第十六章杂环化合物2

第十六章杂环化合物2第1页，共54页。16.1杂环化合物的分类与命名

一、杂环化合物的分类第2页，共54页。常见的杂环化合物第3页，共54页。第4页，共54页。五元杂环化合物的命名五元杂环五元杂环苯并体系呋喃(furan)噻吩(thiophene)吡咯(pyrrole)苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯吲哚(indole)第5页，共54页。唑的命名含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是氮，则该杂环化合物称为唑。命名时的编号原则是：1）

让杂原子的位号尽可能小；2）当两个杂原子不相同时，编号的次序是：价数小的在前，大的在后；3）价数相等时，原子序数小的在前，大的在后。OSN2价3价原子序数小原子序数大O、S、N的次序如左：第6页，共54页。异噻唑(isothiazole)吡唑(pyrazole)异噁唑(isoxazole)1,2-唑噁唑(oxazole)噻唑(thiazole)咪唑(inidazole)1,3-唑第7页，共54页。六元杂环化合物的命名六元杂环吡啶(pyridine)吡喃(pyran)γ-吡喃酮(γ-pyrone)α-吡喃酮(α-pyrone)哒嗪(pyridazine)嘧啶(pyrimidine)吡嗪(pyrazine)第8页，共54页。杂环并杂环喹啉(quinoline)异喹啉(isoquinoline)苯并吡喃(benzopyran)苯并--吡喃酮(benzo--pyrone)嘌呤(purine)六元杂环苯并环系第9页，共54页。是一无色有恶臭液体，与水及许多有机溶剂，如乙醇、乙醚等混溶，是良好的溶剂。吡啶氮上有一对电子未参与共轭，易接受质子，具有碱性。碱性：脂肪胺＞氨＞吡啶＞芳香胺16.2吡啶一.结构和物理性质第10页，共54页。二.化学性质1.吡啶环上亲电取代反应与苯环比较吡啶环是缺电子芳香杂环，性质类似于硝基苯，不能进行傅氏烷基化和酰基化反应。第11页，共54页。亲电取代位置在3-或5-位进行，为什么？第12页，共54页。吡啶亲电取代反应发生在β-位，除用电子理论解释外，还可以用中间体的稳定性加以说明：第13页，共54页。显然，当吡啶环上连有供电子基团时，将有利于亲电取代反应的发生；反之，就更加难以进行亲电取代反应。吡啶环也象硝基苯一样，不能发生F―C烷基化和酰基化反应。第14页，共54页。吡啶环的亲核取代反应主要发生在α-位和γ-位，被取代的可以是氢原子，也可以是易于离去的基团。如：2.吡啶环上亲核取代反应第15页，共54页。除吡啶环2,4,6位上卤素容易被亲核试剂取代外，吡啶环2位的负氢离子也能被取代。吡啶环2位负氢离子被强亲核性氨基负离子取代,同时放出氢气，称齐齐巴宾（Chichibabin）反应。第16页，共54页。3.吡啶环上氮的碱性及亲核性第17页，共54页。

吡啶既然是一个碱，遇酸形成稳定的盐。如用非质子硝化试剂、磺化试剂，或卤素、卤代烷、酰氯与吡啶反应，也将形成相应的吡啶盐：第18页，共54页。吡啶盐的重要的用途：*可用来做温和的磺化、硝化、卤化、烷基化、酰基化的试剂第19页，共54页。吡啶环2,4,6位烷基的α-H具有一定酸性，其酸性与甲基酮的α-H相同。4.侧链α-H的反应第20页，共54页。a.氧化吡啶环电子云密度小，不容易被氧化。5.吡啶的氧化和还原第21页，共54页。第22页，共54页。b.还原电子云密度大的环容易被氧化，电子云密度小的环容易被还原。第23页，共54页。16.3喹啉与异喹啉喹啉、异喹啉的性质与吡啶相似，具有弱碱性。1.Skraup合成：芳香族伯胺与甘油同硫酸和氧化剂（如：硝基苯、五氧化二砷、氧化铁等）一起加热，即可得喹啉及其衍生物。一.喹啉及其衍生物的合成第24页，共54页。反应过程：①.甘油在浓硫酸（或磷酸）作用下脱水生成丙烯醛，也可直接用α，β-不饱和醛或酮②.苯胺与丙烯醛发生迈克加成第25页，共54页。③.质子化的醛对苯环进行亲电取代反应④.1,2-二氢喹啉氧化第26页，共54页。第27页，共54页。二.异喹啉的合成Bischler-Napieralski合成法第28页，共54页。1.亲电取代反应亲电取代反应主要发生在碳环的5位和8位。

2.喹啉及异喹啉的反应第29页，共54页。亲核取代反应主要发生在吡啶环上。喹啉环上2位和4位，异喹啉环上1位的氯原子容易被亲核试剂取代。2.亲核取代反应第30页，共54页。第31页，共54页。喹啉和异喹啉类似于吡啶，在喹啉2与4位侧链及异喹啉1位侧链上有活泼的α-H，可进行缩合和亲核取代反应。与吡啶类似，形成季铵盐后，侧链α-H活性提高3.侧链α-H的反应第32页，共54页。第33页，共54页。4.氧化及还原第34页，共54页。一呋喃、噻吩、吡咯的结构二呋喃、噻吩、吡咯的制备 三呋喃、噻吩、吡咯的反应第二节含有一个杂原子的五元杂环体系第35页，共54页。吡咯的结构孤电子对在p轨道上。吡咯结构：吡咯N是sp2杂化，孤电子对参与共轭。反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上相当有一个邻对位定位基。共轭效应是给电子的。诱导效应是吸电子的。一呋喃、噻吩、吡咯的结构呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。第36页，共54页。二呋喃、噻吩、吡咯的制备1.工业制备（略）2.实验室制备(1)帕尔-诺尔(Paal,C.-Knorr,L.)合成法第37页，共54页。三种化合物的相互转化(有氧化铝存在的情况下)（2）诺尔合成法氨基酮酸酯第38页，共54页。1.呋喃、噻吩、吡咯的质子化反应2.呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应3.呋喃、噻吩、吡咯的加成反应 三呋喃、噻吩、吡咯的反应第39页，共54页。1.呋喃、噻吩、吡咯的质子化反应分子接受一个质子的反应称为质子化反应.（1）呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可质子化；（2）质子化反应主要发生在C-2上；α-C质子化β-C质子化N-质子化第40页，共54页。（3）由于

-C的质子化反应，吡咯在强酸作用下会因聚合而被破坏；（4）在稀的酸性水溶液中，呋喃的质子化在氧上发生并导致水解开环。第41页，共54页。2.呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应*1亲电取代反应的活性顺序为：吸电子诱导：O(3.5)>N(3.0)>S(2.6)给电子共轭：N>O>S综合：N贡献电子最多，O其次，S最少①电子密度

②σ-络合物八隅体结构最稳定无最稳定结构（1）概述第42页，共54页。*2取代反应主要发生在α-C上；*3吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试剂时需要注意；*4噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易加成；呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核试剂存在下，能发生亲核加成。离域能：噻吩：121.3kJ·mol-1吡咯：87.8kJ·mol-1呋喃：66.9kJ·mol-1第43页，共54页。*5杂原子和取代基的定位效应A杂原子的定位效应：B取代基的定位效应：第一取代基进入到杂原子的α-位。3位上有取代基时，呋喃、吡咯、噻吩的定位效应一致。第44页，共54页。2位上有取代基时，吡咯、噻吩的定位效应一致，情况如下：2-取代呋喃在强亲电试剂的作用下易发生2,5-加成反应：第45页，共54页。（2）呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应呋喃,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化;通常用比较温和的非质子硝化试剂，如：硝酸乙酰酯。反应在低温下进行。第46页，共54页。呋喃比较特殊,先生成稳定的或不稳定的2,5加成产物,然后加热或用吡啶除去乙酸,得到硝化产物。第47页，共54页。（3）呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应吡咯、呋喃不太稳定，所以须用温和的磺化试剂磺化。常用的温和的非质子的磺化试剂有：吡啶与三氧化硫的加合化合物。噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），也可以用温和的磺化试剂磺化。(固体，含量90%)第48页，共54页。S+

NSO3ClCH2CH2Clr.

t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+第49页，共54页。（4）呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代(Cl,Br)产物，要采用低温、溶剂稀释等温和条件。碘不活泼，要用催化剂才能发生一元取代第50页，共54页。（5）呋喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反应Eg1Eg4Eg3Eg2第51页，共54页。sp2杂化