大學(xué)有機(jī)化學(xué)之雜環(huán)化合物

會計學(xué)1大學(xué)有機(jī)化學(xué)之雜環(huán)化合物2有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物第十三章雜環(huán)化合物

在環(huán)狀有機(jī)化合物中，構(gòu)成環(huán)的原子除碳原子外還有其它原子，并具有芳香結(jié)構(gòu)的化合物雜環(huán)化合物雜原子O、N、S第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類和命名1、分類雜環(huán)化合物環(huán)的大小環(huán)的數(shù)目五元雜環(huán)六元雜環(huán)單雜環(huán)稠雜環(huán)第1頁/共51頁3有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物第2頁/共51頁4有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物2、命名（音譯法）按雜環(huán)的外文名字音譯，并以“口”字旁作為雜環(huán)的標(biāo)志。詳見課本P552頁表18–1。＊補(bǔ)充說明：

1、雜環(huán)中各原子的編號，一般從雜原子開始（異喹啉除外），用1，2，3……表示。

2、如果環(huán)上有兩個以上相同的雜原子，應(yīng)從連有氫原子或取代基的那個雜原子開始編號，并使另一個雜原子的位次盡可能的小。H4–甲基咪唑5-甲基噻唑1122334455第3頁/共51頁5有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物5-甲基噻唑12345

3、如果雜環(huán)上有兩個以上不同的雜原子，則按O—S—N的順序依次編號。

4、稠雜環(huán)中共用的碳原子一般不編號，但是嘌呤的編號例外。OH8–羥基喹啉12345678NH26–氨基嘌呤（腺嘌呤）1234567H89第4頁/共51頁6有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物5、雜環(huán)的母核有時也可當(dāng)作取代基來命名。CHOCH2COOH2–呋喃甲醛3–吲哚乙酸【課堂練習(xí)】1、命名下列雜環(huán)化合物：（1）NO2Br(2)CH32–硝基–4–溴呋喃3–甲基吡啶第5頁/共51頁7有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物（3）SO3H（4）CH3Cl(5)NH2OH(6)CH3CH3(7)COOH2–噻吩磺酸3-甲基–5–氯喹啉6–氨基–8–羥基嘌呤1，4–二甲基異喹啉3–吡啶羧酸第6頁/共51頁8有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物2、寫出下列化合物的結(jié)構(gòu)式：（1）2，3–二氫呋喃6–甲基–8–溴喹啉（3）N–乙基--溴--吡咯甲醛（4）-吡啶甲酸甲酯HHHHBrCH3CHOCH3C2H5COOCH3第7頁/共51頁9有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物第二節(jié)雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)與芳香性呋喃噻吩吡咯★結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、平面結(jié)構(gòu)：呋喃、噻吩、吡咯都是平面結(jié)構(gòu)，環(huán)上所有原子都是SP2雜化，各原子均以SP2

雜化軌道重疊形成鍵。·······················HH一、五元單雜環(huán)第8頁/共51頁10有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物2、閉合共軛體系：碳未雜化的P軌道中有一個電子，雜原子的P軌道中有一對電子，P軌道互相平行重疊，形成閉合的共軛體系。形成五中心六電子的大鍵，體系中的電子數(shù)為6，具有一定芳香性。電負(fù)性：ONS＞＞芳香性大?。哼秽绶赃量┍剑荆荆綡第9頁/共51頁11有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物二、六元單雜環(huán)吡啶吡啶的結(jié)構(gòu)······：·平面閉合的共軛體系（6），具有芳香性；·堿性：Pka=5.2,比脂肪胺弱，但比芳香胺強(qiáng)；·偶極矩：吡啶的偶極矩與吡咯相反；6H2.26D1.18D吡啶吡咯第10頁/共51頁12有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物呋喃、噻吩、吡咯的化學(xué)性質(zhì)1、親電取代反應(yīng)實(shí)驗(yàn)證明：※親電取代反應(yīng)活性順序?yàn)椋哼量具秽距绶裕颈届o態(tài)時，雜環(huán)上各原子的電子云密度位：呋喃噻吩吡咯H+0.32-0.10-0.06+0.10-0.03-0.02+0.20-0.06-0.04※親電取代反應(yīng)一般優(yōu)先進(jìn)入位第三節(jié)重要的五元雜環(huán)化合物第11頁/共51頁13有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物呋喃、噻吩、吡咯的親電取代反應(yīng)詳見課本第378～383頁。第12頁/共51頁14有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物呋喃、噻吩、吡咯的親電取代反應(yīng)詳見課本第378～383頁?！菊n堂練習(xí)】1、噻吩+濃H2SO4SO3H噻吩–2–磺酸2、噻吩Br2MgCO2COOH噻吩–2–甲酸HOAc3、NO2Br2NO2Br4–硝基–2–溴噻吩

第13頁/共51頁15有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物CH34、HNO3H2SO45、CH3O2NHNO3H2SO46、COOHBr2100℃7、H+HO3SN2ClCH3NO2CH3O2NNO2COOHBrHN=NSO3H第14頁/共51頁16有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物2、加成反應(yīng)1）呋喃、噻吩、吡咯在一定條件下都可以加氫生成相應(yīng)的四氫化合物2）呋喃由于芳香性最小，具有環(huán)狀共軛二烯的性質(zhì)，能發(fā)生雙烯合成。3）而噻吩、吡咯則較難發(fā)生雙烯合成反應(yīng)。通常要用更強(qiáng)的親二烯試劑如苯炔、碳烯等才能反應(yīng)。第15頁/共51頁17有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物3、吡咯的弱堿性、弱酸性1）堿性很弱（比苯胺弱），它只能慢慢地溶解在冷的稀酸溶液中。2）吡咯還具有弱的酸性（比醇的強(qiáng)，比酚的弱），它可與強(qiáng)堿或金屬作用成鹽。與格氏試劑作用放出烴（RH）而生成吡咯鹵化鎂。H+KOH（固體）K-++H2OH+KK-++H2第16頁/共51頁18有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物H+CH3MgIMgI+CH4吡咯鉀鹽及吡咯鹵化鎂都可以用來合成吡咯衍生物。K-+CH3COClCOCH3＞150℃HCOCH3N-乙?；量?乙?；量〤H3I△CH3＞150℃HCH3第17頁/共51頁19有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物K-+1）CO22）H2OHCOOH-吡咯甲酸CHCl3KOHHCHO-吡咯甲醛4、呋喃、噻吩、吡咯的鑒定呋喃鹽酸松木片顯綠色吡咯鹽酸松木片顯紅色噻吩靛紅/濃硫酸顯藍(lán)色第18頁/共51頁20有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物三、糠醛（-呋喃甲醛）四、呋喃、噻吩、吡咯的制法【課堂練習(xí)】※帕爾-諾爾合成法：從1，4-二酮出發(fā)制備呋喃、噻吩、吡咯的取代衍生物1、試用“三乙”為原料合成2，5-己二酮。CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaBrCH2COCH3CH3COCHCOOC2H5CH2COCH3NaOHH2OH△CH3COCH2CH2COCH3第19頁/共51頁21有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物2、完成下列反應(yīng)1）CHO+CH3COCH3NaOHCHO+CH3COOC2H5NaOH2)CHO+Cl2濃HaOHCH=CHCOCH3CH=CHCOOC2H5CHOClCH2OHClCOOHCl+3）第20頁/共51頁22有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物4）CHOHNO3H2SO4CH3COOC2H54、完成下列合成：O2NCOOH+Ac2OBF3COCH3HNO3O2NCOCH3NaOClH+O2NCOOHCHOO2NCH=CHCOOC2H5O2N第21頁/共51頁23有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物五、噻唑和咪唑唑(azole)可以看成呋喃、噻吩、吡咯環(huán)上2位或是3位上的CH換成N原子。H噻唑咪唑COCHNHCOCH2C6H5HOOC青霉素G第22頁/共51頁24有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物六、吲哚H吲哚由吡咯與苯環(huán)稠合而成，可以看成是吡咯的烴基衍生物，化學(xué)性質(zhì)與吡咯相似：1）具有弱堿性；2）松木片反應(yīng)呈紅色；3）N原子上的H能被活潑金屬取代；4）吲哚環(huán)也能起親電取代反應(yīng)，所不同的是取代基進(jìn)入-位，而吡咯則優(yōu)先進(jìn)入-位。第23頁/共51頁25有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物七、口口口口族化合物四個吡咯環(huán)和四個次甲基（—CH=）交替相聯(lián)組成的大環(huán)叫環(huán)，含環(huán)的化合物稱為族化合物?？诳诳诳诳诳诳诳诳诳诳诳谠谌梭w或動植物體內(nèi)起重要作用的血紅素、葉綠素、維生素B12都屬于族化合物?？诳诳诳诘?4頁/共51頁26有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物七、口口口口族化合物四個吡咯環(huán)和四個次甲基（—CH=）交替相聯(lián)組成的大環(huán)叫環(huán)，含環(huán)的化合物稱為族化合物?？诳诳诳诳诳诳诳诳诳诳诳谠谌梭w或動植物體內(nèi)起重要作用的血紅素、葉綠素、維生素B12都屬于族化合物。口口口口【課堂練習(xí)】1、為什么咪唑比吡咯穩(wěn)定？親電取代活性卻不如吡咯？

答：這是因?yàn)檫蛏系亩€N，只有一個N上的P電子參與共軛，而N的電負(fù)性比碳大，另一個N不僅不給電子，還要吸電子，使環(huán)變穩(wěn)定，與吡咯相比，吡咯上N的P電子參與共軛，起了給電子作用，因此咪唑比吡咯穩(wěn)定，親電取代反應(yīng)活性低。第25頁/共51頁27有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物(一)弱堿性吡啶及其同系物是弱堿。（CH3）N＞NH3＞＞NH2PKb4.24.88.89.4+HClHCl-+第四節(jié)重要的六元雜環(huán)化合物第26頁/共51頁28有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物吡啶與鹵代烷和某些活潑的鹵代物反應(yīng)生成季銨鹽。+CH3ICH3ICH3+CH3HH-I-高溫I-（二）親電取代反應(yīng)：比苯困難，取代基主要進(jìn)入-位。（三）氧化與還原：比苯難氧化。CH3KMnO4H2SO4COOHHNO3,△COOHCOOH第27頁/共51頁29有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物★還原反應(yīng)：比苯易還原。*而苯在同樣條件下不被還原Na+C2H5OHH六氫吡啶（哌啶）胡椒啶★親核取代：吡啶環(huán)由于電子出現(xiàn)的幾率密度低，易進(jìn)行親核取代反應(yīng)。主要生成-取代物。NaNH2△,回流NH2C6H5LiC6H5-氨基吡啶-苯基吡啶第28頁/共51頁30有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物二、嘧啶

嘧啶中的氮是SP雜化的，都以一個P電子參與共軛，性質(zhì)與吡啶類似。由于兩個N原子的吸電子作用它的堿性比吡啶弱得多，其親電取代反應(yīng)比吡啶的困難，親核取代則比較容易。反應(yīng)主要發(fā)生在2，4，6位。Cln-C4H9NH2室溫NH-C4H9-n第29頁/共51頁31有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物OHHOOHHOCH3NH2HOUracilThymineCytosine尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶OHHOOOHH這三種化合物都存在酮式和烯醇式的互變異構(gòu)現(xiàn)象。第30頁/共51頁32有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物【課堂練習(xí)】1、為什么吡啶的溴化不能用FeBr3來催化，加FeBr3會使反應(yīng)變慢。答：吡啶環(huán)上的N是吸電子的，具有堿性，與路易斯酸FeBr3結(jié)合后，N的吸電子作用更為加強(qiáng)，反應(yīng)變慢。2、為什么吡啶的堿性比六氫吡啶的??？3、為什么鄰溴吡啶的親核反應(yīng)比吡啶的快？答：-溴代吡啶親核取代離去基團(tuán)為堿性小的負(fù)離子（Br),而吡啶離去基團(tuán)為堿性大的負(fù)離子（H）。--答：吡啶環(huán)上的N為SP雜化，六氫吡啶環(huán)上的N為SP雜化。相比之下吡啶環(huán)上的N對未共用電子束縛緊，因此堿性小。23第31頁/共51頁33有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物三、喹啉

喹啉是由吡啶與苯環(huán)并合而成，它的化學(xué)性質(zhì)與吡啶相似，由于吡啶環(huán)的電子云密度低于苯環(huán)，因此親電取代反應(yīng)發(fā)生在苯環(huán)上，取代基主要進(jìn)入8-位和5-位。而親核取代則發(fā)生在吡啶環(huán)（2或4位）H2SO4200℃NaOH熔融OHONaH+8-羥基喹啉＊親電反應(yīng)第32頁/共51頁34有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物＊喹啉環(huán)合成法——斯克勞普法（Skraup)KNH2二甲苯，100℃NH2HOOCHOOCKMnO4,H+2,3-吡啶二甲酸＊氧化反應(yīng)＊親核取代NH2+CH2-CH-CH2OHOHOH濃H2SO4硝基苯，△第33頁/共51頁35有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物

喹啉的衍生物一般不是通過喹啉的取代反應(yīng)制取，二是用取代的芳胺為原料合成。NH2Cl甘油，濃H2SO4硝基苯，△間氯苯胺+ClCl7-氯喹啉5-氯喹啉【課堂練習(xí)】寫出下列化合物與甘油、濃硝酸、硝基苯的反應(yīng)產(chǎn)物：1）NH2第34頁/共51頁36有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物2）NH2NH23）NH2CH34）NH2CH3NH2NaNO2HClH3PO2NN+CH3+CH3CH3CH3NH2第35頁/共51頁37有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物2、CH3BrFe/HClCH3HNO3H2SO4CH3COClCH3NHCOCH3Br2/FeH+H2O甘油，濃硫酸C6H5NO2CH3H2NBrCH3Br第36頁/共51頁38有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物2、以苯、甲苯及必要化合物為原料合成下列化合物1）NO2HOOCCH3HNO3H2SO4CH3NO2CH3COClFe/HClCH3NHCOCH3混酸H+H2OCH3NH2NO2甘油，濃硫酸As2O5NO2CH3KMnO4NO2HOOC第37頁/共51頁39有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物四、嘌呤NNNNH7H-嘌呤9H-嘌呤123456789

嘌呤由嘧啶環(huán)與咪唑環(huán)并聯(lián)而成的稠雜環(huán)化合物，它存在兩種互變異構(gòu)體。NNNNHNNNNHNH2NNNNHH2NOH腺嘌呤（6-氨基嘌呤）鳥嘌呤（2-氨基-6-羥基嘌呤）第38頁/共51頁40有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物第四節(jié)生物堿

生物堿是指一類從生物體內(nèi)取得，對人和動物有強(qiáng)烈生理作用的堿性含氮有機(jī)物。*生物堿的分類，多以所含的雜環(huán)為依據(jù)，如吡啶類、吲朵類、喹晽類、嘌呤類等。*生物堿的命名常根據(jù)來源的植物命名。如麻黃堿是由中藥麻黃提取的。*也有采用國際通用名稱的譯音命名的。如煙堿叫尼古丁。

生物堿的結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，具有環(huán)狀或開鏈胺的結(jié)構(gòu)。第39頁/共51頁41有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物一、生物堿的一般性質(zhì)*生物堿多為固體，難溶于水，而易溶于乙醇等有機(jī)溶劑。*生物堿能與無機(jī)酸或有機(jī)酸結(jié)合成鹽，這種鹽一般易溶于水。*生物堿大多有旋光性，自然界存在的多是左旋體。左旋體和右旋體的生理作用往往差別很大，一般具有療效的是左旋體。*生物堿在植物體內(nèi)是由氨基轉(zhuǎn)化來的。一種植物可以含有多種生物堿，同一科的植物所含生物堿的結(jié)構(gòu)通常是相似的。第40頁/共51頁42有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物*生物堿的沉淀反應(yīng)*生物堿的顏色反應(yīng)二、生物堿的提取方法1、有機(jī)溶劑提取法

用有機(jī)溶劑提取，得到的生物堿與酸成鹽溶于水中，用堿中和，析出產(chǎn)物。生物堿有機(jī)溶劑酸堿成鹽中和析出產(chǎn)物第41頁/共51頁43有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物2、稀酸提取—離子交換法

用稀酸浸泡或加熱提取，所得溶液經(jīng)過陽離子交換樹脂層，生物堿留于交換樹脂上，用堿性氫氧化鈉溶液洗脫，再用有機(jī)溶劑提取。生物堿稀酸浸泡陽離子交換樹脂層NaOH洗脫有機(jī)溶劑提取產(chǎn)物*提純生物堿的一般方法：是把初步得到的生物堿粗制品與合適的試劑作用，生成不易溶解的鹽，再用分步結(jié)晶、色譜分離、離子交換或其它吸附方法進(jìn)行提純。第42頁/共51頁44有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物三、幾種重要的生物堿

生物堿的數(shù)量很多，到目前為止，以知結(jié)構(gòu)的就超過了兩千種，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，生理作用千差萬別，不能詳細(xì)討論。這里只能選擇幾種有代表性的作簡單介紹。1）麻黃堿CH—CH—NHCH3OHCH3**﹡分子中有兩個手性碳，左旋的麻黃鹼具有生理作用。*麻黃堿為仲胺，是一個不含雜環(huán)的生物堿，所以不能和生物堿試劑發(fā)生沉淀反應(yīng)。*結(jié)構(gòu)與腎上腺素相似，有興奮交感神經(jīng)、收縮血管、擴(kuò)張支起管的作用。第43頁/共51頁45有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物2）煙堿**煙堿又名尼古丁，以檸檬酸或蘋果酸鹽的形式存在于煙草中。國產(chǎn)煙葉約含煙堿1—4%。*煙堿為無色油狀液體，堿性，能溶于水，有揮發(fā)性，煙葉的氣味便來自煙堿。*煙堿有旋光性，天然存在的為左旋體，在空氣中易被氧化成煙酸。NNCH3*NCOOHO第44頁/共51頁46有機(jī)化學(xué)第十八章雜環(huán)化合物**煙堿有劇毒，少量有興奮中樞神經(jīng)、增高血壓的作用，大量則抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)，使心臟