第二十章 雜環(huán)化合物

第二十章雜環(huán)化合物一、分類及命名二、五元雜環(huán)化合物三、六元雜環(huán)化合物有機(jī)化學(xué)一、分類及命名定義一：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他原子，并且有芳香結(jié)構(gòu)，這種環(huán)狀化合物稱為雜環(huán)化合物（HeterocyclicCompound）。定義二：在環(huán)狀有機(jī)化合物中含有碳以外的其他原子，這類化合物統(tǒng)稱雜環(huán)化合物。組成環(huán)系的非碳原子稱為雜原子(heteroatom)。本章討論的主要是芳香雜環(huán)化合物意義：生物體內(nèi)存在的物質(zhì)主要是雜環(huán)化合物；合成的藥物也多數(shù)是雜環(huán)化合物雷米封治療結(jié)核病的良好藥物缺乏維生素B2時(shí)，則患口腔炎、角膜炎等炎癥。維生素B2也是生物體的氧化還原過程中傳遞氫的物質(zhì)。五元雜環(huán)六元雜環(huán)。芳環(huán)并雜環(huán)雜環(huán)并雜環(huán)。

根據(jù)環(huán)的形式分類根據(jù)環(huán)中雜原子的數(shù)目分類雜環(huán)單雜環(huán)稠雜環(huán)含一個(gè)雜原子雜環(huán)含兩個(gè)雜原子雜環(huán)1、雜環(huán)化合物的分類2、雜環(huán)化合物的命名

（1）.譯音法根據(jù)雜環(huán)化合物的英文名稱，選擇帶“口”字偏旁的同音漢字來(lái)命名。呋喃噻吩吡咯咪唑噻唑(furan)(thiophene)(pyrrole)(imidazole)(thiazole)吡啶吡喃嘧啶吡嗪吲哚

(pyridine)(pyran)(pyrimidine)(pyrazine)(indole)

喹啉異喹啉嘌呤苯并噻唑

(quinoline)(isoquinoline)(purine)(benzothiazole)（2）.系統(tǒng)命名法

適用于雜環(huán)衍生物的命名(A)選母體與芳香族化合物命名原則類似，當(dāng)雜環(huán)上連有－R、－X、－OH、－NH2等取代基時(shí)，以雜環(huán)為母體；如果連有－CHO、－COOH、－SO3H等時(shí)，把雜環(huán)作為取代基。(B)雜環(huán)編號(hào)雜環(huán)上連有取代基時(shí)，需要給雜環(huán)編號(hào)，編號(hào)規(guī)則如下。

①?gòu)碾s原子開始編號(hào)，雜原子位次為1。當(dāng)環(huán)上只有一個(gè)雜原子時(shí)，也可把與雜原子直接相連的碳原子稱為α位，其后依次為β位和γ位。

2-呋喃甲醛（糠醛）8-羥基喹啉

(α-呋喃甲醛)（不叫8-喹啉酚）②若含有多個(gè)相同的雜原子，則從連有氫或取代基的雜原子開始編號(hào)，并使其他雜原子的位次盡可能最小。（4-甲基咪唑）

（4-氯噻唑）

③若含有不相同的雜原子，按O、S、N的順序編號(hào)。

某些特殊的稠雜環(huán)，不符合以上編號(hào)規(guī)則，有其特定的編號(hào)。4-異喹啉甲酸6-氨基嘌呤（不叫6-嘌呤胺）

當(dāng)N上連有取代基時(shí)，往往用“N”表示取代基的位置。

（N-甲基吡啶）二、五元雜環(huán)化合物含有一個(gè)雜原子的五元雜環(huán)是呋喃、噻吩和吡咯1、呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)

呋喃、噻吩、吡咯π電子數(shù)符合休克爾規(guī)則（4n+2），因此具有芳香性。......................

在呋喃、噻吩、吡咯分子中，是由5個(gè)原子，6個(gè)π電子組成的共軛體系，使環(huán)上碳原子的電子云密度增加，所以稱為富電子芳雜環(huán)或多π電子芳雜環(huán)。

另外，吡咯分子中的氮原子上連有一個(gè)氫原子，由于氮原子的p電子參與了環(huán)上共軛，降低了對(duì)這個(gè)氫原子的吸引力，使得氫原子變得比較活潑，具有弱酸性。

電負(fù)性強(qiáng)弱順序是：氧>氮>硫，

芳香性強(qiáng)弱順序是：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃。2、物理與光譜性質(zhì)IR：3077～3003cm－1有C－H伸縮吸收峰吡咯化合物在3500～3200cm－1處有NH伸縮吸收峰1HNMR：呋喃6.37（β－H）7.42（α－H）噻吩7.10（β－H）7.30（α－H）吡咯6.20（β－H）6.68（α－H）

8.0（N－H）無(wú)色液體

呋喃存在于松木焦油中，其蒸氣遇到浸過鹽酸的松木片時(shí)呈綠色，叫做松木片反應(yīng)。此現(xiàn)象可用來(lái)鑒定呋喃。噻吩存在于煤焦油的粗苯及石油中，在濃硫酸存在下，與靛紅一同加熱顯示藍(lán)色，反應(yīng)靈敏?？捎脕?lái)檢驗(yàn)噻吩。吡咯存在于煤焦油和骨焦油中，其蒸氣或其醇溶液能使浸過鹽酸的松木片呈紅色，此反應(yīng)可用來(lái)鑒定吡咯。顯色反應(yīng)3、呋喃、噻吩、吡咯的化學(xué)性質(zhì)（1）親電取代反應(yīng)活性：吡咯>呋喃>噻吩>苯。位比位活潑。親電取代主要發(fā)生在位。B、硝化采用乙?；跛狨ィ–H3COONO2）作為硝化劑A、穩(wěn)定性呋喃、吡咯化合物的穩(wěn)定性較差，在酸或強(qiáng)氧化劑條件下易開環(huán)或形成聚合物，噻吩較穩(wěn)定。C、磺化呋喃、吡咯用吡啶與SO3的加合物，噻吩直接用濃硫酸利用此性質(zhì)可分離或除去粗苯中的噻吩。α-噻吩磺酸能溶于濃硫酸，而且易發(fā)生水解反應(yīng)。噻吩在室溫下可溶于濃硫酸，并發(fā)生磺化反應(yīng)。D、鹵代三類化合物都比較活潑，氯代、溴代不用催化劑E、傅克?；捎幂^溫和的催化劑如SnCl4，BF3。F、吡咯的特殊反應(yīng)：G、取代呋喃、噻吩、吡咯的定位效應(yīng)由α定位效應(yīng)及取代基的定位效應(yīng)共同決定(2)加成反應(yīng)加氫：呋喃、吡咯催化加氫失去芳香性，噻吩使用特殊催化劑。Diels－Alder反應(yīng)呋喃可以順利進(jìn)行D－A反應(yīng)吡咯NH可與順丁烯二酸酐加成將吡咯烷基化則可順利進(jìn)行D－A反應(yīng)吡咯也可與苯炔進(jìn)行D－A反應(yīng)噻吩與乙炔的親雙烯試劑加成，失硫后得苯的衍生物（3）吡咯的弱堿性、弱酸性吡咯的堿性比苯胺還弱；吡咯的酸性比醇強(qiáng)比酚弱吡咯甲鹽和吡咯鹵化鎂可用來(lái)制備吡咯的衍生物4、呋喃、噻吩、吡咯的合成

1,4-二羰基化合物。TsOH(或P2O5)，P2S5，NH3。5、重要的衍生物（1）糠醛（2－呋喃甲醛）(2)吲哚（苯并吡咯）性質(zhì)與吡咯相似，親電取代主要發(fā)生在雜環(huán)3位三、六元雜環(huán)化合物1、吡啶堿性：脂肪胺>吡啶>芳香胺可以用于成鹽7.36ppm6.98ppm8.50ppm(1)結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)（2）化學(xué)性質(zhì)吡啶環(huán)上的碳原子是嚴(yán)重缺電子的，其性質(zhì)類似硝基苯很難進(jìn)行傅克酰基化和烷基化。β位電子云密度較大，故親電取代主要發(fā)生在β位。A、親電取代反應(yīng)

由取代反應(yīng)的中間體穩(wěn)定性分析a.取代在a

位b.取代在b

位c.取代在g

位中間體較為穩(wěn)定環(huán)上有給電子基時(shí)反應(yīng)相對(duì)較易進(jìn)行B、親核取代反應(yīng)2，4，6位的鹵素容易被取代強(qiáng)堿負(fù)離子可以取代吡啶環(huán)上的氫齊齊巴賓（Chichibabin）反應(yīng)2位（6位）取代產(chǎn)物為主，4位很少。C、氧化、還原反應(yīng)吡啶抗氧化能力比苯強(qiáng)，氧化時(shí)只氧化環(huán)上側(cè)鏈得到相應(yīng)的吡啶甲酸。過氧化氫或過氧酸氧化得到N－氧化物N-氧化吡啶的性質(zhì)：比吡啶易與親電試劑或親核試劑反應(yīng)(a)與親電試劑的親電取代，產(chǎn)物在γ位(b)與親核試劑的親核加成吡啶的還原比苯容易哌啶(六氫吡啶)問題：如何由吡啶合成3-硝基吡啶和4-硝基吡啶？D、吡啶N的堿性與親核性吡啶與鹵代烴反應(yīng)生成季胺鹽，加熱失鹵化氫，得到甲基吡啶290～300℃E、側(cè)鏈α的反應(yīng)吡啶2，4，6位側(cè)鏈α氫具有酸性與甲基酮α氫的相當(dāng)?？蛇M(jìn)行類似醛酮的縮合反應(yīng)。2、喹啉和異喹啉堿性比吡啶弱，喹啉＜吡啶＜異喹啉喹啉在常溫時(shí)是無(wú)色油狀液體，有類似吡啶的惡臭，沸點(diǎn)238℃，異喹啉為低熔點(diǎn)的固體，氣味類似于苯甲醛，熔點(diǎn)26℃，沸點(diǎn)243℃。（1）化學(xué)反應(yīng)喹啉和異喹啉的化學(xué)性質(zhì)一樣，和吡啶及α硝基萘的有些相似A、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(jìn)行，取代主要在苯環(huán)上發(fā)生。喹啉主要發(fā)生在C-5與C-8位，而異喹啉以C-5產(chǎn)物為主。有機(jī)介質(zhì)中主要發(fā)生在雜環(huán)上B、親核取代反應(yīng)

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2位和4位(2位為主)，異喹啉在1位；實(shí)例：C、側(cè)鏈α氫的反應(yīng)D、氧化及還原氧化時(shí)苯環(huán)破裂，還原時(shí)吡啶環(huán)被還原（2）制備斯克勞普（Skraup）法：用苯胺與甘油，濃硫酸及一種氧化劑共熱生成喹啉反應(yīng)歷程：（A）甘油脫水得丙烯醛（B）苯胺對(duì)丙烯醛進(jìn)行Micheal加成（C）分子內(nèi)親電取代生成的喹啉化合物受苯環(huán)上的取代基影響很大。（D）硝基苯氧化