第二十章-杂环化合物.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二十章_杂环化合物,第一节 杂环化合物得分类,成环得原子(即环上得原子)除C原子外,还有其她原子(叫杂原子)得,环状,化合物,叫“杂环化合物”。,常见得杂原子有N、O、S,其中以N为最多。,杂原子可以就是1个也可以就是多个。,杂环化合物根据结构和性质得不同。可以分两类:,芳香性杂环:环比较稳定,具有一定程度得芳,香性。比如:吡啶。,脂 杂 环,:没有芳香性,她们得性质与杂原,子有关。,非芳香性杂环虽有杂原子,但她们很易开环,性质和相应得链状化合物很相似,一般不放在杂环化合物中讨论,而本章主讨论前一类。,(非芳香性杂环),一、脂杂环,没有芳香特征得杂环化合物称为脂杂环。,三元杂环,四元杂环,五元杂环,七元杂环,(氮杂环丙烷),(-丙内酯),(-丙内酰胺),(顺丁烯二酸酐),(氧杂),(1H-氮杂),(环氧乙烷),二、芳杂环,具有芳香特征得杂环化合物称为芳杂环,五元杂环,六元杂环,呋喃,噻吩,吡咯,吡啶,嘧啶,吡喃(无芳香性),苯并杂环,杂环并杂环,吲哚,喹啉,异喹啉,嘌呤,一、杂环母体得命名,常用音译法,就是按照英文名称得音译,选用同音汉字在加“口”字旁,表示环状化合物。,第二节 杂环化合物得命名,9,大家应该也有点累了，稍作休息,大家有疑问的，可以询问和交流,二、环上有取代基,编号原则:,(1)从杂原子开始依次用1、2、3,表示(异喹,啉例外),或依次用,、,来表示。,(2),当环上含有二个或两个以上得杂原子时,则按OSN得顺序编号,并使杂原子得位,次之和尽可能得小。,五元杂环,呋喃(furan),噻吩(thiophene),吡咯(pyrrole),五元杂环苯并体系,苯并呋喃,(benzofuran),苯并噻吩,(benzothiophene),苯并吡咯,吲哚(indole),六元杂环,吡啶(pyridine),吡喃(pyran),杂环并杂环,喹啉,(quinoline),异喹啉,(isoquinoline),嘌呤(purine),六元杂环苯并环系,2-呋喃甲醛 3-吲哚乙酸,(,-,呋喃甲醛),(,-,吲哚乙酸),一、结构:,第三节 呋喃、噻吩、吡咯得结构和物性,吡咯得结构,N原子sp,2,杂化,孤电子对在p轨道上。,富电子,体系,结构:吡咯N就是sp,2,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,于有一个邻对位定位基。,吡咯得结构:,呋喃得结构:,形成,5,原子,6,电子 共轭体系,符合,(,4n+2),规则,具有一定得芳香性,并且环上电子云密度比苯高,比苯更易发生亲电取代反应,尤其就是在位上。,亲电,取代活性次序为:,吡咯 呋喃 噻吩 苯,五元芳香杂环得结构特点及其特性:,2、由于环上电子云分布不如苯环均匀,所以芳香性较差,其芳香性次序就是:,离域能:150、5 117 88 67 kJ/mol,二、物性,偶极矩方向:,1、呋喃、噻吩、吡咯得质子化反应,2、呋喃、噻吩、吡咯得亲电取代反应,3、呋喃、噻吩、吡咯得加成反应,第四节 呋喃、噻吩、吡咯得反应,一、呋喃、噻吩、吡咯得质子化反应,分子接受一个质子得反应称为质子化反应、,(1)呋喃、噻吩、吡咯在酸得作用下可质子化;,(2)质子化反应主要发生在C-2上;,-C质子化,-C质子化,N-质子化,(3)由于-C得质子化反应,吡咯在强酸作用,下会因聚合而被破坏;,(4)在稀得酸性水溶液中,呋喃得质子化在氧,上发生并导致水解开环。,二、呋喃、噻吩、吡咯得亲电取代反应,*1 亲电取代反应得活性顺序为:,电子密度:,1、概述,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,八隅体结构最稳定,无最稳定结构,-络合物得稳定性,*2 取代反应主要发生在杂原子得-C上;,*3 杂原子和取代基得定位效应(P883),杂原子得定位效应:,第一取代基进入到杂原子,得-位。,取代基得定位效应:,(1),3 位上有取代基时,呋喃、吡咯、噻吩得定位效应一致。,(2)2 位上有取代基时,吡咯、噻吩得定位效应一致,情况如下:,2-取代得呋喃,原有得任何基团都使得第二基团定位进入C5位:,2、呋喃、噻吩、吡咯得硝化反应,呋喃,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直,接硝化;通常用比较温和得非质子硝化试剂,如:,硝酸乙酰酯,反应在低温下进行。,硝酸乙酰酯,呋喃比较特殊,先生成稳定得或不稳定得2,5-加成产物,然后加热或用吡啶除去乙酸,得到硝化产物。,3、呋喃、噻吩、吡咯得磺化反应,吡咯、呋喃不太稳定,所以须用温和得磺化试剂磺化。常用得温和得非质子得磺化试剂有:吡啶与三氧化硫得加合化合物。,噻吩比较稳定,既可以直接磺化(产率稍低),也可以用温和得磺化试剂磺化。,常用此法除去苯中含有得少量噻吩,3、呋喃、噻吩、吡咯得卤化反应,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。,4、呋喃、噻吩、吡咯得傅氏酰基化反应,sp,2,杂化,sp,3,杂化,碳上酰化,正电荷处在离域范围内,较稳定。,氮上酰化,正电荷不处在离域范围内。,呋喃、噻吩得酰化反应在,-C上发生,而吡咯得酰化反应(不用催化剂)既能在,-C上发生,又能在N上发生。在,-C上发生比在N上发生容易。,5、呋喃、噻吩、吡咯得傅氏烷基化反应,总体看,在合成上无实用价值。,补:吡咯得弱酸性和弱碱性,(1)吡咯虽然就是一个仲胺,但碱性很弱。只能很慢地溶解在稀酸溶液中,此溶液稍微加热则成为吡咯红(聚合物);浓酸则使其树脂化。,(2),吡咯具有弱酸性,(其酸性介与乙醇和苯酚之间),故吡咯能与固体氢氧化钾加热成为钾盐,与格氏试剂作用放出RH而生成吡咯卤化镁。,1 CO,2,2 H,2,O/H,+,吡咯钾盐和吡咯卤化镁都可用来合成吡咯衍生物。,三、呋喃、吡咯、噻吩得加成反应,1、加氢反应,四氢呋喃,(THF),四氢吡咯,2、Diels-Alder反应,呋喃最易发生,Diels-Alder,反应,补:糠醛,1、制备,:主要原料:农副产品、甘蔗渣、花生壳、高粱秆、棉子壳,用稀酸加热蒸煮制取,2、糠醛得性质,补、噻唑和咪唑,含有两个杂原子得五元杂环,若至少有一个杂原子就是氮,则该杂环化合物称为唑。,吲哚,卟啉化合物吡咯衍生物,卟吩环:四个吡咯环和四个次甲基(CH=)交替相联组成得大环,卟啉化合物广泛地存在于自然界,如血红素、叶绿素,1、血红素:,中心离子就是,Fe,2+,功能:输送氧;,CO,与血红素得结合能力大于,O,2,故呼吸,CO,就会中毒。,2、叶绿素:,中心离子就是,Mg,2+,1948,年测定了她得结构,1960,年全合成(,30,几步),Fisher,测定了结构,Woodward,全合成,死后拿了诺贝尔奖金。,3、,维生素B12,:,中心离子就是Co,存在于动物肝脏中,暗红色针状结晶,就是治疗抗恶性贫血得药物,就是天然产物最复杂得结构之一。,早在1926年就发现动物肝可以医治恶性贫血,从而生物化学家便开创了对肝中以医治恶性贫血得有效成分得研究。但由于她在肝中含量太少,而且在提纯过程中易分解,所以在较长时期无进展。直到1948年才分出了纯得暗红色B12晶体,因此,关于B12得结构又成为有机化学研究对象之一。至1954年,用X-射线衍射得方法才确定了上述结构。此后又经过十几年以及十几个国家科学工作者得努力,于1972年完成了VB12得全合成。,VB,12,第五节 吡啶得结构和物理性质,N原子上得孤电子对在sp,2,杂化轨道上。,=2、22D =1、17D,分子共平面,闭壳层共轭体系(4n+2),具有芳香性,键,孤对电子未参与共轭体系 碱性:,电子云密度分布不均匀:,N,亲电取代反应在,位,亲核取代反应在位或,位,1、43,吡 啶,结构:,吡啶,N,就是,sp,2,杂化,孤电子对不参与共轭。,反应:,1、碱性较强。,2、环不易发生亲电取代反应却能发生亲核取代反应。,3、发生亲电取代反应时,环上,N,起间位定位 得作用。,4、发生亲核取代反应时,环上N起邻对位定位得作用。,吡啶,N碱性和亲核性,得反应,生成吡啶盐,第六节 吡啶得反应,一、芳环亲电取代反应,CH,3,I,RCOCl,H,+,石油醚,NO,2,+,BF,4,-,乙醚 室温,SO,3,Br,2,CCl,4,吡啶盐得重要用途,:,可用来做温和得磺化、硝化、卤化、,烷基化、酰基化得试剂,在C上发生亲电取代反应,位,取代,反 应 特 点,*1 不能发生傅氏烷基化、酰基化反应。,*2 硝化、磺化、卤化必须在强烈条件下才能发生;,亲电取代活性:,*3 吡啶环上有给电子基团时,反应活性增高;,*4 吡啶,N,可以看作就是一个间位定位基。,3、吡啶亲电取代得反应机理:,在温和条件下,亲电试剂主要与N反应;,在强烈条件下,C取代为主。,二、吡啶得亲核取代反应,1、置换氢得亲核取代反应,一般机制:,*1 负氢不易离去,一般需要一个氧化剂作为负氢得接受体;,*2 亲核取代优先在位上发生,如果位上有取代基,则反应在位上发生。,(1)烷基化、芳基化反应,-用RLi或PhLi作试剂,(2)齐齐巴宾(Chichibabin,A、E、)反应氨化,吡啶与氨基钠作用生成 2-氨基吡啶得反应称为齐齐巴宾反应。,H,2,O,+NaNH,2,100,o,C,C,6,H,5,N(CH,3,),2,2、,置换易离去基团得亲核取代反应,如在,位有好得离去基团,如Cl、-NO,2,、Br,可以与氨(或胺)、烷氧化物、水等亲核试剂发生亲核取代反应(在亲核取代反应中,吡啶N对邻、对位活化)。,三、吡啶得氧化还原反应,吡啶环本身不易被氧化,但她得侧链很容易被氧化成醛或羧酸。,(N氧化吡啶),四、还原反应,六氢吡啶,五、吡啶侧链-H得反应,2,4,6,-位烷基得,-H,与羰基,-H,相似,醇醛缩合型,第七十一节,自习,第十二节 苯并六元杂环喹啉,喹啉就是由苯环和吡啶稠合而成得杂环化合物,一、喹啉得结构,所以:,亲电取代主要进入5或8位,亲核取代主要进入2或4位,发生氧化时,在苯环上,发生还原时,在吡啶环上,二 喹啉得反应,1、成盐:,碱性强弱:喹啉吡啶,成盐反应:,2、亲电取代:,亲核取代反应,3、氧化和还原反应,4、亲核取代反应,*1 亲核取代反应主要在吡啶环上发生,喹啉得反应位置,在2位和4位(2位为主),*2 常用得亲核试剂有RLi,ArLi,RMgX,NaNH,2,RONa等。,负氢比较难以取代。Cl,NO,2,等基因较易取代。,嘧啶和咪唑得并环体系-嘌呤环系,嘧啶,咪唑,嘌呤,尿嘧啶(U),胞嘧啶(C),胸腺嘧啶(T),一、嘧啶重要衍生物,名称,结构,用途,巴比妥(佛罗拿),苯巴比妥(鲁米那),长时间作用得镇静催眠药,长时间作用得镇静催眠药,又有抗癫痫作用,催 眠 药,异戊巴比妥(阿米妥),西可巴比妥钠,硫喷妥钠,中时间作用得催眠药,短时间作用得镇静催眠药,超短时间得静脉麻醉药,可用于麻醉前给药,名称,结构,用途,