雜環(huán)化學(xué)HeterocyclicChemistry參考書：《雜化化學(xué)》，花文庭，北京大學(xué)出版社?！峨s環(huán)化學(xué)導(dǎo)論》，趙雁來(lái)，高等教育出版社?！队袡C(jī)合成中的雜環(huán)化合物》，陳國(guó)木，化學(xué)工業(yè)出版社?！队袡C(jī)雜環(huán)化合物》，陳敏為，高等教育出版社?！峨s化化學(xué)》，J.A焦耳K.米爾斯著由業(yè)誠(chéng)等譯，科學(xué)出版社。第一章緒論1.雜環(huán)化學(xué)的研究對(duì)象和意義功能性雜環(huán)化合物：（1）藥物生物堿：咖啡因（2）生物模擬材料糜蛋白酶（3）有機(jī)導(dǎo)體和超導(dǎo)材料四硫代富瓦稀雙四甲基四硒富瓦烯（4）貯能材料（5）工程高分子材料（6）雜環(huán)染料陰丹士林RSN

曙紅（紅墨水）紅汞脂雜環(huán)：飽和環(huán)烴芳雜環(huán)：非飽和環(huán)烴，即不飽和環(huán)烴大環(huán)：冠醚、環(huán)番、環(huán)糊精、杯芳烴和C60等1.1雜環(huán)化合物的分類第一章緒論2、芳雜環(huán)具有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為芳雜環(huán)苯并雜環(huán)雜環(huán)并雜環(huán)五元雜環(huán)六元雜環(huán)呋喃噻吩吡咯噁唑噻唑咪唑吡唑吡啶嘧啶吡喃(無(wú)芳香性)吲哚喹啉異喹啉嘌呤1.2雜環(huán)化合物的命名命名原則:

雜環(huán)的命名常用音譯法，是按外文名詞音譯成帶“口”字旁的同音漢字。

當(dāng)環(huán)上有取代基時(shí)，取代基的位次從雜原子算起依次用1,2,3,…(或α,β,γ…)編號(hào)。如雜環(huán)上不止一個(gè)雜原子時(shí)，則從O、S、N順序依次編號(hào)。編號(hào)時(shí)雜原子的位次數(shù)字之和應(yīng)最小。

六元雜環(huán)吡啶(pyridine)吡喃(pyran)γ-吡喃酮(γ-pyrone)噠嗪(pyridazine)嘧啶(pyrimidine)吡嗪(pyrazine)雜環(huán)并雜環(huán)喹啉(quinoline)異喹啉(isoquinoline)苯并吡喃(benzopyran)苯并--吡喃酮(benzo--pyrone)嘌呤(purine)六元雜環(huán)苯并環(huán)系1.3雜環(huán)化合物的用途低分子量：基本有機(jī)化工原料中間體有機(jī)溶劑高分子量：香料和生物堿其他：藥物，生物模擬材料，有機(jī)導(dǎo)體和超導(dǎo)體材料，儲(chǔ)能材料，工程高分子材料，雜環(huán)材料等等1.3雜環(huán)化學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系

量子化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)分子生物學(xué)有機(jī)合成化學(xué)醫(yī)藥化學(xué)配位化學(xué)染料化學(xué)高分子化學(xué)農(nóng)藥化學(xué)第二章五元雜環(huán)化合物

含有一個(gè)雜原子的五元環(huán)體系呋喃、噻吩、吡咯含兩個(gè)雜原子的五元雜環(huán)吡咯的結(jié)構(gòu)孤電子對(duì)在p軌道上。吡咯結(jié)構(gòu)：吡咯N是sp2雜化，孤電子對(duì)參與共軛。反應(yīng)：環(huán)易發(fā)生親電取代反應(yīng)，環(huán)上相當(dāng)有一個(gè)鄰對(duì)位定位基。共軛效應(yīng)是給電子的。誘導(dǎo)效應(yīng)是吸電子的。呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)呋喃、噻吩的結(jié)構(gòu)請(qǐng)同學(xué)自己分析。1電子結(jié)構(gòu)及芳香性物理性質(zhì)：誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)相反鍵長(zhǎng)未完全平均化都能溶于有機(jī)溶劑,水溶解度都小于六元雜環(huán)吡啶溶解度順序?yàn)椋哼量┅冞秽冟绶?/p>

吡咯幾乎不顯堿性,相反具有弱酸性呋喃、噻吩、吡咯在結(jié)構(gòu)上具有共同點(diǎn)，即構(gòu)成環(huán)的五個(gè)原子都為sp2雜化，故成環(huán)的五個(gè)原子處在同一平面，雜原子上的孤對(duì)電子參與共軛形成共軛體系，其π電子數(shù)符合休克爾規(guī)則（π電子數(shù)=4n+2），所以，它們都具有芳香性。（一）合成方法2.1.1呋喃及衍生物

2.1.1.1呋喃A：1,4-環(huán)合法B：Pacl-knorr合成法烯醇式酮式（二）化學(xué)反應(yīng)A：加氫反應(yīng)B：Anti-pacl-knorr反應(yīng)C：Diels-Alder反應(yīng)（雙稀合成）呋喃容易發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)D：安息香反應(yīng)（Aldol縮合）E：康尼扎羅反應(yīng)（歧化反應(yīng)）Perkin反應(yīng)：脂肪酸酐在相應(yīng)的脂肪酸堿金屬鹽的催化作用下與雜環(huán)芳醛（或不含α-H的脂肪醛）縮合生成β-芳基丙烯酸類化合物。反應(yīng)歷程：酸酐對(duì)醛的親核取代反應(yīng)歷程G：脫羧反應(yīng)H：親電取代反應(yīng)親電反應(yīng)活性順序a：硝化反應(yīng)呋喃,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化;通常用比較溫和的非質(zhì)子硝化試劑，如：硝酸乙酰酯。反應(yīng)在低溫下進(jìn)行。b：磺化反應(yīng)吡咯、呋喃不太穩(wěn)定，所以須用溫和的磺化試劑磺化。常用的溫和的非質(zhì)子的磺化試劑有：吡啶與三氧化硫的加合化合物。c：鹵化反應(yīng)：反應(yīng)強(qiáng)烈，易得多鹵取代物。為了得一鹵代(Cl,Br)產(chǎn)物，要采用低溫、溶劑稀釋等溫和條件。易發(fā)生多鹵化反應(yīng)d：F-C反應(yīng)

86%2.1.1.2呋喃衍生物苯并呋喃苯并[b]呋喃苯并[c]呋喃（一）合成方法α-鹵代酮A：B：Perkin重排-2HBr只有一個(gè)穩(wěn)定共振式兩個(gè)主要共振式二位被取代的呋喃衍生物，發(fā)生親電取代反應(yīng)是，先進(jìn)入三位，三位被占時(shí)，進(jìn)入二位，二三為均被占，進(jìn)入苯環(huán)。（二）化學(xué)反應(yīng)2.1.1.3天然存在的活性呋喃及衍生物苯并呋喃衍生物呋喃香料面包香料烤肉香料鏈狀呋喃萜β-呋喃甲酸2.1.2噻吩及衍生物

2.1.2.1噻吩（一）合成方法A：Paal-knorr法B：Hinsberg法C：Gewald法機(jī)理：δD：Fisselmann反應(yīng)(與Gewald生成物方位相反)（二）化學(xué)反應(yīng)對(duì)取代位置的解釋取代在α位取代在β位A：鹵化碘不活潑，要用催化劑才能發(fā)生一元取代B：?；磻?yīng)C：硝化反應(yīng)22D：乙腈化反應(yīng)E：鋰化反應(yīng)E：還原反應(yīng)F：脫硫反應(yīng)G：聚合反應(yīng)此外，噻吩基本上不發(fā)生雙烯加成，即使在個(gè)別情況下生成也是一個(gè)不穩(wěn)定的中間體，直接失硫轉(zhuǎn)化為別的產(chǎn)物。2.1.2.2噻吩衍生物苯并噻吩硫代-3-吲哚吩氨基苯并噻吩衍生物2.1.2.3天然存在的具有生物活性的噻吩化合物三噻嗯四氫噻吩過(guò)硫醚香料

吡咯氮原子的5個(gè)外層電子已全部用于成鍵，形成哪幾個(gè)鍵？吡咯氮原子的5個(gè)外層電子已全部用于成鍵，其中3個(gè)電子用于形成3個(gè)σ鍵（2個(gè)C－N鍵和一個(gè)N－H鍵），2個(gè)未共用電子形成π鍵，其共振結(jié)構(gòu)如下所示：

因此，吡咯雖是個(gè)胺，但堿性卻很低，pKa=13.60，親核性也比脂肪胺小。吡咯的弱堿性和弱酸性

另外，由于吡咯氮原子是SP2雜化，電負(fù)性較大，吡咯氮原子上的氫原子卻有微弱的酸性。2.1.3吡咯及衍生物2.1.3.1吡咯及衍生物的合成A：工業(yè)合成法B：Paal-knorr合成法C：knorr合成法2,4-二取代吡咯2.1.3.2吡咯及衍生物的反應(yīng)吡咯的性質(zhì)與苯酚類似，都具有酸性，但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯與苯胺也有類似性質(zhì)。吡咯成鹽后，使環(huán)上電荷密度增高，親電取代反應(yīng)更易進(jìn)行。特殊性：吡咯的N原子上也可以發(fā)生親電取代反應(yīng)八隅體結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定取代反應(yīng)主要發(fā)生在α-C上HCON(CH3)2

POCl3CHCl325%NaOH(NH4)2CO3

130oCC6H5N2+X-

C2H5OH-H2OAcONaRMgX1CO22H2OCO2

加熱加壓RCOClRXsp2雜化sp3雜化碳上?；?，正電荷處在離域范圍內(nèi)，較穩(wěn)定。氮上?；?，正電荷不處在離域范圍內(nèi)。呋喃、噻吩的?；磻?yīng)在-C上發(fā)生，而吡咯的?；磻?yīng)（不用催化劑）既能在

-C上發(fā)生，又能在N上發(fā)生。在

-C上發(fā)生比在N上發(fā)生容易。?；磻?yīng)A：親電取代反應(yīng)鹵化反應(yīng)硝化反應(yīng)磺化反應(yīng)F-C烷基化反應(yīng)B：與金屬的反應(yīng)C：聚合反應(yīng)2.1.3.3吲哚衍生物吲哚的合成法苯肼與醛、酮類化合物在酸性條件下加熱生成吲哚及其衍生物的反應(yīng)稱為費(fèi)歇爾(Fischer,E.)合成法。Cope重排是1,5-二稀及其衍生物在加熱條件下的[3,3]碳遷移反應(yīng)。是通過(guò)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)的協(xié)同反應(yīng)。對(duì)于鏈狀體系，其歷程被認(rèn)為是通過(guò)椅式的環(huán)狀過(guò)渡態(tài)。3-羥基吲哚的合成重要的染料中間體路線一：路線二：2.1.3.4天然存在的具有生物活性的吡咯化合物單吡咯化合物吡咯香料昆蟲激素植物激素β-吲哚乙酸多吡咯化合物卟啉血紅素2.2含有兩個(gè)雜原子的五元雜環(huán)體系咪唑吡唑噻唑異噻唑唑異4-咪唑啉3-咪唑啉咪唑烷唑烷唑命名：雜環(huán)命名按照O、S、N的順序，含O的稱為含N稱為唑，含S稱為噻。部分雙鍵的稱為啉，飽和的稱為烷。在唑環(huán)中，置換進(jìn)來(lái)的氮原子也是以

sp2雜化軌道成鍵的，氮原子的未共用電子對(duì)處于垂直于環(huán)平面的未成鍵

p軌道上，與環(huán)上其它原子的

p軌道形成π鍵。

結(jié)構(gòu)（1）互變異構(gòu)N-N(單鍵)N=N(雙鍵)5-甲基咪唑4-甲基咪唑4(5)-甲基咪唑(因?yàn)?-甲基咪唑和5-甲基咪唑不可分離)（2）結(jié)構(gòu)吡咯N(孤電子對(duì)參與共軛，所以堿性較弱)吡啶N(孤電子對(duì)不參與共軛，所以堿性較強(qiáng))吡咯N的孤電子對(duì)處于p軌道一般胺中的N是sp3雜化。N的孤電子對(duì)處于sp3雜化軌道sp3軌道堿性：N的孤電子對(duì)處于sp2雜化軌道吡啶N與吡咯N均為sp2雜化。物理性質(zhì)（2）堿性1.1,2-唑與1,3-唑都有吡啶N，所以都有堿性。2.1,3-唑的堿性比1,2-唑強(qiáng)。

因?yàn)閮蓚€(gè)雜原子互相影響大。3.咪唑的堿性＞噻唑的堿性＞噁唑的堿性由綜合電子效應(yīng)決定。(1)熔沸點(diǎn)2.2.1吡唑A：3C+2X（肼和α,β-不飽和醛酸的反應(yīng)）B：Pechman反應(yīng)（佩希曼反應(yīng)）（一）合成方法（二）化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)活性：唑的反應(yīng)性比呋喃、噻吩、吡咯差，這是因?yàn)榉肿又卸嗔艘粋€(gè)吡啶N，使共軛體系的電子云密度降低，所以親電試劑不易進(jìn)攻。進(jìn)攻位置：親電取代發(fā)生在N原子的間位，親核取代發(fā)生在N原子鄰位。A：鹵化反應(yīng)B：硝化反應(yīng)（三）吡唑衍生物及其應(yīng)用A：芳基取代的吡唑啉化合物具有優(yōu)良的光導(dǎo)性質(zhì)B：藥物中間體C：顏料中間體2.2.2咪唑（一）合成方法A：3C+3X（α-鹵代酮與脒的反應(yīng)）脒B：α-羥基酮與氨基醛的反應(yīng)C：類Paal-knorr反應(yīng)（二）化學(xué)反應(yīng)A：質(zhì)子化反應(yīng)氮原子上的孤對(duì)電子易于質(zhì)子酸成鹽B：烷基化反應(yīng)D：與金屬離子的絡(luò)合反應(yīng)C：酰化反應(yīng)（三）咪唑衍生物及其應(yīng)用A：用氨基酸合成組氨可能有問(wèn)題？二咪唑酮，是實(shí)驗(yàn)室常用的酯化反應(yīng)的催化劑B：N,N-羧基二咪唑治療癲癇病的藥物C：氫化咪唑（咪唑啉）D：氫化咪唑酮（咪唑烷酮）E：咪唑烷衍生物2.2.3噻唑（一）合成方法A：類paal-knorr反應(yīng)B：2C+3X環(huán)合反應(yīng)（二）化學(xué)反應(yīng)A：鹵化反應(yīng)硝化、鹵化須有給電子取代基B：硝化化應(yīng)C：磺化反應(yīng)磺化須強(qiáng)烈條件D：親核取代反應(yīng)D：親核置換反應(yīng)（三）咪唑衍生物及其應(yīng)用青霉素太陽(yáng)能電池的一部分2.2.4唑唑（一）合成方法A：類paal-knorr反應(yīng)C：Fischer唑合成法B：α-鹵代酮與甲酰胺的反應(yīng)（2C+3X）（二）化學(xué)反應(yīng)A：親電取代反應(yīng)B：雙稀加成反應(yīng)（三）衍生物唑2-唑啉3-唑啉4-唑啉2.2.5天然存在的重要生物活性化合物A：咪唑化合物拆分B：噻唑化合物噻唑香精化合物第三章

六元雜環(huán)化合物

含有一個(gè)雜原子的六元環(huán)體系

含兩個(gè)雜原子的六元雜環(huán)3.1

吡啶共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)都是吸電子的孤電子對(duì)在sp2雜化軌道上。電子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：吡啶N是sp2雜化，N原子含有兩個(gè)孤對(duì)電子，并且孤對(duì)電子不參與雜化反應(yīng)：堿性較強(qiáng)。環(huán)不易發(fā)生親電取代反應(yīng)但易發(fā)生親核取代反應(yīng)。發(fā)生親電取反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N其間位定位基的作用。發(fā)生親核取代反應(yīng)，環(huán)上N其鄰位對(duì)為定位的作用3.1.1

結(jié)構(gòu)與物性物理性質(zhì)氮原子的電負(fù)性較大,使吡啶有較大極性,其偶極距數(shù)值較大.=2.20D=1.17D吡啶能與水以任意比例混溶,又能溶解大多數(shù)極性或非極性有機(jī)化合物,甚至許多無(wú)機(jī)鹽類,是一個(gè)良好的溶劑。堿性吡啶N是sp2雜化，孤電子對(duì)不參與共軛，可以與質(zhì)子結(jié)合或給出電子，顯弱堿性。利用它的堿性，可從混合物中分離吡啶類化合物，在化學(xué)反應(yīng)中還可用作催化劑和除酸劑。3.1.2

合成方法A：工業(yè)法合成副產(chǎn)物多歷程：B：韓奇法(Hantzsch)兩分子β-羰基化合物與一分子醛，在通氨氣的條件下反應(yīng)，生成對(duì)稱取代的吡啶化合物的反應(yīng)成為Hantzsch法。三次脫水的過(guò)程3.1.3

化學(xué)反應(yīng)A：親電取代反應(yīng)吡啶環(huán)上氮原子為吸電子基，故吡啶環(huán)屬于缺電子的芳雜環(huán)，而且由于氮原子上有未參與雜化的孤對(duì)電子，所以吡啶上的N原子比環(huán)上更容易進(jìn)行親電取代反應(yīng)。與苯環(huán)上NO2的定位規(guī)則類似，其環(huán)上的親電取代反應(yīng)很不活潑，反應(yīng)條件要求很高，不起傅-克烷基化和?；磻?yīng)。親電取代反應(yīng)主要在β-位上。

β-位取代由吡啶的共振式分析:結(jié)論:1.環(huán)上帶正電,不利于親電取代

2.β位的正電荷密相對(duì)較低。原因:由取代反應(yīng)的中間體穩(wěn)定性分析取代在α位取代在

b

位中間體較為穩(wěn)定取代在

γ位實(shí)驗(yàn)事實(shí)：鈍化和β取代其它反應(yīng)現(xiàn)象環(huán)上有給電子基時(shí)反應(yīng)相對(duì)較易進(jìn)行B：親核取代反應(yīng)置換氫的親核取代反應(yīng)置換易離去基團(tuán)的親核取代反應(yīng)B：氧化反應(yīng)由于吡啶的性質(zhì)與苯胺類似，其不易被氧化開(kāi)環(huán)，其氧化反應(yīng)主要發(fā)生在側(cè)鏈和N原子上。氧化在側(cè)鏈上氧化在N原子上

N-氧化吡啶的性質(zhì)：

吡啶被氧化后O負(fù)的供電性，使吡啶環(huán)比吡啶易與親電試劑和親核試劑發(fā)生反應(yīng)，但是反應(yīng)的位置為α，γ位。(a)與親電試劑的親電取代(b)與親核試劑的親核加成為什么N-氧化吡啶既有親電性又有親核性(a)

由共振結(jié)構(gòu)分析（有兩種形式的共振式）有苯氧基負(fù)離子特點(diǎn)，環(huán)上的

2,4,6三個(gè)位置負(fù)電荷密度較大保留吡啶的特點(diǎn)，氧負(fù)離子使環(huán)上的正電荷密