吉林大学课件-基础有机化学邢其毅、第三版第14章PPT.doc

第十四章杂环杂环：构成环系的原子除碳以外还有其它原子ONNHO普通杂环芳香杂环一、分类14.1 杂环的分类和命名杂环单杂环稠杂环五元杂环六元杂环NNNNHOS吡咯（氮杂茂） 呋喃（氧杂茂） 噻吩（硫杂茂） 茂NNNOSN咪唑（1,3-二氮杂茂） 噁唑（1,3-氧氮杂茂） 噻唑（1,3-硫氮杂茂）二、命名NNHNN吡啶 吲哚 喹啉 异喹啉NHNNNONNNCH3H3CNO2嘌呤 3甲基吡咯 5甲基咪唑 2硝基噁唑12345SNO2NSO2NHNNCH3磺胺（ST） 烟碱NROCHNSOCOOHR：CH2Ph 青霉素G (CH2)6CH3 青霉素KClClCHOCH3可口服NHOS14.2 一杂五元杂环的结构一、芳香性sp2杂化NHO芳香性苯 噻吩 吡咯 呋喃离域能150.6 121.3 87.8 66.9(KJ/mol)原因：苯：电子云均匀分布五元杂环：电负性ONS，电子云向杂原子偏移二、键长NH0.1383nm0.1371nm0.1429nmO0.1362nm0.1361nm0.1431nmS0.1714nm0.1370nm0.1423nm键长未彻底平均化NHOSNHOS0.70D-I+C1.73D -I1.90D -I0.51D-I+C1.81D+C-I1.58D -I三、偶极矩14.3 五元杂环的化学性质Z芳香性：亲电取代反应Z的共轭效应使亲电活性高不饱和键：加成反应一、亲电取代反应Z+ (CF3CO)2OClCH2CH2Cl 75。CZCOCF3+ CF3COOHZ O S NH相对速率1.4102 1 5.5107亲电取代反应活性：吡咯呋喃噻吩苯亲电试剂主要进攻位Z+ E 234512 ZHEEHZEHZZHE原因：位EHZ3 15432+ E ZZHEZHE位NH-0.06-0.10+0.32量子力学计算：五员杂环活性高，直接硝化易发生氧化反应硝化试剂：硝酸乙酰酯(CH3CO)2O + HNO3CH3COONO2+ CH3COOH反应条件：低温1. 硝化反应NHCH3COONO2Ac2O, -10。CNHNO2NHNO251 13OCH3COONO2-5 -30。CO+NO2HAcO-ONO2HHAcO吡啶ONO2由于呋喃芳香性小，具有共轭双烯的性质SCH3COONO2Ac2O, -10。CSNO2SNO27052. 磺化反应磺化试剂NCH2Cl2SO3,室温N+SO-OOOClCH2CH2Cl, 室温N+SO-OOOSO3-N+H+OSO3H41%应用：除去苯中少量噻吩NH100。CN+SO-OONHSO3-N+H+NHSO3H90S25。CSSO3H浓H2SO46976%3. 卤代反应NH+ Br2C2H5OH 0。CNHBrBrBrBrNH+ SOCl2(C2H5)2O 0。CNHCl80%O+ Br2二氧六环 0。COBr80%S+ Br2SBr78%CH3COOH4. 付氏酰基化反应NH+ (CH3CO)2ONHCOCH360%150200。CO+ (CH3CO)2OOCOCH37592%BF3S+ (CH3CO)2OSCOCH3SnCl45. Reimer-Tiemann反应NHCHCl325%KOHNHCHO6. 氯甲基化反应S+ HCHO + HCl0。CSCH2ClZnCl27. 偶联反应NHN2+Cl-CH3COONaNHNN8. 取代五元杂环的亲电取代反应A. 取代ZY+ E+Y：I类定位基ZYEY：II类定位基ZYEZ=O, S, NHOCH3CH3COONO2OCH3NO2ONO2稀HNO3ONO2O2NB. 取代OY+ E+OYEY：I类定位基 II类定位基OCH3OCH3O2NCH3COONO2稀HNO3ONO2ONO2O2NZ+ E+Y：I类定位基ZYY：II类定位基ZZ=S, NHYEYESCOOCH3H3CHCHO, HCl ZnCl2SCOOCH3H3CClH2CSCH3SCH3O2N稀HNO3二、加成反应O+ H2PdONH+ H2PdNHS+ H2MoS2S1. 催化氢化2. Diels-Alder反应OOO25。COOOOHHO90%环的稳定性：苯噻吩吡咯呋喃O强酸树脂化3. 环的稳定性OH3CCH3H3OCH3COCH2CH2COCH3OHH3CCH3H2OHCCHCH3COHCOH2H3CHHCCHCH3COHCOHH3COH3CCH3H3OCH3COCH2CH2COCH3NHHNHHHNHHHNHNHHHNHHNHNHHHNHHNHHHHHSH不树脂化NHKOH（固）NK三、吡咯的特殊性质1. 弱酸性pKa152. 吡咯盐的反应NK+ CH3INCH3NK+ PhCOClNCOPh70%甲苯110。CNHHNMgXCO2H2ONHCOOHRMgXCH3CH2CH2CH3S600。CSHCCH 2HCHOCH2Cl2HOH2CCCCH2OHNH3加压HN14.4 五元杂环的制备一、工业法玉米芯或稻壳H3OCHOCH2CH(OH)CH(OH)CH2OHZnO or Cr2O3 400。COCHOO糠醛-H2OOH2CCH2COCH3H3COCH3CCH3P2S5SH3CCH3(NH4)2CO3NHH3CCH3P2O5二、闭环法例：由甲苯、小于等于2C原料合成OPhPhPhCH3KMnO4 H+PhCOOHPhCOOC2H5CH3COOHC2H5OH H+CH3COOC2H5CH3COOC2H5PhCOOC2H5+EtONaPhCOCH2COOC2H5EtONaI2PhCCHCHCPhCOOC2H5OOH5C2OOC稀OH-H3+OPhCCH2CH2CPhOOP2O5T.M.C2H5OH H+14.5 吡啶的结构Nsp2杂化NN2.22D-I, -CNH1.17D -IN0.140nm0.139nm0.134nm键长未彻底平均化14.6 吡啶的化学性质一、碱性及成盐反应N(CH3)3NNH2NHpKb 4.2 8.8 9.4 13.6孤对电子未参与共轭孤对电子参与共轭N+ HClN+H Cl-N+ SO3N+SO3-N+ CH3IN+CH3 I-N+ PhCOClN+石油醚20。CCOPh Cl-二、亲电取代反应N浓H2SO4浓HNO3300。CNNO2浓H2SO4200。CNSO3H Br2, 浮石300。CNBr(CH3CO)2O AlCl3不反应67039亲电取代反应活性低：N的电负性大强亲电试剂易与吡啶成盐NNH2Br2, CH3COOH 20。CNNH2Br90反应特点：NYNHYNHYNHY位位位NYNYHNYHNYHNYNYHNYHNYH亲电试剂进攻位三、亲核取代反应N+ PhLi甲苯NPh+ LiHN+ NaNH2N(CH3)2NN-HNa+H2ONNH2+ NaOH位位位NNuNHNuNHNuNHNuNNNuHNNuHNNuHNuNNuNNuHNNuHNNuH亲核试剂进攻，位NNNClOCH3NCH3ONaBrBrNH3, H2O160。CNH2Br四、氧化反应1. 侧链氧化NCH3KMnO4NCOOHSeO2NCHO2. H2O2氧化N H2O2（30）NOCH3COOH65。CPCl3，CHCl3N+ POCl3A. N氧化吡啶的亲电取代反应NO发烟HNO3发烟H2SO4NONO2PCl3, CHCl3NNO2 POCl39080%亲电试剂以进攻位为主NO+ E+NEHONEHO满足八电子构型B. N氧化吡啶的亲核取代反应NONOOCH3PCl3, CHCl3NOCH3 POCl3CH3ONaCH3OH亲核试剂以进攻位为主NO+ Nu-NNuHO五、侧链H的反应NCH3+ PhCOPhNaNH2NCH2COHPhPh14.7 稠杂环化合物NHOSN吲哚 苯并呋喃 苯并噻吩 喹啉一、喹啉的反应1. 亲电取代反应N浓HNO3浓H2SO4NNO2NNO22. 亲核取代反应NNNNH2NH2NaNH23. 氧化反应NNCOOHCOOHKMnO4二、Skraup(斯克劳普)法合成喹啉NH2 CH2CHCH2OHOHOH浓H2SO4PhNO2N8491CH2CHCH2OHOHOHHCH2CHCHO 2H2ONH2CHOCHCH2NHCH2CH2COHHNHCH2CH2COHHNHCH2CHOHHNHCH2PhNO2N反应机理喹啉衍生物的合成NH2 CH2CHCOCH3FeCl3ZnCl2NCH373%NH2 2CH3CHO浓HCl100。CN32%CH3NOHOHNH2+ CH2=CHCHONO2NHCOCH3NHCOCH3SO3HNHCOCH3SO3HNO2NHCOCH3NO2NH2NO2OHNO2OHNH2 NNNH2NH2+ 2 CH2