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)化合物有機化學(xué)一、分類及命名定義一：環(huán)狀有機化合物中，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，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)含一個雜原子雜環(huán)含兩個雜原子雜環(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，當雜環(huán)上連有－R、－X、－OH、－NH2等取代基時，以雜環(huán)為母體；如果連有－CHO、－COOH、－SO3H等時，把雜環(huán)作為取代基。(B)雜環(huán)編號雜環(huán)上連有取代基時，需要給雜環(huán)編號，編號規(guī)則如下。

①從雜原子開始編號，雜原子位次為1。當環(huán)上只有一個雜原子時，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若含有多個相同的雜原子，則從連有氫或取代基的雜原子開始編號，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。

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

當N上連有取代基時，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個原子，6個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氫原子，由于氮原子的p電子參與了環(huán)上共軛，降低了對這個氫原子的吸引力，使得氫原子變得比較活潑，具有弱酸性。

電負性強弱順序是：氧>氮>硫，

芳香性強弱順序是：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呈綠色，叫做松木片反應(yīng)。此現(xiàn)象可用來鑒定呋喃。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色，反應(yīng)靈敏?？捎脕頇z驗噻吩。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、傅克酰基化采用較溫和的催化劑如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行D－A反應(yīng)吡咯也可與苯炔進行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；吡咯的酸性比醇強比酚弱吡咯甲鹽和吡咯鹵化鎂可用來制備吡咯的衍生物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)上的碳原子是嚴重缺電子的，其性質(zhì)類似硝基苯很難進行傅克?；屯榛?。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)上有給電子基時反應(yīng)相對較易進行B、親核取代反應(yīng)2，4，6位的鹵素容易被取代強堿負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，氧化時只氧化環(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?？蛇M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是無色油狀液體，有類似吡啶的惡臭，沸點238℃，異喹啉為低熔點的固體，氣味類似于苯甲醛，熔點26℃，沸點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；實例：C、側(cè)鏈α氫的反應(yīng)D、氧化及還原氧化時苯環(huán)破裂，還原時吡啶環(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）苯胺對丙烯醛進行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