第十四章杂环化合物

1、 第十四章第十四章 杂环（芳香族）化合物杂环（芳香族）化合物1. 杂环芳香族化合物（类型，命名）杂环芳香族化合物（类型，命名）2.五员芳杂环的亲电取代（活性比较，反应取向，已五员芳杂环的亲电取代（活性比较，反应取向，已 有取代基有取代基对亲电取代取向的影响）；还原反应和对亲电取代取向的影响）；还原反应和Diels-Alder反应；呋喃反应；呋喃的酸性开环，呋喃的加成反应及其应用；吡咯的酸性聚合，吡的酸性开环，呋喃的加成反应及其应用；吡咯的酸性聚合，吡咯钾盐的反应。咯钾盐的反应。3.吡啶的碱性和亲核性亲电取代，亲电取代活性和取向；吡啶的碱性和亲核性亲电取代，亲电取代活性和取向； 吡吡啶的亲核取代

2、；吡啶的还原和氧化（氧化剂及氧化产物）啶的亲核取代；吡啶的还原和氧化（氧化剂及氧化产物） N-氧化吡啶的性质（亲电性和亲核性）；吡啶氧化吡啶的性质（亲电性和亲核性）；吡啶2和和4位侧链上的位侧链上的反应（亲核加成和取代）。反应（亲核加成和取代）。4.苯并五员杂环的亲电取代苯并五员杂环的亲电取代5.喹啉和异喹啉的性质（亲电取代，亲核取代，取代的取向，喹啉和异喹啉的性质（亲电取代，亲核取代，取代的取向，氧化和还原及取向，侧链上的反应）；喹啉的氧化和还原及取向，侧链上的反应）；喹啉的Skraup合成法合成法及机理及机理学习要求学习要求 杂环化合物（杂环化合物（heterocyclic compoun

3、ds）是指）是指构构成环的原子除碳原子外还有其它原子的环状有机化合物成环的原子除碳原子外还有其它原子的环状有机化合物。碳原子以外的原子，称为杂原子（碳原子以外的原子，称为杂原子（heteroatoms），常），常见的杂原子有氧、硫、氮等。在自然界存在大量的杂环见的杂原子有氧、硫、氮等。在自然界存在大量的杂环化合物，加上人工不断合成新的杂环，实际上杂环化合化合物，加上人工不断合成新的杂环，实际上杂环化合物是有机化合物中数量最庞大的一类，此类化合物已引物是有机化合物中数量最庞大的一类，此类化合物已引起化学家越来越多的重视。起化学家越来越多的重视。 大多数杂环化合物具有芳香性，符合大多数杂环化合物具

4、有芳香性，符合Hckel规则，规则，是一种稳定的环状共轭体系，但也有些杂环化合物不具是一种稳定的环状共轭体系，但也有些杂环化合物不具有芳香性，如：有芳香性，如： 四氢呋喃四氢呋喃 六氢吡啶六氢吡啶 二噁烷二噁烷 -吡喃吡喃 咪唑啉咪唑啉对于一些从形式上看是含杂原子的有机化合物，但其性质与对于一些从形式上看是含杂原子的有机化合物，但其性质与相应的开链化合物极相似，则不看作是杂环化合物。如环状相应的开链化合物极相似，则不看作是杂环化合物。如环状内酯，环状酰胺成环状酰亚胺等。内酯，环状酰胺成环状酰亚胺等。NHOOONNHO 杂环化合物分类杂环化合物分类: 单杂环与稠杂环两大类；单杂环与稠杂环两大类；

5、 根据是几元环可以把杂环分为三元、四元、五元、根据是几元环可以把杂环分为三元、四元、五元、六元等杂环；六元等杂环； 根据杂原子数目又可以分为含一个杂原子、含两个根据杂原子数目又可以分为含一个杂原子、含两个杂原子或含三个杂原子等杂环；杂原子或含三个杂原子等杂环； 还可以根据杂原子种类分为含氧杂环、含硫杂环、还可以根据杂原子种类分为含氧杂环、含硫杂环、含氮杂环和含磷杂环等。含氮杂环和含磷杂环等。 含一个杂原子含一个杂原子 呋喃呋喃 噻吩噻吩 吡咯吡咯 含二个杂原子含二个杂原子 含一个杂原子含一个杂原子 含二个杂原子含二个杂原子 单单杂杂环环 五元杂环五元杂环 六元杂环六元杂环 咪唑咪唑 吡唑吡唑

6、噻唑噻唑 噁唑噁唑 吡啶吡啶 r-吡喃吡喃 -吡喃吡喃嘧啶嘧啶 吡嗪吡嗪 哒嗪哒嗪OSNHNNHNHNNSNONOONNNNNN苯并呋喃苯并呋喃 吲哚吲哚 苯并噻唑苯并噻唑五元杂环与五元杂环与苯环稠合体系苯环稠合体系 六元杂环与六元杂环与苯环稠合体系苯环稠合体系 杂环与杂环杂环与杂环稠合体系稠合体系 喹啉喹啉 异喹啉异喹啉 嘌呤嘌呤 蝶呤蝶呤稠杂环稠杂环 常见杂环化合物的分类、命名常见杂环化合物的分类、命名 (indole)ONHSNNNNNNNNNNHN 当环上连有烷基、硝基、卤素、羟基、氨基等取当环上连有烷基、硝基、卤素、羟基、氨基等取代基时，以代基时，以杂环为母体杂环为母体； 当环上当环

7、上连有醛基、羧基、磺酸基等时，将杂环作为连有醛基、羧基、磺酸基等时，将杂环作为取代基取代基，取代基位置用数字编号，杂原子编号应最小，取代基位置用数字编号，杂原子编号应最小，如有不同种类杂原子，则按如有不同种类杂原子，则按O，S，N的顺序由小到大的顺序由小到大编号。例如：编号。例如： 5-乙基噻唑乙基噻唑 4-氨基嘧啶氨基嘧啶 2-甲基甲基-5苯基噁唑苯基噁唑2-呋喃甲醛呋喃甲醛 3-吡啶甲酸吡啶甲酸NOCH3C6H5NSNNC2H5NH2NCOOHOCHO 芳香族杂环芳香族杂环本章重点本章重点NHNNONNHNNS 符合符合Hckel规则（规则（1. 环状环状, 2. 共平面共平面, 3. 垂

8、直平面的垂直平面的p轨道轨道, 4. 4n+2 p电子）电子） 共振能：共振能：1629 千卡千卡/mol 均能发生芳香族化合物的典型反应均能发生芳香族化合物的典型反应亲电取代反应亲电取代反应 1H NMR在在 d=69ppm处有芳香族化合物的特征吸收处有芳香族化合物的特征吸收杂环芳香族化合物的芳香性：杂环芳香族化合物的芳香性：NNN: sp2杂杂化化H第一节第一节 含一个杂原子的五员芳杂化合物含一个杂原子的五员芳杂化合物CCCCAHHHHA 杂原子的性质杂原子的性质 杂原子对环的影响杂原子对环的影响ONHS 芳香性芳香性 共轭二烯性质共轭二烯性质 不饱和性不饱和性 由于在氧、氮、硫三种原子中

9、，氧原子电负性较大，由于在氧、氮、硫三种原子中，氧原子电负性较大，呋喃环中氧原子周围呋喃环中氧原子周围电子云密度较大，削弱了电子云密度较大，削弱了电子的电子的共轭，故呋喃的芳香性最小，实际上它已表现出部分二共轭，故呋喃的芳香性最小，实际上它已表现出部分二烯的性质。硫原子电负性较小，原子半径又大，硫原子烯的性质。硫原子电负性较小，原子半径又大，硫原子对对电子的吸引力因而较小，故噻吩环上电子的吸引力因而较小，故噻吩环上电子共轭程度电子共轭程度增强，电子云分布较均匀，所以具有较强的芳香性，氮增强，电子云分布较均匀，所以具有较强的芳香性，氮原子介于氧和硫之间，使得吡咯的芳性也介于呋喃和噻原子介于氧和硫

10、之间，使得吡咯的芳性也介于呋喃和噻吩之间。从以上分析可知有下面的芳香性顺序：吩之间。从以上分析可知有下面的芳香性顺序：芳香性：苯芳香性：苯 噻吩噻吩 吡咯吡咯 呋喃呋喃1 五员芳杂化合物的亲电取代反应五员芳杂化合物的亲电取代反应反应相对活性反应相对活性AE+AEAE+ +a-取代取代b-取取代代主要产物主要产物NHOS310186101151091 取代位置取代位置对取代位置的解释对取代位置的解释（分析反应中间体的相对稳定性）（分析反应中间体的相对稳定性）i. 取代在取代在a a位位AE+AEAEAE贡贡献献最最大大（满满足足八八隅隅体体）a a 取代H H+AE中间体有三个中间体有三个主要共

11、振式主要共振式中间体较稳定中间体较稳定 ii. 取代在取代在b b位位AEAEAE+AEH H+贡贡献献最最大大（满满足足八八隅隅体体）中间体只有二个中间体只有二个主要共振式主要共振式中间体较不稳定中间体较不稳定 对亲电取代反应活性的解释对亲电取代反应活性的解释 i. 由五员杂环的结构分析由五员杂环的结构分析杂原子起给电子基杂原子起给电子基的作用，环上的电的作用，环上的电荷密度比苯环大荷密度比苯环大AAAAA ii. 由中间体的稳定性分析由中间体的稳定性分析AEH H+AEAE+a a 取代E+E- H+EH比较：苯的亲电取代比较：苯的亲电取代满足八隅体满足八隅体（较稳定）（较稳定）未满足八隅

12、体未满足八隅体（较不稳定）（较不稳定） 亲电取代反应举例亲电取代反应举例注意：注意：五员杂环较活泼，遇酸不稳定五员杂环较活泼，遇酸不稳定A强强酸酸氧氧化化聚聚合合分分解解反反应应剧剧烈烈（吡吡咯咯，呋呋喃喃，噻噻吩吩）硝化：硝化：HNO3/H2SO4磺化：磺化：H2SO4用温和试剂代替用温和试剂代替（1） 五员杂环的硝化反应五员杂环的硝化反应AcONO2AcONO2+硝化试剂硝化试剂NHAcONO2Ac2O, 10oCNHNO2NHNO251%13%+SAcONO2Ac2O-AcOH, 0oCSNO2SNO260%10%+ 吡咯和噻酚发生正常亲电取代反应吡咯和噻酚发生正常亲电取代反应 呋喃发生

13、加成反应（特殊，共轭烯烃性质）呋喃发生加成反应（特殊，共轭烯烃性质）OAcONO2 5 30oCONO2AcO碱 或ONO2 HOAc加成消除OONO2AcOHHBONO2AcOONO2NO2 HOAc+机理：机理：磺化试剂：磺化试剂：（2） 五员杂环的磺化反应五员杂环的磺化反应NSO3（吡啶 SO3加合物）NH100oCNHSO3HSSH+r. t.SO32Ba2+OH+OSO3H+OSO3HHO3S41%15%90%86%Ba(OH)2NSO3NSO3NSO3r. t.噻吩还可直接用硫酸磺化（活性大，较稳定）噻吩还可直接用硫酸磺化（活性大，较稳定）应用：除去苯或甲苯中的噻吩应用：除去苯或甲

14、苯中的噻吩SSSO3HH2SO4r. t.S（少量）H2SO4r. t.SSO3H溶解于硫酸中反应快&OOCSSCH3OPhCClO（较弱的Lewis酸）PhCOSnCl2Ac2ONHNHNN PhBF3PhN2 XOBr2 / 0oC稀溶液OBrSSBrHOAcBr2,（3）其它亲电取代）其它亲电取代 卤代卤代 FriedelCrafts反应反应 与重氮盐偶联与重氮盐偶联2 环上已有取代基对亲电取代取向的影响环上已有取代基对亲电取代取向的影响四种单取代情况四种单取代情况a a 位位有有取取代代基基给给电电子子基基吸吸电电子子基基AGAWAGAW给给电电子子基基吸吸电电子子基基b b 位位有有

15、取取代代基基 反应举例反应举例aa位给电子基位给电子基aa位吸电子基位吸电子基SCH3HNO3 / Ac2OSCH3SCH3O2NNO2+70%30%SNO2HNO3SNO2SNO2O2NO2N+85%15%ONO2HNO3ONO2O2N(AcONO2)主要产物（例外）SHNO3 / Ac2OSNO2BrSBr2BrCOOHCH3COOHSCOOHBrbb位给电子基位给电子基bb位吸电子基位吸电子基 (i) a a 位有位有给电子基给电子基从中间体稳定性分析取代基对反应取向的影响从中间体稳定性分析取代基对反应取向的影响AG345E+进入3位进入4位进入5位AGEAGEAGEAGEAGEAGEA

16、GEE+E+ 二个共振式二个共振式 推电子基使推电子基使 稳定稳定 二个共振式二个共振式 推电子基未推电子基未 起作用起作用 三个共振式三个共振式 推电子基使推电子基使 稳定稳定较稳定较稳定不稳定不稳定最稳定最稳定 (ii) a a 位有位有吸电子基吸电子基 二个共振式二个共振式 吸电子基使吸电子基使 不稳定不稳定 二个共振式二个共振式 吸电子基未吸电子基未 起作用起作用 三个共振式三个共振式 推电子基使推电子基使 不稳定不稳定AW345E+进入3位进入4位进入5位AWEAWEAWEAWEAWEAWEAWEE+E+较稳定较稳定不稳定不稳定最稳定最稳定 (iii) b b 位有位有给电子基给电子

17、基AG245E+进入2位进入4位进入5位AGEE+E+AGEAGEAGEAGEAGEAGEAGE 三个共振式三个共振式 推电子基使推电子基使 稳定稳定 二个共振式二个共振式 推电子基未推电子基未 起作用起作用 三个共振式三个共振式 推电子基未推电子基未 起作用起作用较稳定较稳定不稳定不稳定最稳定最稳定AW245E+进入2位进入4位进入5位AWEE+E+AWEAWEAWEAWEAWEAWEAWE (iv) bb位有位有吸电子基吸电子基 三个共振式三个共振式 吸电子基使吸电子基使 不稳定不稳定 二个共振式二个共振式 吸电子基未吸电子基未 起作用起作用 三个共振式三个共振式 吸电子基未吸电子基未 起

18、作用起作用较稳定较稳定不稳定不稳定最稳定最稳定OSNHH2 / PdH2 / PdOSNHH2 / MoS23. 五员芳杂环的其它反应五员芳杂环的其它反应（1） 还原成饱和杂环化合物还原成饱和杂环化合物使用特殊催化剂使用特殊催化剂（噻吩能使常用（噻吩能使常用氢化催化剂中毒）氢化催化剂中毒）THF（常用溶剂）（常用溶剂）吡咯烷吡咯烷 用用Raney Ni催化氢化使噻酚还原脱硫催化氢化使噻酚还原脱硫其它脱硫的例子其它脱硫的例子SRRRRNiSSCCORORRaney NiRaney NiH2H2CCOROR+NiS+RCRORCRSSSHHSRCRHHH2Raney Ni一种还原羰基至亚一种还原羰

19、基至亚甲基的方法甲基的方法（2） Diels-Alder反应（共轭二烯性质）反应（共轭二烯性质）O+CO2CH3CO2CH3OCO2CH3CO2CH3FBrLiOONHHN（3） 呋喃的几个特殊反应呋喃的几个特殊反应(i) 2, 5-二取代呋喃的酸性开环反应（成二取代呋喃的酸性开环反应（成 1, 4-二酮）二酮）合成上进一步应用合成上进一步应用制备环戊烯酮衍生物制备环戊烯酮衍生物ORCH2CH2RH2O / H+ORCH2CH2RORRCH2OOHORRH2O / H+ORROONHS共共振振能能(kcal/mol)1621222936 呋喃的芳香性较小呋喃的芳香性较小 呋喃酸性开环机理呋喃酸

20、性开环机理:ORRH+ORRHHORRORROH2OHRROHOHRROHOHRRO- - H+H+OHRROORROH2O- - H+(ii) 呋喃的加成反应（呋喃的共轭二烯性质）呋喃的加成反应（呋喃的共轭二烯性质）例：与例：与AcONO2的反应（前面已介绍）：的反应（前面已介绍）：SAcONO2Ac2O-AcOH, 0oCSNO2SNO260%10%+OAcONO2 5 30oCONO2AcO碱 或ONO2 HOAc加成消除取取代代比较比较OBr2 / CH3OHOH3COBrCH3OHOH3COOCH3例：例：2, 5-二甲氧基二甲氧基-2, 5-二氢呋喃二氢呋喃 2, 5-二甲氧基二氢

21、呋喃的形成机理：二甲氧基二氢呋喃的形成机理：Br2+2 CH3OHCH3O+Br CH3Br+H2OOBrOBrCH3OOBrH3CO BrOH3COOH3COOCH3OCH3 合成上的应用举例合成上的应用举例OBr2 / CH3OHOH3COBrCH3OHOH3COOCH3H2 / PdOH3COOCH3H2OH+OHOH琥珀醛1, 4-丁二醛 （1）吡咯）吡咯N的碱性很弱，不能与质子结合的碱性很弱，不能与质子结合吡咯的质子化发生在环上（主要是吡咯的质子化发生在环上（主要是a位）位）4. 吡咯的一些特殊性质吡咯的一些特殊性质NH+NHHHNHH+NHHHNHHHNHHH正电荷仅集中正电荷仅集

22、中在氮原子上在氮原子上正电荷分散在多个原子上正电荷分散在多个原子上R3NNKb10-410-14H（2）吡咯在酸性条件下发生聚合）吡咯在酸性条件下发生聚合聚合机理聚合机理:NHnH+NHHHnNHH+NHHHNHNHHHNHHNHHHNHHNHHNHHHHNHHHn（3） 吡咯吡咯N-H的弱酸性的弱酸性吡咯钾盐的生成吡咯钾盐的生成NHNK+KH2NHpKa17.5NRRH 35ROH17PhOH10（4） 吡咯钾盐的性质吡咯钾盐的性质吡咯负离子吡咯负离子 的结构特点的结构特点共振式共振式NN有烯胺负离子片断有烯胺负离子片断烯胺烯胺NNNNN环上每个位置环上每个位置均带负电荷均带负电荷吡咯负离子

23、的一些典型反应吡咯负离子的一些典型反应NKCO2H2OH+NHCOOHCHCl3KOHNHCHORCClONCOR150oCNHCORCH3INCH3150oCNHCH3这些反应与这些反应与那几个反应那几个反应相似？相似？ 几个相似的反应几个相似的反应（酚类的反应）（酚类的反应）OAlCl3OHCROCROOHCRO+ONaOHCO2H+OHCO2H加压CO2OHOHOHCHO+OHCHOCHCl3Reimer-Tiemann反应Kolbe-Schmitt反应Fries重重排排ON吡咯负离子与吡咯负离子与苯氧基负离子苯氧基负离子有相似性有相似性烯醇负离烯醇负离子片断子片断烯胺负离烯胺负离子片断

24、子片断 呋喃、吡咯和噻吩环的制备方法，常采用呋喃、吡咯和噻吩环的制备方法，常采用1,4-二羰二羰基化合物为原料。基化合物为原料。5. 呋喃、吡咯和噻吩环的制法呋喃、吡咯和噻吩环的制法H2CCCCH2H3CCH3OCH3H3CNHCH3H3CSCH3H3CP2O5P2S5100(NH4)2SO4或或 NH3, OO 吡咯环还常用吡咯环还常用克诺尔（克诺尔（knorr）合成法来合成，合成法来合成，此法是由此法是由-氨基酮与氨基酮与-二羰基化合物（如二羰基化合物（如-酮酸酯）酮酸酯）发生缩合反应。发生缩合反应。H2C+NH2H3CCOH2C COOC2H5COCH3H+NHCH3COOC2H5H3C

25、6、含两个杂原子的五元杂环、含两个杂原子的五元杂环 环中含有二个杂原子的体系称为环中含有二个杂原子的体系称为唑（唑（azole），），根据杂原子的位置不同，可以分为根据杂原子的位置不同，可以分为1,2-唑与唑与1,3-唑。当唑。当杂环化合物含有不同的杂原子时，按氧、硫、氮的顺杂环化合物含有不同的杂原子时，按氧、硫、氮的顺序编号，并使杂原子的编号最小。序编号，并使杂原子的编号最小。1,2-唑唑 异噁唑异噁唑 异噻唑异噻唑 吡唑吡唑 (isoxazole) (isothiazole) (pyrazole) b.p 95 b.p 113 b.p 118 m.p 70 ONSNNHN1,3-唑唑 噁唑

26、噁唑 噻唑噻唑 咪唑咪唑 (oxazole) (thiazole) (imidazole) b.p 70 b.p 117 b.p 263 m.p 96 NNHNSNO 咪唑的分子结构咪唑的分子结构 HNN 在噁唑、异噁唑分子中，由于氧原子的吸电子效应，在噁唑、异噁唑分子中，由于氧原子的吸电子效应，使氮原子供电能力减弱，故碱性下降，尤其是异噁唑的使氮原子供电能力减弱，故碱性下降，尤其是异噁唑的碱性最弱。它们的共轭酸碱性最弱。它们的共轭酸pKa数据证明了这一点。数据证明了这一点。 pKa -2.03 1.3 2.4 2.5 7.0 ONH+NH+ONH+SNHNH+NH+NH 1,3-唑及唑及1,

27、2-唑与呋喃、噻吩、吡咯类似，都可以唑与呋喃、噻吩、吡咯类似，都可以发生亲电取代反应，但由于唑分子中增加了一个吸引发生亲电取代反应，但由于唑分子中增加了一个吸引电子的氮原子，降低了环上的电子云密度，因而唑的电子的氮原子，降低了环上的电子云密度，因而唑的亲电取代的反应活性较呋喃、噻吩、吡咯为低。亲电取代的反应活性较呋喃、噻吩、吡咯为低。1,2-唑与唑与1,3-唑的亲电取代反应的活性顺序有：唑的亲电取代反应的活性顺序有： 1,2-唑唑 1,3-唑唑 NNHNSNONHNSNON 唑发生亲电取代反应时，取代的位置与呋喃、噻唑发生亲电取代反应时，取代的位置与呋喃、噻吩、吡咯有所差别。吩、吡咯有所差别。

28、1,2-唑取代位置都在唑取代位置都在4-位位，咪唑，咪唑环的取代位置也在环的取代位置也在4-位，而位，而噻唑环噻唑环的取代位置都以的取代位置都以 5-位位为主。为主。ONSNONSNO2NHO3SHNO3,H2SO4浓浓H2SO4,SO3NNHNHNNNHNHNBrO2NBr2AcOH- H2OHNO3,H2SO4NHNO2NNSNNHNSNNHBrHO3SBr2, CHCl3发烟发烟H2SO4HgSO4NHNBr第二节第二节 含一个杂原子的六员芳杂化合物（吡啶）的性质含一个杂原子的六员芳杂化合物（吡啶）的性质吡啶的结构吡啶的结构N共振能：共振能：23卡卡/molCCCCCNHHHHHsp2轨

29、道轨道象叔胺象叔胺有亲核性和碱性有亲核性和碱性N可被氧化可被氧化 吡啶性质的初步分析吡啶性质的初步分析N亚胺结构片断亚胺结构片断有亲电性有亲电性与亲核试剂反应与亲核试剂反应不饱和性不饱和性可加氢还原可加氢还原与苯相似与苯相似有芳香性有芳香性可亲电取代可亲电取代1 吡啶的碱性和亲核性吡啶的碱性和亲核性（1） 碱性碱性 合成上作为有机碱合成上作为有机碱Knoevenagel反应（反应（p711）NR3NNKb10-910-410-14HROTs+TsClNROH+NH ClRCH+NC(CO2C2H5)2RCHOCH2(CO2C2H5)2 其它应用其它应用制备吡啶盐试剂制备吡啶盐试剂如磺化试剂如磺

30、化试剂NNSO3SO3NHSO3H(1)(2) HClNClH+NHNSO3NSO3SO3H+N（2）亲核性）亲核性 吡啶的烷基化吡啶的烷基化N-甲基吡啶盐的重排甲基吡啶盐的重排NCH3NCH3II+N-甲基吡啶盐甲基吡啶盐NCH3300oCHINaOHNCH3NCH3HINCH3NaOH重排NCH3I 吡啶的酰基化及其应用吡啶的酰基化及其应用NRCClONRCOCl作为酰基化试剂ROHRCORONClH+NRCOROHNRCOORHRCOORHN+吡啶充当一个好的离去基团RCORONH+酰基化机理酰基化机理2. 吡啶环上的亲电取代吡啶环上的亲电取代 待解答的两个问题待解答的两个问题:NENN

31、NEEEorora a 取取代代b b 取取代代 取取代代取代位置：取代位置：哪个为主？哪个为主？反应活性：反应活性：比苯快比苯快? 还是比苯慢还是比苯慢? 一些实验事实一些实验事实N发烟 H2SO4发烟 HNO3 /无反应发生发烟 H2SO4发烟 HNO3 /NNO2300oC / 24hN(CH3)3发烟 H2SO4发烟 HNO3 /N(CH3)3NO2钝化钝化b取代取代起强吸电起强吸电子基作用子基作用对比：对比：其它钝化现象其它钝化现象有给电子基时反应较易进行有给电子基时反应较易进行NNSO3HNBr浓 H2SO4 / HgSO4220oC300oCBr2 / 浮石无反应发生Friede

32、l-Crafts 反应NKNO3 / 浓 H2SO4110oCNNO2H3CCH3H3CCH3NNH220oCBr2 / HOAcNNH2BrN EE(i) 由吡啶的共振式分析由吡啶的共振式分析:结论结论: 1. 环上带正电环上带正电, 不利于亲电取代不利于亲电取代 2. b 位的正电荷密相对较低（较位的正电荷密相对较低（较 易反应的位置易反应的位置 对反应取向及钝化现象的解释对反应取向及钝化现象的解释NNNNNN EE (ii) 由反应的中间体稳定性分析由反应的中间体稳定性分析 取代在取代在 a a 位位不稳定不稳定正电荷在电负性正电荷在电负性大的原子上大的原子上中间体有中间体有两个两个主要

33、共振式主要共振式NENENENEHHH- - H+NEa a 位位Eb b 位位NNEHNEHNEH- - H+NE 取代在取代在 b b 位位中间体有中间体有三个三个主要主要共振式，共振式，较稳定较稳定 取代在取代在 位位ENNEHNEHNEH- - H+NE不稳定不稳定正电荷在电负性正电荷在电负性大的原子上大的原子上中间体有两个主要共振式中间体有两个主要共振式（与（与a a位反应类似）位反应类似） 环上已存在的环上已存在的给电子基给电子基对反应的定位作用对反应的定位作用NGEENGEENGENGE（弱）（强）3. 吡啶环上的亲核取代反应吡啶环上的亲核取代反应 NNuNNHNuNNuNu =

34、 NH2, PhNu H通过氧化去氢通过氧化去氢或或与负氢接受体结合与负氢接受体结合亚胺片断亚胺片断亲核加成亲核加成负氢消除过程负氢消除过程（1） NaNH2与吡啶的亲核取代与吡啶的亲核取代 反应反应机理机理:NNNH2+NaNH2H2NH3 或 PhNMe2NNH2NHNH2HNH2NNH2+HHNNHH或NNH2+NHN+HHNH2NNH+NH3NH2（2） PhLi 与吡啶的亲核取代与吡啶的亲核取代机理机理NPhLiNPhO2 or PhNO2,(氧化)NPhLiNPhLiHO2 or PhNO2,(氧化芳构化)NPh（3） a a 或或 位有离去基团时的亲核取代位有离去基团时的亲核取代

35、（取代易进行）（取代易进行）NClNOHNaOHNHOa a-吡啶酮异构化NHO（仍有芳香性）NClNOHCl ClNOHOHNNH2(1)NaNO2, HCl(2)H2O,NOHNHO异构化NNaNH2机理：机理： 制备制备a-吡啶酮的其它方法吡啶酮的其它方法例：例：好离去基好离去基其它取代例子其它取代例子NNH2NClNH3, ZnCl2(a)NClPhNH2NNHPh(b)NBrNH3NNH2BrBrNOCH3NClNaOCH3 HOCH3(c)(d)NNH3NClNH3,ZnCl2ZnCl2ClNNH2ClZnCl- HClNNH2 ZnCl2（d）的取代机理）的取代机理4. 吡啶的还

36、原和氧化吡啶的还原和氧化（1） 还原还原吡啶环比苯环易被还原吡啶环比苯环易被还原NH2, Pt0.3 MPNHNNHNHSn / HClor Na / EtOHH2, Ni喹啉1, 2, 3, 4-四氢喹啉十氢喹啉NH2O2HOAcNON-氧化吡啶（2） 氧化氧化 氧化在侧链上氧化在侧链上NCH3KMnO4NCOOHNNCH3NCOOH尼古丁(烟碱)烟酸HNO3 氧化在氧化在 N 上上R3NH2O2R3NO胺氧化合物对比：对比：5. N-氧化吡啶的性质氧化吡啶的性质(1) 有亲电性有亲电性（易与亲电试剂发生亲电取代）（易与亲电试剂发生亲电取代）NO发烟HNO3发烟H2SO490oCNONO2主

37、要产物NNO2POCl3+PCl3N发烟 H2SO4发烟 HNO3 /NNO2300oC / 24h对比：对比：反应活性不同反应活性不同取代位置不同取代位置不同NO(1) PhMgX(2) H2ONOHPhHAc2ONPhNPhLiNPhO2 or PhNO2,(氧化)(2) 有亲核性有亲核性（易与亲核试剂进行亲核加成）（易与亲核试剂进行亲核加成）对比：对比：反应较快反应较快为什么为什么N-氧化吡啶氧化吡啶既有亲电性又有亲核性？既有亲电性又有亲核性？(i)NONONONOONO 结构上有相似性结构上有相似性邻对位负电邻对位负电荷密度较大荷密度较大（1）N-氧化吡啶有两种形式的共振式氧化吡啶有两

38、种形式的共振式保留吡啶的特点保留吡啶的特点邻对位正电荷密邻对位正电荷密度较大度较大NONONONON(ii)NO 结构上有相似性结构上有相似性NONOHNO2NOHNO2八隅体,稳定NONO2 H+NONO2PCl3NNO2+OPCl3NO2PCl3（2） 反应的中间体较稳定反应的中间体较稳定(i) 亲电取代机理亲电取代机理NOPhMgXNOMgXPhHH2ONOHPhHAc2ONOAcPhH HOAcNPh(ii) 亲核加成及进一步机理亲核加成及进一步机理比较稳定比较稳定亲电性较强亲电性较强6. 吡啶吡啶 2 和和 4 位侧链上的反应位侧链上的反应 吡啶吡啶 2 和和 4 位的位的a a氢氢

39、 有弱酸性有弱酸性醛酮的类醛酮的类似性质似性质有亲核性有亲核性NCH2BHNCH2NCH2NH2CHBNCH2NCH2ORCH2BHORCH2ORCH2OH2CHBROCH2ROCH2R对比对比烯醇负离子烯醇负离子共轭烯醇共轭烯醇负离子负离子反应举例反应举例:(1) 与醛酮加成与醛酮加成机理：机理：NCH3Ph C PhONCH2NCH2NH2NCH2HPhCPhOH2ONaNH2PhCPhOHNCH2PhCPhONCH2PhCPhOH类似于醛酮类似于醛酮的什么反应？的什么反应？(2) Michael加成加成(3) 烷基化烷基化NCH2CH3CH3NCH2CH3CH2CH3NCH2CH3CH2

40、NaNH2CH3INCH3N RLiCNCNNCH21.2. H2O(4) Lewis 酸作用下的加成反应酸作用下的加成反应NCH3H CHONCH2CH2OHZnCl2NCH3ZnCl2NCH2ZnClClHNCH2ZnClH CHONCH2ZnClCH2OH2O HClNCH2CH2OH机理：机理：Lewis 酸加强酸加强了了a a氢的酸性氢的酸性 合成吡啶环最重要的方法是合成吡啶环最重要的方法是韩奇（韩奇（AHantzsch）合成法。由二分子合成法。由二分子-酮酸酯，一分子醛和一分子氨发酮酸酯，一分子醛和一分子氨发生缩合反应即得到吡啶环。生缩合反应即得到吡啶环。 7. 吡啶环的合成吡啶环

41、的合成ROOCROCOORORNHCO2RRRRO2CR+RCHONH3HNO3NCO2RRRRO2CR 此反应过程可能是：一分子醛与一分子此反应过程可能是：一分子醛与一分子-酮酸酮酸酯先发生缩合反应，接着与另一分子酯先发生缩合反应，接着与另一分子-酮酸酯加成，酮酸酯加成，再与氨发生缩合。再与氨发生缩合。 RCHO + RCCH2COORORCOCCOORCHRROOCRORORCOOR+Et2NHO ORRCOORROOCRO ORRCOORROOCRRRCOORROOCRNHNH31. 含一个杂原子的含一个杂原子的苯并五员杂环苯并五员杂环体系体系三种苯并五员杂环体系三种苯并五员杂环体系亲电

42、取代反应：亲电取代反应：吲哚吲哚苯并呋喃苯并呋喃苯并噻吩苯并噻吩AEAEAEor芳香性比苯环差芳香性比苯环差负电荷密度校大负电荷密度校大第三节第三节 稠杂环化合物稠杂环化合物NHOS123456712345671234567亲电取代中间体分析：亲电取代中间体分析：苄基型正碳离子苄基型正碳离子（有两个主要共振式）（有两个主要共振式）满足八隅体满足八隅体 两种中间体均有两种中间体均有一定的稳定性一定的稳定性（一个主要共振式）（一个主要共振式）AEAEAEHAEAEAEHHAE- H+- H+2-位3-位亲电取代反应举例：亲电取代反应举例：NHN SO3NHSO3HSNHCOCH3Ac2O主要产物+

43、 2位取代产物OHNO3HOAcONO2AlCl3NSO3HOHNO2少量取向类似取向类似取向不同取向不同2. 含一个杂原子的苯并六员杂环体系含一个杂原子的苯并六员杂环体系喹啉和异喹啉：喹啉和异喹啉：N12345678N12345678亲电取代（反应取向）亲电取代（反应取向）氧化和还原反应氧化和还原反应结构和性质分析结构和性质分析喹啉喹啉异喹啉异喹啉碱性和亲和性碱性和亲和性亲电取代亲电取代亲核取代亲核取代氧化和还原反应氧化和还原反应支链上的反应支链上的反应象吡啶（杂环部分）象吡啶（杂环部分）象萘（碳环部分）象萘（碳环部分） 由共振式分析环由共振式分析环 上的电荷分布：上的电荷分布：2.1 喹啉

44、的性质喹啉的性质:NNNNNN保留一个芳环两个芳环不存在芳环N ENu（1） 亲电取代亲电取代N12345678N N12345678ENN+EE通常通常 5 位与位与 8 位活性相当位活性相当从结构特点解释：从结构特点解释：苯环比吡啶苯环比吡啶环活泼环活泼结构类似萘环结构类似萘环（5, 8位易取代）位易取代）问题：问题：5位带有正电荷，位带有正电荷，为何与为何与8位活性相当？位活性相当？亲电取代反应举例亲电取代反应举例NHNO3NNO2NNO252%48%Br2AgSO4 / H2SO4NBrNBr51%49%H2SO4+NH2SO4, SO390oCNSO3HH2SO4300oCNHO3S

45、热力学稳定产物 用反应机理解释反应取向：用反应机理解释反应取向：结论：结论：均有两个均有两个主要的共主要的共振式，稳振式，稳定性差别定性差别不大。不大。 NE5-位8-位NENENENENENENENENENENEHHHHHHHHHH（2）喹啉的亲核取代：）喹啉的亲核取代： 反应与吡反应与吡啶类似啶类似NClCH3ONa,CH3OHNOCH3NClClNCHPhCNClNaCHPhCNNNaNH2NNH2(1) LiBun(2) H2ONBunNPhNaNH2H2OH2ONPhNH2PhNO2Chichibabin反应反应Chichibabin反应反应（3） 喹啉的氧化和还原喹啉的氧化和还原氧

46、化：氧化：在负电荷密度大的环上在负电荷密度大的环上NKMnO4HOOCHOOCNNNH2 mol H2Pt3 mol H2PtNHHNCH3EtOCCOEtO ONaOEt / HOEtNCH2CCOOEtO（4） 侧链的反应侧链的反应反应机理？反应机理？还原：还原：在较不稳定的环上在较不稳定的环上酰基化酰基化2.2 2.2 异喹啉的性质异喹啉的性质 由共振结构分析由共振结构分析 环上的电荷分布环上的电荷分布N ENuNNNNNNNN（1）亲电取代）亲电取代N浓 HNO3浓 H2SO4NN+NO2NO20oC100oC72%8%65%10%N发烟 H2SO4NSO3H300oCNBr2,75oCNBrAlCl3（2）亲核取代）亲核取代试解释：试解释：为什么异喹啉为什么异喹啉的亲核取代发的亲核取代发生在主要在生在主要在 1 位位, 而几乎不而几乎不发生在发生在 3 位位?NNNH2H2ONLiBunH2ONBunKNH2NH3PhNO2NClClNCH(CO2Et)2ClNaHCH2(CO2Et)2（3） 侧链的反应侧链的反应 3 位上侧链不活泼，为什么位上侧链不活泼，为什么?NCH3PhCHO, ZnCl2100oC, 2hNCHCHPh对比NCH3PhCH