有機化學(xué) 雜環(huán)類

1、exit止止于于至至善善厚厚德德博博學(xué)學(xué)exitexit本本 章章 提提 綱綱第一節(jié)第一節(jié) 雜環(huán)化合物的分類和命名雜環(huán)化合物的分類和命名第二節(jié)第二節(jié) 含一個雜原子的五元雜環(huán)含一個雜原子的五元雜環(huán) 吡咯、呋喃、噻吩吡咯、呋喃、噻吩第三節(jié)第三節(jié) 含一個雜原子的苯并五元雜環(huán)含一個雜原子的苯并五元雜環(huán)- -吲哚吲哚第四節(jié)第四節(jié) 含兩個雜原子的五元雜環(huán)體系含兩個雜原子的五元雜環(huán)體系第五節(jié)第五節(jié) 含一個雜原子的六元雜環(huán)含一個雜原子的六元雜環(huán)- -吡啶吡啶第六節(jié)第六節(jié) 含兩個和三個氮原子的六元雜環(huán)體系含兩個和三個氮原子的六元雜環(huán)體系第七節(jié)第七節(jié) 含一個雜原子的苯并六元雜環(huán)含一個雜原子的苯并六元雜環(huán) 喹啉和異

2、喹啉喹啉和異喹啉第八節(jié)第八節(jié) 嘧啶和嘌呤嘧啶和嘌呤第一節(jié)第一節(jié) 雜環(huán)化合物的分類和命名雜環(huán)化合物的分類和命名一一 雜環(huán)化合物分類雜環(huán)化合物分類二二 五元雜環(huán)化合物的命名五元雜環(huán)化合物的命名三三 六元雜環(huán)化合物的命名六元雜環(huán)化合物的命名一一 雜環(huán)化合物的分類雜環(huán)化合物的分類1 脂雜環(huán)脂雜環(huán) 沒有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為脂雜環(huán)。沒有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為脂雜環(huán)。在環(huán)上含有雜原子（非碳原子）的有機物稱為雜環(huán)化合物。在環(huán)上含有雜原子（非碳原子）的有機物稱為雜環(huán)化合物。三元雜環(huán)三元雜環(huán)四元雜環(huán)四元雜環(huán)五元雜環(huán)五元雜環(huán)七元雜環(huán)七元雜環(huán)(氮雜環(huán)丙烷氮雜環(huán)丙烷)(-丙內(nèi)酯丙內(nèi)酯)(-丙內(nèi)酰胺丙內(nèi)酰胺)(順丁

3、烯二酸酐順丁烯二酸酐)(氧雜氧雜)OHN(環(huán)氧乙烷環(huán)氧乙烷)OONHOOOOOO四氫呋喃四氫呋喃六元雜環(huán)六元雜環(huán)OO二噁烷二噁烷2 2 芳雜環(huán)芳雜環(huán) 具有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為芳雜環(huán)具有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為芳雜環(huán) 苯并雜環(huán)苯并雜環(huán)雜環(huán)并雜環(huán)雜環(huán)并雜環(huán)五元雜環(huán)五元雜環(huán)六元雜環(huán)六元雜環(huán)呋喃呋喃噻吩噻吩吡咯吡咯噁唑噁唑噻唑噻唑咪唑咪唑吡唑吡唑吡啶吡啶嘧啶嘧啶吡喃吡喃(無芳香性無芳香性)吲哚吲哚喹啉喹啉異喹啉異喹啉嘌呤嘌呤OSNHNONSNNHNNHNNNONHNNNNNHN二二 五元雜環(huán)化合物的命名五元雜環(huán)化合物的命名五元雜環(huán)五元雜環(huán) （音譯命名）（音譯命名）五元雜環(huán)苯并體系五元雜環(huán)苯并體系呋

4、喃呋喃(furan)噻吩噻吩(thiophene)吡咯吡咯(pyrrole)苯并呋喃苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯苯并吡咯吲哚吲哚 (indole)四四 六元雜環(huán)化合物的命名六元雜環(huán)化合物的命名六元雜環(huán)六元雜環(huán)吡啶吡啶(pyridine)吡喃吡喃(pyran)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)噠嗪噠嗪(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)吡嗪吡嗪(pyrazine)雜環(huán)并雜環(huán)雜環(huán)并雜環(huán)喹啉喹啉(quinoline)異喹啉異喹啉(isoquinoline)苯并吡喃苯并吡喃(benzopyra

5、n)苯并苯并- -吡喃酮吡喃酮(benzo- -pyrone)嘌呤嘌呤(purine)六元雜環(huán)苯并環(huán)系六元雜環(huán)苯并環(huán)系一一 呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)二二 呋喃、噻吩、吡咯的制備呋喃、噻吩、吡咯的制備三三 呋喃、噻吩、吡咯的反應(yīng)呋喃、噻吩、吡咯的反應(yīng)第二節(jié)第二節(jié) 含有一個雜原子的五元雜環(huán)體系含有一個雜原子的五元雜環(huán)體系吡咯的結(jié)構(gòu)吡咯的結(jié)構(gòu)孤電子對在孤電子對在p軌道上。軌道上。吡吡 咯咯結(jié)構(gòu)：吡咯結(jié)構(gòu)：吡咯N是是sp2雜化，孤電子對參與共軛。雜化，孤電子對參與共軛。 5 56 6 平面共軛體系平面共軛體系 富電子芳香雜環(huán)化合物富電子芳香雜環(huán)化合物反應(yīng)：堿性較弱，環(huán)易發(fā)生親電取代

6、反應(yīng)，環(huán)上反應(yīng)：堿性較弱，環(huán)易發(fā)生親電取代反應(yīng)，環(huán)上相當(dāng)于有一個相當(dāng)于有一個鄰對位定位鄰對位定位基。基。共軛效應(yīng)是給電子的。共軛效應(yīng)是給電子的。誘導(dǎo)效應(yīng)是吸電子的。誘導(dǎo)效應(yīng)是吸電子的。一吡咯一吡咯、呋喃、噻吩的結(jié)構(gòu)呋喃、噻吩的結(jié)構(gòu)呋喃、噻吩的結(jié)構(gòu)請同學(xué)自己分析。呋喃、噻吩的結(jié)構(gòu)請同學(xué)自己分析。1.1. 吡咯：吡咯： 存在于煤焦油、骨焦油中。無色液體，沸點存在于煤焦油、骨焦油中。無色液體，沸點130-131130-131。鑒定：蒸汽遇鹽酸浸濕的松木片顯紅色。鑒定：蒸汽遇鹽酸浸濕的松木片顯紅色。2.2. 呋喃：呋喃： 存在于松木焦油中。無色液體，沸點存在于松木焦油中。無色液體，沸點3232。鑒。鑒

7、定：蒸汽遇鹽酸浸濕的松木片顯綠色。定：蒸汽遇鹽酸浸濕的松木片顯綠色。3. 3. 噻吩：噻吩： 與苯共存在于煤焦油與苯共存在于煤焦油中。無色液體，沸點中。無色液體，沸點8484。 鑒定：與吲哚醌在硫酸作用下發(fā)生墨綠色反應(yīng)。鑒定：與吲哚醌在硫酸作用下發(fā)生墨綠色反應(yīng)。 2吡咯吡咯、呋喃、噻吩的物理性質(zhì)及鑒定呋喃、噻吩的物理性質(zhì)及鑒定偶極矩偶極矩 ：吡咯指向雜環(huán)，呋喃、噻吩指向雜原子：吡咯指向雜環(huán)，呋喃、噻吩指向雜原子質(zhì)子化學(xué)位移質(zhì)子化學(xué)位移: 類似苯環(huán)，在類似苯環(huán)，在 6.22-7.29之間之間主要化學(xué)反應(yīng)主要化學(xué)反應(yīng)1 1 吡咯、呋喃、噻吩的吡咯、呋喃、噻吩的親電取代親電取代反應(yīng)反應(yīng) 2 2 吡咯

8、、呋喃、噻吩的加成反應(yīng)吡咯、呋喃、噻吩的加成反應(yīng) 3 3吡咯吡咯、呋喃、噻吩呋喃、噻吩 的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)1. 1. 吡咯、呋喃、噻吩的親電取代反應(yīng)吡咯、呋喃、噻吩的親電取代反應(yīng) 重點重點* *1 1 親電取代反應(yīng)的活性順序為：親電取代反應(yīng)的活性順序為：吸電子誘導(dǎo)：吸電子誘導(dǎo)：O(3.5) N(3.0) S(2.6) 給電子共軛給電子共軛：N O S綜合：綜合：N貢獻電子最多，貢獻電子最多，O其次，其次，S最少最少ONHSNHEHNHEHNHEHEHEHEH八隅體結(jié)構(gòu)八隅體結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定最穩(wěn)定無最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)無最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（1）概述）概述* *2 2 取代反應(yīng)主要發(fā)生在取代反應(yīng)主要發(fā)生在-C -C 即

9、即2-2-位位上；上；* *3 3 吡咯、呋喃對酸及氧化劑比較敏感，選擇試劑吡咯、呋喃對酸及氧化劑比較敏感，選擇試劑 時需要注意；時需要注意；* *4 4 噻吩、吡咯的芳香性較強，噻吩、吡咯的芳香性較強，所以易取代而不易所以易取代而不易 加成；加成；呋喃的芳香性較弱，呋喃的芳香性較弱，雖然也能與大多數(shù)雖然也能與大多數(shù) 親電試劑發(fā)生親電取代，但在強親核試劑存在親電試劑發(fā)生親電取代，但在強親核試劑存在 下，能發(fā)生親核加成。下，能發(fā)生親核加成。離域能：離域能：噻吩：噻吩：121.3 kJmol-1吡咯：吡咯：87.8 kJmol -1共振能共振能 呋喃：呋喃：66.9 kJmol -1 苯：苯： 1

10、50 kJmol -1試試問它們的穩(wěn)定性順序如何問它們的穩(wěn)定性順序如何？芳香性、穩(wěn)定性：芳香性、穩(wěn)定性： 苯噻吩吡咯呋喃苯噻吩吡咯呋喃* *5 5 雜原子和取代基的定位效應(yīng)雜原子和取代基的定位效應(yīng)A 雜原子的定位效應(yīng)：鄰位雜原子的定位效應(yīng)：鄰位B 取代基的定位效應(yīng)：取代基的定位效應(yīng)：第一取代基進入到雜原子的第一取代基進入到雜原子的-位。位。3位上有取代基時，呋喃、吡咯、噻吩的定位效應(yīng)一致。位上有取代基時，呋喃、吡咯、噻吩的定位效應(yīng)一致。ZG (o, p)ZG (m) 6 6 吡咯的特殊反應(yīng)吡咯的特殊反應(yīng) - -氮原子上的取代反應(yīng)氮原子上的取代反應(yīng) 吡咯的性質(zhì)與苯酚類似，都具有吡咯的性質(zhì)與苯酚類

11、似，都具有酸性酸性，但吡咯的酸性比苯，但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯與苯胺也有類似性質(zhì)。酚小。吡咯與苯胺也有類似性質(zhì)。吡咯成鹽后，使環(huán)上電荷密度增高，親電取代反應(yīng)更易進行。吡咯成鹽后，使環(huán)上電荷密度增高，親電取代反應(yīng)更易進行。pKa=10OH-OOHNHNK+Na 或 K或濃NaOHpKa 17.5C6H5N2+X- C2H5OH-H2O AcONaNHCHONHCOO-NH4+NHN=N-C6H5NCOOHNMgXHCON(CH3)2 DMF POCl3CHCl3 25%NaOH(NH4)2CO3 130oCRMgX1 CO22 H2OCO2 加熱加熱 加壓加壓RCOClRX或或K+NH2-（2

12、 2） 呋喃、噻吩、吡咯的硝化反應(yīng)呋喃、噻吩、吡咯的硝化反應(yīng) 呋喃呋喃, 噻吩和吡咯易氧化噻吩和吡咯易氧化, 一般不用硝酸直接硝化一般不用硝酸直接硝化; 通常用比較通常用比較溫和的非質(zhì)子硝化試劑溫和的非質(zhì)子硝化試劑，如：，如：硝酸乙酰酯硝酸乙酰酯。反應(yīng)在低溫下進行。反應(yīng)在低溫下進行。CH3COCCH3 + HNO3O OCH3CONO2 + CH3COOHOSAcONO2O oCAc2O/AcOHSNO2SNO2+NHAcONO2O oCAc2O/AcOHNHNO2NHNO2+60 %10 %51 %13 % 呋喃比較特殊呋喃比較特殊, ,先生成穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的先生成穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的2,52,

13、5加成產(chǎn)物加成產(chǎn)物, ,然后加熱或用吡啶除去乙酸然后加熱或用吡啶除去乙酸, ,得到硝化產(chǎn)物。得到硝化產(chǎn)物。ONHNO2OOHNO2HNO2HAcOAcONO2-5 - -30oC+PyridineO O（3 3） 吡咯、呋喃、噻吩的磺化反應(yīng)吡咯、呋喃、噻吩的磺化反應(yīng) 吡咯、呋喃不太穩(wěn)定，所以須用溫和的磺化試劑磺吡咯、呋喃不太穩(wěn)定，所以須用溫和的磺化試劑磺化。常用的溫和的非質(zhì)子的磺化試劑有：吡啶與三氧化化。常用的溫和的非質(zhì)子的磺化試劑有：吡啶與三氧化硫的加合化合物。硫的加合化合物。 噻吩比較穩(wěn)定，既可以直接磺化（產(chǎn)率稍低），噻吩比較穩(wěn)定，既可以直接磺化（產(chǎn)率稍低），也可以用溫和的磺化試劑磺化。也

14、可以用溫和的磺化試劑磺化。N+ SO3CH2Cl2室溫NSO3(固體，含量固體，含量90 %)O+ NSO3ClCH2CH2Clr. t. 3 daysOSO3-NHOSO3-O3SNHNHS+ NSO3ClCH2CH2Clr. t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+NH+ NSO3100 oCNHSO3-NHHClNHSO3H（4 4） 吡咯、呋喃、噻吩的鹵化反應(yīng)吡咯、呋喃、噻吩的鹵化反應(yīng) 反應(yīng)強烈，易得多鹵取代物。為了得一鹵代反應(yīng)強烈，易得多鹵取代物。為了得一鹵代(Cl, Br)產(chǎn)產(chǎn)物，要采用低溫、溶劑稀釋等溫和條件（物，要采用低溫、溶劑稀釋等溫和條件（NBS溴化劑溴化劑）。）。OOOCl

15、ClClCl2-40+OBrOOBr2, 0稀釋(86 %)SSBrSIBr2AcOHI2, HgOC6H6, 0(78 %)碘不活潑，要用催化劑才能發(fā)生一元取代碘不活潑，要用催化劑才能發(fā)生一元取代Br2, 0NHNHClNHBrBrBrBrEtOHSOCl2 (1 mol)Et2O, 0(80 %)（5 5） 吡咯、呋喃、噻吩的傅氏酰基化反應(yīng)吡咯、呋喃、噻吩的傅氏酰基化反應(yīng)(60 %)NH+ Ac2O150 - 200 NHCCH3O(70 %)NHNa或 NaOH(濃)PhCClNNa+ONCOPhN-?；量；量?呋喃、噻吩的?；磻?yīng)在呋喃、噻吩的?；磻?yīng)在 -C-C上發(fā)生，而吡咯的

16、酰化反上發(fā)生，而吡咯的?；磻?yīng)（不用催化劑）既能在應(yīng)（不用催化劑）既能在 -C -C上發(fā)生，又能在上發(fā)生，又能在N N上發(fā)生。上發(fā)生。OBF3+ Ac2OOCCH3OSAc2O 與 AlCl3 的混合體系SCCH3O(75%-92 %)（6 6） 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反應(yīng)呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反應(yīng) 0SCH2ClS+ CH2O + HClZnCl2總體看，在合成上無實用價值?？傮w看，在合成上無實用價值。CH2O + HClZnCl2, 25oCSCH2ClClH2C3. 3. 呋喃、吡咯、噻吩的加成反應(yīng)呋喃、吡咯、噻吩的加成反應(yīng)（1） 加氫反應(yīng)加氫反應(yīng) 噻吩在鎳催化下加氫生成丁烷

17、噻吩在鎳催化下加氫生成丁烷（2） Diels-Alder反應(yīng)反應(yīng)呋喃最易發(fā)生呋喃最易發(fā)生DielsDiels-Alder-Alder反應(yīng)反應(yīng)90 %OOOO+OOOO76 %O+O60 - 120SCH3H3C+ NC-CC-CN-SSCH3H3CCNCNCH3CNCNCH3 噻吩基本上不發(fā)生雙烯加成，噻吩基本上不發(fā)生雙烯加成，即使在個別情況下生成也即使在個別情況下生成也是一個不穩(wěn)定的中間體，直接是一個不穩(wěn)定的中間體，直接失硫轉(zhuǎn)化為別的產(chǎn)物。失硫轉(zhuǎn)化為別的產(chǎn)物。四四 呋喃、噻吩、吡咯的制備呋喃、噻吩、吡咯的制備請同學(xué)們自學(xué)請同學(xué)們自學(xué)1. 工業(yè)制備（略）工業(yè)制備（略）2. 實驗室制備實驗室制備

18、( (1)1)帕爾帕爾- -克諾爾克諾爾(Paal, C.-Knorr(Paal, C.-Knorr, L.), L.)合成法合成法O OBu-tt-BuOH OBu-tt-BuH2SO4-H2O, HAcTsOH, 甲苯, SBu-tt-BuP2S5, 170(1)NH2R (2)NH3(NH4)2CO3, 100(40 %)Bu-tt-BuOHOHOBu-tt-Bu-H2OBu-tt-BuNHOHHOOBu-tt-BuHONH2NHBu-tt-Bu-2H2O1 1，4 4 二酮二酮三種化合物的相互轉(zhuǎn)化三種化合物的相互轉(zhuǎn)化(有氧化鋁存在的情況下有氧化鋁存在的情況下)（2）諾爾合成法）諾爾合成

19、法ROEtOOCROEtOOCNOHROEtOOCNH2ROCOOEtROEtOOCNH2NHCOOEtRREtOOCHNO2Zn - HOAc+氨基酮酸酯ONHSH2ONH3H2SNH3H2OH2S五、五、 呋喃、吡咯、噻吩的衍生物呋喃、吡咯、噻吩的衍生物 (1) 糠醛糠醛OCHO濃 NaOHCH3COCH3，稀 OH- KCN(CH3CO)2OCH3COOHABCDOCOONa + OCH2OHOCH=CHCOCH3OCH COHOOOCH=CHCOOHNHNHNCH3(CH2)4CH3NHHOOCCH2CH2CH2COOHCH2NH2(2) 葉綠素和血紅素葉綠素和血紅素 卟吩由四個吡咯和

20、四個次甲基卟吩由四個吡咯和四個次甲基(=CH) 交替相連組成的共軛體系。交替相連組成的共軛體系。卟吩呈平面結(jié)構(gòu)卟吩呈平面結(jié)構(gòu), 環(huán)中間空隙里四個氮環(huán)中間空隙里四個氮原子可分別以共價鍵、配價鍵與不同的原子可分別以共價鍵、配價鍵與不同的金屬離子結(jié)合。葉綠素金屬離子結(jié)合。葉綠素(鎂鎂), 血紅素血紅素(鐵鐵)。 靈菌紅素靈菌紅素 卟吩膽色素原卟吩膽色素原小小 結(jié)結(jié)1.親電取代反應(yīng)活性順序親電取代反應(yīng)活性順序 三者是富電子的芳香化合物，親電取代活性比苯大。三者是富電子的芳香化合物，親電取代活性比苯大。 吡咯呋喃噻吩吡咯呋喃噻吩 苯苯 2.環(huán)的穩(wěn)定性順序環(huán)的穩(wěn)定性順序 （根據(jù)離域能的大?。ǜ鶕?jù)離域能的

21、大?。?苯噻吩吡咯苯噻吩吡咯呋喃呋喃 150 122 90 68遇氧化劑或酸不穩(wěn)定遇氧化劑或酸不穩(wěn)定3 吡咯的反應(yīng)吡咯的反應(yīng)N NH HN NB BS SN NH HH HN NO O3 3, , ( (C CH H3 3C CO O) )2 2O ON NH HN N, , S SO O3 3N NH HD DMMF F, , P PO OC Cl l3 3N NH HBrBrN NH HN NH HS SO O3 3H HN NH HC CH HO ON NO O2 2N NH HN NH H+C C6 6H H5 5N N2 2+C Cl l- -N N= =N NC C6 6H H5

22、5C CH H2 2= =C CH HC CO O2 2C CH H3 3+N NH HN NH HC CH H2 2C CH H2 2C CO O2 2C CH H3 3OOHHOOHOH2OHOHOOH2SO4 - H2OHOAc, 90 %H2O-H+O + OOOOOOO4 呋喃的反應(yīng)呋喃的反應(yīng)4 噻吩的主要反應(yīng)噻吩的主要反應(yīng)S SNBSNBSS SS SS SD DMMF F, , P PO OC Cl l3 3H HN NO O3 3, , H H2 2S SO O4 4H H2 2S SO O4 4( ( %) )9595S SBrBrS SS SS SO O3 3H HS SC

23、 CH HO ON NO O2 2S SS SA Ac c2 2O O , ,S Sn nC Cl l4 4C CO O C CH H3 3如如何除去苯中少量噻吩何除去苯中少量噻吩？一一 吲哚的反應(yīng)吲哚的反應(yīng)二二 吲哚的合成（自學(xué)）吲哚的合成（自學(xué)）第三節(jié)第三節(jié) 含有一個雜原子的五元雜環(huán)苯并體系含有一個雜原子的五元雜環(huán)苯并體系吲哚的結(jié)構(gòu)共振式吲哚的結(jié)構(gòu)共振式 N NH H1 12 23 34 45 56 67 7H HN N-+- -H HN NN N+- -H HNHE+ 進攻2位 進攻3位NHHE+NHHH+NHHH+.NH+ C6H5NN+Cl-NHNNC6H5一一 吲哚的反應(yīng)吲哚的反應(yīng)

24、親電試劑易進攻親電試劑易進攻3位位一一 吲哚的反應(yīng)吲哚的反應(yīng)常用的親電試劑常用的親電試劑硝化：硝化： (HNO3 + HOAc)磺化：磺化：鹵化：鹵化： (低溫、稀釋條件下進行，常用，低溫、稀釋條件下進行，常用，HOAc稀釋，稀釋，試劑為試劑為X2)?；乎；?(酸酐、酰鹵。酸酐、酰鹵。AlCl3 , ZnCl2 ，BF3為催化劑為催化劑)氯甲基化氯甲基化：(CH2O, HCl, ZnCl2)醛基化：醛基化：+ POCl3 NSO3OOHCN(CH3)2O避免用強酸避免用強酸NHG(o, p)NHG(o, p)NH(強o, p)GNHG(m)NHG(m)NHG(o, p, m)G(o,

25、p, m)下面四種情況，取代基均進入苯環(huán)。進入哪個位置，具體分析。下面四種情況，取代基均進入苯環(huán)。進入哪個位置，具體分析。NH1234567 試分析試分析 親電取代發(fā)生在苯環(huán)還是雜環(huán)上親電取代發(fā)生在苯環(huán)還是雜環(huán)上? 并指出具體位置。并指出具體位置。N NH HN NH HD DMMF F, ,P PO OC Cl l3 320-30 20-30 0 0C CCHOCHO3-吲哚甲醛吲哚甲醛N NH HC CH H3 3C C2 2H H5 5MMg gB Br rN NC CH H3 3MMg gB Br rC C6 6H H5 5C CH H2 2B Br rN NH HC CH H3 3C

26、 CH H2 2C C6 6H H5 5HClHClN NH HC CH H3 3C CH H2 2C C6 6H H5 52-乙?；阴；?-甲基吲哚甲基吲哚N NH HC CH H3 3H HN NO O3 3, ,H H2 2S SO O4 4N NH HC CH H3 3H HH H+N NH HC CH H3 3N NO O2 25-5-硝基硝基2-2-甲基吲甲基吲哚哚二二 吲哚的合成吲哚的合成 苯肼與醛、酮類化合物在酸性條件下加熱生成吲哚及苯肼與醛、酮類化合物在酸性條件下加熱生成吲哚及其衍生物的反應(yīng)稱為其衍生物的反應(yīng)稱為費歇爾費歇爾(Fischer, E.)合成法合成法。NHNH2

27、+CH3COOHOHOAcNHCOOH250-CO2NHCH3ONHNHHHOCH3CH3OOCOCOOCH3OCH3OCH3NHCH2COOHNHCH2CHCOOHNH2利血平利血平 -吲哚乙酸吲哚乙酸色氨酸色氨酸一一 唑的命名唑的命名二二 唑的結(jié)構(gòu)唑的結(jié)構(gòu)3 3 唑的反應(yīng)唑的反應(yīng)4 4 唑的合成唑的合成第三節(jié)第三節(jié) 含有兩個雜原子的五元雜環(huán)體系含有兩個雜原子的五元雜環(huán)體系一一 唑的命名唑的命名 azoleazole 含有兩個雜原子的五元雜環(huán)，若至少有一個雜原子是含有兩個雜原子的五元雜環(huán)，若至少有一個雜原子是氮，則該雜環(huán)化合物稱為唑。氮，則該雜環(huán)化合物稱為唑。命名時的編號原則是：命名時的編號

28、原則是： 1） 讓雜原子的位號盡可能??；讓雜原子的位號盡可能小； 2）當(dāng)兩個雜原子不相同時，編號的次序是：當(dāng)兩個雜原子不相同時，編號的次序是：價數(shù)小的在前，價數(shù)小的在前，大的在后；大的在后； 3）價數(shù)相等時，）價數(shù)相等時，原子序數(shù)小的在前，大的在后原子序數(shù)小的在前，大的在后。O S N2價價3價價原子序數(shù)小原子序數(shù)小原子序數(shù)大原子序數(shù)大O、S、N的的次序如右：次序如右：12345NO12345NSNNH12345異噻唑異噻唑(isothiazole)吡唑吡唑(pyrazole)異噁唑異噁唑(isoxazole)1,2-1,2-唑唑NO12345NS12345NNH12345噁唑噁唑(oxazo

29、le)噻唑噻唑(thiazole)咪唑咪唑(inidazole)1,3-1,3-唑唑（1）互變異構(gòu)）互變異構(gòu)NNHNNNNHNHNH3CH3CN-N(單鍵單鍵)N=N(雙鍵雙鍵)5-甲基咪唑甲基咪唑4-甲基咪唑甲基咪唑4(5)-甲基咪唑甲基咪唑(因為因為4-甲基咪唑和甲基咪唑和5-甲基咪唑不可分離甲基咪唑不可分離)一一 唑的結(jié)構(gòu)唑的結(jié)構(gòu)（2）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)NHNNNHNSNO 噻唑噻唑 噁唑噁唑 由綜合電子效應(yīng)決定由綜合電子效應(yīng)決定。三三 唑的反應(yīng)唑的反應(yīng) 主要討論親電取代反應(yīng)主要討論親電取代反應(yīng)1 反應(yīng)性反應(yīng)性唑的反應(yīng)性比呋喃、噻吩、吡咯差唑的反應(yīng)性比呋喃、噻吩、吡咯差，這是因為分子中，這是因為

30、分子中多了一個吡啶多了一個吡啶N，使共軛體系的電子云密度降低，所以親，使共軛體系的電子云密度降低，所以親電試劑不易進攻。電試劑不易進攻。2 1,2-、1,3-唑的硝化、磺化、鹵化唑的硝化、磺化、鹵化（1） 進入環(huán)的位置及活性順序進入環(huán)的位置及活性順序（2） 反應(yīng)試劑：一般的硝化、磺化、鹵化試劑即可。反應(yīng)試劑：一般的硝化、磺化、鹵化試劑即可。實實 例例eg 1NOH3CCH3NOH3CCH3O2N濃 HNO3濃 H2SO4(56 %)NNHNNHBrBr2AcOH - H2Oeg 2(90 %)NSNSHO3SSO3 + 濃 H2SO4eg 3(65 %)NSNSHO3S發(fā)煙 H2SO4 , H

31、gSO4250eg 4磺化須強烈條件磺化須強烈條件(63 %)NSCH3H3CNSCH3H3CBrBr2CHCl3 ,eg 5硝化、鹵化須有給電子取代基硝化、鹵化須有給電子取代基3 1,2-唑、唑、1,3-唑的傅氏烷基化反應(yīng)唑的傅氏烷基化反應(yīng)常用的烷基化試劑是常用的烷基化試劑是RX烷基化反應(yīng)的幾點說明：烷基化反應(yīng)的幾點說明：（1） 唑的吡啶唑的吡啶N上的電子云密度較大，所以在一般情況上的電子云密度較大，所以在一般情況 下，烷基化反應(yīng)總是吡啶下，烷基化反應(yīng)總是吡啶N上發(fā)生上發(fā)生；NSCH3INSCH3NSCH3I-（2） 咪唑上有兩個咪唑上有兩個N，烷基化反應(yīng)首先在吡啶，烷基化反應(yīng)首先在吡啶N上

32、發(fā)生上發(fā)生 一一 烷基化產(chǎn)物經(jīng)互變異構(gòu)又產(chǎn)生一個吡啶烷基化產(chǎn)物經(jīng)互變異構(gòu)又產(chǎn)生一個吡啶N，可進，可進 一步產(chǎn)生二烷基化產(chǎn)物，因此咪唑烷基化時經(jīng)常得一步產(chǎn)生二烷基化產(chǎn)物，因此咪唑烷基化時經(jīng)常得 到一烷基化產(chǎn)物和二烷基化產(chǎn)物到一烷基化產(chǎn)物和二烷基化產(chǎn)物；NNHCH3INNHCH3NNHCH3NNCH3-H+NNCH3NNCH3CH3CH3I-I-CH3INNCH3CH3I-4 1,2-唑、唑、1,3-唑的傅氏?；磻?yīng)唑的傅氏酰基化反應(yīng)RCXO常用的?；噭┦浅Ｓ玫孽；噭┦且话闱闆r下，酰基化反應(yīng)主要在吡啶一般情況下，?；磻?yīng)主要在吡啶N上發(fā)生。?；习l(fā)生。?；且粋€吸電子基，所以反應(yīng)能控制

33、在一元?；A段。是一個吸電子基，所以反應(yīng)能控制在一元?；A段。例如：咪唑的?；磻?yīng)例如：咪唑的酰基化反應(yīng)RCClONNHH2ONNHCRONNCROH-H+NNCORN-?；溥蝓；溥? 1,2-唑的合成唑的合成(只介紹吡唑與異噁唑的合成只介紹吡唑與異噁唑的合成)(1)用用1,3-二羰基化合物合成吡唑和異噁唑二羰基化合物合成吡唑和異噁唑(2)用用1,3-偶極環(huán)加成反應(yīng)制吡唑和異噁唑偶極環(huán)加成反應(yīng)制吡唑和異噁唑四四 唑的合成唑的合成2 1,3-唑的合成唑的合成RCNHCH2CROONSRRNORRNNHRRH2SO4 (用無水P2O5, TsOH更好)P2S5, 120,(NH4)2OA

34、c, HOAc or RNH2(噁唑類噁唑類)(咪唑類咪唑類)(噻唑類噻唑類)RCCH2ClORCCH2NH2ORCCH2NHCROON-K+OOH2O(RCO)2O青霉素青霉素噻唑環(huán)噻唑環(huán)青霉素是噻唑的衍生物。青霉素是噻唑的衍生物。NSOCH3CH3COOHRCNHO一一 吡啶環(huán)系吡啶環(huán)系1. 吡啶的結(jié)構(gòu)吡啶的結(jié)構(gòu)2. 吡啶的親電取代反應(yīng)吡啶的親電取代反應(yīng) 3. 吡啶的親核取代反應(yīng)吡啶的親核取代反應(yīng) 4. 吡啶環(huán)系的合成吡啶環(huán)系的合成 5. 吡啶的氧化還原反應(yīng)吡啶的氧化還原反應(yīng) 6. 吡啶側(cè)鏈吡啶側(cè)鏈-H的反應(yīng)的反應(yīng)7. 吡啶吡啶N-氧化物的反應(yīng)氧化物的反應(yīng) 二二 吡喃環(huán)系吡喃環(huán)系第四節(jié)第四

35、節(jié) 含有一個雜原子的六元雜環(huán)體系含有一個雜原子的六元雜環(huán)體系重點重點1. 1. 吡啶的結(jié)構(gòu)吡啶的結(jié)構(gòu)共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)都是吸電子的共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)都是吸電子的孤電子對孤電子對在在sp2雜化雜化軌道上。軌道上。 =2.20D =1.17D 比較三甲基胺、吡啶、苯胺和吡咯的堿性大小比較三甲基胺、吡啶、苯胺和吡咯的堿性大小pKb 4.7 8.75 9.4 16.5 pKa 5.23吡吡 啶啶結(jié)構(gòu)：吡啶結(jié)構(gòu)：吡啶N是是sp2雜化，孤電子對不參與共軛。環(huán)上雜化，孤電子對不參與共軛。環(huán)上電子云電子云 密度小于苯環(huán)，是缺電子芳香雜環(huán)。密度小于苯環(huán)，是缺電子芳香雜環(huán)。反應(yīng)：反應(yīng)：弱堿性。環(huán)不易發(fā)生親電取代反

36、應(yīng)但易發(fā)生親弱堿性。環(huán)不易發(fā)生親電取代反應(yīng)但易發(fā)生親核取代反應(yīng)。核取代反應(yīng)。發(fā)生親電取代反應(yīng)時，環(huán)上發(fā)生親電取代反應(yīng)時，環(huán)上N N起間位定起間位定位基的作用。發(fā)生親核取代反應(yīng)時，環(huán)上位基的作用。發(fā)生親核取代反應(yīng)時，環(huán)上N N起鄰對位起鄰對位定位基的作用。類似硝基苯的反應(yīng)。定位基的作用。類似硝基苯的反應(yīng)。(1) (1) 吡啶吡啶N N的親核性：的親核性：與親電試劑與親電試劑生成吡啶鎓鹽或絡(luò)合物生成吡啶鎓鹽或絡(luò)合物2. 2. 吡啶的親電取代反應(yīng)吡啶的親電取代反應(yīng)NNH+N+CORN+CH3I -N+BrBr -N+SO3-N+NO2 BF4-NO2+BF4- 乙醚乙醚 室溫室溫CH3IRCOClH

37、+SO3Br2 CCl4石油醚石油醚+NSO3+NSO3H吡啶鹽的兩個十分重要的用途吡啶鹽的兩個十分重要的用途：*1 可用來做溫和的磺化、硝化、鹵化、烷基化、?；脑噭┛捎脕碜鰷睾偷幕腔?、硝化、鹵化、烷基化、酰基化的試劑*2 利用吡啶利用吡啶N的烷基化反應(yīng)制備醛的烷基化反應(yīng)制備醛(H3C)2NNONCH2R(H3C)2NNOCHRH+H2O(H3C)2NNHOH + RCHO(H3C)2NNOCHHR(2) (2) 在在C C上發(fā)生親電取代反應(yīng)上發(fā)生親電取代反應(yīng) N N吸電子，類似硝基苯，反應(yīng)活性低，吸電子，類似硝基苯，反應(yīng)活性低，在在 位位上即上即3-3-位碳上反應(yīng)。位碳上反應(yīng)。N濃HNO

38、3，H2SO4300 oC，1dNNO26 %N濃 H2SO4，HgSO4220 oCNSO3H70 %NH3CCH3濃 H2SO4，KNO3100 oCNNO2CH3H3C66 %NBr2，浮石300 oCNBr66 %反反 應(yīng)應(yīng) 特特 點點*1 不能發(fā)生傅氏烷基化、?；磻?yīng)。不能發(fā)生傅氏烷基化、?；磻?yīng)。*2 硝化、磺化、鹵化必須在強烈條件下才能發(fā)生；硝化、磺化、鹵化必須在強烈條件下才能發(fā)生；*3 吡啶環(huán)上有給電子基團時，親電反應(yīng)活性增高；吡啶環(huán)上有給電子基團時，親電反應(yīng)活性增高；*4 吡啶吡啶N可以看作是一個間位定位基。可以看作是一個間位定位基。N NN NN NN NN NN NN

39、 N+H HE E+H HE EH HE E+H HE EE EH H+N N+N NH HE EH HE E+H HE EH HE E2 23 34 4進攻進攻2位位進攻進攻3位位進攻進攻4位位更穩(wěn)定更穩(wěn)定（1 1） 置換易離去基團的親核取代反應(yīng)置換易離去基團的親核取代反應(yīng) 如在如在 ,位有好的離去基團，如位有好的離去基團，如ClCl、-NO-NO2 2、BrBr，可，可以與氨（或胺）、烷氧化物、水等親核試劑發(fā)生親核取代以與氨（或胺）、烷氧化物、水等親核試劑發(fā)生親核取代反應(yīng)（在親核取代反應(yīng)中，吡啶反應(yīng)（在親核取代反應(yīng)中，吡啶N N對鄰、對位活化）。對鄰、對位活化）。H2O60(95 %)NN

40、O2NOHNHO3. 3. 吡啶的親核取代反應(yīng)吡啶的親核取代反應(yīng)4-吡啶酮吡啶酮NClCH3ONaCH3OHNOCH3NClC6H5NH2NNHC6H5NNHNuNHNuNHNuNNu比較穩(wěn)定Nu-分析中間體的共振結(jié)構(gòu)分析中間體的共振結(jié)構(gòu) 親核試劑進攻親核試劑進攻 位：位：617頁頁 2 2或或4 4位取代的氯代吡啶的親核取代反應(yīng)活性大位取代的氯代吡啶的親核取代反應(yīng)活性大 生成的活性中間體穩(wěn)定生成的活性中間體穩(wěn)定（2 2） 置換氫的親核取代反應(yīng)置換氫的親核取代反應(yīng)一般機制：一般機制：NNu- (親核取代)NNHNuNuZ (負(fù)氫接受體)+ ZH-* *1 1 負(fù)氫不易離去，一般需要一個氧化劑作

41、為負(fù)氫的接受體；負(fù)氫不易離去，一般需要一個氧化劑作為負(fù)氫的接受體；* *2 2 親核取代優(yōu)先在親核取代優(yōu)先在 位上發(fā)生，如果位上發(fā)生，如果 位上有取代基，則位上有取代基，則 反應(yīng)在反應(yīng)在 位上發(fā)生。位上發(fā)生。實例：烷基化、芳基化反應(yīng)實例：烷基化、芳基化反應(yīng)NLi+甲苯0NLi+ Ph-NLiHPh加成O2 or HNO3-H+NLiPhN+ Li+Ph消除實例：實例：齊齊巴賓齊齊巴賓(Chichibabin, A.E.)反應(yīng)反應(yīng)氨化氨化 定義：吡啶與氨基鈉作用生成定義：吡啶與氨基鈉作用生成2-2-氨基吡啶的反應(yīng)氨基吡啶的反應(yīng)稱為齊齊巴賓反應(yīng)。稱為齊齊巴賓反應(yīng)。NNNH-Na+NNH2H2O+

42、NaNH2100oCC6H5N(CH3)24. 4. 吡啶環(huán)系的合成吡啶環(huán)系的合成 漢棲漢棲(Hantzsch, A.)合成法合成法 由二分子由二分子-羰基酸酯、一分子醛、一分子氨經(jīng)縮羰基酸酯、一分子醛、一分子氨經(jīng)縮合反應(yīng)制備吡啶同系物的方法稱為合反應(yīng)制備吡啶同系物的方法稱為漢棲合成法漢棲合成法。RCCH2COOR + NH3 + RCHOOHAcHNO3堿NRCOORROOCRROH-H2OH+NRRR5. 5. 吡啶的氧化還原反應(yīng)吡啶的氧化還原反應(yīng)吡啶環(huán)本身不易被氧化，但它的側(cè)鏈很容易被氧化成醛或羧酸。吡啶環(huán)本身不易被氧化，但它的側(cè)鏈很容易被氧化成醛或羧酸。NCH3SeO2NCHONNCH

43、3HNO3NCOOHNKMnO4NCOOHCOOHN30% H2O2 - HOAcNO(吡啶氧化物吡啶氧化物)NNHH2, Pt, 25, 3atmor Na + C2H5OHNCH3NCOOHO2, DMFt-BuOK, 室溫還原反應(yīng)還原反應(yīng)6. 6. 吡啶側(cè)鏈吡啶側(cè)鏈-H-H的反應(yīng)的反應(yīng)2,4,6-2,4,6-位烷基的位烷基的 -H -H與羰基與羰基 -H -H相似相似NCH3+CO(1)NaNH2(2)H2O羥醛縮羥醛縮合型合型CH2COHC6H5C6H5NNCH2CH3CH3NaNH2NCH2CH3CH2NCH2CH3CH2CH3CH3I烷基化(80 %)N-烷基吡啶鹽的側(cè)鏈烷基吡啶鹽

44、的側(cè)鏈 -H更活潑更活潑羥醛縮合型羥醛縮合型NCH3CH3NCH3CH2+ OHCCHOHNH25吡啶的衍生物吡啶的衍生物煙酸、煙堿等煙酸、煙堿等NKMnO4NHOOCNNCH3HNO3NCOOHNH3NCONH2 煙堿煙堿(尼古丁尼古丁) 煙酸煙酸 煙酰胺煙酰胺 二二 吡喃環(huán)系吡喃環(huán)系H+OOOOH吡喃及其衍生物無芳香特性吡喃及其衍生物無芳香特性吡喃及吡喃酮的钅吡喃及吡喃酮的钅 羊鹽是芳香體系。羊鹽是芳香體系。苯并苯并- - - -吡喃酮的衍生物吡喃酮的衍生物 : : 黃酮、黃酮色素、花色素等黃酮、黃酮色素、花色素等 一一 喹啉和異喹啉的反應(yīng)喹啉和異喹啉的反應(yīng)二二 喹啉和異喹啉的合成喹啉和異

45、喹啉的合成 第六節(jié)第六節(jié) 含有一個雜原子的苯并六元雜環(huán)環(huán)系含有一個雜原子的苯并六元雜環(huán)環(huán)系注意異喹啉的編號注意異喹啉的編號一一 喹啉和異喹啉的反應(yīng)喹啉和異喹啉的反應(yīng)1. 成鹽：成鹽：堿性強堿性強弱弱：喹啉吡啶異喹啉：喹啉吡啶異喹啉成鹽反應(yīng)：成鹽反應(yīng)：H+NNH2. 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)*1 喹啉和異喹啉與絕大多數(shù)氧化劑不發(fā)生反應(yīng)；喹啉和異喹啉與絕大多數(shù)氧化劑不發(fā)生反應(yīng)；*2 與高錳酸鉀能發(fā)生反應(yīng)：與高錳酸鉀能發(fā)生反應(yīng)： 100NKMnO4 水溶液HOOCHOOCN3. 親電取代反應(yīng)親電取代反應(yīng): 反應(yīng)產(chǎn)物受介質(zhì)的影響。若反應(yīng)在酸性介質(zhì)中進行，取代反應(yīng)產(chǎn)物受介質(zhì)的影響。若反應(yīng)在酸性介質(zhì)中進行，取代主

46、要在主要在苯環(huán)上苯環(huán)上5 5，8 8位反應(yīng)。位反應(yīng)。(54%)N濃H2SO4, 220煙 H2SO4, 90或發(fā)NSO3H濃H2SO4300重排若反應(yīng)在有機溶劑如硝基苯中進行，取代在雜環(huán)上發(fā)生，若反應(yīng)在有機溶劑如硝基苯中進行，取代在雜環(huán)上發(fā)生，得到得到3位或位或4位位取代產(chǎn)物。取代產(chǎn)物。N NB Br rN NB Br rN NH HO O3 3S S4. 親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng) * *1 1 親核取代反應(yīng)主要在吡啶環(huán)上發(fā)生，喹啉的反應(yīng)位置親核取代反應(yīng)主要在吡啶環(huán)上發(fā)生，喹啉的反應(yīng)位置 在在2 2位和位和4 4位位(2(2位為主位為主) )，異喹啉在，異喹啉在1 1位；位；NN* *2 2

47、常用的親核試劑有常用的親核試劑有RLi, ArLi, RMgXRLi, ArLi, RMgX, NaNH, NaNH2 2, RONa, RONa等。等。 負(fù)氫比較難以取代。負(fù)氫比較難以取代。ClCl, NO, NO2 2等基團較易取代。等基團較易取代。甲苯, 室溫n-BuLiNNLiHBu-nNHHBu-nH2ONBu-n硝基苯(83%)N濃NH3, 25, 加壓H2OKNH2NNH2C2H5OH,C2H5ONaNClNOC2H5喹啉和異喹啉可發(fā)生齊齊巴賓反應(yīng)喹啉和異喹啉可發(fā)生齊齊巴賓反應(yīng)5. 側(cè)鏈側(cè)鏈 -H的反應(yīng)的反應(yīng):NCH3(COOEt)2EtONa, EtOHr.t., 12hNCH

48、2COCOOEt90 %NCH3PhCHO, ZnCl2100 oC, 12hNCHCHPh產(chǎn)率很高產(chǎn)率很高6. 還原還原:H2 / NiNNHor I2Hg(OAc)2, 130NNH2, Pt, AcOH, 40NHNH+HHHH反十氫喹啉反十氫喹啉順十氫喹啉順十氫喹啉二二 喹啉和異喹啉的合成喹啉和異喹啉的合成 斯克洛普斯克洛普(Skraup, Z.H.)反應(yīng)：反應(yīng)：苯胺、甘油、苯胺、甘油、硫酸和硝基苯等氧化劑一起作用，生成喹啉的硫酸和硝基苯等氧化劑一起作用，生成喹啉的反應(yīng)稱為反應(yīng)稱為斯克洛普反應(yīng)斯克洛普反應(yīng)。 eg 2eg 1H+, 氧化劑NH2(主)H3CO+CHOHCH2OHCH2OHNH3CO甘油NH2NO2H3CONH3CONO2NHH3CONO2 氧化劑eg 4eg 3(73 %)NH2+ CH2=CHC CH3OZnCl2FeCl3NCH3100濃H2SO4NH2+ 2CH3CHONCH3(32 %)CH3CH=CHCHO一一 嘧啶的反應(yīng)嘧啶的反應(yīng)二二 嘧啶的衍生物嘧啶的衍生物第七節(jié)第七節(jié) 含兩個和三個氮原子的六元雜環(huán)體系含兩個和三個氮原子的六元雜環(huán)體系噠嗪噠嗪(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)吡嗪吡嗪(pyrazine)一一 嘧啶的反應(yīng)嘧啶的