第十一章第十一章 杂环化合物杂环化合物五元杂环亲电取代反应及基团定位效应五元杂环亲电取代反应及基团定位效应六元杂环亲电取代反应和亲核取代反应六元杂环亲电取代反应和亲核取代反应五元杂环的合成五元杂环的合成喹啉的反应喹啉的反应喹啉的合成喹啉的合成11.1 结构结构 1分类分类非芳香性杂环化合物非芳香性杂环化合物非芳香性杂环化合物非芳香性杂环化合物 芳香性杂环化合物芳香性杂环化合物芳香性杂环化合物芳香性杂环化合物 2结构结构n n形成形成形成形成 5 56 6大大大大 键，整体键，整体键，整体键，整体电子云密度升高电子云密度升高电子云密度升高电子云密度升高，使亲电取，使亲电取，使亲电取，使亲电取代反应更为容易；键长并未完全平均化，代反应更为容易；键长并未完全平均化，代反应更为容易；键长并未完全平均化，代反应更为容易；键长并未完全平均化，电荷密电荷密电荷密电荷密度分布不均匀度分布不均匀度分布不均匀度分布不均匀，使得亲电取代反应发生的位置具，使得亲电取代反应发生的位置具，使得亲电取代反应发生的位置具，使得亲电取代反应发生的位置具有选择性。其中有选择性。其中有选择性。其中有选择性。其中2,5-2,5-位称为位称为位称为位称为 位；位；位；位；3,4-3,4-位称为位称为位称为位称为 位。位。位。位。 如果以如果以如果以如果以苯的硝化苯的硝化苯的硝化苯的硝化反应速率为反应速率为反应速率为反应速率为1 1，噻吩的噻吩的噻吩的噻吩的 位位位位硝化速硝化速硝化速硝化速率为率为率为率为 10104 4， 位位位位为为为为 10107 7 11.2 吡咯、呋喃、噻吩的性质与合成吡咯、呋喃、噻吩的性质与合成亲电取代反应活性：亲电取代反应活性：亲电取代反应活性：亲电取代反应活性：1 1五元杂环化合物的亲电取代反应机理五元杂环化合物的亲电取代反应机理五元杂环化合物的亲电取代反应机理五元杂环化合物的亲电取代反应机理产生三个共振式，产生三个共振式，产生三个共振式，产生三个共振式，正碳离子更稳定正碳离子更稳定正碳离子更稳定正碳离子更稳定2五元杂环化合物的亲电取代反应五元杂环化合物的亲电取代反应A. A. 硝化硝化硝化硝化硝化试剂为温和的硝酸乙酰酯硝化试剂为温和的硝酸乙酰酯硝化试剂为温和的硝酸乙酰酯硝化试剂为温和的硝酸乙酰酯 ( (CHCH3 3CO)CO)2 2O + HNOO + HNO3 3 CHCH3 3COONOCOONO2 2B. B. 卤代卤代卤代卤代C. C. 磺化磺化磺化磺化D. Friedel-CraftsD. Friedel-Crafts酰基化酰基化酰基化酰基化n n五元杂环化合物的五元杂环化合物的五元杂环化合物的五元杂环化合物的亲电取代反应活性亲电取代反应活性亲电取代反应活性亲电取代反应活性高，所以，一般选高，所以，一般选高，所以，一般选高，所以，一般选用弱的亲电试剂、用弱的亲电试剂、用弱的亲电试剂、用弱的亲电试剂、在低温条件下、采在低温条件下、采在低温条件下、采在低温条件下、采用溶剂稀释时反应，用溶剂稀释时反应，用溶剂稀释时反应，用溶剂稀释时反应，以防止五元杂环化以防止五元杂环化以防止五元杂环化以防止五元杂环化合物氧化或聚合合物氧化或聚合合物氧化或聚合合物氧化或聚合。 3基团定位效应基团定位效应A.A. 位有取代基位有取代基位有取代基位有取代基 位有第位有第位有第位有第二二二二类定位基，类定位基，类定位基，类定位基，后续基团进入后续基团进入后续基团进入后续基团进入不相不相不相不相邻的邻的邻的邻的 位位位位； 位有第位有第位有第位有第一一一一类定位基，类定位基，类定位基，类定位基，后续基团进入后续基团进入后续基团进入后续基团进入相邻相邻相邻相邻的的的的 位位位位。 解释：解释：B.B. 位有取代基位有取代基位有取代基位有取代基 ( (当当当当Z=OZ=O时时时时) )B.B. 位有取代基位有取代基位有取代基位有取代基 ( (当当当当Z=N,SZ=N,S时时时时) )不论呋喃的不论呋喃的不论呋喃的不论呋喃的 位是何种类型定位基，则后续基团均位是何种类型定位基，则后续基团均位是何种类型定位基，则后续基团均位是何种类型定位基，则后续基团均进入进入进入进入另一另一另一另一 位位位位。 位有第位有第位有第位有第二二二二类定位基，类定位基，类定位基，类定位基，后续基团进入后续基团进入后续基团进入后续基团进入不相邻不相邻不相邻不相邻的的的的 位位位位； 位有第位有第位有第位有第一一一一类定位基，类定位基，类定位基，类定位基，则后续基团进入则后续基团进入则后续基团进入则后续基团进入另一另一另一另一 位位位位。 解释：解释：4五元杂环化合物的加成反应五元杂环化合物的加成反应5吡咯的特殊反应吡咯的特殊反应A. 酸性酸性B. 活泼芳环的性质活泼芳环的性质a. a. 与重氮盐偶联与重氮盐偶联与重氮盐偶联与重氮盐偶联b.b. Reimer-Tiemann Reimer-Tiemann反应反应反应反应c. c. Kolbe Kolbe反应反应反应反应d. 吲哚、咔唑及噻吩的吲哚、咔唑及噻吩的Vilsmeier反应反应 6五元杂环化合物的合成五元杂环化合物的合成A.A. 无取代基的五元杂环的合成无取代基的五元杂环的合成无取代基的五元杂环的合成无取代基的五元杂环的合成B.B. 位有两个取代基位有两个取代基位有两个取代基位有两个取代基n n1,4-1,4-二酮的合成要用到二酮的合成要用到二酮的合成要用到二酮的合成要用到“ “负碳离子反应负碳离子反应负碳离子反应负碳离子反应” ”的内容的内容的内容的内容11.3 吡啶的性质与合成吡啶的性质与合成n n亲电取代反应活性低；亲电取代反应活性低；亲电取代反应活性低；亲电取代反应活性低；n n由于由于由于由于spsp2 2杂化轨道上的电子杂化轨道上的电子杂化轨道上的电子杂化轨道上的电子可与水形成氢键，吡啶与可与水形成氢键，吡啶与可与水形成氢键，吡啶与可与水形成氢键，吡啶与水互溶。水互溶。水互溶。水互溶。1吡啶的性质吡啶的性质A.A. 亲电取代反应亲电取代反应亲电取代反应亲电取代反应比苯的活性低比苯的活性低比苯的活性低比苯的活性低 机理：机理：n n亲电试剂进攻亲电试剂进攻亲电试剂进攻亲电试剂进攻 位位位位 n n亲电试剂进攻亲电试剂进攻亲电试剂进攻亲电试剂进攻 位位位位n n 亲电试剂进攻亲电试剂进攻亲电试剂进攻亲电试剂进攻 位位位位 电负性大的电负性大的电负性大的电负性大的N N原子联有正电荷，很不稳定，只有取原子联有正电荷，很不稳定，只有取原子联有正电荷，很不稳定，只有取原子联有正电荷，很不稳定，只有取代代代代 位时，方可避免这种情况。位时，方可避免这种情况。位时，方可避免这种情况。位时，方可避免这种情况。B.B. 亲核取代反应亲核取代反应亲核取代反应亲核取代反应n n吡啶的吡啶的吡啶的吡啶的亲核取代亲核取代亲核取代亲核取代反反反反应发生在应发生在应发生在应发生在 位和位和位和位和 位位位位n n吡啶的吡啶的吡啶的吡啶的亲电取代亲电取代亲电取代亲电取代反反反反应发生在应发生在应发生在应发生在 位位位位机理：机理：n n以上性质可以导致以上性质可以导致以上性质可以导致以上性质可以导致在在在在 位和位和位和位和 位生成苄位生成苄位生成苄位生成苄基负碳离子，生成基负碳离子，生成基负碳离子，生成基负碳离子，生成的苄基负碳离子可的苄基负碳离子可的苄基负碳离子可的苄基负碳离子可以通过共振分散到以通过共振分散到以通过共振分散到以通过共振分散到吡啶环上：吡啶环上：吡啶环上：吡啶环上： C.C. N- N-氧化吡啶的亲电取代反应氧化吡啶的亲电取代反应氧化吡啶的亲电取代反应氧化吡啶的亲电取代反应n n吡啶的亲电取代反应发生在吡啶的亲电取代反应发生在吡啶的亲电取代反应发生在吡啶的亲电取代反应发生在 位；位；位；位；N-N-氧化吡啶的氧化吡啶的氧化吡啶的氧化吡啶的亲电取代反应发生在亲电取代反应发生在亲电取代反应发生在亲电取代反应发生在 位；吡啶的亲核取代反应位；吡啶的亲核取代反应位；吡啶的亲核取代反应位；吡啶的亲核取代反应发生在发生在发生在发生在 位和位和位和位和 位。位。位。位。 D.D. 侧链的氧化反应侧链的氧化反应侧链的氧化反应侧链的氧化反应 E.E. 还原反应及成盐还原反应及成盐还原反应及成盐还原反应及成盐2Hantzsch法合成法合成取代吡啶取代吡啶n n反应过程：反应过程：反应过程：反应过程：11.4 喹啉、异喹啉的性质与合成喹啉、异喹啉的性质与合成 喹啉喹啉 异喹啉异喹啉b.p. 243 C; pKa=5.4 b.p. 238 C; pKa1. 喹啉与异喹啉的性质喹啉与异喹啉的性质 A.A. 亲电取代反应亲电取代反应亲电取代反应亲电取代反应解释：解释：产生两个共振式产生两个共振式产生两个共振式产生两个共振式产生一个共振式产生一个共振式产生一个共振式产生一个共振式B.B. 亲核取代反应亲核取代反应亲核取代反应亲核取代反应 机理：机理：机理：机理：C. C. 氧化反应氧化反应氧化反应氧化反应 2. 喹啉的合成喹啉的合成Skraup法法反应过程：反应过程：反应过程：反应过程：(1) (1) 甘油氧化脱水转化为甘油氧化脱水转化为甘油氧化脱水转化为甘油氧化脱水转化为丙烯醛丙烯醛丙烯醛丙烯醛； (3) Michael加成产物加成产物烯醇化脱水成环烯醇化脱水成环； (2) (2) (取代取代取代取代) )苯胺与丙烯醛苯胺与丙烯醛苯胺与丙烯醛苯胺与丙烯醛( ( , , - -不饱和醛酮不饱和醛酮不饱和醛酮不饱和醛酮) )发生发生发生发生MichaelMichael加成反应加成反应加成反应加成反应； (4) (4) (相应的相应的相应的相应的) )硝基苯硝基苯硝基苯硝基苯氧化脱氢氧化脱氢氧化脱氢氧化脱氢。也可采用。也可采用。也可采用。也可采用AsAs2 2OO5 5作作作作为氧化剂代替相应取代的硝基苯。为氧化剂代替相应取代的硝基苯。为氧化剂代替相应取代的硝基苯。为氧化剂代替相应取代的硝基苯。 3取代喹啉的合成取代喹啉的合成A. 苯环上带有取代基苯环上带有取代基B. 吡啶环上带有取代基吡啶环上带有取代基 n n喹啉的喹啉的喹啉的喹啉的2-2-位位位位带有取代基带有取代基带有取代基带有取代基( (R R) )，则需则需则需则需 , , - -不饱和醛不饱和醛不饱和醛不饱和醛( (R-CH=CHCHOR-CH=CHCHO) )为原料，如果为原料，如果为原料，如果为原料，如果4-4-位位位位带有取代基带有取代基带有取代基带有取代基( (R R) )，则需则需则需则需 , , - -不饱和酮不饱和酮不饱和酮不饱和酮( (CHCH2 2=CHCOR=CHCOR) )为原料；为原料；为原料；为原料；如果如果如果如果6-6-位带有取代基位带有取代基位带有取代基位带有取代基( (GG) )，则需以则需以则需以则需以对位取代苯胺对位取代苯胺对位取代苯胺对位取代苯胺为为为为原料；如果原料；如果原料；如果原料；如果8-8-位位位位带有取代基带有取代基带有取代基带有取代基( (GG) )，则需以则需以则需以则需以邻位取代邻位取代邻位取代邻位取代苯胺苯胺苯胺苯胺为原料。为原料。为原料。为原料。 n n6-6-氟氟氟氟-4-4-甲基喹啉的合成甲基喹啉的合成甲基喹啉的合成甲基喹啉的合成n n8-8-氟氟氟氟-2-2-甲基喹啉的合成甲基喹啉的合成甲基喹啉的合成甲基喹啉的合成 n n6-6-甲基甲基甲基甲基-4-4-苯基喹啉的合成苯基喹啉的合成苯基喹啉的合成苯基喹啉的合成 4异喹啉的合成异喹啉的合成