第12章杂环化合物

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,有机化学 第十二章 杂环化合物,*,第十二章 杂环化合物,Heterocyclic Compounds,内容提纲：,杂环化合物的命名,杂环化合物的结构特点,*,杂环的反应,*,杂环的合成,V,生物碱简介,重点：,杂环化合物的命名,杂环化合物的结构特点*,杂环的反应*,难点：,杂环的反应，杂环的合成,2,课时及讨论安排：,第一次课（,4.20,）,一、杂环化合物的命名（第六组）,二、杂环化合物的结构（第五组）,三、五元杂环化合物的亲电取代反应（第五组）,四、五元杂环化合物的加成反应（第三组）,第二次课（,4.22,）,五、唑的结构与反应（第四组）,六、吡啶、稠杂环的取代反应（第四组）,七、杂环化合物的氧化及其它反应（第四组）,八、杂环化合物的合成（第二组）,3,含一个杂原子,含二个杂原子,杂环分类：,呋喃 噻吩 吡咯,Furan thiophene pyrrole,吡唑 咪唑 噻唑,Pyrazole imidazole thiazole,单杂环,五元杂环,六元杂环,嘧啶 吡嗪,Pyrimidine pyrazine,含二个杂原子,含一个杂原子,吡啶 吡喃,Pyridine pyran,4,五元杂环与,苯环稠合,苯并呋喃,benzofunan,吲哚,indole,苯并噻唑,benzothiophene,稠杂环,六元杂环与,苯环稠合,喹啉,quinoline,异喹啉,isoquinoline,杂环与杂,环稠合,嘌呤,purine,蝶啶,pteridine,5,I,杂环化合物命名,我国一般采用音译法，即按英文名称音译。,如：,6,2,、命名的编号规则,a,、从杂原子开始编号，兼顾取代基；,b,、稠环从大环的杂原子开始编号；,c,、有不同的杂原子，则按照,O,、,S,、,N,原子顺序。,例如：,呋喃,-2-,甲醛（糠醛）,2-,甲基咪唑,噻唑,2-,氨基吡啶,吡啶,-3-,甲酸（烟酸）,6-,氨基嘌呤（腺嘌呤）,8-,羟基喹啉,3-,吲哚乙酸,7,噁唑 噻唑 咪唑,Oxazole Thiazole Imidazole,5-乙基噻唑 4-氨基嘧啶 2-甲基-5苯基,噁,唑,5-,ethylthiazole 4-aminopyrimidine,2-methyl-5-phenyloxazole,8,II,杂环化合物的结构,3,、,吡咯、呋喃、噻吩、吡啶的结构,2,、苯系芳烃与非苯系芳烃,1,、休克尔规则,比较吡咯、吡啶和苯胺的碱性！,9,偶极矩,0.70,D 0.51D 1.81D 2.22D,1.73,D 1.90D 1.58D,键长,芳香性：苯 噻吩 吡咯 呋喃,吡啶,2,、吡咯,、,呋喃,、,噻吩的化学性质,a),卤代：,（1）,亲电取代反应,（,Electrophilic Substitution）,反应活性,：,噻吩、吡咯、呋喃苯,单取代位置,：,-,位,11,因为中间体的稳定性：,吡咯在2-或3-位取代的共振式如下：,b),硝化,c),磺化,a.,活性顺序：吡咯呋喃噻吩苯,b.,亲电取代通常主要发生在2位（,-,位）,d),付,克酰基化,小结：,e),吡咯的特征反应：,吡咯具有较弱的酸性和碱性,KNH,2,液,NH,3,C,2,H,5,MgBr,干醚,1.,CO,2,2.,H,3,O,+,RX,RCOCl,16,（2）加成反应（,Addition Reaction）,H,2,Pd,H,2,MoS,2,H,2,Ni,顺丁烯二酸酐,苯炔,（,3,）水解反应,17,(三)呋喃、吡咯和噻吩环的制法,呋喃容易从糠醛去羰基得到：,噻吩可以用丁烷或丁烯与硫磺加热反应得到：,以氧化铝为催化剂，可以实现,呋喃、吡咯和噻吩环的互变（,Yuyev,反应）,18,实验室制法,-,帕尔克诺尔(,Paal-Knorr),法,。,氨基酮,二羰基化合物,4,、呋喃,、吡咯的重要衍生物,（1）糠醛(,Furfural,),制法：,由玉米芯、高粱杆、棉籽壳、燕麦壳、谷糠等农副产品经稀硫酸处理而制得。,(,C,5,H,8,O,4,),n,+nH,2,O,5%硫酸,加热水解,nC,5,H,10,O,5,聚戊糖,戊糖,HO,CH,CHOH,|,|,HCH,CH,CHO,|,|,OH,OH,3H,2,O,糠醛（,b.p.162）,20,性质：,浓,NaOH,2-呋喃甲酸 2-呋喃甲醇,O,2,，V,2,O,5,300,顺丁烯二酸酐,H,2,ZnO-Cr,2,O,3,糠醇 四氢糠醇,ZnO-Cr,2,O,3,400,呋喃 四氢呋喃（,THF,）,糠醛,Cannizaro,歧化反应,氧化反应,还原反应,脱羧反应,21,（2）卟啉及衍生物,卟啉环,血红素,由四个吡咯环和四个次甲基(,CH=),交替相连组成的大环叫卟啉环(又称为卟吩)，卟啉的化合物广泛存在于自然界中。,22,23,（,3,）含吡咯、呋喃、和噻吩的稠环化合物,吲哚,Indole,2,1,3,4,5,6,7,苯并呋喃,Benzofuran,苯并噻吩,Benzothiophene,24,二.含两个杂原子的五元杂环,(azole),1,2-唑,异噁唑 异噻唑 吡唑,isoxazole isothiazole pyrazole,1,3-唑,噁唑 噻唑 咪唑,Oxazole Thiazole Imidazole,25,1,2-,唑与,1,3-,唑的亲电取代反应的活性顺序有：,1,2-唑,1,3-唑,碱性,：,1,结构和化学性质,26,亲电取代反应,1,，,2-,唑取代在,4-,位,27,唑的烷基化或酰基化通常发生在氮原子上。,2,、,1,，,2-,唑与,1,，,3-,唑的合成,1,，,2-,唑可用,1,，,3-,二羰基化合物合成,1,，,3-,唑可用含有杂原子的,1,，,4-,二羰基化合物合成,3,、咪唑、噻唑的重要衍生物,维生素,B1,盐酸左旋咪唑,咪唑安定,30,第二节 六元杂环化合物,一、吡啶,(,Pyridine),1.吡啶的结构,氮原子杂化情况,吡啶分子结构,P,轨道,Sp,2,轨道,吡啶,氮原子以不等性,sp,2,杂化轨道成键。,31,2.吡啶的性质,碱性：,吡啶为一弱碱，,pKb8.75，,其碱性比脂肪胺弱，但比苯胺强。吡啶能与质子酸和非质子酸形成盐。,32,（,1,）亲电取代：,吡啶可以发生卤化、硝化和磺化，但比苯难以反应，取代位置通常在3-位(,-,位)。,Cl,2,200,Br,2,300,KNO,3,H,2,SO,4,300350,HgSO,4,H,2,SO,4,220,33,E,+,进攻3位,E,+,进攻2位,E,+,进攻4位,中间体的稳定性,不稳定共振杂合体,（,2,）亲核取代：,吡啶环的一个特点是能发生亲核取代反应，主要形成 2位(,-,位)取代产物。,1.,NaNH,2,2.,H,2,O,LiC,6,H,5,35,吡啶环的2-位和4-位比较容易进行亲核取代，这与形成碳负离子的稳定性有关。亲核试剂在2-位和4-位进攻，有负电荷在电负性较大的氮上的共振式参与共振，比较稳定。,2-,位进攻：,3-,位进攻：,4-,位进攻：,36,（,3,）氧化与还原：,吡啶环不容易被氧化，但吡啶环上的烷基取代基容易氧化成羧基。,KMnO,4,H,+,加热,吡啶比苯容易还原，可用催化氢化或化学试剂还原为六氢吡啶。,37,（,4,）侧链,-H,的反应：,吡啶2,4,6-位的烷基侧链,-H,比较活波，在强碱催化下可进行缩合反应。,N-,烷基吡啶盐的侧链,-H,更活波，在弱碱和室温就能反应。,38,3.吡啶的合成,汉奇(,Hantzsch),合成法:,反应过程可能是：一分子醛与一分子,-,酮酸酯先发生缩合反应，然后与另一分子,-,酮酸酯加成，再与氨发生缩合。,39,二.喹啉、异喹啉,喹啉(,quinoline),异喹啉(,isoquinoline),喹啉与异喹啉都是苯并吡啶，它们存在于煤焦油中，一些天然的生物碱中含有它们的结构。,喹啉从氮原子开始编号。,8-羟基喹啉 5-喹啉磺酸 4-溴异喹啉,40,1.化学反应,取代：,喹啉亲电取代主要发生在苯环（5或8位），,而亲核取代主要发生在吡啶环（2或4位）。,HNO,3,H,2,SO,4,52%,48%,51%,49%,Br,2，,浓,H,2,SO,4,AgSO,4,NaNH,2,41,氧化与还原：,喹啉经强氧化时，苯环氧化开环；,还原时，通常吡啶环容易被还原。,KMnO,4,H,2,O,100,H,2,Pd,42,喹啉的制备,Skraup,反应：,芳香伯胺、甘油、浓硫酸共热缩合，再经氧化,即得喹啉环。,反应过程：,43,氯喹 扑疟喹啉,喹啉有很多重要的衍生物，天然存在的金鸡纳碱又称为奎宁，是治疗疟疾病的良药。,在奎宁结构的基础上，人们又合成出了不少抗疟的药物，其中最重要的有氯喹、朴疟喹啉等。,(quinine),q,44,三.嘧啶,、,嘌呤,嘧啶是含二个氮原子的六元杂环中最重要的一种，胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶是核酸的组成成分.,嘧啶,胞嘧啶,尿嘧啶,胸腺嘧啶,5-氟尿嘧啶是一种抗癌药物,。,5-,氟尿嘧啶,45,嘌呤的衍生物非常重要，在生物体中广泛存在着嘌呤的衍生物，如腺嘌呤、鸟嘌呤是核酸的组成部分。,腺嘌呤,鸟嘌呤,9,H-,嘌呤,7,H-,嘌呤,嘌呤是由一个嘧啶环与咪唑环稠合而成，它是由二个互变异构体组成的平衡体系。,46,咖啡碱,茶碱,存在于咖啡、可可和茶叶中的咖啡碱、可可碱与茶碱中都含有黄嘌呤的结构，它们有刺激神经中枢作用。,存在于血液和尿中的尿酸是2,6,8-三羟基嘌呤，有两种互变异构体，通常情况下以酮式较多。,可可碱,