杂环化合物的反应.ppt

1、第八讲 杂环化合物的反应,第一节. 氧化还原,第二节. 亲电反应,第三节. 亲和反应,第四节. 重排反应,第五节. 其它反应,1.氧化,第一节. 氧化还原,杂环化合物的氧化,N-氧化,C-氧化,1) N-氧化,杂环化合物的N-氧化一般是在酸性条件下用过氧化氢等过氧化物进行反应. 除了过氧化氢外, 间氯过氧苯甲酸(mCPBA)、单过氧邻苯二甲酸、过硼酸钠(SPB)等都可以完成N-氧化且具有较高的收率,杂环化合物的N-氧化主要体现在吡啶等六员杂环上. 由于这类杂环化合物的N原子上含有孤对电子，这对孤电子可以与O的空位P轨道产生配位，从而形成N-氧化物,如 Coperet等采用低浓度过氧化氢和催化剂

2、甲基三氧化铼(MTO)配合使用, 在室温下对各种简单取代吡啶进行氧化6h, 效果甚好, 收率多在80%以上,由这种N-氧化所得到的杂环N-氧化物在某些领域十分有用,A）4-硝基吡啶的制备,N-氧化吡啶,实际操作如下,连有氨基和硝基的吡嗪在更低浓度过氧化氢和三氟乙酸(TFA) 下氧化2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪得到的ANPZ，密度高达1.93g/cm3，显著地提高了产物的能量,B）含能材料的制备,再如用过氧化氢在三氟乙酸的存在下室温氧化5-亚硝基-2,4,6-三氨基嘧啶4h得到5-亚硝基-2,4,6-三氨基嘧啶-1,3-二氧化物,收率超过50,2) C-氧化,杂环化合物的C-氧化,侧链氧化

3、,芳香C-H键氧化,环氧化,A）侧链氧化,杂环化合物含有侧链烷基时，其氧化一般发生在侧链,烟碱 烟酸 烟酰胺,B）环氧化,没有侧链取代基的稠环杂环化合物其氧化一般发生在电子云密度大的环上,C）芳香C-H键氧化,2.还原,杂环化合物的还原相对较易,稠合杂环的还原与氧化不同，可以渐次展开，且还原优先发生在杂环上,因此，喹啉的氧化还原如下,第二节. 亲电反应,一般而言，五员杂环化合物的杂原子具有+C效应，能活化杂环，故此它们容易发生亲电取代反应,亲电取代反应活性顺序： 吡咯呋喃噻吩苯,位比-位活泼，亲电取代主要发生在-位,作为比较，实际操作中,唑的活性低于单杂五元环。1,2-唑反应发生在C-4位;

4、1,3-唑主要发生在C-4位,六员杂环化合物不易发生亲电取代反应，且反应一般发生在位,Pyridine is less active, than benzene toward electrophilic agents, because nitrogen is more electronegative, than carbon and acts like an electron withdrawing substituent, including the meta-directing effect,Attempted Electrophilic Aromatic Substitution,Unr

5、eactive, Stable,How can we nitrate pyridine,We now have an activating and protecting group,Mechanism,Direct Reactions with Electrophiles: Additions, Substitutions,Some examples (c.f. react. with ArLi,第三节. 亲核反应,杂环化合物的亲核反应,SNAr反应,芳香C-H键反应,苯炔过渡态反应,1.SNAr反应,2.苯炔过渡态反应,六员杂环化合物的芳香C-H键反应一般发生在位,3.芳香C-H键反应,A）

6、Chichibabin氨化,ANRORC (Add. Of Nu., Ring Opening and Ring Closure,B. VNS氨化,C. 格氏试剂反应,D. 重氮化,1. ANRORC mechanism,The ANRORC mechanism in organic chemistry describes a special type of substitution reaction. ANRORC stands for Addition of the Nucleophile, Ring Opening, and Ring Closure in nucleophilic at

7、tack on ring systems and it helps to explain product formation and distribution in some nucleophilic substitutions especially in heterocyclic compounds. This reaction mechanism has been extensively studied in reactions of metal amide nucleophiles (such as sodium amide) and substituted pyrimidines (f

8、or instance 4-phenyl-6-bromopyrimidine 1) in ammonia at low temperatures. The main reaction product is 4-phenyl-6-aminopyrimidine 2 with the bromine substituent replaced by an amine. This rules out the formation of an aryne intermediate A which would also give the 5-substituted isomer,第四节. 重排反应,2. B

9、oulton-Katritzky rearrangement,Rearrangment of 5- to 7-substituted 4-nitrobenzfuroxanes,Boulton A. J., Katritzky A. R., Rev. Chim. (Romania), 1962, 7, 691,3. Ciamician-Dennsted rearrangement,Cyclopropanation of a pyrrole with dichlorocarbene generated from CHCl3 and. NaOH. Subsequent rearrangement t

10、akes place to,4. Cornforth rearrangement,Cornforth重排反应是由澳洲化学家 John Cornforth (1917)（1975年获化学诺奖）于1949年首先报道。其是C-5为烃基取代（-R1）、C-4 为酰基取代（-C(O)R2）的恶唑环系，在加热时发生重排，生成 R1与 R2互换的产物,C-4 用硫代酰基（-C(S)R2）取代后，重排后可得1,3-噻唑环系,反应机理： 反应机理可能为底物发生开环，生成一个开链的二酰基腈叶立德中间体，然后再使用 -C(O)R2 的羰基经过电环化成恶唑环，得到产物,5. Morin rearrangement,在

11、这些杂化化合物中，一般都具有很弱的碱性,但吡咯具有弱酸性,1. 酸碱性,第五节. 其它反应,该钾盐可以方便地转化成N-取代的衍生物,吡啶环氮也体现弱碱性,2. 芳香偶联反应,3. 歧化反应,4. 脱羧反应,4. The Diels-Alder Reaction,Otto Diels,Kurt Alder,Noble Prize in 1950,5. 羰基化反应,Davoli P , Forni A , Prati F , et al . Tetrahedron , 2001 , 57 (9) :1801-1812,Coates GW , Getzler YD YL , Mahadevan V. WO 3050154 , 2003,Magnesium Derivatives,Boron / Silicon / Tin Derivatives,Transmetallaton,Zinc Derivatives,Reactions on Metallated Heterocycles,Pd-Catalyzed coupli