第二十章-雜環(huán)化合物

本章提綱1.雜環(huán)化合物的分類2.雜環(huán)化合物的命名3.呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)和物性4.呋喃、噻吩、吡咯的反應(yīng)5.吡啶的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)6.吡啶的反應(yīng)現(xiàn)在是1頁\一共有91頁\編輯于星期二第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類成環(huán)的原子(即環(huán)上的原子)除C原子外，還有其它原子（叫雜原子）的環(huán)狀化合物，叫“雜環(huán)化合物”。常見的雜原子有N、O、S，其中以N為最多。雜原子可以是1個(gè)也可以是多個(gè)?，F(xiàn)在是2頁\一共有91頁\編輯于星期二雜環(huán)化合物根據(jù)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的不同。可以分兩類：芳香性雜環(huán)：環(huán)比較穩(wěn)定，具有一定程度的芳香性。比如：吡啶。脂雜環(huán)：沒有芳香性，它們的性質(zhì)與雜原子有關(guān)。

非芳香性雜環(huán)雖有雜原子，但它們很易開環(huán)，性質(zhì)和相應(yīng)的鏈狀化合物很相似，一般不放在雜環(huán)化合物中討論，而本章主討論前一類。(非芳香性雜環(huán))現(xiàn)在是3頁\一共有91頁\編輯于星期二一、脂雜環(huán)

沒有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為脂雜環(huán)。三元雜環(huán)四元雜環(huán)五元雜環(huán)七元雜環(huán)(氮雜環(huán)丙烷)(β-丙內(nèi)酯)(β-丙內(nèi)酰胺)(順丁烯二酸酐)(氧雜)(1H-氮雜)(環(huán)氧乙烷)現(xiàn)在是4頁\一共有91頁\編輯于星期二二、芳雜環(huán)

具有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為芳雜環(huán)現(xiàn)在是5頁\一共有91頁\編輯于星期二五元雜環(huán)六元雜環(huán)呋喃噻吩吡咯吡啶嘧啶吡喃(無芳香性)現(xiàn)在是6頁\一共有91頁\編輯于星期二苯并雜環(huán)雜環(huán)并雜環(huán)吲哚喹啉異喹啉嘌呤現(xiàn)在是7頁\一共有91頁\編輯于星期二一、雜環(huán)母體的命名

常用音譯法，是按照英文名稱的音譯，選用同音漢字在加“口”字旁，表示環(huán)狀化合物。第二節(jié)雜環(huán)化合物的命名現(xiàn)在是8頁\一共有91頁\編輯于星期二現(xiàn)在是9頁\一共有91頁\編輯于星期二二、環(huán)上有取代基編號(hào)原則：(1)從雜原子開始依次用1、2、3…表示（異喹啉例外），或依次用α、β來表示。

(2)當(dāng)環(huán)上含有二個(gè)或兩個(gè)以上的雜原子時(shí)，則按O→S→N的順序編號(hào)，并使雜原子的位次之和盡可能的小?，F(xiàn)在是10頁\一共有91頁\編輯于星期二五元雜環(huán)呋喃(furan)噻吩(thiophene)吡咯(pyrrole)現(xiàn)在是11頁\一共有91頁\編輯于星期二五元雜環(huán)苯并體系苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯吲哚(indole)現(xiàn)在是12頁\一共有91頁\編輯于星期二六元雜環(huán)吡啶(pyridine)吡喃(pyran)現(xiàn)在是13頁\一共有91頁\編輯于星期二雜環(huán)并雜環(huán)喹啉(quinoline)異喹啉(isoquinoline)嘌呤(purine)六元雜環(huán)苯并環(huán)系現(xiàn)在是14頁\一共有91頁\編輯于星期二現(xiàn)在是15頁\一共有91頁\編輯于星期二2-呋喃甲醛3-吲哚乙酸（α-呋喃甲醛）

（β-吲哚乙酸）

現(xiàn)在是16頁\一共有91頁\編輯于星期二一、結(jié)構(gòu)：第三節(jié)呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)和物性吡咯的結(jié)構(gòu)N原子sp2雜化，孤電子對(duì)在p軌道上。富電子π體系現(xiàn)在是17頁\一共有91頁\編輯于星期二結(jié)構(gòu)：吡咯N是sp2雜化，孤電子對(duì)參與共軛。反應(yīng)：堿性較弱，環(huán)易發(fā)生親電取代反應(yīng)，環(huán)上相當(dāng)于有一個(gè)鄰對(duì)位定位基。吡咯的結(jié)構(gòu):現(xiàn)在是18頁\一共有91頁\編輯于星期二呋喃的結(jié)構(gòu):現(xiàn)在是19頁\一共有91頁\編輯于星期二形成5原子6電子共軛體系，符合(4n+2)規(guī)則，具有一定的芳香性，并且環(huán)上電子云密度比苯高，比苯更易發(fā)生親電取代反應(yīng)，尤其是在α位上。親電取代活性次序?yàn)椋?/p>

吡咯>呋喃>噻吩>苯五元芳香雜環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其特性：現(xiàn)在是20頁\一共有91頁\編輯于星期二2.由于環(huán)上電子云分布不如苯環(huán)均勻，所以芳香性較差，其芳香性次序是：

離域能：150.51178867kJ/mol現(xiàn)在是21頁\一共有91頁\編輯于星期二二、物性偶極矩方向：現(xiàn)在是22頁\一共有91頁\編輯于星期二1.呋喃、噻吩、吡咯的質(zhì)子化反應(yīng)2.呋喃、噻吩、吡咯的親電取代反應(yīng)3.呋喃、噻吩、吡咯的加成反應(yīng) 第四節(jié)呋喃、噻吩、吡咯的反應(yīng)現(xiàn)在是23頁\一共有91頁\編輯于星期二一、呋喃、噻吩、吡咯的質(zhì)子化反應(yīng)分子接受一個(gè)質(zhì)子的反應(yīng)稱為質(zhì)子化反應(yīng).（1）呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可質(zhì)子化；（2）質(zhì)子化反應(yīng)主要發(fā)生在C-2上；α-C質(zhì)子化β-C質(zhì)子化N-質(zhì)子化現(xiàn)在是24頁\一共有91頁\編輯于星期二（3）由于α-C的質(zhì)子化反應(yīng)，吡咯在強(qiáng)酸作用下會(huì)因聚合而被破壞；（4）在稀的酸性水溶液中，呋喃的質(zhì)子化在氧上發(fā)生并導(dǎo)致水解開環(huán)?，F(xiàn)在是25頁\一共有91頁\編輯于星期二二、呋喃、噻吩、吡咯的親電取代反應(yīng)*1親電取代反應(yīng)的活性順序?yàn)椋害须娮用芏龋?.概述吸電子誘導(dǎo)：O(3.5)>N(3.0)>S(2.6)給電子共軛：N>O>S綜合：N貢獻(xiàn)電子最多，O其次，S最少現(xiàn)在是26頁\一共有91頁\編輯于星期二八隅體結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定無最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)σ-絡(luò)合物的穩(wěn)定性*2取代反應(yīng)主要發(fā)生在雜原子的α-C上；現(xiàn)在是27頁\一共有91頁\編輯于星期二*3雜原子和取代基的定位效應(yīng)(P883)雜原子的定位效應(yīng)：第一取代基進(jìn)入到雜原子的α-位。取代基的定位效應(yīng)：

(1)

3位上有取代基時(shí)，呋喃、吡咯、噻吩的定位效應(yīng)一致?，F(xiàn)在是28頁\一共有91頁\編輯于星期二(2)2位上有取代基時(shí)，吡咯、噻吩的定位效應(yīng)一致，情況如下：2-取代的呋喃，原有的任何基團(tuán)都使得第二基團(tuán)定位進(jìn)入C－5位：現(xiàn)在是29頁\一共有91頁\編輯于星期二2.呋喃、噻吩、吡咯的硝化反應(yīng)

呋喃,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化;通常用比較溫和的非質(zhì)子硝化試劑，如：硝酸乙酰酯,反應(yīng)在低溫下進(jìn)行?，F(xiàn)在是30頁\一共有91頁\編輯于星期二硝酸乙酰酯現(xiàn)在是31頁\一共有91頁\編輯于星期二呋喃比較特殊,先生成穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的2,5-加成產(chǎn)物，然后加熱或用吡啶除去乙酸,得到硝化產(chǎn)物?，F(xiàn)在是32頁\一共有91頁\編輯于星期二3.呋喃、噻吩、吡咯的磺化反應(yīng)吡咯、呋喃不太穩(wěn)定，所以須用溫和的磺化試劑磺化。常用的溫和的非質(zhì)子的磺化試劑有：吡啶與三氧化硫的加合化合物。噻吩比較穩(wěn)定，既可以直接磺化（產(chǎn)率稍低），也可以用溫和的磺化試劑磺化?，F(xiàn)在是33頁\一共有91頁\編輯于星期二現(xiàn)在是34頁\一共有91頁\編輯于星期二現(xiàn)在是35頁\一共有91頁\編輯于星期二常用此法除去苯中含有的少量噻吩現(xiàn)在是36頁\一共有91頁\編輯于星期二3.呋喃、噻吩、吡咯的鹵化反應(yīng)反應(yīng)強(qiáng)烈，易得多鹵取代物。為了得一鹵代(Cl,Br)產(chǎn)物，要采用低溫、溶劑稀釋等溫和條件?，F(xiàn)在是37頁\一共有91頁\編輯于星期二現(xiàn)在是38頁\一共有91頁\編輯于星期二4.呋喃、噻吩、吡咯的傅氏?；磻?yīng)現(xiàn)在是39頁\一共有91頁\編輯于星期二sp2雜化sp3雜化碳上?；姾商幵陔x域范圍內(nèi)，較穩(wěn)定。氮上?；?，正電荷不處在離域范圍內(nèi)。呋喃、噻吩的酰化反應(yīng)在α-C上發(fā)生，而吡咯的?；磻?yīng)（不用催化劑）既能在α

-C上發(fā)生，又能在N上發(fā)生。在-C上發(fā)生比在N上發(fā)生容易?，F(xiàn)在是40頁\一共有91頁\編輯于星期二5.呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反應(yīng)總體看，在合成上無實(shí)用價(jià)值。現(xiàn)在是41頁\一共有91頁\編輯于星期二補(bǔ)：吡咯的弱酸性和弱堿性

(1)吡咯雖然是一個(gè)仲胺，但堿性很弱。只能很慢地溶解在稀酸溶液中，此溶液稍微加熱則成為吡咯紅（聚合物）；濃酸則使其樹脂化?，F(xiàn)在是42頁\一共有91頁\編輯于星期二(2)吡咯具有弱酸性，（其酸性介與乙醇和苯酚之間）

現(xiàn)在是43頁\一共有91頁\編輯于星期二故吡咯能與固體氫氧化鉀加熱成為鉀鹽，與格氏試劑作用放出RH而生成吡咯鹵化鎂。1CO22H2O/H+現(xiàn)在是44頁\一共有91頁\編輯于星期二吡咯鉀鹽和吡咯鹵化鎂都可用來合成吡咯衍生物?，F(xiàn)在是45頁\一共有91頁\編輯于星期二三、呋喃、吡咯、噻吩的加成反應(yīng)1.加氫反應(yīng)四氫呋喃(THF)四氫吡咯現(xiàn)在是46頁\一共有91頁\編輯于星期二2.Diels-Alder反應(yīng)呋喃最易發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)現(xiàn)在是47頁\一共有91頁\編輯于星期二補(bǔ)：糠醛1.制備：主要原料：農(nóng)副產(chǎn)品、甘蔗渣、花生殼、高粱稈、棉子殼，用稀酸加熱蒸煮制取

現(xiàn)在是48頁\一共有91頁\編輯于星期二2.糠醛的性質(zhì)

現(xiàn)在是49頁\一共有91頁\編輯于星期二現(xiàn)在是50頁\一共有91頁\編輯于星期二補(bǔ)、噻唑和咪唑

含有兩個(gè)雜原子的五元雜環(huán)，若至少有一個(gè)雜原子是氮，則該雜環(huán)化合物稱為唑。現(xiàn)在是51頁\一共有91頁\編輯于星期二現(xiàn)在是52頁\一共有91頁\編輯于星期二吲哚現(xiàn)在是53頁\一共有91頁\編輯于星期二卟啉化合物——吡咯衍生物卟吩環(huán)：四個(gè)吡咯環(huán)和四個(gè)次甲基（—CH=）交替相聯(lián)組成的大環(huán)卟啉化合物廣泛地存在于自然界，如血紅素、葉綠素現(xiàn)在是54頁\一共有91頁\編輯于星期二1.血紅素:

中心離子是Fe2+，功能：輸送氧；CO與血紅素的結(jié)合能力大于O2，故呼吸CO就會(huì)中毒。2.葉綠素:

中心離子是Mg2+，1948年測(cè)定了它的結(jié)構(gòu)，1960年全合成（30幾步），F(xiàn)isher測(cè)定了結(jié)構(gòu)，Woodward全合成，死后拿了諾貝爾獎(jiǎng)金。現(xiàn)在是55頁\一共有91頁\編輯于星期二3.維生素B12：中心離子是Co，存在于動(dòng)物肝臟中，暗紅色針狀結(jié)晶，是治療抗惡性貧血的藥物，是天然產(chǎn)物最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)之一。早在1926年就發(fā)現(xiàn)動(dòng)物肝可以醫(yī)治惡性貧血，從而生物化學(xué)家便開創(chuàng)了對(duì)肝中以醫(yī)治惡性貧血的有效成分的研究。但由于它在肝中含量太少，而且在提純過程中易分解，所以在較長(zhǎng)時(shí)期無進(jìn)展。直到1948年才分出了純的暗紅色B12晶體，因此，關(guān)于B12的結(jié)構(gòu)又成為有機(jī)化學(xué)研究對(duì)象之一。至1954年，用X-射線衍射的方法才確定了上述結(jié)構(gòu)。此后又經(jīng)過十幾年以及十幾個(gè)國(guó)家科學(xué)工作者的努力，于1972年完成了VB12的全合成。現(xiàn)在是56頁\一共有91頁\編輯于星期二VB12現(xiàn)在是57頁\一共有91頁\編輯于星期二第五節(jié)吡啶的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)N原子上的孤電子對(duì)在sp2雜化軌道上。=2.22D=1.17D現(xiàn)在是58頁\一共有91頁\編輯于星期二分子共平面閉殼層共軛體系(4n+2),具有芳香性,鍵孤對(duì)電子未參與共軛體系——堿性：電子云密度分布不均勻：N>β>γ>α

親電取代反應(yīng)在β－位

親核取代反應(yīng)在α－位或β－位1.43現(xiàn)在是59頁\一共有91頁\編輯于星期二吡啶結(jié)構(gòu)：吡啶N是sp2雜化，孤電子對(duì)不參與共軛。反應(yīng)：

1.堿性較強(qiáng)。2.環(huán)不易發(fā)生親電取代反應(yīng)卻能發(fā)生親核取代反應(yīng)。3.發(fā)生親電取代反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N起間位定位的作用。4.發(fā)生親核取代反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N起鄰對(duì)位定位的作用?，F(xiàn)在是60頁\一共有91頁\編輯于星期二吡啶N堿性和親核性的反應(yīng)—————生成吡啶鹽第六節(jié)吡啶的反應(yīng)一、芳環(huán)親電取代反應(yīng)CH3IRCOClH+石油醚現(xiàn)在是61頁\一共有91頁\編輯于星期二NO2+BF4-

乙醚室溫SO3Br2CCl4現(xiàn)在是62頁\一共有91頁\編輯于星期二吡啶鹽的重要用途：可用來做溫和的磺化、硝化、鹵化、烷基化、酰基化的試劑現(xiàn)在是63頁\一共有91頁\編輯于星期二在C上發(fā)生親電取代反應(yīng)————β－位取代現(xiàn)在是64頁\一共有91頁\編輯于星期二反應(yīng)特點(diǎn)*1不能發(fā)生傅氏烷基化、酰基化反應(yīng)。*2硝化、磺化、鹵化必須在強(qiáng)烈條件下才能發(fā)生；親電取代活性：*3吡啶環(huán)上有給電子基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)活性增高；*4吡啶N可以看作是一個(gè)間位定位基?，F(xiàn)在是65頁\一共有91頁\編輯于星期二3.吡啶親電取代的反應(yīng)機(jī)理：在溫和條件下，親電試劑主要與N反應(yīng)；在強(qiáng)烈條件下，C取代為主?，F(xiàn)在是66頁\一共有91頁\編輯于星期二二、吡啶的親核取代反應(yīng)1.置換氫的親核取代反應(yīng)一般機(jī)制：*1負(fù)氫不易離去，一般需要一個(gè)氧化劑作為負(fù)氫的接受體；*2親核取代優(yōu)先在α位上發(fā)生，如果α位上有取代基，則反應(yīng)在γ位上發(fā)生?，F(xiàn)在是67頁\一共有91頁\編輯于星期二(1)烷基化、芳基化反應(yīng)---------用RLi或PhLi作試劑現(xiàn)在是68頁\一共有91頁\編輯于星期二(2)齊齊巴賓(Chichibabin,A.E.)反應(yīng)——氨化吡啶與氨基鈉作用生成2-氨基吡啶的反應(yīng)稱為齊齊巴賓反應(yīng)。H2O+NaNH2100oCC6H5N(CH3)2現(xiàn)在是69頁\一共有91頁\編輯于星期二2.置換易離去基團(tuán)的親核取代反應(yīng)如在α,γ位有好的離去基團(tuán)，如Cl、-NO2、Br，可以與氨（或胺）、烷氧化物、水等親核試劑發(fā)生親核取代反應(yīng)（在親核取代反應(yīng)中，吡啶N對(duì)鄰、對(duì)位活化）。現(xiàn)在是70頁\一共有91頁\編輯于星期二現(xiàn)在是71頁\一共有91頁\編輯于星期二三、吡啶的氧化還原反應(yīng)吡啶環(huán)本身不易被氧化，但它的側(cè)鏈很容易被氧化成醛或羧酸?，F(xiàn)在是72頁\一共有91頁\編輯于星期二(N－氧化吡啶)現(xiàn)在是73頁\一共有91頁\編輯于星期二四、還原反應(yīng)六氫吡啶現(xiàn)在是74頁\一共有91頁\編輯于星期二五、吡啶側(cè)鏈α-H的反應(yīng)2,4,6-位烷基的-H與羰基-H相似現(xiàn)在是75頁\一共有91頁\編輯于星期二醇醛縮合型現(xiàn)在是76頁\一共有91頁\編輯于星期二現(xiàn)在是77頁\一共有91頁\編輯于星期二第七～十一節(jié)自習(xí)現(xiàn)在是78頁\一共有91頁\編輯于星期二第十二節(jié)苯并六元雜環(huán)－喹啉喹啉是由苯環(huán)和吡啶稠合而成的雜環(huán)化合物一、喹啉的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是79頁\一共有91頁\編輯于星期二所以：親電取代主要進(jìn)入5或8位親核取代主要進(jìn)入2或4位發(fā)生氧化時(shí)，在苯環(huán)上發(fā)生還原時(shí)，在吡啶環(huán)上現(xiàn)在是80頁\一共有9