第十六章 雜環(huán)化合物

第十六章雜環(huán)化合物第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二一.吡啶五.含兩個以上雜原子的五元雜環(huán)三.吡咯、呋喃、噻吩四.吲哚二.喹啉、異喹啉第十六章

雜環(huán)化合物

(Heterocycliccompounds)六.嘌呤第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二概述：雜環(huán)雜環(huán)化合物來源、用途雜環(huán)化合物分類：第一類：無芳香性的雜環(huán)化合物例：四氫呋喃丁二酸酐四氫吡咯六氫吡啶第二類：具有一定程度的芳香性的雜環(huán)化合物呋喃吡咯吡啶第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二分類和命名芳雜環(huán)的數(shù)目很多，可根據(jù)環(huán)大小、雜原子的多少以及單環(huán)和稠環(huán)來分類。常見的雜環(huán)為五元、六元的單雜環(huán)及稠雜環(huán)。稠雜環(huán)是由苯環(huán)及一個或多個單雜環(huán)綢合而成。命名：采用外文名的音譯，用帶“口”字旁的同音漢字表示。1.五元雜環(huán)呋喃furan12345αβαβthiophene噻吩pyrrole吡咯第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二五元環(huán)中含兩個或兩個（至少有一個氮原子）以上的雜原子的體系稱唑。例：imidazole咪唑pyrazole吡唑thiazole噻唑oxazole噁唑2.六元雜環(huán)pyridinepyrimidinepyridazinepyrazine吡啶嘧啶噠嗪吡嗪第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二3.稠雜環(huán)quinolineisoquinolineindolepurine喹啉異喹啉吲哚嘌呤第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二一.吡啶1.結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)N：sp2雜化氮上還有一對電子未參與共軛，易接受質(zhì)子，具有堿性。堿性：脂肪胺＞吡啶＞芳香胺吡啶是一個無色有惡臭的液體，與水及許多有機溶劑，如乙醇、乙醚等混溶，是良好的溶劑。2.化學(xué)性質(zhì)芳環(huán)親電取代親核取代氮上未成鍵電子對堿性親核性第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二1).吡啶環(huán)上氮的堿性及親核性+應(yīng)用：++2).吡啶環(huán)上親電取代反應(yīng)與苯環(huán)比較吡啶環(huán)是缺電子的芳香雜環(huán)，性質(zhì)類似于硝基苯，它不能進行傅氏烷基化和?；磻?yīng)。第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二3-溴吡啶3-吡啶磺酸3-硝基吡啶親電取代位置在3-或5-位進行，為什么？第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二啶環(huán)2位上的負(fù)氫離子能被取代。++3).吡啶環(huán)上親核取代反應(yīng)++吡啶環(huán)上2位的負(fù)氫離子被親核性極強的氨基負(fù)離子取代，同時有氫氣放出，稱齊齊巴賓（Chichibabin）反應(yīng)。++第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二4）還原六氫吡啶（哌啶）3.吡啶環(huán)合成Hantzsch（漢棲）合成法：β-酮酸酯、醛和氨縮合。第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二第一步：β-酮酸酯和醛發(fā)生羥醛縮合+第二步：發(fā)生邁克加成+第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二第四步：二氫吡啶環(huán)脫氫，生成吡啶衍生物第三步：關(guān)環(huán)，生成二氫吡啶環(huán)第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二二.喹啉、異喹啉quinolineisoquinoline喹啉異喹啉喹啉、異喹啉的性質(zhì)與吡啶相似，具有弱堿性。喹啉pKa=4.94異喹啉Ka=5.40Skraup（斯克洛浦）合成法：將芳香族伯胺與甘油同硫酸和一種氧化劑（如：硝基苯、五氧化二砷、氧化鐵等）一起加熱，即可得喹啉及其衍生物。1.喹啉及其衍生物的合成第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二+反應(yīng)過程：①.甘油在濃硫酸（或磷酸）作用下脫水生成丙烯醛，也可直接用α，β-不飽和醛或酮。第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二②.苯胺與丙烯醛發(fā)生邁克加成+③.質(zhì)子化的醛對苯環(huán)進行親電取代反應(yīng)第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二④.1,2-二氫喹啉氧化+例：（85-88%）+（73%）第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二（83%）2.反應(yīng)1).親電取代反應(yīng)親電取代反應(yīng)主要發(fā)生在碳環(huán)的5位和8位。+8-硝基喹啉（48%）5-硝基喹啉（52%）第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二+10%90%2).親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)主要發(fā)生在吡啶環(huán)上。喹啉環(huán)上2位和4位，異喹啉環(huán)上1位的氯原子容易被親核試劑取代。第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二三.吡咯、呋喃和噻吩1.結(jié)構(gòu)特點呋喃噻吩吡咯平面結(jié)構(gòu)環(huán)上的原子均為sp2雜化閉環(huán)共軛體系親電取代反應(yīng)活性：吡咯、呋喃、噻吩大于苯①電子密度

②σ-絡(luò)合物第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二五元環(huán)親電取代反應(yīng)的主要產(chǎn)物：α–取代+芳香性：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃2.性質(zhì)1).吡咯第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二a.吡咯的弱酸性（與堿性試劑的反應(yīng)）它的pKa=16.5，比酚弱，比醇強，可與強堿（NaNH2，

KNH2、RMgX）或金屬作用。++吡咯鉀第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二α-吡咯甲酸N-甲基吡咯N-乙?；量│?吡咯甲醛△△第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二b.親電取代反應(yīng)主要產(chǎn)物為α–取代產(chǎn)物。吡咯環(huán)的穩(wěn)定性較差，遇酸容易聚合，因此進行親電取代反應(yīng)要用較溫和的試劑。例：磺化試劑：硝化試劑：2–吡咯磺酸第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二2–硝基吡咯2–乙?；量?–吡咯甲醛+第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二c.加成反應(yīng)+2).呋喃a.親電取代反應(yīng)呋喃的穩(wěn)定性較吡咯小，與親電試劑往往得到加成產(chǎn)物，即使得到取代產(chǎn)物，也是由加成產(chǎn)物轉(zhuǎn)化來的。第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二b.加成反應(yīng)呋喃與親雙烯體迅速發(fā)生狄爾斯-阿德爾反應(yīng)。+25℃+第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二2,5–己二酮呋喃遇濃酸聚合，遇稀酸呋喃水解為二醛：丁二醛第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二3).噻吩a.親電取代反應(yīng)應(yīng)用：把粗苯中的噻吩除去。第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二b.加成反應(yīng)+100℃高壓+3.合成a.呋喃的工業(yè)制備聚戊糖戊糖第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二b.取代吡咯、呋喃、噻吩的合成400℃吡咯環(huán)的合成：第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二①.Knorr（克諾耳）合成法：+α–氨基酮β–二羰基化合物第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二②.Paal-Knorr（帕爾-克諾耳）合成法：+△+△2,5-己二酮③.Hantzsch（漢棲）合成法：+第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二+呋喃環(huán)和噻吩環(huán)的合成：△第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二4.吡咯、呋喃和噻吩的重要衍生物1).糠醛是一種無色液體,沸點162℃，在空氣中易變黑。是一種良好的溶劑。它不含α-H，性質(zhì)類似于苯甲醛。++醇溶液+第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二四.吲哚吲哚為白色結(jié)晶，熔點52.5℃。具有極臭的氣味，但純粹的吲哚在極稀時有香味，可作香料?？砂l(fā)生親電取代反應(yīng)，活性位置在第3位。3-溴吲哚3-硝基吲哚3-吲哚甲醛第37頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二3-吲哚磺酸含吲哚的生物堿廣泛存在于植物中，如麥角堿、馬錢子堿、利血平等。β-吲哚乙酸（植物生長調(diào)節(jié)劑）色氨酸（蛋白質(zhì)組分）第38頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二5-羥基色胺（哺乳動物及人腦中思維活動的重要物質(zhì)）吲哚環(huán)的合成：Fischer（費歇爾）吲哚合成法：將醛、酮、酮酸、酮酸酯或二酮的芳基取代腙在氯化鋅、聚磷酸、三氟化硼等路易斯酸存在下加熱。苯乙酮苯腙100℃2-苯基吲哚第39頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二環(huán)己酮苯腙65℃四氫咔唑機理：相當(dāng)于聯(lián)苯胺重排。3).卟啉環(huán)系化合物卟啉環(huán)系是由四個吡咯和四個次甲基交替相聯(lián)組成的共軛體系。卟啉環(huán)呈平面結(jié)構(gòu)，環(huán)的中間空隙以共價鍵、配位鍵和不同的金屬結(jié)合。第40頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二卟啉環(huán)血紅素膽紅素Ⅸa第41頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二葉綠素a第42頁，共44頁，2023年，2月20日，星期二五.含兩個以上雜原子的五元雜環(huán)咪唑噻唑吡唑?qū)?/p>