第十七章雜環(huán)化合物

第十七章雜環(huán)化合物1第十七章雜環(huán)化合物【本章重點(diǎn)】

呋喃、吡咯、噻吩和吡啶的結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)?！颈仨氄莆盏膬?nèi)容】

1.雜環(huán)化合物的命名方法。

2.呋喃、吡咯、噻吩和吡啶的結(jié)構(gòu)與芳香性。

3.呋喃、吡咯、噻吩和吡啶的化學(xué)性質(zhì)

2雜環(huán)化合物是一大類有機(jī)物，占已知有機(jī)物的三分之一。雜環(huán)化合物在自然界分布很廣、功用很多。例如，中草藥的有效成分生物堿大多是雜環(huán)化合物；動植物體內(nèi)起重要生理作用的血紅素、葉綠素、核酸的堿基都是含氮雜環(huán)；部分維生素，抗菌素；一些植物色素、植物染料、合成染料都含有雜環(huán)。雜環(huán)化合物的涵義：

成環(huán)原子除碳以外，還有其它如O、N、S、P等雜原子的環(huán)狀化合物，統(tǒng)稱為雜環(huán)化合物。3頭孢氨芐(先鋒霉素IV)血紅素(heme)41993年發(fā)現(xiàn)的一種高效抗癌物質(zhì)5本章討論的就是那些環(huán)為平面型，環(huán)內(nèi)π電子數(shù)符合4n+2規(guī)則，具有一定芳香性的芳雜環(huán)化合物。

17.1雜環(huán)化合物的分類和命名6（一）雜環(huán)化合物的分類呋喃噻吩吡咯吡啶吲哚喹啉嘌呤7P4118（二）雜環(huán)化合物的命名

1.音譯法：在同音漢字左邊+“口”字。9當(dāng)環(huán)上有不同雜原子時(shí)，按O→S→N的次序編號。若環(huán)上連有不同的取代基，其編號按次序規(guī)則和最低系列。

(1)母體雜環(huán)的編號：雜原子的編號為“1”。雜原子鄰位的碳原子也可依次用α、β、γ…編號。2.母環(huán)的編號規(guī)則10如：11吡咯呋喃CCCNCHCCCOC五元雜環(huán)化合物：17.2雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)與芳香性呋喃、噻吩和吡咯是含一個(gè)雜原子的典型五元雜環(huán)化合物。12*平面結(jié)構(gòu)。環(huán)上每個(gè)C原子的p軌道上有1個(gè)電子，雜原子的p軌道上有2個(gè)電子，由5個(gè)p軌道構(gòu)成6電子的大鍵。*符合4n+2規(guī)則，具有芳香性。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)芳香性:苯>噻吩>吡咯>呋喃環(huán)上電子云密度大于苯。電負(fù)性:O>N>S噻吩吡咯呋喃13五元雜環(huán)化合物具有芳香性的另一個(gè)標(biāo)志就是環(huán)上的氫受離域電子環(huán)流的影響，其核磁共振信號都出現(xiàn)在低場區(qū)。α-H

由于受雜原子吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)的影響，其δ值較大。14六元雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)吡啶

sp2-N吸電子能力較sp2-C強(qiáng),故吡啶為缺電子體系.15

1.五元雜環(huán)化合物具有芳香性的雜環(huán)與苯環(huán)的異同點(diǎn)：鍵長只是有一定程度的平均化16

(1)由此可見，苯分子中的鍵長完全平均化，而五元雜環(huán)化合物分子中的鍵長只是有一定程度的平均化。因此，五元雜環(huán)化合物的芳香性比苯差。其芳香性次序是：離域能：150.51178867kj/mol17

(2)五元雜環(huán)化合物是富電子體系，而苯環(huán)為等電子體系，故環(huán)上的電子云密度比苯高，其親電取代反應(yīng)比苯容易，尤其易發(fā)生在α-位。雜原子的存在相當(dāng)于在環(huán)上引入了―NH2、―OH、―SH

等活化基團(tuán)而使環(huán)活化，故進(jìn)行親電取代反應(yīng)的活性順序是：親電取代反應(yīng)的活性:吡咯>呋喃>噻吩>苯18

2.六元雜環(huán)化合物

吡啶環(huán)的鍵長也發(fā)生了較大程度的平均化，C―C鍵雖與苯相似，但C―N鍵變化很大，因此，其芳香性也比苯差。

吡啶和苯雖然都屬等電子體系，但因氮原子的電負(fù)性較大，從而使環(huán)上的電子云密度降低，故其親電取代反應(yīng)性能不但比苯差，且親電取代反應(yīng)發(fā)生在電子云密度較高的β-位。這一特性很類似于硝基苯。19

17.3五元雜環(huán)化合物（一）五元雜環(huán)化合物的化學(xué)性質(zhì)1、親電取代反應(yīng)親電取代反應(yīng)活性順序：吡咯>呋喃>噻吩>苯。雜原子具有+C效應(yīng)，活化雜環(huán)201、親電取代反應(yīng)乙?；貂ｕ-磺酸吡啶受無機(jī)酸的作用,容易發(fā)生環(huán)的破裂.吡啶與SO3的加合物21五元雜環(huán)化合物進(jìn)行親電取代反應(yīng)的特點(diǎn)是：使用較為溫和的試劑或反應(yīng)條件。五元雜環(huán)化合物親電取代反應(yīng)發(fā)生在α-位可用共振論解釋：

由此可見，進(jìn)攻2–位所形成的共振雜化體比進(jìn)攻3–位所形成的共振雜化體穩(wěn)定。22二、五元雜環(huán)化合物親電取代反應(yīng)的定位規(guī)律

(1)α-位上有取代基

(2)β-位上有取代基232-取代呋喃不管是鄰位或是間位定位基,第二個(gè)基團(tuán)均進(jìn)入C-5位.因芳香性低,易形成2,5-加成產(chǎn)物.練習(xí):P429624三、常見的五元雜環(huán)化合物

1.呋喃和糠醛

呋喃為無色液體，難溶于水而易溶于有機(jī)溶劑，b.p為32℃。呋喃能使浸過鹽酸的松木片顯綠色(松木片反應(yīng))，這是鑒定呋喃的定性方法。

盡管呋喃在較溫和的條件下就可發(fā)生親電取代反應(yīng)，但因其芳香性較弱，呋喃及其衍生物容易進(jìn)行Diles-Alder反應(yīng)和一般的親電加成反應(yīng)。如：25

呋喃在Ni催化下，易于加氫生成四氫呋喃(THF)——良好的溶劑和重要的有機(jī)合成原料。1,4-加成444P4295（5）26

呋喃甲醛又稱糠醛，是呋喃的重要衍生物。戊醛糖糠醛苯胺醋酸顯紅色-----檢驗(yàn)糠醛27

糠醛的化學(xué)性質(zhì)與苯甲醛類似，可發(fā)生Cannizzaro反應(yīng)、與含α-H的醛或酮的交錯(cuò)縮合反應(yīng)等。

糠醛是良好的溶劑和重要的有機(jī)合成原料。給出下列反應(yīng)的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、名稱及反應(yīng)類型?！啡┍憩F(xiàn)出無-H的醛和不飽和呋喃雜環(huán)的雙重性質(zhì).282、噻吩（P417）噻吩靛紅濃硫酸顯藍(lán)色-----檢驗(yàn)噻吩糠醛苯胺醋酸顯紅色-----檢驗(yàn)糠醛呋喃松木片反應(yīng)顯綠色吡咯松木片反應(yīng)顯紅色練習(xí):P429229

3.吡咯

吡咯為無色油狀液體，b.p131℃，微溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。吡咯能使浸過鹽酸的松木片顯紅色(松木片反應(yīng))，這是鑒定吡咯的定性方法。

吡咯的酸堿性：

由于氮上的未共用電子對參與了共軛體系，難以與H+結(jié)合，故基本不顯堿性(pkb=13.6)。

然而，由于氮原子的吸電子作用，使得吡咯會顯示出一定的酸性，但其酸性較弱，需在強(qiáng)堿下方可成鹽。30

吡咯容易發(fā)生親電取代反應(yīng)，其反應(yīng)活性與苯胺類似。如：

(具有脂肪仲胺的性質(zhì))3117.4六元雜環(huán)化合物(P423)

生物堿一般是指從動植物中得來的、具有堿性的、有強(qiáng)烈生理作用的一類有機(jī)含氮化合物：吡啶和嘧啶許多生物堿分子中含有吡啶環(huán)32一、吡啶的化學(xué)性質(zhì)17.4六元雜環(huán)化合物33

1.堿性與成鹽：13.634

吡啶既然是一個(gè)堿，遇酸便形成穩(wěn)定的鹽。N-磺酸吡啶溫和的磺化試劑35

2.吡啶環(huán)上的親電取代反應(yīng)如前所述，吡啶的親電取代反應(yīng)比較困難，需在較強(qiáng)的條件下方可發(fā)生，且發(fā)生在β-位。36

顯然，當(dāng)吡啶環(huán)上連有供電子基團(tuán)時(shí)，將有利于親電取代反應(yīng)的發(fā)生；反之，就更加難以進(jìn)行親電取代反應(yīng)。

吡啶環(huán)也象硝基苯一樣，不能發(fā)生F―C烷基化和?；磻?yīng)。37吡啶的親電取代反應(yīng)所以發(fā)生在β-位，除用電子理論解釋外，還可以用中間體的穩(wěn)定性加以說明：+38

3.吡啶環(huán)上的親核取代反應(yīng)

吡啶環(huán)的親核取代反應(yīng)主要發(fā)生在α-位和γ-位，被取代的可以是氫原子，也可以是易于離去的基團(tuán)。如：39哌啶(六氫吡啶)

4、氧化與還原堿性:>40含有吡啶環(huán)的藥物分子：41余下自學(xué)42二、常見的六元雜環(huán)化合物

1.甲基吡啶

α-甲基吡啶吡啶同系物中以甲基吡啶最為重要，它有三個(gè)異構(gòu)體：甲基吡啶的側(cè)鏈甲基的活潑性與硝基甲苯中的甲基相似，具有一定的酸性。因此，在強(qiáng)堿的催化下可進(jìn)行縮合反應(yīng)，且主要發(fā)生在α-位和γ-位。如：γ-甲基吡啶4344那么為什么α-位、γ-位的側(cè)鏈氫酸性強(qiáng)？4546

β-甲基吡啶47

2.喹啉

喹啉在常溫下為無