整理第十七章杂环化合物

1、精品文档第十七章杂环化合物学习要求：1 .掌握各类常见杂环化合物的结构和命名。2 .掌握吠喃、曝吩、口比咯、口比咤、呻喙、唾咻的化学性质。3.认识核酸组成中的重要碱基一一喀咤、喋吟；了解叶绿素、血红素等吓咻环化合物；了解生物碱的有关知识。杂环化合物是指组成环的原子中含有除碳以外的原子（杂原子一一常见的是N、O、S等）的环状化合物。非芳香杂环如O，02O，,NH杂环化合物O一1芳杂环（符合休克尔规则的杂环）如杂环化合物不包括极易开环的含杂原子的环状化合物，例如：LTI0,NH00本章我们只讨论芳香族杂环化合物。杂环化合物是一大类有机物，占已知有机物的三分之一。杂环化合物在自然界分布很广、功用很多

2、。例如，中草药的有效成分生物碱大多是杂环化合物； 动植物体内起重要生理作用的血红素、 叶绿素、 核酸的碱基都是含氮杂环；部分维生素，抗菌素；一些植物色素、植物染料、合成染料都含有杂环。 17.117.1环化合物的分类和命名17.1.117.1.1分类（略）精品文档H精品文档17.1.217.1.2命名杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起依次用1,2,3,（或a,0,丫）编号。如杂环上不止一个杂原子时，则从O、S、N顺序依次编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小。例见P552 17.217.2元杂环化合物含一个杂原子的典型五元

3、杂环化合物是吠喃、曝吩和比咯。含两个杂原子的有曝嘎、咪嘎和口比嘎。本节重点讨论吠喃、曝吩和比咯，简单介绍一下曝嚏、咪嚏和口比嚏。17.2.1吠喃、曝吩、口比咯杂环的结构2吠喃、曝吩、比咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为sp杂化，故成环的五个原子处在同一平面，杂原子上的孤对电子参与共知形成共知体系，其71电子数符合休克尔规则（n电子数=4n+2）,所以，它们都具有芳香性。为n5共辗体系式电子=6口比咯(furan)吠喃S(thiophene)曝吩(pyridine)(pyrimidine)(quinoline)喀嚏唾咻IIH(indole)口引喋NNNNH(purine)喋吟H(pyr

4、role)符合4n+2具有芳性富电子芳环精品文档17.2.2吠喃、曝吩、叱咯的性质（一）存在与物理性质P554（二）光谱性质P554（三）化学性质1.亲电取代反应从结构上分析，五元杂环为口56共知体系，电荷密度比苯大，如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为0）,则五元杂环化合物的有效电荷分布为:000l0五元杂环有芳香性，但其芳香性不如苯环，因环上的71电子云密度比苯环大，且分布不匀，它们在亲电取代反应中的速率也比要苯快得多。亲电取代反应的活性为：口比咯吠喃曝吩苯，主要进入a-位。五元杂环口比咯、吠喃、曝吩的反应实例见P555556说明：比咯、吠喃、曝吩的亲电取代反应，对试剂及反应条件必须有所

5、选择和控制。卤代反应不需要催化剂，要在较低温度和进行。硝化反应不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯（CH3COONO2）作硝化试剂，精品文档精品文档在低温下进行。磺化反应吠喃、口比咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺化试剂一一口比咤三氧化硫的络合物，曝吩可直接用浓硫酸磺化。四氢吠喃(THF)四氢口比咯不能用Pd催化因曝吩能Pd使中毒3.吠喃、口比咯的特性反应(1)吠喃易起D-A反应口比咯、曝吩要在特定条件下才能发生D-A反应(2)口比咯的弱酸性和弱碱性口比咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱精品文档30C+H2,NiorPdKb3.8x10-10-42x104原因：N上的未共用电子对参与了环的共轲体系，减

6、弱了与H+的结合力。NH2H17.2.3重要的五元杂环衍生物（一）糠醛（a-吠喃甲醛）精品文档精品文档口比咯具有弱酸性,（其酸性介与乙醇和苯酚之间。OHCH3CH2OH-10Ka=1.3X10/“-151X10-181X10故口比咯能与固体氢氧化钾加热成为钾盐，与格式试剂作用放出RH而生成口比咯卤化镁。比咯钾盐和口比咯卤化镁都可用来合成口比咯衍生物。+H2O+H2O精品文档1 .制备由农副产品如甘蔗杂渣、花生壳、高粱杆、棉子壳用稀酸加热蒸煮制取。(1)氧化还原反应LOJ-CHO(2)歧化反应I浓碱j_jl+jICHO%ACOOH+LOCH20H(3)羟醛缩合反应(4)安息香缩合反应精品文档CH

7、O+CH3CHO稀碱ACH=CHCHOO(C5H8O4)n35%H2so4多聚戊糖HO-CHCH-OHiiCH2CH-CHOIIOHOH戊糖稀H2SO4iALCHO吠喃甲醛2.糠醛的性质同有a-H的醛的一般性质。CuO,Cr2O3150c,10MPaKMnO4弱碱性V2O5-MoOO2,320C,+H2O精品文档3.糠醛的用途糠醛是良好的溶剂，常用作精练石油的溶剂，以溶解含硫物质及环烷烧等。可用精制松香，脱出色素，溶解硝酸纤维素等。糠醛广泛用于油漆及树脂工业。（二）口比咯的重要衍生物最重要的口比咯衍生物是含有四个比咯环和四个次甲基）化合物。其取代物称为吓咻族化合物。吓咻族化合物广泛分布与自然界

8、。血红素，叶绿素都是含环的吓咻族化合物。在血红素中环络合的是Fe,叶绿素环络合的是Mg。血红素的功能是运载输送氧气（P564）叶绿素是植物光合作用的能源。1964年，Woodward用55步合成了叶绿素。1965年接着合成VB12,用11年时间完成了全合成。Woodward一生人工合成了20多种结构复杂的有机化合物，是当之无愧的有机合成大师。Woodward20岁获博士学位，30岁当教授，48岁时（1965年）获诺贝尔化学奖。17.2.417.2.4曝陛和咪陛1.1.曝嘎曝嘎是含一个硫原子和一个氮原子的五元杂环，无色，有口比咤臭味的液体，沸点精品文档（-CH=）交替相连组成的大环2581NH精

9、品文档117C,与水互溶，有弱碱性。是稳定的化合物。一些重要的天然产物几合成药物含有曝n坐结构，如青霉素、维生素Bi等。青霉素是一类抗菌素的总称，已知的青霉素大一百多种，它们的结构很相似，均具有稠合在一起的四氢曝嚏环和B-内酰胺环。HOOCNC二OCH3kcCH-NH-C-RSCH3O青霉素具有强酸性(pKa-2.7),在游离状态下不稳定(青霉素O例外)，故常将它们变成钠盐、钾盐或有机碱盐用于临床。维生素B(VB)对糖类的新陈代谢有显著的影响，人体缺乏时可以引起脚气病 17.317.3元杂环化合物六元杂环化合物中最重要的有口比咤、喀咤和口比喃等。RH2-二R=-CH2-O-R=-CH=CH-C

10、H2-S-CH3为青霉素G)为青霉素V,常用青霉素为青霉素OJ精品文档喀咤CH3CH2CH20H曝嚏环N叱喃精品文档口比咤是重要的有机碱试剂，喷咤是组成核糖核酸的重要生物碱母体。17.3.117.3.1口比咤（一）来源、制法和应用口比咤存在于煤焦油页岩油和骨焦油中，口比咤衍生物广泛存在于自然界，例如，植物所含的生物碱不少都具有口比咤环结构，维生素PP、维生素B6、辅酶I及辅酶n也含有口比咤环。口比咤是重要的有机合成原料（如合成药物）、良好的有机溶剂和有机合成催化剂。口比咤的工业制法可由糠醇与氨共热（500C）制得，也可从乙焕制备（P565）。口比咤为有特殊臭味的无色液体，沸点115.5C,相对

11、密度0.982,可与水、乙醇、乙醴等任意混和。（二）口比咤的结构由于此咤环的N上在环外有一孤对电子，故口比咤环上的电荷分布不均。电荷分布亲电取代亲核取代精品文档N上的孤电子对在P轨道上，参与环内共轲，为富电子芳环。N上的孤电子对在2sp轨道上，在环外未参与环内共辗。1.010.841.43精品文档(三)口比咤的性质1 .碱性与成盐口比咤的环外有一对未作用的孤对电子，具有碱性，易接受亲电试剂而成盐。口比咤的碱性小于氨大于苯胺。口比咤易与酸和活泼的卤代物成盐。Q+HCI-GNHCl-吧3Q此反应常用于*在反应中吸收(0+SO3CH2c匕GN-SO3(90%)生成的气态酸N室温叱嚏三氧化硫络合物是常

12、用的缓和磺化剂制取烷基叱咤的一种方法2 .亲电取代反应口比咤环上氮原子为吸电子基，故口比咤环属于缺电子的芳杂环，和硝基苯相似。其亲电取代反应很不活泼，反应条件要求很高，不起傅-克烷基化和酰基化反应。亲电取代精品文档CH3NH2NH3pKb3.384.768.80精品文档精品文档反应主要在B-位上。Cl2,AlCl3100CBr2,浮石催化300c气相浓H2SO4HgSO4催化，220C混酸A300C3.氧化还原反应（1）氧化反应口比咤环对氧化剂稳定，一般不被酸性高镒酸钾、酸性重铭酸钾氧化，通常是侧链烧基被氧化成较酸。jjVCH3KMnO4/H+ye。0HNN3-口比咤甲酸（烟酸）HNO3口比咤

13、易被过氧化物（过氧乙酸、过氧化氢等）氧化生成氧化口比咤。氧化此咤在有机合成中用于合成4-取代口比咤化合物3一氯口比咤3-澳口比咤3-硝基口比咤口比咤-3-磺酸a一口比咤甲酸NOCH3C-OOH精品文档(2)还原反应口比咤比苯易还原，用钠加乙醇、催化加氢均使此咤还原为六氢口比咤(即胡椒咤)4.亲核取代由于口比咤环上的电荷密度降低，且分布不均，故可发生亲核取代反应。例如：NaNH2_H2O(N一中一/)向、公NHjNHNaN一甲本胺中回流N17.3.2喀噬及其衍生物喀咤本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很广，服喀咤、胞喀咤、胸腺喀咤是遗传物质核酸的重要组成部分，微生素Bi也含有喀咤环。合成药

14、物的磺胺喀咤也含这种结构。OHOHNN人产3火JHON胞喀咤(C)HONHON尿喀咤(U)胸腺喀咤(T)精品文档uracilthyminecytosine5-羟基色氨动物激素，参与神经思维的物质。CH2CH2NHACMelatonine脑白金精品文档 17.417.4杂环化合物稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂环稠合在一起的化合物。常见的有唾咻、呻噪和喋吟。61N5N728N4N93H喋吟(Purine)17.4.1口引喋呻喙是白色结晶，熔点52.5Co极稀溶液有香味，可用作香料，浓的呻喙溶液有粪臭味。素馨花、柑桔花中含有呻噪。呻噪环的衍生物广泛存在于动植物体内，与人类的生命、生活有密切

15、的关系。I分解CvCH33一甲基口引喋（粪臭素）N很稀时有茉莉香味H色氨酸构成蛋白质的重要成分唾咻(Quioline)精品文档呻喙的性质与口比咯相似，也可发生亲电取代反应，取代基进入B-位。见Br2,0-OA0cC6H5COONO2ACH3CN,0cN.SO317.4.2唾咻唯咻存在于煤焦油中，为无色油状液体，放置时逐渐变成黄色，沸点恶臭味，难溶于水。能与大多数有机溶剂混溶，是一种高沸点溶剂。1 .唯咻的性质(1)取代反应唾咻是有口比咤稠合而成的，由于此咤环的电子云 0.980.770.96 密酸低于与之并联的苯环，所以唾咻的亲电取代反应0.95.0.79iccN发生在电子云密度较大的苯环上，

16、取代基主要进入5或精品文档P563。238.05C,有3-澳口引喋70%3-硝基口引喋35%3-口引喋磺酸8位。而亲核取代则主要发生在口比咤环的2或4位.(2)氧化还原反应唾咻用高镒酸钾氧化时，苯环发生破裂，用钠和乙醇还原是其口比咤环被还原，这说明在喳咻分子中口比咤环比苯环难氧化，易还原。2.唾咻环的合成法一一斯克劳普(Skraup)法:唾咻的合成方法有多种，常用的是斯克劳普法。是用苯胺与甘油、浓硫酸及一种氧化剂如硝基苯共热而生成。精品文档Ag2SO4浓H2SO4,220KNH2.二甲苯100cBrBr2+浓H2SO4SO3H+BrNHNaH2O精品文档CH2-CH-CH2OHOHOH8491

17、%精品文档其反应过程见1。3 .唯咻的衍生物唯咻的衍生物在自然界存在很多，如奎宁、氯峰、罂粟碱、吗啡等。奎宁（金鸡钠碱）存在于金鸡钠树皮中，有抗疟疾疗效含一个被还原了的异峰咻环，是从鸦片中提取出来的。吗啡的盐酸盐是很强的镇痛药， 能持续6小时，也能镇咳，但易上瘾。将羟基上的氢换成乙酰基，即为海洛因，不存在于自然界。海洛因比吗啡更易上瘾，可用来解除晚期癌症患者的痛苦。17.4.3喋吟NnNHNN(n)7H-喋吟HO-CH-(CH2)3-N1C2H5NHC2H5ClN氯唾（合成抗疟疾药）罂粟碱CH=CH2N精品文档CH3OHOCH精品文档喋吟为无色晶体，m.p216217C,易溶于水，其水溶液呈中性，但能与酸或碱成盐。纯喋吟环在自然界