第二十章杂环化合物课件

十章杂环化合物heterocycliccompound碳环化合物：如苯、萘、环己烷。杂环化合物。如吡啶、喹啉、四氢呋喃：农药、医药、生命科学中重要作用，研究热点。一、杂环化合物的分类和命名1、Toclasstheheterocycliccompounds依有无芳香性：芳香性杂环，无芳香性杂环；依环大小分：、、五元环、六元环、、、、、依杂原子种类分：氮杂环、氧杂环、磷杂环、、依环的存在形式分为单杂环和稠杂环2、杂环化合物的命名

tonametheheterocycliccompounds呋喃吡咯噻吩

咪唑噻唑噁唑杂环母体音译，杂原子编号最小，最低位序规则。1）五元杂环2）六元杂环的命名常见六元杂环的母体化合物及其名称。

吡啶嘧啶吡嗪

六氢吡啶吡喃吗啉3）稠杂环化合物一般稠杂环化合物有固定的编号顺序。常见稠杂环化合物如下。

喹啉奎宁吲哚

9-氢嘌呤7-氢嘌呤稠杂环化合物的编号按照规定的顺序进行，首先考虑杂原子位次，其次考虑取代基位次。

3-甲基吲哚/6-羟基嘌呤4-甲基吡喃/6-羟基异喹啉4）其它杂环化合物其它类型杂环化合物结构与名称。1，3，5-三噁烷/1，3，5-三嗪5-硝基喹喔啉/二噁烷1、呋喃、噻吩、吡咯的结构特点呋喃、噻吩、吡咯中的杂原子都是sp2杂化,轨道中的电子分布如下图所示。二、

吡咯、呋喃和噻吩的结构与性质分析这三种化合物是否有芳香性！吡咯有没有碱性（为什么？）2、偶极矩

dipolemoment呋喃和噻吩的偶极矩指向杂原子，而吡咯的则相反。氢化后的偶极矩都指向杂原子。3、Thechemicalpropertiesofpyrrole吡咯是富电子芳香环，多余电子来自N原子。无碱性，N-H酸性，和强碱生成吡咯盐。吡咯钾盐与卤代烃反应可以生成N-烃基吡咯；3）Thereactionofpyrrolsalt吡咯钾盐和二氧化碳生成α-吡咯甲酸；吡咯钾盐和酰氯反应，经加热重排在α-位上酰基；生成α—吡咯基酮。4）吡咯的N—取代基加热重排

thethermalrearrangementofpyrrolwithN-substituent

吡咯和格利雅试剂反应生成镁盐。（实际上是N-取代吡咯的重排）镁盐和卤代烷反应在α-位，和β-位上烃基。5）吡咯的溴化与硝化

brominationandnitrationofpyrrole吡咯遇浓酸生成树脂状物质.0℃乙酸酐/浓硝酸硝化，α—位上硝基。溴化时用NBS，在α—位上溴原子。6）SulfonationandVilsmeierreactionofpyrrole不用浓硫酸磺化，吡啶/三氧化硫生成α—吡咯磺酸。威尔斯迈尔反应（DMF/OPCl3),生成α—吡咯甲醛。7）Iodinationofpyrrole吡咯与碘碱性溶液中加热，生成四碘吡咯。8）Azoreactionandconjugatingadditionreactionofpyrrole吡咯和重氮盐在α-位上偶连反应。有文献说吡咯有双烯合成合成反应吡咯的性质歌诀吡咯富电芳香环，亲电活性胜苯胺。氮氢遇碱生成盐，烃化、酰化氮上边。氮上取代热重排，转向2-位更自然。二氧化碳吡咯盐，会向2-位连甲酸。吡咯遇酸聚合起，硝化磺化选试剂，硝化乙酐用低温，磺化氧硫加吡啶。溴化试剂溴亚胺，碘化四代用强碱偶连可用重氮盐，共轭加成不增环。4、Thechemicalpropertiesoffuran1）呋喃和吡咯结构类似，硝化反应也用硝酸/乙酸酐，生成α-硝基呋喃。

(Thechemicalpropertyoffuranisanalogoustothepyrrole’s)2）Thedifferenceoffurantopyrrole呋喃芳香性不如吡咯强，趋于共轭二烯烃性质。和Br2/CS21,4-加成,脱HBr生成α-位溴代物.-50℃3）Diels-Alderreactionoffuran呋喃的共轭双烯性质和马来酐起双烯合成.(反应生成两种立体异构体。)外型内型4）Hydrolysisoffuranunderacidicconddition呋喃酸性水解成丁二醛。2,5-位有取代基的水解成二酮。5、Thechemicalpropertiesofthiophene噻吩亲电取代活泼性小于吡咯和呋喃。噻吩硝酸/硫酸硝化，生成α—硝基噻吩。噻吩用浓硫酸磺化，生成α—硝基磺酸。4）Brominationandacylationofthiophene溴化用NBS，生成α—溴代噻吩。噻吩和乙酸酐/四氯化锡在α—位发生乙酰化。5）VilsmeierreactionandD-Areaction噻吩发生威尔斯迈尔反应生成α—噻吩甲醛。噻吩100℃/高压与马来酐起双烯合成反应。6）Thereactionofthiopheneanddimethylbut-2-ynedioate噻吩和丁炔二甲酸酯起双烯合成反应。桥环化合物脱硫异构成邻苯二甲酸酯。7）Hydrogenationofthiophene,furanandpyrrole噻吩类硫醚，催化加氢成丁烷和硫化氢。吡咯加氢生成四氢吡咯。呋喃加氢生成四氢呋喃。高压呋喃和噻吩的性质歌诀

呋喃的性质呋喃氧吸电，芳香不如吡咯环。硝化硝酸乙酸酐，加溴共轭二烯见。双烯合成马来酐，酸性水解丁二醛。噻吩的性质噻吩活性近苯胺，磺化可用浓硫酸，硝化用硝酸，溴化要用溴亚胺。酰化用酸酐，威尔斯迈制芳醛。双烯合成100度，催化加氢成丁烷。8）pyrrolecirclesynthesisbyPaal-Knorrmethod二醛或二酮与氨（胺）反应合成吡咯用乙酰乙酸乙酯方法合成吡咯。问题：烯胺是如何与氯乙酮反应的？多吡咯环（卟吩环）化合物四个吡咯环由次甲基共轭连接称为卟吩环，或者叫lei族化合物。氯化血红素叶绿素中含有多个吡咯环。叶绿素a,R=CH3

叶绿素b,R=CHO*synthesisoffuranandthiophenecircleγ－二酮/硫酸、五氧化磷、氯化锌、强酸性离子交换树脂催化下合成呋喃环。γ－二酮与五硫化磷则合成噻吩环。三、Indolepropertiesofindole(analogoustopyrrole)：苯环稠合吡咯环—吲哚具芳香性。N-H可被金属取代、R-MgX取代N-H其镁盐与R-MgX反应，R在3—位；HCl作用重排至2—位。亲电取代3—位优先；3—位被占则在2—位。3—位取代后可重排至2—位。吲哚和DMF/三氯氧磷在3—位上甲醛基.1、ReactionofGrignardreagent与格利雅试剂生成镁盐，镁盐与格利雅试剂在3—位反应，卤化氢重排至2—位。2、Vilsmeierreactionofindole吲哚和DMF/三氯氧磷在3—位上甲醛基。3、Acetylationandnitrationofindole和乙酸酐在3—位酰化，三氟化硼/乙醚重排至2—位。强酸性溶液中3—位接受质子钝化，硝化反应在5—位进行。四、heterocycliccompoundsoveroneheteroatom1、常见多杂原子的五元环三唑（1，2，4）、四唑，吡唑（1，2）、咪唑（1，3）、三唑（1，2，3）苯并咪唑，苯并三唑苯并恶唑，恶唑（1，3）、异恶唑（1，2）2、多杂原子稠杂环3、其它苯并杂环苯并呋喃；苯并噻吩；苯并噻唑五、吡啶1、吡啶的结构特点吡啶非正六边形，环的键长、键角均不相等。4n+2个π电子，具芳香性。由于N原子吸电子，为缺电子芳环；N原子上存在孤电子对，有碱性。2、吡啶的碱性与亲核性吡啶具有弱碱性只与强酸生成盐。吡啶N上存在孤电子对，是良好的亲核试剂，与卤代烷生成N—烃基吡啶嗡*盐溴化N-甲基吡啶3、吡啶N原子上的反应与酰卤发生N—酰基化反应。N—酰基吡啶是良好的酰化试剂。过氧乙酸氧化成N—氧化吡啶。

4、吡啶的络合反应可与许多路易斯酸形成络合物：与三氧化硫络合物用于呋喃、吡咯噻吩的磺化。N—硝基吡啶氟硼酸盐是温和的硝化试剂。5、吡啶环的卤代反应N原子钝化作用，亲电取代类似于硝基苯。用2mol氯化铝催化3—位取代氯原子。浓硫酸催化130℃在3—位取代溴原子；6、吡啶环上的硝化与磺化与硝酸钾/硫酸在300℃在30-位上硝基；浓硫酸/氯化汞催化265℃在3-位上磺化。7、氨基吡啶与氧化吡啶2-氨基吡啶乙酸催化可以在氨基对位溴化。氧化吡啶90℃时可以在4-位硝化。三氯化磷脱氧成4-硝基吡啶。8、吡啶环的亲核取代反应吡啶环上氯活性小于硝基苯环上氯，与醇钠反应生成醚。N活化2-，4-位氯，3-氯不易于取代。N—甲基吡啶嗡离子2—，4—为氯易取代。9、Chichibabin反应与氨基钠在N，N-二甲基苯胺中110℃生成2-氨基吡啶。与甲基锂也可生成2—甲基吡啶。10、吡啶环的合成1）乙酰乙酸乙酯/Me2NH与CH2O缩合,再与乙酰乙酸乙酯加成生成3，5-二酯基-2，4-二酮。与氨/乙醇生成取代的1，4-二氢吡啶。用混酸氧化脱氢生成取代吡啶。2）2，4-戊二酮合成吡啶2，4-戊二酮与乙酸铵烯胺化，再与戊二酮缩合成取代吡啶。11、吡啶衍生物氨基吡啶重氮化水解成羟基吡啶。

2-，4-羟基吡啶与其吡啶酮互变。2-，4-甲基与氨基钠生成负离子，负离子与碘代烃反应可以烃基化。12、甲基吡啶的迈克尔加成、羟醛缩合与脱羧嗡盐的甲基可以发生迈克尔加成和羟醛缩合反应。吡啶甲酸易于脱羧，活泼性为2—>4—>3—羧基。吡啶的性质歌诀吡啶N吸电，缺电芳环是叔胺。盐酸和弱碱，酰化烃化N嗡盐。钝似硝基苯，亲电取代条件很。氯气氯化铝，高于一百间位取。硫酸硝酸钾，三百高温才硝化。磺化用汞盐，二百六十也犯难。对位有卤素，亲核取代条件够。氨基钠加温，氨基取代邻位H。对位甲基H，嗡盐活化显酸性：醛基能缩合，迈克加成可发生。含吡啶环的维生素烟酸和烟酰胺是B族维生素—维生素pp。有机体内参与氧化还原过程,促进细胞新陈代谢。可以防止维生素pp缺乏引起赖皮病、角膜炎、以及消化和神经系统障碍等疾病。维生素B6维生素B6

（吡哆素），包括吡哆素醇、哆醛和吡哆胺。广泛存在与蔬菜、谷物、豆类鱼、蛋类食物。吡哆素对光不稳定，对酸、碱、热较稳定。参与生物体内转氨作用维持蛋白质正常代谢。尼古丁和异烟酰肼尼古丁是一种生物碱，有剧毒。少量对神经有兴奋作用，可以增高血压。大量烟碱抑止神经中枢，使心脏麻痹致死。异烟酰肼又叫雷米封，具有抗结核作用。六、含多个杂原子的六员环1、多杂原子单环1）命名1,2—二嗪（哒嗪）、1，3—二嗪（嘧啶）1，4—二嗪（吡嗪）1，3，5—三嗪2）性质弱减，有芳香性，环上有羟基、氨基活化基才起亲电取代反应。环上杂原子增多利于亲核取代反应。嘧啶类化合物及互变异构脲嘧啶、胸腺嘧啶、胞嘧啶、5—氟嘧啶3）重要的嘧啶合成1，3—二醛（酮）、二酯、二腈与尿素、硫脲、胍等起反应合成。羰基化合物用乙醇/氯化氢，酯用醇钠催化。2、重要的嘌呤及合成嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤由邻二氨基嘧啶与甲酸合成，或邻氨基咪唑甲酰胺（氨甲酰基）与甲酸合