第十六 章雜環(huán)化合物

第十六章雜環(huán)化合物第1頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非芳香雜環(huán)：常見(jiàn)的雜原子：O、N、S。雜環(huán)：指由碳原子和至少一個(gè)雜原子構(gòu)成的環(huán)。雜環(huán)化合物：含有雜環(huán)的且具有一定芳性的化合物。第2頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、分類與命名單雜環(huán)：呋喃

furan

吡咯

pyrrole

噻吩

thiophene

§16-1雜環(huán)化合物的分類與命名音譯法：按照IUPAC推薦的普通命名方法，用2~3個(gè)漢字音譯，使用帶口字旁的同音漢字。第3頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月稠雜環(huán)：喹啉quinoline

吲哚indole

嘌呤purine

thiazole

imidazole

pyridine

噻唑咪唑吡啶

pyrimidine

嘧啶

第4頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)命名法：根據(jù)相應(yīng)的碳環(huán)命名。

氮雜-2,4,6-環(huán)庚三烯氧雜-2,4-環(huán)戊二烯雜環(huán)的編號(hào)3-甲基吡啶2-呋喃甲醛使雜原子的位號(hào)盡可能小（含一個(gè)雜原子）；

第5頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月含有兩種以上雜原子時(shí)：有些稠雜環(huán)化合物的原子編號(hào)是固定的。異喹啉嘌呤則依照O,S,N次序編號(hào)，編號(hào)時(shí)雜原子的位次之和應(yīng)最小。第6頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、呋喃、吡咯、噻吩的結(jié)構(gòu)sp2雜化

§16-2五元雜環(huán)化合物第7頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：雜原子為sp2雜化，孤電子對(duì)在2p軌道上，參與共軛。由于6個(gè)π電子分布于5個(gè)原子上，整個(gè)環(huán)的π電子幾率密度比苯大，為富電子芳環(huán)。芳香性順序：噻吩>吡咯>呋喃電負(fù)性：S2.6N3.0O3.5電負(fù)性的差異造成包括雜原子在內(nèi)的五元環(huán)上的電子云密度分布不均勻。第8頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離域能/kJ·mol-1：苯噻吩吡咯150.3121.387.8呋喃66.9具有共軛二烯烴結(jié)構(gòu)，呋喃可以進(jìn)行雙烯合成反應(yīng)。二、呋喃、吡咯、噻吩的性質(zhì)1、主要物理性質(zhì)、鑒別方法與光譜性質(zhì)呋喃：與鹽酸浸過(guò)的松木片反應(yīng)，顯綠色。吡咯：與鹽酸浸過(guò)的松木片反應(yīng)，顯紅色。噻吩：在硫酸存在下和吲哚醌作用，顯藍(lán)色。第9頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月紅外光譜：

呋喃、吡咯、噻吩的C—H伸縮振動(dòng)：吡咯的N—H伸縮振動(dòng)：非極性稀溶液中在3495cm-1有一尖銳的峰，

濃溶液中在3400cm-1出現(xiàn)一寬峰。

環(huán)伸縮振動(dòng)(骨架振動(dòng))：1600~1300cm-1處出現(xiàn)2~4個(gè)峰。

3077~3303cm-1。

核磁共振譜：吡咯的α-氫化學(xué)位移值為6.68，β-氫為6.22，氮上的氫為8.0。

第10頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月呋喃的紅外光譜：C—H伸縮振動(dòng)：3160cm-1環(huán)伸縮振動(dòng)：1692cm-1、1663cm-1、1485cm-1、1380cm-1第11頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吡咯的紅外光譜：N—H伸縮振動(dòng)：3400cm-1環(huán)伸縮振動(dòng)：1630cm-1、1580cm-1、1470cm-1、1420cm-1C—H伸縮振動(dòng)：3100cm-1第12頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月噻吩的紅外光譜：C—H伸縮振動(dòng)：3100cm-1環(huán)伸縮振動(dòng)：1690cm-1、1666cm-1、1410cm-1第13頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、親電取代反應(yīng)π電子云密度比苯環(huán)大。親電取代反應(yīng)的活性為：吡咯>呋喃>噻吩>苯；吸電子誘導(dǎo)-I：O(3.5)>N(3.0)>S(2.6)，取代反應(yīng)主要發(fā)生在α-位上。供電子共軛+C：N>O>S，綜合：貢獻(xiàn)電子N最多，O其次，S最少。第14頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月噻吩、吡咯的芳香性較強(qiáng)，所以易取代而不易加成；呋喃的芳香性較弱，雖然也能與大多數(shù)親電試劑發(fā)生親電取代，但在強(qiáng)親核試劑存在下，能發(fā)生親核加成；吡咯、呋喃對(duì)酸及氧化劑比較敏感；由于這些五元雜環(huán)容易被破壞，穩(wěn)定性差，因而對(duì)試劑及反應(yīng)條件應(yīng)有所控制。第15頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）硝化：

由于環(huán)的穩(wěn)定性差，在強(qiáng)酸或強(qiáng)氧化劑的作用下環(huán)被破壞，不能用混酸硝化。因此，應(yīng)在較低的溫度下，使用溫和的硝化劑乙酰硝酸酯。

呋喃比較特殊，先生成不穩(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。第16頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）鹵代：第17頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）、磺化：

第18頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）?；?/p>

第19頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、加成反應(yīng)

催化加氫：D-A反應(yīng)：

呋喃與順丁烯二酸酐很容易加成，噻吩較難，吡咯一般不發(fā)生D-A反應(yīng)。第20頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第21頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、吡咯的弱酸性和弱堿性

堿性：苯胺>吡咯酸性：苯酚>吡咯>醇吡咯的鉀鹽和吡咯鹵化鎂，都可以用來(lái)合成吡咯的衍生物。第22頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第23頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、糠醛及其衍生物

1、制法2-呋喃甲醛戊多糖戊糖第24頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、主要性質(zhì)第26頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、應(yīng)用良好的溶劑；許多藥物和工業(yè)產(chǎn)品的原料。第27頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、呋喃、吡咯、噻吩的制備法

第28頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Paal-Knorr合成法：第29頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第30頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月血紅素1853年分離得到晶體，1929年Fischer人工合成。五、卟啉化合物

第31頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月葉綠素aR=CH3葉綠素bR=CHOWoodward完成JounalofAmericanChemistrySociety,1960,82,3800-3802第32頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月維生素B12第33頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Woodward與Eschemiser合作完成。有機(jī)合成化學(xué)的里程碑。維生素B12的作用：促進(jìn)紅血球形成及再生，預(yù)防貧血。維護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)的健康。促進(jìn)兒童成長(zhǎng)、增進(jìn)食欲。增強(qiáng)記憶及平衡感，減少刺激引起的反應(yīng)。Pure

Appl

Chem,1968,17,519-547（IF=1.67）Science

1977,196,1410-1420（IF=29.237）第34頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六元雜環(huán)化合物中重要的有吡啶、嘧啶和吡喃等。吡啶

pyridine

嘧啶

pyrimidine

吡喃

pyran

§16-3六員雜環(huán)化合物第35頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、吡啶的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：雜原子的共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)都是吸電子的；未成鍵電子對(duì)在sp2雜化軌道上，不參與共軛。

sp2雜化第36頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、吡啶的來(lái)源和制法

許多生物堿、維生素、輔酶Ⅰ及輔酶Ⅱ都含有吡啶環(huán)。工業(yè)制法：第37頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)室制法：Hantzsch合成法（β-酮酸酯、甲醛、氨）。2,6-二甲基-3,5-二乙氧羰基吡啶第38頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)機(jī)理：

第39頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、吡啶的化學(xué)性質(zhì)

1、親電取代反應(yīng)：

反應(yīng)比苯難，不能發(fā)生傅氏烷基化、?；磻?yīng)；

硝化、磺化、鹵化必須在強(qiáng)烈條件下才能發(fā)生；

吡啶環(huán)上有供電子基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)活性增高；吡啶N原子可以看作是一個(gè)間位定位基。

反應(yīng)特點(diǎn)：堿性較強(qiáng)；環(huán)不易發(fā)生親電取代反應(yīng)但易發(fā)生親核取代反應(yīng)；發(fā)生親電取代反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N起間位定位基的作用。第40頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、氧化和還原

吡啶環(huán)對(duì)氧化劑穩(wěn)定，比苯環(huán)難氧化。3-氯吡啶3-吡啶磺酸3-硝基吡啶第41頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用過(guò)氧化氫氧化，可得N-氧化吡啶，N-氧化吡啶較易發(fā)生親電取代，取代基主要進(jìn)入對(duì)位。第42頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吡啶比苯易還原。3、親核取代反應(yīng)：

4、弱堿性

第43頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第44頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§16-4稠環(huán)化合物一、喹啉的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

喹啉的親電取代反應(yīng)發(fā)生在電子云密度較大的苯環(huán)上，取代基主要進(jìn)入5或8位。

親核取代主要發(fā)生在吡啶環(huán)的2或4位。

第45頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月親電取代：

第46頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月親核取代：

氧化反應(yīng)：

還原反應(yīng)：

第47頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、合成

喹啉及其衍生物的合成，常用Skraup法。原料：苯胺和甘油；脫水劑：濃硫酸；氧化劑：硝基苯。實(shí)際操作為一次投料，但反應(yīng)是分步進(jìn)行的。第48頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)機(jī)理：

第49頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月選擇不同的苯胺衍生物為原料，可以合成不同的喹啉衍生物。

8-羥基喹啉苯并喹啉第50頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用不同的α,β-不飽和醛、酮代替甘油，也能合成不同的喹啉衍生物，這一反應(yīng)稱為Doebner-Miller（德布納-米勒）反應(yīng)。

2-甲基喹啉4-甲基喹啉第51頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月52第52頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月53第53頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課后習(xí)題解答2、為什么呋喃能與順丁烯二酸酐進(jìn)行雙烯合成反應(yīng)，而噻吩及吡咯則不能？試解釋之。五元雜環(huán)的芳香性比較是：苯>噻吩>吡咯>呋喃，由于雜原子的電負(fù)性不同，呋喃分子中氧原子的電負(fù)性較大，π電子共扼減弱，而顯現(xiàn)出共軛二烯的性質(zhì)，易發(fā)生雙烯合成反應(yīng)，而噻吩和吡咯中由于硫和氮原子的電負(fù)性較小，芳香性較強(qiáng)，是閉合共扼體系，難顯現(xiàn)共扼二烯的性質(zhì)，不能發(fā)生雙烯合成反應(yīng)。4、吡咯可發(fā)生一系列與苯酚相似的反應(yīng)，例如可與重氮鹽偶合，試寫出反應(yīng)式。第54頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8、解決下列問(wèn)題：(1)區(qū)別吡啶和喹啉；(2)除去混在苯中的少量噻吩；(3)除去混在甲苯中的少量吡啶；(4)除去混在吡啶中的六氫吡啶。（1）吡啶溶于水，喹啉在水中的溶解度很小（2）噻吩溶于濃H2SO4，苯不溶。用分液漏斗振蕩后分液。（3）吡啶溶于水，甲苯不溶。第55頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）苯磺酰氯與六氫吡啶生成酰胺，蒸出吡啶。12、α、β-吡啶二甲酸脫羧生成β-吡啶甲酸（煙酸）：為什么脫羧在α-位？第56頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)電荷處在α-位能被電負(fù)性大的氮所分散，負(fù)電荷處在b-位則不能被有效的分散。第57頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、命名下列化合物第58頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、1,3-二甲基吡咯2、3,