有機(jī)化學(xué) 第13章- 雜環(huán)化合物

第13章雜環(huán)化合物

碳原子和其它非碳原子組成的環(huán)狀有機(jī)化合物稱為雜環(huán)化合物。非碳原子叫做雜原子，常見的有氮、氧、硫。環(huán)醚、內(nèi)酯、交酯、環(huán)狀酸酐、內(nèi)酰胺等與相應(yīng)的開鏈化合物性質(zhì)相似，又容易開環(huán)，所以不屬于雜環(huán)化合物。已知的天然產(chǎn)物中，雜環(huán)化合物超過半數(shù)，分布極廣。如：葉綠素、血紅素、核酸和許多藥物，均含有雜環(huán)結(jié)構(gòu)。本章主要討論那些環(huán)系比較穩(wěn)定，并且有不同程度芳香性的雜環(huán)化合物，即芳雜環(huán)化合物。雜環(huán)化合物分類和命名單雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)與芳香性雜環(huán)化合物的化學(xué)性質(zhì)酸堿性親電取代反應(yīng)親核取代加成反應(yīng)氧化重要的芳雜環(huán)及其衍生物分類和命名按雜環(huán)的骨架分為單雜環(huán)和稠雜環(huán)。單雜環(huán)又按環(huán)的大小分為五元雜環(huán)和六元雜環(huán)。五元單雜環(huán)六元單雜環(huán)（一）分類苯環(huán)與單雜環(huán)單雜環(huán)與單雜環(huán)稠雜環(huán)通常由苯環(huán)與單雜環(huán)稠合而成或單雜環(huán)互相稠合而成。主要采用外文音譯法，把雜環(huán)化合物的英文名稱的漢字譯音加“口”字旁表示。呋喃（furan）、吡啶（pyridine）根據(jù)國際通用名稱音譯，使用方便，缺點(diǎn)是名稱和結(jié)構(gòu)之間沒有任何聯(lián)系。（二）命名furan呋喃pyrrole吡咯thiophene噻吩imidazole咪唑thiazole噻唑pyran吡喃pyridine吡啶pyrimidine嘧啶五元單雜環(huán)六元單雜環(huán)indole吲哚purine嘌呤

稠雜環(huán)quinoline喹啉1、從雜原子開始編號。2、環(huán)上只有一個(gè)雜原子時(shí)，雜原子的編號為1。3、也可以希臘字母α、β及γ編號，靠近雜原子的碳原子為α位，其次為β位，再次為γ位。雜環(huán)化合物的編號原則：2,5-二甲基呋喃(α,α’-二甲基呋喃)2-甲基吡咯(α-甲基吡咯)α3-硝基吡啶(β-硝基吡啶)4、環(huán)上有兩個(gè)或兩個(gè)以上相同雜原子時(shí)，連接有氫或取代基的雜原子編號為1，并使這些雜原子所在位次的數(shù)字之和為最小。4-甲基咪唑4-氨基嘧啶5、環(huán)上有不同雜原子時(shí)，則按氧、硫、氮的順序編號，并使雜原子的編號盡可能小。5-甲基噻唑6、特殊編號，如異喹啉、嘌呤等。嘌呤7.標(biāo)氫――母環(huán)被部分還原某些母環(huán)與特定的母環(huán)僅雜原子位置不同-----“異”

異喹啉2,4-二甲基呋喃3-乙基吡咯2-甲基-5-硝基噻吩3-甲基吡啶4-甲基嘧啶3-甲基吲哚123455-甲基噻唑練習(xí)：單雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)與芳香性????‥‥吡咯分子中的

鍵吡咯分子中的p軌道吡咯分子中的共軛體系凡具有共軛體系的五元環(huán)和六元環(huán)，都具有芳香性。五元環(huán):如吡咯

N：2s22p3Hsp2雜化furan呋喃thiophene噻吩問：呋喃、噻吩和吡咯與苯相比（1）芳香性？（2）親電取代反應(yīng)活性？（3）穩(wěn)定性？答：（1）苯的芳香性最大。呋喃、噻吩和吡咯都具有一定的芳香性，即：不易氧化，不易進(jìn)行加成反應(yīng)，而易起親電取代反應(yīng)。但芳香性較苯環(huán)差，有某種程度的不飽和化合物的性質(zhì)和環(huán)的不穩(wěn)定性。（2）呋喃、噻吩和吡咯的親電取代反應(yīng)活性均大于苯。（注意：吡咯﹥呋喃﹥噻吩﹥苯）>>（3）苯﹥sp2雜化六元環(huán)如：吡啶N：2s22p3吡啶鍵長平均化程度較高，有芳香性。問：吡啶的親電取代反應(yīng)活性比苯相比？由于吡啶環(huán)中氮原子的電負(fù)性大于碳原子，所以環(huán)上的電子云密度因向氮原子轉(zhuǎn)移而降低，親電取代比苯難。問：堿性大小a、吡啶b、苯胺c、脂肪胺d、氨N原子上的一對電子沒有參與成鍵，因此可以接受質(zhì)子而呈現(xiàn)弱堿性（pKb=8.8）其堿性比苯胺強(qiáng)，但比脂肪胺和氨弱。雜環(huán)化合物的化學(xué)性質(zhì)吡咯的弱酸性：（一）酸堿性+KOH+H2O吡啶的弱堿性鹵代吡咯：電子云密度比苯大，更易發(fā)生親電取代反應(yīng)。鹵代反應(yīng)在室溫或更低的溫度下即可發(fā)生，反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生在

位，并且可生成四元取代產(chǎn)物。+I2四碘吡咯NaOH（二）親電取代反應(yīng)+SO3100℃-吡咯磺酸吡啶磺化：吡咯,呋喃對強(qiáng)酸敏感，需要較緩和的磺化劑，SO3-吡啶

硝化+SO3100℃-吡咯磺酸吡啶吡啶比苯難發(fā)生親電取代反應(yīng)。在強(qiáng)烈條件下才能進(jìn)行，取代基主要進(jìn)入β

位。+Br2浮石催化300℃+Br2FeBr350℃+HNO3+HNO3H2SO4300℃50-60℃H2SO4+H2SO4+H2SO4-吡啶磺酸>350℃70-80℃與苯比較，雜環(huán)化合物發(fā)生取代反應(yīng)的難易次序?yàn)椋哼量?gt;呋喃>噻吩>苯>吡啶付克酰基化：（烷基化產(chǎn)率較低，選擇性差）OOCOCH3(CH3CO)2OBF3(

C2H5)2O2-乙?；量┫仍贜上?；?然后重排吡啶比苯易發(fā)生在α位(三).親核取代加氫反應(yīng)高溫高壓四氫呋喃六氫吡啶（哌啶）(三).加成反應(yīng)吡咯呋喃噻吩在強(qiáng)酸等氧化劑中容易被氧化而開環(huán)成復(fù)雜化合物吡啶環(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。(四).氧化(吡啶氧化物)重要的芳雜環(huán)及其衍生物呋喃是無色易揮發(fā)液體，有特殊氣味。沸點(diǎn)32℃，不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。呋喃遇鹽酸浸過的松木片呈綠色，稱為松木片反應(yīng)?？梢远ㄐ澡b定呋喃。呋喃是藥物及其它有機(jī)合成品的原料?？啡?/p>

-呋喃甲醛），是呋喃的重要衍生物，可由米糠、玉米芯等制取得到。它用途廣泛、重要的有機(jī)合成原料。（一）呋喃及其衍生物（二）吡咯及其衍生物吡咯為無色液體，沸點(diǎn)131℃，有類似于苯胺的刺激性氣味。松木片反應(yīng)產(chǎn)生紅色。吡咯的衍生物廣泛分布于自然界，如葉綠素、血紅素、維生素B12等。血紅素的基本結(jié)構(gòu)骨架是卟吩，卟吩環(huán)是由四個(gè)吡咯環(huán)的α碳原子通過四個(gè)次甲基（-CH=）交替連接構(gòu)成的大環(huán)?；蜻卜匝t素的分子結(jié)構(gòu)血紅素與一氧化碳的結(jié)合血紅素與氧的結(jié)合（三）噻唑、吡唑和咪唑衍生物噻唑衍生物主要有維生素B1和抗生素青霉素類。維生素B1芐青霉素咪唑和吡唑存在互變異構(gòu)，不能分離。123451234512345123455-甲基咪唑4-甲基咪唑5-溴吡唑3-溴吡唑吡唑衍生物中的吡唑酮類衍生物是一大類解熱鎮(zhèn)痛藥，即吡唑酮類藥物。常用鎮(zhèn)痛藥異丙基安替比林、水楊比林及煙酰氨基安替比林等都具有吡唑酮的基本結(jié)構(gòu)。R羥芐西林羥胺芐西林羥唑西林咪唑衍生物：廣泛存在。如組氨酸酶組氨酸組胺吡啶為無色具有臭味的液體，與水、乙醇、乙醚、石油醚等可混溶。吡啶及其衍生物廣泛存在，許多生物堿都含有吡啶環(huán)或氫化吡啶環(huán)，如煙堿和古柯堿。維生素B6是吡啶衍生物，包括吡哆醛、吡哆醇和吡哆胺三個(gè)組分，轉(zhuǎn)氨酶的輔酶。蛋白質(zhì)代謝必要物質(zhì)。（四）吡啶及其衍生物吡哆醇吡哆醛吡哆胺-吡啶甲酸維生素PP是

-吡啶甲酸和

-吡啶甲酰胺的混合物，主要用于治療糙皮病。

-吡啶甲酸又稱為煙酸，具有擴(kuò)張血管及降低血膽固醇的作用。-吡啶甲酰胺（煙酰胺）異煙肼（雷米封）γ-甲基吡啶的氧化產(chǎn)物γ-吡啶甲酸，又稱異煙酸，與水合肼縮合，生成異煙肼，藥名雷米封。異煙肼具有較強(qiáng)的抗結(jié)核作用，是常用治療結(jié)核病的口服藥。嘧啶為無色液體或晶體，有刺激性氣味，熔點(diǎn)22℃。可溶于水、乙醇、乙醚，主要用于合成藥物。重要的嘧啶衍生物胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶是核酸的組成部分（五）嘧啶及其衍生物胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶都存在酮式和烯醇式互變異構(gòu)。

吲哚是由苯環(huán)和吡咯環(huán)稠合而成，為無色片狀結(jié)晶，熔點(diǎn)52℃。有濃烈臭味，但其純品在極稀的濃度時(shí)卻具有花香味，故可作為化妝品用的香料。吲哚不溶于水、溶于有機(jī)溶劑。吲哚環(huán)存在于很多天然產(chǎn)物中，許多有重要生理活性。

-吲哚乙酸是一種植物生長調(diào)節(jié)劑。色氨酸是人體必需氨基酸色胺和5-羥基色胺與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能有關(guān)。（一六）吲哚及其衍生物

-吲哚乙酸色氨酸色胺5-羥色胺喹啉及異喹啉是由苯環(huán)和吡啶環(huán)在不同位置上稠合而成。喹啉的衍生物：抗瘧藥奎寧（又名金雞納堿）、氯喹、抗癌藥喜樹堿。異喹啉的衍生物比較重要的有罌粟堿等。

（七）喹啉和異喹啉衍生物嘌呤由咪唑和嘧啶兩個(gè)雜環(huán)稠合而成，是無色晶體。嘌呤有9-H嘌呤和7-H嘌呤兩種異構(gòu)體（互變異構(gòu)）。（9-H嘌呤）（7-H嘌呤）（八）嘌呤及其衍生物129875634123456789藥物分子中一般多為其衍生物生物體中更為常見嘌呤的衍生物分布廣，而且重要，如腺嘌呤、鳥嘌呤等都是核酸的組成成分。次黃嘌呤、黃嘌呤和尿酸是腺嘌呤和鳥嘌呤在體內(nèi)的代謝產(chǎn)物，存在于哺乳動物的尿和血中。腺嘌呤（A）鳥嘌呤(G)尿酸的酮式和烯醇式互變?nèi)绱x紊亂而致尿酸含量過高時(shí)，可能沉積形成尿結(jié)石。當(dāng)血中的尿酸含量過高時(shí)，可能沉積在關(guān)節(jié)等處，形成痛風(fēng)石。阿昔洛韋更昔洛韋2,4-二甲基呋喃3-乙基吡咯3-甲基吡啶4