杂环化合物的反应.ppt

第八讲第八讲 杂环化合物的反应杂环化合物的反应第一节第一节.氧化还原氧化还原第二节第二节.亲电反应亲电反应第三节第三节.亲和反应亲和反应第四节第四节.重排反应重排反应第五节第五节.其它反应其它反应11.1.氧化氧化第一节第一节.氧化还原氧化还原杂环化合物的氧化杂环化合物的氧化N-N-氧化氧化C-C-氧化氧化21)N-1)N-氧化氧化 杂环化合物的杂环化合物的N-N-氧化一般是在酸性条件下用过氧化氢等过氧化物进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行反应.除了过氧化氢外除了过氧化氢外,间氯过氧苯甲酸间氯过氧苯甲酸(mCPBA)(mCPBA)、单过氧邻苯二甲、单过氧邻苯二甲酸、过硼酸钠酸、过硼酸钠(SPB)(SPB)等都可以完成等都可以完成N-N-氧化且具有较高的收率氧化且具有较高的收率.杂环化合物的杂环化合物的N-N-氧化主要体现在吡啶等六员杂环上氧化主要体现在吡啶等六员杂环上.由于这类杂环由于这类杂环化合物的化合物的N N原子上含有孤对电子，这对孤电子可以与原子上含有孤对电子，这对孤电子可以与O O的空位的空位P P轨道产生轨道产生配位，从而形成配位，从而形成N-N-氧化物。氧化物。如如 CoperetCoperet等采用低浓度过氧化氢和催化剂甲基三氧化铼等采用低浓度过氧化氢和催化剂甲基三氧化铼(MTO)(MTO)配配合使用合使用,在室温下对各种简单取代吡啶进行氧化在室温下对各种简单取代吡啶进行氧化6h,6h,效果甚好效果甚好,收率多收率多在在80%80%以上以上.3 由这种由这种N-N-氧化所得到的杂环氧化所得到的杂环N-N-氧化物在某些领域十分有用。氧化物在某些领域十分有用。A）4-硝基吡啶的制备硝基吡啶的制备N-N-氧化吡啶氧化吡啶 实际操作如下：实际操作如下：4 连有氨基和硝基的吡嗪在更低浓度过氧化氢和三氟乙酸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)(TFA)下氧下氧化化2,6-2,6-二氨基二氨基-3,5-3,5-二硝基吡嗪得到的二硝基吡嗪得到的ANPZANPZ，密度高达，密度高达1.93g/cm31.93g/cm3，显著，显著地提高了产物的能量。地提高了产物的能量。B）含能材料的制备）含能材料的制备5 再如用过氧化氢在三氟乙酸的存在下室温氧化再如用过氧化氢在三氟乙酸的存在下室温氧化5-5-亚硝基亚硝基-2,4,6-2,4,6-三氨三氨基嘧啶基嘧啶4h4h得到得到5-5-亚硝基亚硝基-2,4,6-2,4,6-三氨基嘧啶三氨基嘧啶-1,3-1,3-二氧化物二氧化物,收率超过收率超过50%.50%.62)C-2)C-氧化氧化杂环化合物的杂环化合物的C-C-氧化氧化侧链氧化侧链氧化芳香芳香C-HC-H键氧化键氧化环氧化环氧化7A A）侧链氧化）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：杂环化合物含有侧链烷基时，其氧化一般发生在侧链：8 烟碱烟碱 烟酸烟酸 烟酰胺烟酰胺 9B B）环氧化）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：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：10C C）芳香）芳香C-HC-H键氧化键氧化112.2.还原还原杂环化合物的还原相对较易：杂环化合物的还原相对较易：12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：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：13因此，喹啉的氧化还原如下：因此，喹啉的氧化还原如下：14第二节第二节.亲电反应亲电反应 一般而言，五员杂环化合物的杂原子具有一般而言，五员杂环化合物的杂原子具有+C+C效应，能活化杂环，故此它们容效应，能活化杂环，故此它们容易发生亲电取代反应。易发生亲电取代反应。15 亲电取代反应活性顺序：亲电取代反应活性顺序：吡咯吡咯 呋喃呋喃 噻吩噻吩 苯。苯。-位比位比-位活泼，亲电取代主要发生在位活泼，亲电取代主要发生在-位。位。1617 作为比较，实际操作中：作为比较，实际操作中：1819 唑的活性低于单杂五元环。唑的活性低于单杂五元环。1,2-1,2-唑反应发生在唑反应发生在C-4C-4位位;1,3-;1,3-唑主要发生在唑主要发生在C-4C-4位。位。20 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位。Pyridine is less active,than benzene toward electrophilic agents,because nitrogen ismore electronegative,than carbon and acts like an electron withdrawing substituent,including the meta-directing effect.21Attempted Electrophilic Aromatic Substitution Unreactive,Stable22How can we nitrate pyridine?We now have an activating and protecting groupMechanism2324Direct Reactions with Electrophiles:Additions,SubstitutionsSome examples(c.f.react.with ArLi)252627第三节第三节.亲核反应亲核反应杂环化合物的亲核反应杂环化合物的亲核反应S SN NArAr反应反应芳香芳香C-HC-H键反应键反应苯炔过渡态反应苯炔过渡态反应281.S1.SN NArAr反应反应29302.2.苯炔过渡态反应苯炔过渡态反应31 六员杂环化合物的六员杂环化合物的芳香芳香C-HC-H键键反应一般发生在反应一般发生在位位。3.3.芳香芳香C-HC-H键反应键反应A A）ChichibabinChichibabin氨化氨化32ANRORC(Add.Of Nu.,Ring Opening and Ring Closure)33B.VNS氨化氨化34C.格氏试剂反应格氏试剂反应D.重氮化重氮化351.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 attack 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(for 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.第四节第四节.重排反应重排反应362.Boulton-Katritzky rearrangement Rearrangment of 5-to 7-substituted 4-nitrobenzfuroxanes.Boulton A.J.,Katritzky A.R.,Rev.Chim.(Romania),1962,7,691.373.Ciamician-Dennsted rearrangement Cyclopropanation of a pyrrole with dichlorocarbene generated from CHCl3 and.NaOH.Subsequent rearrangement takes place to 384.Cornforth rearrangement CornforthCornforth重排重排反应是由澳洲化学家反应是由澳洲化学家 John CornforthJohn Cornforth(1917(1917)（19751975年获化年获化学诺奖）于学诺奖）于19491949年首先报道。其是年首先报道。其是C-5C-5为为烃基烃基取代（取代（-R-R1 1）、）、C-4 C-4 为为酰基酰基取代（取代（-C(O)RC(O)R2 2）的）的恶唑恶唑环系，在加热时发生环系，在加热时发生重排重排，生成，生成 R R1 1与与 R R2 2互换的产物。互换的产物。C-4 用硫代酰基（用硫代酰基（-C(S)R2 2）取代后，重排后可得）取代后，重排后可得1,3-噻唑噻唑环系。环系。反应机理：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腈叶立德中间体，然后中间体，然后再使用再使用-C(O)R2 的羰基经过的羰基经过电环化电环化成恶唑环，得到产物。成恶唑环，得到产物。395.Morin rearrangement 40 在这些杂化化合物中，一般都具有很弱的碱性在这些杂化化合物中，一般都具有很弱的碱性,但吡咯具有弱酸性：但吡咯具有弱酸性：1.1.酸碱性酸碱性第五节第五节.其它反应其它反应 该钾盐可以方便地转化成该钾盐可以方便地转化成N-N-取代的衍生物：取代的衍生物：41吡啶环氮也体现弱碱性：吡啶环氮也体现弱碱性：422.2.芳香偶联反应芳香偶联反应433.3.歧化反应歧化反应444.4.脱羧反应脱羧反应454.4.The Diels-Alder ReactionOtto DielsKurt AlderNoble Prize in 1950465.5.羰基化反应羰基化反应47Davoli P,Forni A,Prati F,et al.Tetrahedron,2001,57(9):1801-1812.Coates GW,Getzler YD YL,Mahadevan V.WO 3050154,2003.48Magnesium DerivativesBoron/Silicon/Tin DerivativesTransmetallatonZinc Derivatives49Reactions on Metallated HeterocyclesPd-Catalyzed coupling reactions(C-C bond):Zn,Sn,BIpso Substitution(react with E+):Si,Sn50Pd-Catalyzed Coupling reactionsa)On metallated pyridinesb)On halopyridinesReactivityX=IX=Br/OTfX=Cl51此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！52