义：环状有机化合物组成环的原子除碳外，还包含有杂原子（主要是O,S,N），这种环状化合物叫杂环化合物（环醚，内酰胺，内酯除外）。3I杂环化合物的分类和命名一.分类OSNNSNONNNNHHH呋喃furan噻吩thiophene吡咯pyrrole噻唑1-硫-3-氮杂环戊二烯thiazole噁唑oxazole吡唑pyrazole咪唑imidazole五元环4六元环NNNNNNNOPyridinePyridazinePyrimidinePyrazinePyran吡啶哒嗪嘧啶吡嗪吡喃NNNHNNNNHNQuinolineIsoquinolineAcridineIndolePurine喹啉异喹啉吖啶吲哚嘌呤稠杂环5二.命名：一般采用音译法三.杂环的编号1.只含一个杂原子：杂原子为1，并使取代基编号最小OCH3123452-甲基呋喃2,5a位3,4b位2.含两个相同的杂原子：从有H或取代基的杂原子编起，并使第二个杂原子编号最小。NNHH3C123454-甲基咪唑63.含两个不同的杂原子：按O,S,N顺序编号NSCH3123455-乙基噻唑4.特殊编号NNNNNNHQuinolineIsoquinolinePurine喹啉异喹啉嘌呤123456781234567812345678975.标氢编号NH吡咯CH2NNCH22H-吡咯3H-吡咯8II五元杂环化合物一.呋喃、噻吩、吡咯的结构OSNH0.144nm0.135nm0.137nm0.142nm0.137nm0.171nm0.142nm0.137nm0.138nmO,S,N均为sp2杂化9OSNH呋喃噻吩吡咯SNOH芳香性：芳香性：环稳定性，不易氧化，不易加成，不易破坏10对亲电取代反应活性的解释•由五员杂环的结构分析杂环上的电荷密度比苯环大（杂原子起给电子基的作用）（类似于给电子基活化的苯环）二.化学性质1.亲电取代反应反应活性：吡咯呋喃噻吩苯11•由中间体的稳定性分析AE满足八隅体H-H+AEAE+a取代E+E-H+未满足八隅体比较苯的亲电取代E12反应举例：A强酸氧化聚合分解反应剧烈注意：吡咯、呋喃遇强酸不稳定（吡咯，呋喃）硝化或磺化反应用温和试剂13(1)卤代反应O+Br2OOOBrS+Br2SBr乙酸N+I2NI乙酸HIIIHa-溴代呋喃a-溴代噻吩2,3,4,5-四碘吡咯14(2)硝化反应O+CH3COONO2低温ONO2+CH3COOHN+CH3COONO2低温NNO2+CH3COOHHHS+HNO3SNO2(CH3CO)2O对酸、氧化剂敏感，易开环或聚合15(3)F-C反应O(CH3CO)2O+SnCl4orBF3OCOCH3S+C6H5COClSnCl4SCOC6H5+CH3COOH+HCl16(4)磺化反应ONC5H5NSO3OSO3HSH+NSO3C5H5NSO3+NHSO3H+H2SO4SSO3Ha-呋喃磺酸a-吡咯磺酸a-噻吩磺酸17对取代位置的解释（对反应中间体的相对稳定性的分析）•取代在a位AE+AEAEAE满足八隅体贡献大中间体有三个主要共振式较稳定a取代H-H+AE18•取代在b位AEAE满足八隅体贡献大AE+-H+AEH中间体只有二个主要共振式较不稳定192.加成反应(催化加氢)ONSH+2H2Ni高温高压O+2H2Ni高温高压NH+2H2MoS2高温高压S四氢呋喃THF四氢吡咯四氢噻吩SNa+C2H5OHSS+含硫有机物会使Ni,Pd,Pt催化剂“中毒”，失去活性，因此噻吩的催化氢化不能使用Ni,Pd,Pt催化剂203.吡咯的酸碱性及偶合反应NH+KOHNK+NHN2+Cl-+NHNN有弱酸性与重氮盐的偶联反应2-苯偶氮基吡咯21III六元杂环化合物NNNNNNNO吡啶哒嗪嘧啶吡嗪吡喃22NN孤对电子未参与共轭sp2轨道共振能：23千卡/mol一.吡啶的结构23二.吡啶的化学性质1.碱性N+HClNHCl-NR3NNH2碱性：C5H5N·SO3:Collins试剂（缓和的磺化剂）C5H5N·CrO3:Sarrett试剂（缓和的氧化剂）24N+CH3INCH3I-NNCH3CH3+HIHINaOHNNCH3CH3+季铵盐（碘化N-甲基吡啶）a-甲基吡啶-甲基吡啶252.吡啶环上的亲电取代反应NENNNEEE取代位置:???oror反应活性:比苯快?还是比苯慢?待解答的两个问题:26•由吡啶的共振式分析:NNNNNN结论:1.环上带正电,不利于亲电取代2.b位的正电荷密度相对较低27•由取代反应的中间体稳定性分析a.取代在a位NEa位NENENEHHH-H+NE正电荷在电负性大的原子上,不稳定28b.取代在b位c.取代在位E位NNEHNEHNEH正电荷在电负性大的原子上,不稳定中间体较为稳定29实验事实：亲电取代反应比苯困难（钝化），反应在b位(1)硝化反应N+HNO3H2SO4300oCNNO2(2)磺化反应N+H2SO4350oCNSO3H30(3)卤代反应N+Br2300oCNBrFe吡啶不能发生F-C反应313.亲核取代反应NBr+NH3180oCNNH2N+NH3180oCNBrNH2NCl+NaOHH2ONOH+HCl+HBr+HBr324.氧化还原反应(1)氧化：吡啶环对氧化剂相当稳定NCH3KMnO4/H+NCOOHNNCH3HNO3NCOOHNKMnO4/H+NCOOHb-吡啶甲酸烟酸-吡啶甲酸异烟酸烟碱吡啶环比苯环更难被氧化33(2)还原反应：吡啶比苯容易还原N+NaC2H5OHNH六氢吡啶哌啶N+H2PtNH六氢吡啶哌啶化学还原催化氢化34IV稠杂环化合物一.喹啉及异喹啉N12345678N12345678喹啉异喹啉35喹啉的制备（Skraup合成法）NH2+CH2OHCHOHCH2OHH2SO4NO2NCH2OHCHOHCH2OHH2SO4CHOHCHCH2OHCHOCH2CH2OHH2SO4CHOCHCH2重排反应历程（1）：36（2）：NH2CCHCH2OH+NCCHCH2OHH1,4-加成重排NCCH2CH2OHH+NCCH2CH2OHHNCCH2CH2OHHNCCH2CH2OHHNCCH2CH2OHHH-H2ONHH[O]NO2NHHHHHH37化学性质：(1)具有弱碱性N+HClNHCl-(2)取代反应NHNO3/H2SO4NNNO2NO2+5-硝基喹啉8-硝基喹啉38(3)氧化反应NKMnO4,H+NCOOHCOOH2,3-吡啶二甲酸39二.吲哚及其衍生物NHNH1234567CH3吲哚3-甲基吲哚(粪臭素)NHCH2COOHNHCH2CH2NH2HOb-吲哚乙酸植物生长调节剂5-羟基色胺神经传递介质40V杂环化合物举例呋喃衍生物：ONONO2CHONONO2CHONONO2CHONOCHCNHOCHCH3CH3呋喃唑酮（痢特灵）呋喃妥因（呋喃胆啶）治尿路感染呋喃丙胺治疗血吸虫病41吡唑衍生物：NNH3CONH3CCH3CH2SO3Na安乃近（退热药）42噻唑衍生物：NSCH3CH3COOHONHCRO青霉素:基本结构R:CH2青霉素GR:CH胺苄青霉素NH2R:二甲氧苯青霉素OCH3OCH3R:苯甲异噁唑青霉素NOCH343吡啶衍生物：NCONH2NCON(C2H5)2NCONHNH2烟酰胺抗癞皮病科拉明中枢神经兴奋剂异烟酰肼雷米封抗结核病药习题10，11，13