exitexit止止于于至至善善厚厚德德博博学学exitexit第二十章第二十章第二十章第二十章 杂环化合物杂环化合物杂环化合物杂环化合物 heterocycliccompoundheterocycliccompoundheterocycliccompoundheterocycliccompoundexitexit1有机化学杂环类本本 章章 提提 纲纲第一节第一节 杂环化合物的分类和命名杂环化合物的分类和命名第二节第二节 含一个杂原子的五元杂环含一个杂原子的五元杂环 吡咯、呋喃、噻吩吡咯、呋喃、噻吩第三节第三节 含一个杂原子的苯并五元杂环含一个杂原子的苯并五元杂环- -吲哚吲哚第四节第四节 含两个杂原子的五元杂环体系含两个杂原子的五元杂环体系第五节第五节 含一个杂原子的六元杂环含一个杂原子的六元杂环- -吡啶吡啶第六节第六节 含两个和三个氮原子的六元杂环体系含两个和三个氮原子的六元杂环体系第七节第七节 含一个杂原子的苯并六元杂环含一个杂原子的苯并六元杂环 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第八节第八节 嘧啶和嘌呤嘧啶和嘌呤 2有机化学杂环类第一节第一节 杂环化合物的分类和命名杂环化合物的分类和命名一一 杂环化合物分类杂环化合物分类二二 五元杂环化合物的命名五元杂环化合物的命名三三 六元杂环化合物的命名六元杂环化合物的命名3有机化学杂环类一一 杂环化合物的分类杂环化合物的分类1 1脂杂环脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。在环上含有杂原子（非碳原子）的有机物称为杂环化合物。在环上含有杂原子（非碳原子）的有机物称为杂环化合物。三元杂环三元杂环四元杂环四元杂环五元杂环五元杂环七元杂环七元杂环( (氮杂环丙烷氮杂环丙烷) )(-(-丙内酯丙内酯) )(-(-丙内酰胺丙内酰胺) )( (顺丁烯二酸酐顺丁烯二酸酐) )( (氧杂氧杂) )( (环氧乙烷环氧乙烷) )四氢呋喃四氢呋喃六元杂环六元杂环二噁烷二噁烷4有机化学杂环类2 2 芳杂环芳杂环 具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环 苯并杂环苯并杂环杂环并杂环杂环并杂环五元杂环五元杂环六元杂环六元杂环呋喃呋喃噻吩噻吩吡咯吡咯噁唑噁唑噻唑噻唑咪唑咪唑吡唑吡唑吡啶吡啶嘧啶嘧啶吡喃吡喃( (无芳香性无芳香性) )吲哚吲哚喹啉喹啉异喹啉异喹啉嘌呤嘌呤5有机化学杂环类二二 五元杂环化合物的命名五元杂环化合物的命名五元杂环五元杂环 （音译命名）（音译命名）五元杂环苯并体系五元杂环苯并体系呋喃呋喃(furan)(furan)噻吩噻吩(thiophene)(thiophene)吡咯吡咯(pyrrole)(pyrrole)苯并呋喃苯并呋喃(benzofuran)(benzofuran)苯并噻吩苯并噻吩(benzothiophene)(benzothiophene)苯并吡咯苯并吡咯吲哚吲哚 (indole)(indole)6有机化学杂环类四四 六元杂环化合物的命名六元杂环化合物的命名六元杂环六元杂环吡啶吡啶(pyridine(pyridine) )吡喃吡喃(pyran)(pyran)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)(-pyrone)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)(-pyrone)哒嗪哒嗪(pyridazine)(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine(pyrimidine) )吡嗪吡嗪(pyrazine)(pyrazine)7有机化学杂环类杂环并杂环杂环并杂环喹啉喹啉(quinoline)(quinoline)异喹啉异喹啉(isoquinoline)(isoquinoline)苯并吡喃苯并吡喃(benzopyran)(benzopyran)苯并苯并- - - -吡喃酮吡喃酮(benzo-(benzo- - -pyrone)pyrone)嘌呤嘌呤(purine)(purine)六元杂环苯并环系六元杂环苯并环系8有机化学杂环类一一 呋喃、噻吩、吡咯的结构呋喃、噻吩、吡咯的结构二二 呋喃、噻吩、吡咯的制备呋喃、噻吩、吡咯的制备三三 呋喃、噻吩、吡咯的反应呋喃、噻吩、吡咯的反应第二节第二节 含有一个杂原子的五元杂环体系含有一个杂原子的五元杂环体系9有机化学杂环类吡吡咯咯的的结结构构孤电子对在孤电子对在p p轨道上。轨道上。吡吡 咯咯结构：吡咯结构：吡咯N N是是spsp2 2杂化，孤电子对参与共轭。杂化，孤电子对参与共轭。 5 56 6 平面共轭体系平面共轭体系 富电子芳香杂环化合物富电子芳香杂环化合物反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上相当于有一个相当于有一个邻对位定位邻对位定位基。基。共轭效应是给电子的。共轭效应是给电子的。诱导效应是吸电子的。诱导效应是吸电子的。一吡咯一吡咯、呋喃、噻吩的结构呋喃、噻吩的结构呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。10有机化学杂环类1.1.吡咯：吡咯： 存在于煤焦油、骨焦油中。无色液体，沸点存在于煤焦油、骨焦油中。无色液体，沸点130-131130-131。鉴定：蒸汽遇盐酸浸湿的松木片显红色。鉴定：蒸汽遇盐酸浸湿的松木片显红色。2.2.呋喃：呋喃： 存在于松木焦油中。无色液体，沸点存在于松木焦油中。无色液体，沸点3232。鉴。鉴定：蒸汽遇盐酸浸湿的松木片显绿色。定：蒸汽遇盐酸浸湿的松木片显绿色。3. 3. 噻吩：噻吩： 与苯共存在于煤焦油与苯共存在于煤焦油中。无色液体，沸点中。无色液体，沸点8484。 鉴定：与吲哚醌在硫酸作用下发生墨绿色反应。鉴定：与吲哚醌在硫酸作用下发生墨绿色反应。 二二吡咯吡咯、呋喃、噻吩的物理性质及鉴定呋喃、噻吩的物理性质及鉴定偶极矩偶极矩 ：吡咯指向杂环，呋喃、噻吩指向杂原子：吡咯指向杂环，呋喃、噻吩指向杂原子质子化学位移质子化学位移: :类似苯环，在类似苯环，在 6.22-7.296.22-7.29之间之间11有机化学杂环类主要化学反应主要化学反应1 1吡咯、呋喃、噻吩的吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代亲电取代反应反应 2 2 吡咯、呋喃、噻吩的加成反应吡咯、呋喃、噻吩的加成反应 三三吡咯吡咯、呋喃、噻吩呋喃、噻吩 的化学性质的化学性质12有机化学杂环类1. 1. 吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应 重点重点*1 *1 亲电取代反应的活性顺序为：亲电取代反应的活性顺序为：吸电子诱导：吸电子诱导：O(3.5)N(3.0)S(2.6)O(3.5)N(3.0)S(2.6) 给电子共轭给电子共轭：N NO OS S综合：综合：N N贡献电子最多，贡献电子最多，O O其次，其次，S S最少最少八隅体结构八隅体结构最稳定最稳定无最稳定结构无最稳定结构（1 1）概述）概述13有机化学杂环类*2 *2 取代反应主要发生在取代反应主要发生在-C -C 即即2-2-位位上；上；*3 *3 吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试剂吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试剂 时需要注意；时需要注意；*4 *4 噻吩、吡咯的芳香性较强，噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易所以易取代而不易 加成；加成；呋喃的芳香性较弱，呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数虽然也能与大多数 亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核试剂存在亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核试剂存在 下，能发生亲核加成。下，能发生亲核加成。离域能：离域能：噻吩：噻吩：121.3kJmol121.3kJmol-1-1吡咯：吡咯：87.8kJmol87.8kJmol-1-1共振能共振能 呋喃：呋喃：66.9kJmol66.9kJmol-1-1苯：苯： 150kJmol-1150kJmol-1试试问它们的稳定性顺序如何问它们的稳定性顺序如何？芳香性、稳定性：芳香性、稳定性： 苯苯噻吩噻吩吡咯吡咯呋喃呋喃14有机化学杂环类*5 *5 杂原子和取代基的定位效应杂原子和取代基的定位效应AA杂原子的定位效应：邻位杂原子的定位效应：邻位BB取代基的定位效应：取代基的定位效应：第一取代基进入到杂原子的第一取代基进入到杂原子的-位。位。3 3位上有取代基时，呋喃、吡咯、噻吩的定位效应一致。位上有取代基时，呋喃、吡咯、噻吩的定位效应一致。15有机化学杂环类 6 6 吡咯的特殊反应吡咯的特殊反应 - -氮原子上的取代反应氮原子上的取代反应吡咯的性质与苯酚类似，都具有吡咯的性质与苯酚类似，都具有酸性酸性，但吡咯的酸性比苯，但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。吡咯成盐后，使环上电荷密度增高，亲电取代反应更易进行。吡咯成盐后，使环上电荷密度增高，亲电取代反应更易进行。16有机化学杂环类C C6 6H H5 5N N2 2+ +X X- C C2 2H H5 5OH-HOH-H2 2OAcONaOAcONaHCON(CHHCON(CH3 3) )22DMFDMF POClPOCl3 3CHClCHCl3 325%NaOH25%NaOH(NH(NH4 4) )2 2COCO3 3 130130o oC CRMgXRMgX1CO1CO2 22H2H2 2O OCOCO2 2 加热加热 加压加压RCOClRCOClRXRX或或K K+ +NHNH2 2- -17有机化学杂环类（2 2） 呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应呋喃呋喃, ,噻吩和吡咯易氧化噻吩和吡咯易氧化, ,一般不用硝酸直接硝化一般不用硝酸直接硝化; ;通常用比较通常用比较温和的非质子硝化试剂温和的非质子硝化试剂，如：，如：硝酸乙酰酯硝酸乙酰酯。反应在低温下进行。反应在低温下进行。18有机化学杂环类呋喃比较特殊呋喃比较特殊, ,先生成稳定的或不稳定的先生成稳定的或不稳定的2,52,5加成产物加成产物, ,然后加热或用吡啶除去乙酸然后加热或用吡啶除去乙酸, ,得到硝化产物。得到硝化产物。19有机化学杂环类（3 3） 吡咯、呋喃、噻吩的磺化反应吡咯、呋喃、噻吩的磺化反应吡咯、呋喃不太稳定，所以须用温和的磺化试剂吡咯、呋喃不太稳定，所以须用温和的磺化试剂磺化。常用的温和的非质子的磺化试剂有：吡啶与三氧磺化。常用的温和的非质子的磺化试剂有：吡啶与三氧化硫的加合化合物。化硫的加合化合物。噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），也可以用温和的磺化试剂磺化。也可以用温和的磺化试剂磺化。( (固体，含量固体，含量90%)90%)20有机化学杂环类S S+ + N NS SO O3 3C Cl lC CH H2 2C CH H2 2C Cl lr r. . t t. .S SS SO O3 3- -B Ba a( (O OH H) )2 22 2B Ba a2 2+ +21有机化学杂环类（4 4） 吡咯、呋喃、噻吩的卤化反应吡咯、呋喃、噻吩的卤化反应反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代(Cl,Br)(Cl,Br)产物，产物，要采用低温、溶剂稀释等温和条件（要采用低温、溶剂稀释等温和条件（NBSNBS溴化剂溴化剂）。）。碘不活泼，要用催化剂才能发生一元取代碘不活泼，要用催化剂才能发生一元取代22有机化学杂环类（5 5） 吡咯、呋喃、噻吩的傅氏酰基化反应吡咯、呋喃、噻吩的傅氏酰基化反应N-N-酰基吡酰基吡咯咯23有机化学杂环类呋喃、噻吩的酰化反应在呋喃、噻吩的酰化反应在 -C-C上发生，而吡咯的酰化反上发生，而吡咯的酰化反应（不用催化剂）既能在应（不用催化剂）既能在 -C-C上发生，又能在上发生，又能在N N上发生。上发生。24有机化学杂环类（6 6） 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反应呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反应总体看，在合成上无实用价值。总体看，在合成上无实用价值。25有机化学杂环类3. 3. 呋喃、吡咯、噻吩的加成反应呋喃、吡咯、噻吩的加成反应（1 1） 加氢反应加氢反应 噻吩在镍催化下加氢生成丁烷噻吩在镍催化下加氢生成丁烷（2 2） Diels-AlderDiels-Alder反应反应呋喃最易发生呋喃最易发生Diels-AlderDiels-Alder反应反应26有机化学杂环类噻吩基本上不发生双烯加成，噻吩基本上不发生双烯加成，即使在个别情况下生成也即使在个别情况下生成也是一个不稳定的中间体，直接是一个不稳定的中间体，直接失硫转化为别的产物。失硫转化为别的产物。27有机化学杂环类四四 呋喃、噻吩、吡咯的制备呋喃、噻吩、吡咯的制备请同学们自学请同学们自学1.1.工业制备（略）工业制备（略）2.2.实验室制备实验室制备( (1)1)帕尔帕尔- -克诺尔克诺尔(Paal, C.-Knorr, L.)(Paal, C.-Knorr, L.)合成法合成法1 1，4 4 二酮二酮28有机化学杂环类三种化合物的相互转化三种化合物的相互转化( (有氧化铝存在的情况下有氧化铝存在的情况下) )（2 2）诺尔合成法）诺尔合成法氨基酮酸酯29有机化学杂环类五、五、 呋喃、吡咯、噻吩的衍生物呋喃、吡咯、噻吩的衍生物(1)(1)糠醛糠醛30有机化学杂环类(2)(2)叶绿素和血红素叶绿素和血红素卟吩由四个吡咯和四个次甲基卟吩由四个吡咯和四个次甲基(=CH)(=CH)交替相连组成的共轭体系。交替相连组成的共轭体系。卟吩呈平面结构卟吩呈平面结构, ,环中间空隙里四个氮环中间空隙里四个氮原子可分别以共价键、配价键与不同的原子可分别以共价键、配价键与不同的金属离子结合。叶绿素金属离子结合。叶绿素( (镁镁), ),血红素血红素( (铁铁) )。灵菌红素灵菌红素 卟吩胆色素原卟吩胆色素原31有机化学杂环类小小 结结1. 1.亲电取代反应活性顺序亲电取代反应活性顺序 三者是富电子的芳香化合物，亲电取代活性比苯大。三者是富电子的芳香化合物，亲电取代活性比苯大。 吡咯吡咯呋喃呋喃噻吩噻吩 苯苯 2. 2.环的稳定性顺序环的稳定性顺序 （根据离域能的大小）（根据离域能的大小） 苯苯噻吩噻吩吡咯吡咯呋喃呋喃 15012290681501229068遇氧化剂或酸不稳定遇氧化剂或酸不稳定32有机化学杂环类33吡咯的反应吡咯的反应33有机化学杂环类34有机化学杂环类44呋喃的反应呋喃的反应35有机化学杂环类44噻吩的主要反应噻吩的主要反应如如何何除除去去苯苯中中少少量量噻噻吩吩？36有机化学杂环类一一 吲哚的反应吲哚的反应二二 吲哚的合成（自学）吲哚的合成（自学）第三节第三节 含有一个杂原子的五元杂环苯并体系含有一个杂原子的五元杂环苯并体系吲哚的结构共振式吲哚的结构共振式 37有机化学杂环类一一 吲哚的反应吲哚的反应亲电试剂易进攻亲电试剂易进攻3 3位位38有机化学杂环类一一 吲哚的反应吲哚的反应常用的亲电试剂常用的亲电试剂硝化：硝化： (HNO(HNO3 3+HOAc)+HOAc)磺化：磺化：卤化：卤化： ( (低温、稀释条件下进行，常用，低温、稀释条件下进行，常用，HOAcHOAc稀释，稀释，试剂为试剂为X X2 2) )酰基化：酰基化： ( (酸酐、酰卤。酸酐、酰卤。AlClAlCl3 3, ,ZnClZnCl2 2 ，BFBF3 3为催化剂为催化剂) )氯甲基化氯甲基化：(CH(CH2 2O,HCl,ZnO,HCl,ZnClCl2 2) )醛基化：醛基化： +POCl+POCl33 避免用强酸避免用强酸39有机化学杂环类下面四种情况，取代基均进入苯环。进入哪个位置，具体分析。下面四种情况，取代基均进入苯环。进入哪个位置，具体分析。1 12 23 34 45 56 67 7 试分析试分析 亲电取代发生在苯环还是杂环上亲电取代发生在苯环还是杂环上? 并指出具体位置。并指出具体位置。40有机化学杂环类3-3-吲哚甲醛吲哚甲醛2-2-乙酰基乙酰基3-3-甲基吲甲基吲哚哚5-5-硝基硝基2-2-甲基吲哚甲基吲哚41有机化学杂环类二二 吲哚的合成吲哚的合成苯肼与醛、酮类化合物在酸性条件下加热生成吲哚苯肼与醛、酮类化合物在酸性条件下加热生成吲哚及其衍生物的反应称为及其衍生物的反应称为费歇尔费歇尔(Fischer,E.)(Fischer,E.)合成法合成法。42有机化学杂环类利血平利血平 - -吲哚乙酸吲哚乙酸色氨酸色氨酸43有机化学杂环类一一 唑的命名唑的命名二二 唑的结构唑的结构三三 唑的反应唑的反应四四 唑的合成唑的合成 第三节第三节 含有两个杂原子的五元杂环体系含有两个杂原子的五元杂环体系44有机化学杂环类一一 唑的命名唑的命名 azoleazole含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是氮，则该杂环化合物称为唑。氮，则该杂环化合物称为唑。命名时的编号原则是：命名时的编号原则是： 1 1） 让杂原子的位号尽可能小；让杂原子的位号尽可能小； 2 2）当两个杂原子不相同时，编号的次序是：当两个杂原子不相同时，编号的次序是：价数小的在前，价数小的在前，大的在后；大的在后； 3 3）价数相等时，）价数相等时，原子序数小的在前，大的在后原子序数小的在前，大的在后。OOSSNN2 2价价3 3价价原子序数小原子序数小原子序数大原子序数大O O、S S、N N的的次序如右：次序如右：45有机化学杂环类异噻唑异噻唑(isothiazole)(isothiazole)吡唑吡唑(pyrazole)(pyrazole)异噁唑异噁唑(isoxazole)(isoxazole)1,2-1,2-唑唑噁唑噁唑(oxazole)(oxazole)噻唑噻唑(thiazole)(thiazole)咪唑咪唑(inidazole)(inidazole)1,3-1,3-唑唑46有机化学杂环类（1 1）互变异构）互变异构N-N(N-N(单键单键) )N=N(N=N(双键双键) )5-5-甲基咪唑甲基咪唑4-4-甲基咪唑甲基咪唑4(5)-4(5)-甲基咪唑甲基咪唑( (因为因为4-4-甲基咪唑和甲基咪唑和5-5-甲基咪唑不可分离甲基咪唑不可分离) )一一 唑的结构唑的结构47有机化学杂环类（2 2）结构）结构吡咯吡咯N N( (孤电子对参与共孤电子对参与共轭，所以碱性较弱轭，所以碱性较弱) )吡啶吡啶N N( (孤电子对不参与孤电子对不参与共轭，所以碱性较强共轭，所以碱性较强) )吡咯吡咯N N的孤电子的孤电子对处于对处于p p轨道轨道一般胺中的一般胺中的N N是是spsp3 3杂化。杂化。NN的孤电子对处于的孤电子对处于spsp3 3杂化轨道杂化轨道spsp3 3轨道轨道碱性：碱性：NN的孤电子对处于的孤电子对处于spsp2 2杂化轨道杂化轨道吡啶吡啶N N与吡咯与吡咯N N均均为为spsp2 2杂化杂化。强于强于48有机化学杂环类（3 3）碱性）碱性1. 1,2-1. 1,2-唑与唑与1,3-1,3-唑都有吡啶唑都有吡啶N N，所以都有碱性。，所以都有碱性。 2. 1,3-2. 1,3-唑的碱性比唑的碱性比1,2-1,2-唑强。唑强。 因为两个杂原子互相影响大因为两个杂原子互相影响大。 3. 3. 咪唑的碱性噻唑的碱性噁唑的碱性咪唑的碱性噻唑的碱性噁唑的碱性4.4.亲电取代活性：咪唑亲电取代活性：咪唑 噻唑噻唑 噁唑噁唑 由综合电子效应决定由综合电子效应决定。49有机化学杂环类三三唑的反应唑的反应主要讨论亲电取代反应主要讨论亲电取代反应11反应性反应性唑的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差唑的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差，这是因为分子中，这是因为分子中多了一个吡啶多了一个吡啶N N，使共轭体系的电子云密度降低，所以亲，使共轭体系的电子云密度降低，所以亲电试剂不易进攻。电试剂不易进攻。21,2-21,2-、1,3-1,3-唑的硝化、磺化、卤化唑的硝化、磺化、卤化（1 1） 进入环的位置及活性顺序进入环的位置及活性顺序（2 2） 反应试剂：一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。反应试剂：一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。实实 例例eg1eg150有机化学杂环类eg2eg2egeg3 351有机化学杂环类eg4eg4磺化须强烈条件磺化须强烈条件eg5eg5硝化、卤化须有给电子取代基硝化、卤化须有给电子取代基52有机化学杂环类31,2-31,2-唑、唑、1,3-1,3-唑的傅氏烷基化反应唑的傅氏烷基化反应常用的烷基化试剂是常用的烷基化试剂是RXRX烷基化反应的几点说明：烷基化反应的几点说明：（1 1） 唑的吡啶唑的吡啶N N上的电子云密度较大，所以在一般情况上的电子云密度较大，所以在一般情况 下，烷基化反应总是吡啶下，烷基化反应总是吡啶N N上发生；上发生；53有机化学杂环类（2 2） 咪唑上有两个咪唑上有两个N N，烷基化反应首先在吡啶，烷基化反应首先在吡啶N N上发生上发生 一一 烷基化产物经互变异构又产生一个吡啶烷基化产物经互变异构又产生一个吡啶N N，可进，可进 一步产生二烷基化产物，因此咪唑烷基化时经常得一步产生二烷基化产物，因此咪唑烷基化时经常得 到一烷基化产物和二烷基化产物；到一烷基化产物和二烷基化产物；54有机化学杂环类41,2-41,2-唑、唑、1,3-1,3-唑的傅氏酰基化反应唑的傅氏酰基化反应常用的酰基化试剂是常用的酰基化试剂是一般情况下，酰基化反应主要在吡啶一般情况下，酰基化反应主要在吡啶N N上发生。酰基上发生。酰基是一个吸电子基，所以反应能控制在一元酰基化阶段。是一个吸电子基，所以反应能控制在一元酰基化阶段。例如：咪唑的酰基化反应例如：咪唑的酰基化反应N-N-酰基咪唑酰基咪唑55有机化学杂环类11,2-11,2-唑的合成唑的合成( (只介绍吡唑与异噁唑的合成只介绍吡唑与异噁唑的合成) )(1)(1)用用1,3-1,3-二羰基化合物合成吡唑和异噁唑二羰基化合物合成吡唑和异噁唑(2)(2)用用1,3-1,3-偶极环加成反应制吡唑和异噁唑偶极环加成反应制吡唑和异噁唑四四 唑的合成唑的合成56有机化学杂环类21,3-21,3-唑的合成唑的合成( (噁唑类噁唑类) )( (咪唑类咪唑类) )( (噻唑类噻唑类) )57有机化学杂环类青霉素青霉素噻唑环噻唑环青霉素是噻唑的衍生物。青霉素是噻唑的衍生物。58有机化学杂环类一一 吡啶环系吡啶环系1.1.吡啶的结构吡啶的结构2.2.吡啶的亲电取代反应吡啶的亲电取代反应 3.3.吡啶的亲核取代反应吡啶的亲核取代反应 4.4.吡啶环系的合成吡啶环系的合成 5.5.吡啶的氧化还原反应吡啶的氧化还原反应 6.6.吡啶侧链吡啶侧链-H-H的反应的反应7.7.吡啶吡啶N-N-氧化物的反应氧化物的反应 二二 吡喃环系吡喃环系第四节第四节 含有一个杂原子的六元杂环体系含有一个杂原子的六元杂环体系重点重点59有机化学杂环类1. 1. 吡啶的结构吡啶的结构共轭效应和诱导效应都是吸电子的共轭效应和诱导效应都是吸电子的孤电子对孤电子对在在spsp2 2杂化杂化轨道上。轨道上。 =2.20D=2.20D =1.17D=1.17D比较三甲基胺、吡啶、苯胺和吡咯的碱性大小比较三甲基胺、吡啶、苯胺和吡咯的碱性大小pKb4.78.759.416.5pKb4.78.759.416.5pKa5.23pKa5.2360有机化学杂环类吡吡 啶啶结构：吡啶结构：吡啶N N是是spsp2 2杂化，孤电子对不参与共轭。环上杂化，孤电子对不参与共轭。环上电子云电子云 密度小于苯环，是缺电子芳香杂环。密度小于苯环，是缺电子芳香杂环。反应：反应：弱碱性。环不易发生亲电取代反应但易发生亲弱碱性。环不易发生亲电取代反应但易发生亲核取代反应。核取代反应。发生亲电取代反应时，环上发生亲电取代反应时，环上N N起间位定起间位定位基的作用。发生亲核取代反应时，环上位基的作用。发生亲核取代反应时，环上N N起邻对位起邻对位定位基的作用。类似硝基苯的反应。定位基的作用。类似硝基苯的反应。61有机化学杂环类(1) (1) 吡啶吡啶N N的亲核性：的亲核性：与亲电试剂与亲电试剂生成吡啶鎓盐或络合物生成吡啶鎓盐或络合物2. 2. 吡啶的亲电取代反应吡啶的亲电取代反应NONO2 2+ +BFBF4 4- - 乙醚乙醚 室温室温CHCH3 3I IRCOClRCOClH H+ +SOSO3 3BrBr2 2CClCCl4 4石油醚石油醚62有机化学杂环类吡啶盐的两个十分重要的用途吡啶盐的两个十分重要的用途：*1*1可用来做温和的磺化、硝化、卤化、烷基化、酰基化的试剂可用来做温和的磺化、硝化、卤化、烷基化、酰基化的试剂*2*2利用吡啶利用吡啶N N的烷基化反应制备醛的烷基化反应制备醛63有机化学杂环类(2) (2) 在在C C上发生亲电取代反应上发生亲电取代反应 N N吸电子，类似硝基苯，反应活性低，吸电子，类似硝基苯，反应活性低，在在 位位上即上即3-3-位碳上反应。位碳上反应。64有机化学杂环类反反 应应 特特 点点*1*1不能发生傅氏烷基化、酰基化反应。不能发生傅氏烷基化、酰基化反应。*22硝化、磺化、卤化必须在强烈条件下才能发生；硝化、磺化、卤化必须在强烈条件下才能发生；*33吡啶环上有给电子基团时，亲电反应活性增高；吡啶环上有给电子基团时，亲电反应活性增高；*44吡啶吡啶N N可以看作是一个间位定位基。可以看作是一个间位定位基。进攻进攻2 2位位进攻进攻3 3位位进攻进攻4 4位位更稳定更稳定65有机化学杂环类（1 1） 置换易离去基团的亲核取代反应置换易离去基团的亲核取代反应 如在如在 ,位有好的离去基团，如位有好的离去基团，如ClCl、-NO-NO2 2、BrBr，可以，可以与氨（或胺）、烷氧化物、水等亲核试剂发生亲核取代反与氨（或胺）、烷氧化物、水等亲核试剂发生亲核取代反应（在亲核取代反应中，吡啶应（在亲核取代反应中，吡啶N N对邻、对位活化）。对邻、对位活化）。3. 3. 吡啶的亲核取代反应吡啶的亲核取代反应4-4-吡啶酮吡啶酮66有机化学杂环类 分析中间体的共振结构分析中间体的共振结构亲核试剂进攻亲核试剂进攻 位：位：617617页页 2 2或或4 4位取代的氯代吡啶的亲核取代反应活性大位取代的氯代吡啶的亲核取代反应活性大 生成的活性中间体稳定生成的活性中间体稳定67有机化学杂环类（2 2） 置换氢的亲核取代反应置换氢的亲核取代反应一般机制：一般机制：* *1 1 负氢不易离去，一般需要一个氧化剂作为负氢的接受体；负氢不易离去，一般需要一个氧化剂作为负氢的接受体；*2 *2 亲核取代优先在亲核取代优先在 位上发生，如果位上发生，如果 位上有取代基，则位上有取代基，则 反应在反应在 位上发生。位上发生。68有机化学杂环类实例：烷基化、芳基化反应实例：烷基化、芳基化反应69有机化学杂环类实例：实例：齐齐巴宾齐齐巴宾(Chichibabin,A.E.)(Chichibabin,A.E.)反应反应氨化氨化定义：吡啶与氨基钠作用生成定义：吡啶与氨基钠作用生成2-2-氨基吡啶的反应氨基吡啶的反应称为齐齐巴宾反应。称为齐齐巴宾反应。H H2 2O O+NaNH+NaNH2 2100100o oC CC C6 6H H5 5N(CHN(CH3 3) )2 270有机化学杂环类4. 4. 吡啶环系的合成吡啶环系的合成 汉栖汉栖(Hantzsch,A.)(Hantzsch,A.)合成法合成法由二分子由二分子-羰基酸酯、一分子醛、一分子氨经缩羰基酸酯、一分子醛、一分子氨经缩合反应制备吡啶同系物的方法称为合反应制备吡啶同系物的方法称为汉栖合成法汉栖合成法。71有机化学杂环类5. 5. 吡啶的氧化还原反应吡啶的氧化还原反应吡啶环本身不易被氧化，但它的侧链很容易被氧化成醛或羧酸。吡啶环本身不易被氧化，但它的侧链很容易被氧化成醛或羧酸。( (吡啶氧化物吡啶氧化物) )还原反应还原反应72有机化学杂环类6. 6. 吡啶侧链吡啶侧链-H-H的反应的反应2,4,6-2,4,6-位烷基的位烷基的 -H-H与羰基与羰基 -H-H相似相似羟醛缩羟醛缩合型合型73有机化学杂环类N-N-烷基吡啶盐的侧链烷基吡啶盐的侧链 -H-H更活泼更活泼羟醛缩合型羟醛缩合型74有机化学杂环类吡啶的衍生物吡啶的衍生物烟酸、烟碱等烟酸、烟碱等烟碱烟碱( (尼古丁尼古丁)烟酸烟酸 烟酰胺烟酰胺 75有机化学杂环类二二吡喃环系吡喃环系吡喃及其衍生物无芳香特性吡喃及其衍生物无芳香特性吡喃及吡喃酮的钅吡喃及吡喃酮的钅 羊盐是芳香体系。羊盐是芳香体系。苯并苯并- - - -吡喃酮的衍生物吡喃酮的衍生物 : : 黄酮、黄酮色素、花色素等黄酮、黄酮色素、花色素等 76有机化学杂环类一一 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应二二 喹啉和异喹啉的合成喹啉和异喹啉的合成 第六节第六节 含有一个杂原子的苯并六元杂环环系含有一个杂原子的苯并六元杂环环系注意异喹啉的编号注意异喹啉的编号77有机化学杂环类一一 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应1.1.成盐：成盐：碱性强碱性强弱弱：喹啉吡啶异喹啉：喹啉吡啶异喹啉成盐反应：成盐反应：78有机化学杂环类2.2.氧化反应氧化反应*1*1喹啉和异喹啉与绝大多数氧化剂不发生反应；喹啉和异喹啉与绝大多数氧化剂不发生反应；*2*2与高锰酸钾能发生反应：与高锰酸钾能发生反应：79有机化学杂环类3.3.亲电取代反应亲电取代反应:反应产物受介质的影响。若反应在酸性介质中进行，取代反应产物受介质的影响。若反应在酸性介质中进行，取代主要在主要在苯环上苯环上5 5，8 8位反应。位反应。若反应在有机溶剂如硝基苯中进行，取代在杂环上发生，若反应在有机溶剂如硝基苯中进行，取代在杂环上发生，得到得到3 3位或位或4 4位位取代产物。取代产物。80有机化学杂环类4.4.亲核取代反应亲核取代反应 *1 *1 亲核取代反应主要在吡啶环上发生，喹啉的反应位置亲核取代反应主要在吡啶环上发生，喹啉的反应位置 在在2 2位和位和4 4位位(2(2位为主位为主) )，异喹啉在，异喹啉在1 1位；位；81有机化学杂环类*2 *2 常用的亲核试剂有常用的亲核试剂有RLi, ArLi, RMgX, NaNHRLi, ArLi, RMgX, NaNH2 2, RONa, RONa等。等。 负氢比较难以取代。负氢比较难以取代。Cl, NOCl, NO2 2等基团较易取代。等基团较易取代。82有机化学杂环类喹啉和异喹啉可发生齐齐巴宾反应喹啉和异喹啉可发生齐齐巴宾反应83有机化学杂环类5.5.侧链侧链 -H-H的反应的反应: :产率很高产率很高84有机化学杂环类6.6.还原还原: :反十氢喹啉反十氢喹啉顺十氢喹啉顺十氢喹啉85有机化学杂环类二二 喹啉和异喹啉的合成喹啉和异喹啉的合成 斯克洛普斯克洛普(Skraup,Z.H.)(Skraup,Z.H.)反应：反应：苯胺、甘油、苯胺、甘油、硫酸和硝基苯等氧化剂一起作用，生成喹啉的硫酸和硝基苯等氧化剂一起作用，生成喹啉的反应称为反应称为斯克洛普反应斯克洛普反应。 eg2eg2eg1eg186有机化学杂环类eg4eg4eg3eg387有机化学杂环类一一 嘧啶的反应嘧啶的反应二二 嘧啶的衍生物嘧啶的衍生物第七节第七节 含两个和三个氮原子的六元杂环体系含两个和三个氮原子的六元杂环体系哒嗪哒嗪(pyridazine)(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine(pyrimidine) )吡嗪吡嗪(pyrazine)(pyrazine)88有机化学杂环类一一 嘧啶的反应嘧啶的反应1. 1. 亲电取代反应亲电取代反应 活性小于吡啶活性小于吡啶89有机化学杂环类反应最易在反应最易在2 2位发生，其次是位发生，其次是4,64,6位位取代卤素要比取代负氢更容易取代卤素要比取代负氢更容易2. 2. 亲核取代反应亲核取代反应 活性高于吡啶活性高于吡啶90有机化学杂环类3. 3. 氧化氧化二嗪不易被氧化。若用过酸氧化，得嘧啶单二嗪不易被氧化。若用过酸氧化，得嘧啶单N-N-氧化物氧化物91有机化学杂环类4.4.侧链侧链 -H-H反应反应羟醛缩合型羟醛缩合型烷基化反应烷基化反应92有机化学杂环类尿嘧啶尿嘧啶(U)(U)胞嘧啶胞嘧啶(C)(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)(T)三三 嘧啶的衍生物嘧啶的衍生物93有机化学杂环类名称名称结构结构用途用途巴比妥巴比妥( (佛佛罗拿罗拿) )苯巴比妥苯巴比妥( (鲁米那鲁米那) )异戊巴比异戊巴比妥妥( (阿米妥阿米妥) )西可巴比西可巴比妥钠妥钠硫喷妥钠硫喷妥钠长时间作用的镇静催眠药长时间作用的镇静催眠药长时间作用的镇静催眠长时间作用的镇静催眠药，又有抗癫痫作用药，又有抗癫痫作用中时间作用的催眠药中时间作用的催眠药短时间作用的镇静催眠药短时间作用的镇静催眠药超短时间的静脉麻醉药，超短时间的静脉麻醉药，可用于麻醉前给药可用于麻醉前给药94有机化学杂环类第八节第八节 嘧啶和咪唑的并环体系嘧啶和咪唑的并环体系-嘌呤环系嘌呤环系9H-9H-嘌嘌呤呤7H-7H-嘌嘌呤呤嘌呤是一对互变异构体的平衡体系嘌呤是一对互变异构体的平衡体系倒倒S S型型95有机化学杂环类二二 嘌呤的两个重要衍生物嘌呤的两个重要衍生物腺嘌呤腺嘌呤(A)(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)(G)(6-(6-氨基嘌呤氨基嘌呤) )(2-(2-氨基氨基-6-6-羟基嘌呤羟基嘌呤) )96有机化学杂环类本章重点本章重点1 1 命名命名: : 呋喃呋喃 噻吩噻吩 吡咯吡咯 吲哚吲哚 吡啶吡啶 喹啉喹啉 异喹啉异喹啉 嘧啶嘧啶 嘌呤及其衍生物嘌呤及其衍生物2 2 五元单杂环的亲电取代反应及稳定性五元单杂环的亲电取代反应及稳定性3 3 吡啶的碱性、亲电、亲核取代反应活性、条件及位置吡啶的碱性、亲电、亲核取代反应活性、条件及位置4 4 喹啉、异喹啉的亲电、亲核取代反应的位置喹啉、异喹啉的亲电、亲核取代反应的位置5 5 喹啉环的合成（斯克洛甫合成）喹啉环的合成（斯克洛甫合成）作业作业 学习指导学习指导习题习题 一、二、十三一、二、十三试分析已学过的含氮杂环化合物试分析已学过的含氮杂环化合物它们的碱性与芳香性。它们的碱性与芳香性。97有机化学杂环类将下列化合物按碱性强弱排列成序：将下列化合物按碱性强弱排列成序：给电子基增强碱性，吸电子基减弱碱性给电子基增强碱性，吸电子基减弱碱性1 12 23 34 45 54 42 23 31 198有机化学杂环类