有化-5雜環(huán)化合物

第十五章

雜環(huán)化合物(Heterocyclic

compounds)1雜環(huán)化學(xué)豐富多彩本章主要內(nèi)容3芳香雜環(huán)化合物分類、命名五員芳雜環(huán)（呋喃、噻吩、吡咯）的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)六員芳雜環(huán)（吡啶）的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)稠雜環(huán)簡介(喹啉、異喹啉、吲哚、嘌呤)生物堿簡介（略）雜環(huán)所涉及的領(lǐng)域藥物工程高分子材料生物模擬材料有機(jī)導(dǎo)體和超導(dǎo)材料貯能材料4雜環(huán)化合物的類型芳香雜環(huán)普通雜環(huán)重點(diǎn)內(nèi)容環(huán)醚，內(nèi)酯，內(nèi)酰胺，環(huán)狀酸酐OSNHNNHNNNNNNHNNOOONHOOONHOO

O5雜環(huán)分類:雜原子的類型和數(shù)目環(huán)的大?。ㄎ鍐T環(huán)、六員環(huán)等）環(huán)的個(gè)數(shù)（單環(huán)、稠環(huán)）單環(huán)§15.1雜環(huán)化合物的分類、命名6NHNNHNNHONHNS稠環(huán)ONNN一、五員芳雜環(huán)五員芳雜環(huán)衍生物（1）含有一個(gè)雜原子的五元雜環(huán)ONH吡咯烷pyrrolidine四氫呋喃(THF)tetrahydrofuranNH2,3-二氫吡咯23O吡咯

呋喃pyrrole

furan噻酚thiophene5

4

31

2NHNH3-氯吡咯SClNCH31-甲基-3-乙基吡咯C2H57（2）含兩個(gè)以上雜原子的五員環(huán)噁唑oxazolepyrazoleimidazole異噁唑isoxazole[1,2,4]三(氮)唑s三唑噻唑thiazole1NH吡唑34N

251NH咪唑N34521ON34521O34N

251SN34521NH834

NN

25二、六員芳雜環(huán)（1）含有一個(gè)雜原子的六元雜環(huán)46352pyridineN1吡啶N

CH

CH2

32-乙基吡啶-乙基吡啶NH六氫吡啶（哌啶）piperidineNN11,3,5-三嗪(1,3,5-triazine)N

35

NN

N

21N

39N

N1

1嘧啶

吡嗪pyrimidine

pyrazine（2）含兩個(gè)及以上雜原子的六員環(huán)4噠嗪pyridazine三、稠雜環(huán)45N1326783N

24561784532617NH吲哚indole1N9N

4

N3265N

78H喹啉quinoline異喹啉isoquinoline9H-嘌呤purineNH13N24567苯并咪唑benzimidazole10一些雜環(huán)化合物命名的實(shí)例11四、雜環(huán)命名的標(biāo)氫飽和原子為最低H

作字首部分雙鍵飽和，按二氫、四氫等方法標(biāo)注，并著名加氫的位置2,3-二氫噻吩NH1,2,3,4-四氫喹啉SN

NH

H2,5-二氫吡咯 四氫吡咯12§15.2五元芳香雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、結(jié)構(gòu)吡咯..NH..O.....S.13呋喃噻吩14吡咯、呋喃和噻吩鍵長(pm)芳香性：苯>噻吩>吡咯>呋喃NH

143

137138O

144

137135S符合Hückel規(guī)則環(huán)狀的平面結(jié)構(gòu)垂直于平面的p軌道4n+2

個(gè)電子易發(fā)生芳香族化合物的典型反應(yīng)------親電取代3）1H

NMR特征吸收在

=

6~

9ppm五元芳雜環(huán)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)特點(diǎn)16二、含一個(gè)雜原子的五員芳雜化合物的性質(zhì)芳香性不飽和共軛雙烯性質(zhì)雜原子本身的性質(zhì)雜原子對(duì)環(huán)的影響NHOSA1718吡咯的弱酸性吡咯N-H:弱酸性NHbNH2.89pK

13.6pKa

17.5由于共軛

N-H鍵極性增加，使吡咯表現(xiàn)出弱酸性NHNK吡咯鉀鹽的生成dry

KOH19+

H2OCH3I60

°CN-甲基吡咯-甲基吡咯(2)

H3O(1)

CO2+NHCO2H-吡咯甲酸CHCl3KOHNHCHO-吡咯CH3COClNO

CCH3N-乙?；量?gt;

150

°CNHCOCH3-乙酰基吡咯NCHNHCH33>

150

°CNK+20五員芳雜環(huán)的親電取代反應(yīng)取代位置A-取代A-取代E+A主要產(chǎn)物反應(yīng)相對(duì)活性E+EO

S3NH101861011215

1091>>>取代位置選擇性的解釋主要有三個(gè)式較穩(wěn)定-取代AE+AEAEAE貢獻(xiàn)最大（滿足八隅體）HAEH+22-位取代主要共振式僅有二個(gè)較不穩(wěn)定AEAEAE+AEH-H+

貢獻(xiàn)最大（滿足八隅體）23親電取代反應(yīng)相對(duì)活性的解釋i.根據(jù)五員雜環(huán)結(jié)構(gòu)分析雜原子起給電子基的作用，環(huán)上的電荷密度比苯環(huán)大例:吡咯AAAAA24滿足八隅體（較穩(wěn)定）比較：苯的親電取代ii.根據(jù)穩(wěn)定性分析-取代E+EEHetc.H+不滿足八隅體（較不穩(wěn)定）AHE

H+AEAE+25親電取代反應(yīng)實(shí)例Caution：遇強(qiáng)酸時(shí)雜原子被質(zhì)子化，導(dǎo)致芳環(huán)π鍵的破壞硝化：HNO3/H2SO4磺化：H2SO4用溫和試劑代替AcONO2AcONO2+26（1）五員雜環(huán)的硝化反應(yīng)吡咯和噻酚發(fā)生正常親電取代反應(yīng)呋喃發(fā)生加成反應(yīng)（共軛烯烴性質(zhì)）27NHNH83%NO2+NH17%NO260%10%SSNO2+SNO2AcONO2Ac2O-AcOH0

CAcONO2Ac2O5

COONO2AcO堿或ONO2AcONO25

~

30

oC加成

HOAc消除（2）五員雜環(huán)的磺化反應(yīng)磺化試劑：N

SO3（吡啶SO3加合物）NH100oCSO3HNH90%SH+r.

t.SO3S86%Ba2+2OH+SO3HO41%+3SO

HHO3SO15%Ba(OH)2N

SO3N

SO3N

SO3r.

t.28應(yīng)用：從煤焦油中得到的苯含噻吩，利用該反應(yīng)將其除去噻吩活性大，較穩(wěn)定：可直接用硫酸磺化H2SO4r.

t.SSSO3HH2SO4r.

t.SSO3H溶解于硫酸中（少量）反應(yīng)快S+29（3）五員芳雜環(huán)的Friedel-Crafts反應(yīng)2-乙?；量?CH3CO)2O2-乙酰基呋喃(CH3CO)2O2-乙?；绶?CH3CO)2OBF3NHNHCOCH3OOCOCH3SnCl4SSCOCH330五員芳雜環(huán)的加成反應(yīng)（1）催化加氫使用特殊催化劑（噻吩能使常用氫化催化劑

）THF（常用的有機(jī)溶劑）吡咯烷：一個(gè)仲胺(2)Diels-Alder反應(yīng)OSNHH2

/NiH2

/NiOSNHH2

/MoS2Ni/H2脫SOOHHOOOHHOOO31吡咯衍生物吡咯衍生物廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi),如葉綠素,血紅素,維生素B12

,膽紅素,它們都具有重要的生理活性卟吩血紅素阿托伐他汀鈣:Statin類降低膽固醇藥物Atorvastatin

Calcium;marketed

by

Pfizer

as

acalcium

salt

under

the

trade

name

Lipitor32葉綠素(Chlorophylla)葉綠素a、b和細(xì)菌葉綠素都是原初葉綠素，可

的光能33維生素B12(鈷胺素)唯一含金屬元素的維生素主要作用：甲基轉(zhuǎn)移酶的輔因子、保護(hù)葉酸在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)移和34三、含兩個(gè)及多個(gè)雜原子的五元雜環(huán)35NO噁唑NO異噁唑OO

HNNOOH3C噁唑菌酮NOH3CCH3NaN

OSONH2磺胺甲基異噁唑NS噻唑SNNH23H

C

N2CH

N32

2CH

CH

OHCl

CHNOSCH3CH32CO

Na維生素B1青霉素HNORH咪唑54

3N245N

3N

1

2N1H吡唑NNH2CH

CH

COOHNH2組氨酸NHN多菌靈H

ON

C

OCH3咪唑的結(jié)構(gòu)與功能咪唑環(huán)互變異構(gòu)現(xiàn)象aNNHNNHH3CHNNH3C咪唑

4-甲基咪唑

5-甲基咪唑..

_B36HNNHA在生物體內(nèi),組氨酸含有一個(gè)咪唑基,具有獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，它既是一個(gè)弱酸，又是一個(gè)弱堿。是pK值接近生理pH值(7.35)的唯一氨基酸，在生理環(huán)境中，它既能接受質(zhì)子，又能解離質(zhì)子:

起質(zhì)子傳遞作用R§15.3

含一個(gè)雜原子六員芳雜環(huán)(吡啶）符合Hückel規(guī)則吡啶環(huán)電子云分布不如苯均勻,吡啶環(huán)上的C原子電子云密度較苯低,N

原子附近電子云密度較大誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)一致可以質(zhì)子化,具有堿性,易溶于水37.N.

=

1.57

D一、吡啶的堿性和親核性1.吡啶氮原子上的反應(yīng)（1）堿性(basicity)有機(jī)

中常用的一個(gè)有機(jī)堿NbK =

1.4

109NHpKb8.8~4~14R3N哌啶3請(qǐng)比較

..NHKb

=

1.6

10pKb

=

2.838（2）親核性吡啶的烷基化N++NC16H33溴化十六烷基吡啶鹽C15H31CH2

Br

BrN+SO3SO3吡啶與SO3加合物+N392.

吡啶環(huán)上的親電取代反應(yīng)取代位置：位置選擇性？反應(yīng)活性：與苯比快或慢?？-取代NENN-取代N-取代EEE++40若干實(shí)驗(yàn)事實(shí)鈍化芳環(huán)、-取代為主相當(dāng)于強(qiáng)吸電子基41i）由吡啶

式分析結(jié)論:1.環(huán)上帶正電核,不利于親電取代

位的正電荷密度相對(duì)較低、較易受親電試劑進(jìn)攻對(duì)反應(yīng)位置選擇性及鈍化現(xiàn)象的解釋NNNNNNEE42根據(jù)

的穩(wěn)定性分析

位取代主要有兩個(gè)式不穩(wěn)定正電荷在電負(fù)性大的原子上NENENENEHHH-

H+NE

位對(duì)反應(yīng)位置選擇性及鈍化現(xiàn)象的解釋43

位取代有三個(gè)主要式，較穩(wěn)定ENNEHNattackEHNEH-

H+NE44

位取代：（與位取代類似）有兩個(gè)主要式不穩(wěn)定正電荷在電負(fù)性大的N原子上ENNEHNEHNEH-

H+NE45小結(jié)46吡啶只在的條件下發(fā)生親電取代反應(yīng)473.吡啶環(huán)上的親核取代反應(yīng)---相對(duì)容易NuNNHNuNNuNu親核加成-負(fù)氫消除Nu

=

NH2,

Ph通過氧化去氫或與負(fù)氫接受體結(jié)合-

H48N

（1）

NaNH2與吡啶的親核取代---Chichibabin

反應(yīng)Chichibabin

可能反應(yīng)機(jī)理:NNH2NHNH2H

NH2NNH2+

H

HNH

NH或+

HN

NH2H

+HNNNH2N+

NH3NHNH2HH3O+NNNH2NaNH249H2NH3

或PhNMe2+（2）或位有離去基團(tuán)時(shí)發(fā)生親核取代機(jī)理：NaOH異構(gòu)化NClNOHN

OH-吡啶酮NHOOHNClNOHClClNOH50實(shí)例NClPhNH2NNHPhNBrNH3NNH2BrBrNOCH3NClNaOCH351HOCH3吡啶環(huán)上的親核取代：/位為主52NNClN+BrNBrBrNNO2NSO3HHClNHClNaNH2H2ON

NH253（1）吡啶側(cè)鏈的氧化反應(yīng)4.氧化還原反應(yīng)54NCH3Na2Cr2O7H2SO4NCOOHKMnO4N尼古丁(

)N煙酸-吡啶甲酸N

CH3N

COOHHNO3COOHNCH3（2）吡啶的還原反應(yīng)吡啶環(huán)比苯環(huán)易被還原六氫吡啶又稱哌啶(pK=2.8),為仲胺化合物,堿性為吡啶強(qiáng)的106倍NH2,

Pt0.3

MPNHNNH1,2,3,4-四氫喹啉NH十氫喹啉Sn

/

HClor Na

/EtOHH2,

Ni55喹啉§15.4稠雜環(huán)化合物NH吲哚indoleNNNNH嘌呤purine喹啉quinolineN12345678異喹啉isoquinolineN

2561345678嘧啶及其衍生物具弱堿性，親電取代反應(yīng)磺胺類抗菌藥NNH2NHOHNOO

NH胞嘧啶(C)

尿嘧啶(U)核酸的堿基OHNO

NHCH3胸腺嘧啶(T)3H

COCH3OH3COCH2NN2H

NNH2OH

NOFNH甲氧芐氨嘧啶TMP(磺胺增效劑)5-氟尿嘧啶5-FU(抗癌藥物)57嘌呤及其衍生物NNNHN9H-purineNNHNNH2NNHNHNON

NH2guanine2-amino-1H-purin-6(9H)-oneNNNH2NNHHNNH2N

NHNOAdenine9H-purin-6-amine腺嘌呤鳥嘌呤DNA/RNANOH3C

NONCH33CHNNH3C

NO

NCH3茶堿咖啡堿（O）HN58§15.5

生物堿、精神依賴性藥物與5960毒品分類（1）根據(jù)國際公約的規(guī)定（2）根據(jù)來源和生產(chǎn)方法（

3

）根據(jù)對(duì)的作用（4）根據(jù)對(duì)人的危害程度品天然麻醉劑抑制劑劑致幻劑軟性硬性影響最大數(shù)量最大三大俗稱4號(hào)61《刑法》357條規(guī)定：“本法所稱的，是指、、甲基苯丙胺(

)、

、

、人形成癮癖的

品和以及國家規(guī)定的其他能夠使上常見的，大量泛濫的?！边@里列舉的六種

僅是國際，但

卻不僅限于這六種。發(fā)布的《

品品種的能使人形成癮癖的》和《品種》共列出被品和共計(jì)237種，其中

品118種，119種。62addiction.(An

opium

alkaloid.Although

it

is

an

excellentgesic,

its

use

isrestricted

becauseof

the

potential

foristhe

diacetate

ester

ofmorphine.):由

提純而得。胺、生物堿、63（,

Chi