雜環(huán)化合物課件

第十五章 雜環(huán)化合物匯報人：某某某匯報時間：2023.X.X(heterocyclic

compounds)環(huán)氧乙烷 順丁烯二酸酐 鄰苯二甲酰亞胺本章主要討論具有芳香性的雜環(huán)化合物，即芳雜環(huán)化合物(aromatic

heterocycles)。環(huán)比較穩(wěn)定、在結(jié)構(gòu)上與芳香族化合物相似。(環(huán)為平面型，π電子數(shù)符合4n+2規(guī)則）2H

CCH2OHCHCOOCCONHOCCO構(gòu)成環(huán)的原子除C外還有其它原子的一類環(huán)狀化合物。最常見的雜原子：O、N和S，以N為最多。一、分類和命名類 母體碳環(huán)別雜環(huán)母體五元環(huán)1245環(huán)戊二烯雜

cyclopentadieneHH噻唑 咪唑 吡唑thiazole imidazole pyrazole1S54N

12N 3N

3

42 5N

1N

2345451O呋喃furanS12245噻吩thiopheneN245吡咯pyrrole1H1245O四氫呋喃tetrahydrofuran2451NH吡咯啶pyrrolidine類 母體碳環(huán)別雜環(huán)母體六元雜 苯環(huán) benzeneN2561N2N

31吡啶pyridine654嘧啶pyrimidine256NNHH1哌嗪piperizine56N

1

2H哌啶(六氫吡啶)piperdine類 母體碳環(huán)別雜環(huán)母體稠雜環(huán)5 4678萘

1napthalene765 438 1N73 625 4328 1喹啉quinoline異喹啉isoquinolineN2N

1234567H吲哚嘌呤indolepurineN1236N 57N 4 N

98H324567茚

1indene吲哚Indole噻吩噻唑咪唑 吡唑異喹啉Isoquinoline嘌呤PurineOSNN

NHHNNNNNHN[命名]

音譯名（Pyrazole）吡咯 呋喃（Pyrrole）（Furan）（

Thiophene）S（

Thiazole）（Imidazole）HNN吡啶Pyridine喹啉QuinolineNNN2-甲基-5-乙基呋喃4-甲基吡啶5-硝基

-2-呋喃甲醛1,4-二甲基-5-溴咪唑5-甲基噻唑N,N-二乙基-3-吡啶甲酰胺CH3BrSCH32-(2-羥乙基)噻吩2-(2-噻吩)乙醇SCH2CH2OHO OC2H5 CH3

O2N

CHONNOC N(C2H5)2編號從雜原子開始，盡可能使取代基的位次較小。遇兩相同雜原子,

則由帶取代基(或H)的雜原子開始。含多個不同雜原子,

則按

O

S

N

順序編號。CH3N

1CH3N31N

3有固定的編號順序，通常從一端開始依次編號。公用的碳原子一般不編號。盡可能使雜原子取較小的編號，并遵守雜原子的優(yōu)先順序。5 4678 1N32678 1喹啉quinoline異喹啉isoquinoline3N245 36 N1

2H7吲哚嘌呤indolepurineN

76 5 5 4N 4 N9

831

N2H2-氨基-3-(3-吲哚基)丙酸CH2CHCOOHNH2NH稠雜環(huán)的命名二、六元雜環(huán)化合物1、吡啶

有特殊臭味，無色液體。符合休克爾4n+2規(guī)則吡啶具有芳香性1）C-C鍵長與苯近似，C-N鍵長則處于C-N鍵長和C=N鍵長之間。說明吡啶環(huán)系具有與苯相似的結(jié)構(gòu)。特點:具有堿性一個閉合的共軛體系NSP2P吡啶NN未參與共軛未參與成鍵處于sp2雜化軌道上2）吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)和吸電子共軛效應(yīng)共存，方向一致。鍵長不象苯(0.140nm)一樣完全平均化。3

)

缺“π”芳雜環(huán)—氮原子使環(huán)上碳原子的電子云密度降低，親電取代反應(yīng)比苯難進行。NNH0.130nm0.140nm0.134nm-30μ=7.4×

10c.mμ=3.9×

10-30c.m吸電子誘導(dǎo)吡啶

六氫吡啶吸電子誘導(dǎo)吸電子共軛吡啶的性質(zhì)pKa 9.84.6(CH3)3NN5.19NH2NH39.3>>SP2P吡啶N１、弱堿性

（pKa=5.19）NHClN +

HClN HCl

或NH3

PhNH2pKa 9.3 4.60PhNHCH34.85PhN(CH3)25.06可作堿性溶劑和脫酸劑（縛酸劑），生成相應(yīng)的吡啶鹽吡啶鹽(固體，有芳香性,因反應(yīng)時并未破壞它的環(huán)狀封閉共軛體系），是活性強而溫和的硝化、磺化、烷基化或?；噭?。NCH3NNO2NNO2

BF4Et2O,

室溫CH2Cl2,室溫(

N-磺酸吡啶

)SO3BF4CH3N路易斯酸SO3OOSO3N

SO3ClCH2CH2Cl,1000CHClOSO3H(41%)NHSO3

吡啶三氧化硫

N吡啶N的吸電子誘導(dǎo)和吸電子共軛與硝基苯類似2、親電取代反應(yīng)N1.010.84

0.87硝化、磺化等只能在極強的條件下進行，且產(chǎn)率很低,

當(dāng)環(huán)上有給電子基團時，能增進吡啶環(huán)的反應(yīng)活性。吡啶環(huán)不能發(fā)生傅-克反應(yīng)。原因：a）環(huán)上電子云密度低b）Lewis酸與吡啶生成酸堿絡(luò)和物。反應(yīng)活性:

吡啶

<

苯環(huán)反應(yīng)發(fā)生在位。、位不發(fā)生反應(yīng)。鹵化:硝化:磺化:NNSO3,H2SO4HgSO4BrN2Br

,浮石N(37%)3000CBr Br+NH2BrNN(26%)Br2N(92%)AcOH,200CNH23000C,1天NNO2濃HNO3,濃H2SO4N(6%)NCH3CH3N(66%)濃H2SO4KNO3,1000CCHSO3H(70%)3CH3NO2若兩個α位已有基團，則發(fā)生在γ位。齊齊巴賓反應(yīng)NNNHNaNNH2+ NaNH2PhN(CH3)2回流H2O3、親核取代反應(yīng)吡啶類似硝基苯易發(fā)生親核取代反應(yīng)。

、位，以位為主,

因α位離N比γ位近，受吸電子誘導(dǎo)影響較大。吡啶環(huán)的α位和γ位的C缺少電子，若這些位置上有易離去的基團（Cl、Br、NO2等，其陰離子較穩(wěn)定），可與氨（或胺）、烷氧化物、水等親核試劑發(fā)生SN。吡啶與RLi或ArLi（強堿性的親核試劑）作用，可在吡啶的α與γ位引入烷基或芳基?！?加成機理NOMeNNaOMeNNOHCl

HOMe,NaOHBr

H2O,NClNNHC6H5NNH2NH3180~2000CPhNH2NN+ PhLiPh+

LiH吡啶比苯穩(wěn)定，不易被氧化，當(dāng)有側(cè)鏈時，總是側(cè)鏈先氧化生成相應(yīng)的吡啶甲酸。CH3HNO3

,或

KMnO4/OH

NCOOH3-吡啶甲酸（煙酸）4、氧化還原反應(yīng)NCH3NSeO2NCHO2-吡啶甲醛NNCH3HNO3NCOOHNH3NCONH2煙堿(尼古丁) 煙酸 煙酰胺NKMnO4NHOOC吡啶還原比苯容易六氫吡啶易溶于水、乙醇和乙醚。堿性比吡啶強(N由SP2雜化變?yōu)镾P3雜化，

S成分減少，電子受核束縛減弱，結(jié)合H+的能力比SP2雜化的N強)。NNHNa+

C2H5OH或

H2/Pt,0.3MPa,250C有芳香性無芳香性哌啶(六氫吡啶)SP2PSP31、結(jié)構(gòu)和芳香性451O42

51S242

51

N呋喃furan噻吩thiopheneH吡咯pyrrole三、五元雜環(huán)化合物一）呋喃、噻吩和吡咯Z Z=

O S N

Hsp

2碳原子P軌道中有一個電子雜原子P軌道中有兩個電子形成環(huán)狀離域大鍵。電子數(shù):6

有芳香性。SP2P吡啶NSP2P吡咯NSP2P呋喃O(噻吩S)SP2PCNNH“多π”芳雜環(huán)———六個電子由五個原子分配，每個碳原子的電子云密度比苯環(huán)高，故親電取代比苯容易。OSHN2.33 10-30C.m1.70 10-30C.m6.03 10-30C.mN原子給電子共軛>>吸電子誘導(dǎo)。吡啶N：吸電子誘導(dǎo)+吸電子共軛2.

酸堿性吡咯沒有堿性,

有酸性(pka=17.5),比醇強而比酚弱NHNHKOH-NK++

H2OCH3MgINMgI+

CH4乙醚吡啶N：吸電性 吡咯N：給電性雜原子提供一對電子參與共軛，環(huán)上π電子云密度比苯環(huán)大,親電取代反應(yīng)比苯容易進行。3.化學(xué)反應(yīng)親電取代反應(yīng)活性:

吡咯

>

呋喃

>

噻吩

>

苯穩(wěn)定性：苯

>

噻吩

>

吡咯

>

呋喃位比位活潑。親電取代主要發(fā)生在位。O O二噁烷Br2OOBrOCl00C, 二噁烷Cl280%64%-

400C,AcOHBr2ACOHSSBr

(78%)SCl

(36%)Cl2500CI2,

HgO6 6CH

,00CSI (70%)1）鹵化吡咯極易鹵化生成四鹵吡咯：IIII+

4

I2 +

4NaOH+

4

NaI +

4H2ONHNHBrBrBrBrNHNHBr2,

0oCEtOH（2）硝化呋喃和吡咯易被氧化，甚至能被空氣氧化，遇無機酸易聚合，因而不能用HNO3硝化。通常用比較溫和的非質(zhì)子硝化試劑，如用硝酸乙酰酯(硝乙酐)CH3COONO2硝酸乙酰酯有爆炸性，隨用隨制+CCH3ONHCCH3ONHCCH3OO2NNH當(dāng)呋喃或吡咯環(huán)上連有吸電子基團時，環(huán)的穩(wěn)定性增加，可用一般方法硝化。O2NHNO3H2SO4-

5~30oC(35%)OONO2CH3COONO22OH-,5oC,Ac

O(7%)NHNNO2

+H (83%)NO2NHCH3COONO23）磺化吡咯和呋喃不能用硫酸直接磺化，要用溫和的非質(zhì)子磺化試劑。NHSO3NHN SO31000CHClNHSO3H(90%)OOSO3N

SO3ClCH2CH2Cl,1000CHClOSO3H(41%)NH當(dāng)吡咯或呋喃環(huán)上連有吸電子基團時，可用一般的磺化方法。噻吩是這些五元雜環(huán)化合物中最穩(wěn)定的一個,

可在室溫下直接磺化。4）傅-克?；?5~92%94%60%Ac2OBF3Ac2O。H3PO4Ac2O150

~

200

COOCOCH3SSCOCH3NHNHCOCH3SS95%H2SO4室溫69%~76%SO3H吡啶不發(fā)生傅-克反應(yīng)吡咯與苯酚的性質(zhì)相似（吡啶相似于硝基苯），可發(fā)生瑞默爾-梯門（Reimer-Tiemann）反應(yīng)及與重氮鹽偶合：呋喃環(huán)穩(wěn)定性較低，具有共軛二烯的性質(zhì)，可發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)，且易被還原。OOOOOOO

+O 90%OH2，Ni500CONHCHOCHCl325%KOHNHNH2PhN

+Cl-乙醇-水N=N

PhNH四氫呋喃THF（溶劑）5）

糠醛（2-呋喃甲醛）CHOOO OCH2OHCOOH

+2.

不含α-H的芳醛，可發(fā)生康尼扎羅(Cannizzaro

S.)反應(yīng)濃NaOHOCHOOCOOH1.

具有一般醛基的性質(zhì)，可發(fā)生銀鏡反應(yīng)Ag(NH3)2OOCHO +

H2N

CH=N3.

在醋酸存在下與苯胺作用,生成一種亮紅色縮合產(chǎn)物，可檢驗糠醛。-

H2O有芳香性，6eSN

吡啶N吡啶NN

吡啶N吡唑噻唑pKa咪唑 NH吡咯N7.0NNH吡咯N2.5二）含兩個雜原子的五元雜環(huán)1、結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)堿性：

咪唑

>

吡唑2.4噻唑NNH+ H+NHHN+堿性中心沸點差距較大，其中吡唑和咪唑沸點較高，因能形成分子間的氫鍵。水溶解度均比吡咯、呋喃、噻吩要大，因增加了一個氮原子，從而增加了與水分子形成氫鍵的能力。吡唑的二聚體咪唑的線性多聚體N N H N N H N N HNNHNNH2、酸堿性氮唑類：吡咯N的給電子共軛吸電子誘導(dǎo)使堿性增強氧唑類：氧的吸電子誘導(dǎo)給電子共軛使堿