exit止于至善厚德博學(xué)exit十章雜環(huán)化合物heterocycliccompoundexit2021/5/91本章提綱第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類和命名第二節(jié)含一個(gè)雜原子的五元雜環(huán)

吡咯、呋喃、噻吩第三節(jié)含一個(gè)雜原子的苯并五元雜環(huán)-吲哚第四節(jié)含兩個(gè)雜原子的五元雜環(huán)體系第五節(jié)含一個(gè)雜原子的六元雜環(huán)-吡啶第六節(jié)含兩個(gè)和三個(gè)氮原子的六元雜環(huán)體系第七節(jié)含一個(gè)雜原子的苯并六元雜環(huán)

喹啉和異喹啉第八節(jié)嘧啶和嘌呤

2021/5/92第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類和命名一雜環(huán)化合物分類二五元雜環(huán)化合物的命名三六元雜環(huán)化合物的命名2021/5/93一雜環(huán)化合物的分類1脂雜環(huán)沒有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為脂雜環(huán)。在環(huán)上含有雜原子（非碳原子）的有機(jī)物稱為雜環(huán)化合物。三元雜環(huán)四元雜環(huán)五元雜環(huán)七元雜環(huán)(氮雜環(huán)丙烷)(β-丙內(nèi)酯)(β-丙內(nèi)酰胺)(順丁烯二酸酐)(氧雜)(環(huán)氧乙烷)四氫呋喃六元雜環(huán)二噁烷2021/5/942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(無芳香性)吲哚喹啉異喹啉嘌呤2021/5/95二五元雜環(huán)化合物的命名五元雜環(huán)（音譯命名）五元雜環(huán)苯并體系呋喃(furan)噻吩(thiophene)吡咯(pyrrole)苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯吲哚(indole)2021/5/96四六元雜環(huán)化合物的命名六元雜環(huán)吡啶(pyridine)吡喃(pyran)γ-吡喃酮(γ-pyrone)α-吡喃酮(α-pyrone)噠嗪(pyridazine)嘧啶(pyrimidine)吡嗪(pyrazine)2021/5/97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2021/5/98一呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)二呋喃、噻吩、吡咯的制備 三呋喃、噻吩、吡咯的反應(yīng)第二節(jié)含有一個(gè)雜原子的五元雜環(huán)體系2021/5/99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。∏56平面共軛體系

富電子芳香雜環(huán)化合物反應(yīng)：堿性較弱，環(huán)易發(fā)生親電取代反應(yīng)，環(huán)上相當(dāng)于有一個(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。一吡咯、呋喃、噻吩的結(jié)構(gòu)呋喃、噻吩的結(jié)構(gòu)請(qǐng)同學(xué)自己分析。2021/5/910吡咯：存在于煤焦油、骨焦油中。無色液體，沸點(diǎn)130-131℃。鑒定：蒸汽遇鹽酸浸濕的松木片顯紅色。呋喃：存在于松木焦油中。無色液體，沸點(diǎn)32℃。鑒定：蒸汽遇鹽酸浸濕的松木片顯綠色。3.噻吩：與苯共存在于煤焦油中。無色液體，沸點(diǎn)84℃。鑒定：與吲哚醌在硫酸作用下發(fā)生墨綠色反應(yīng)。

吡咯、呋喃、噻吩的物理性質(zhì)及鑒定偶極矩：吡咯指向雜環(huán)，呋喃、噻吩指向雜原子質(zhì)子化學(xué)位移:類似苯環(huán)，在6.22-7.29之間2021/5/911主要化學(xué)反應(yīng)吡咯、呋喃、噻吩的親電取代反應(yīng)

吡咯、呋喃、噻吩的加成反應(yīng)

吡咯、呋喃、噻吩的化學(xué)性質(zhì)2021/5/9121.吡咯、呋喃、噻吩的親電取代反應(yīng)重點(diǎn)*1親電取代反應(yīng)的活性順序?yàn)椋何娮诱T導(dǎo)：O(3.5)>N(3.0)>S(2.6)

給電子共軛：N>O>S綜合：N貢獻(xiàn)電子最多，O其次，S最少八隅體結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定無最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（1）概述2021/5/913*2取代反應(yīng)主要發(fā)生在α-C即2-位上；*3吡咯、呋喃對(duì)酸及氧化劑比較敏感，選擇試劑時(shí)需要注意；*4

噻吩、吡咯的芳香性較強(qiáng)，所以易取代而不易加成；呋喃的芳香性較弱，雖然也能與大多數(shù)親電試劑發(fā)生親電取代，但在強(qiáng)親核試劑存在下，能發(fā)生親核加成。離域能：噻吩：121.3kJ·mol-1吡咯：87.8kJ·mol-1共振能呋喃：66.9kJ·mol-1苯：150kJ·mol-1試問它們的穩(wěn)定性順序如何？芳香性、穩(wěn)定性：苯〉噻吩〉吡咯〉呋喃2021/5/914*5雜原子和取代基的定位效應(yīng)A雜原子的定位效應(yīng)：鄰位B取代基的定位效應(yīng)：第一取代基進(jìn)入到雜原子的α-位。3位上有取代基時(shí)，呋喃、吡咯、噻吩的定位效應(yīng)一致。2021/5/9156吡咯的特殊反應(yīng)-氮原子上的取代反應(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。2021/5/916C6H5N2+X-

C2H5OH-H2OAcONaHCON(CH3)2DMF

POCl3CHCl325%NaOH(NH4)2CO3

130oCRMgX1CO22H2OCO2

加熱加壓RCOClRX或K+NH2-2021/5/917（2）呋喃、噻吩、吡咯的硝化反應(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。2021/5/918

呋喃比較特殊,先生成穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的2,5加成產(chǎn)物,然后加熱或用吡啶除去乙酸,得到硝化產(chǎn)物。2021/5/919（3）吡咯、呋喃、噻吩的磺化反應(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。

噻吩比較穩(wěn)定，既可以直接磺化（產(chǎn)率稍低），也可以用溫和的磺化試劑磺化。(固體，含量90%)2021/5/920S+

NSO3ClCH2CH2Clr.

t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+2021/5/921（4）吡咯、呋喃、噻吩的鹵化反應(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（NBS溴化劑）。碘不活潑，要用催化劑才能發(fā)生一元取代2021/5/922（5）吡咯、呋喃、噻吩的傅氏?；磻?yīng)N-?；量?021/5/923

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。2021/5/924（6）呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反應(yīng)總體看，在合成上無實(shí)用價(jià)值。2021/5/925

3.呋喃、吡咯、噻吩的加成反應(yīng)（1）加氫反應(yīng)噻吩在鎳催化下加氫生成丁烷（2）Diels-Alder反應(yīng)呋喃最易發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)2021/5/926

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。2021/5/927四呋喃、噻吩、吡咯的制備

請(qǐng)同學(xué)們自學(xué)1.工業(yè)制備（略）2.實(shí)驗(yàn)室制備(1)帕爾-克諾爾(Paal,C.-Knorr,L.)合成法1，4二酮2021/5/928三種化合物的相互轉(zhuǎn)化(有氧化鋁存在的情況下)（2）諾爾合成法氨基酮酸酯2021/5/929五、呋喃、吡咯、噻吩的衍生物(1)糠醛2021/5/930(2)葉綠素和血紅素卟吩由四個(gè)吡咯和四個(gè)次甲基(=CH)交替相連組成的共軛體系。卟吩呈平面結(jié)構(gòu),環(huán)中間空隙里四個(gè)氮原子可分別以共價(jià)鍵、配價(jià)鍵與不同的金屬離子結(jié)合。葉綠素(鎂),血紅素(鐵)。

靈菌紅素卟吩膽色素原2021/5/931小結(jié)1.親電取代反應(yīng)活性順序三者是富電子的芳香化合物，親電取代活性比苯大。

吡咯〉呋喃〉噻吩〉苯2.環(huán)的穩(wěn)定性順序（根據(jù)離域能的大?。┍健掂绶浴颠量颠秽?/p>

1501229068遇氧化劑或酸不穩(wěn)定2021/5/9323吡咯的反應(yīng)2021/5/9332021/5/9344呋喃的反應(yīng)2021/5/9354噻吩的主要反應(yīng)如何除去苯中少量噻吩？2021/5/936一吲哚的反應(yīng)二吲哚的合成（自學(xué)）第三節(jié)含有一個(gè)雜原子的五元雜環(huán)苯并體系吲哚的結(jié)構(gòu)共振式2021/5/937一吲哚的反應(yīng)親電試劑易進(jìn)攻3位2021/5/938一吲哚的反應(yīng)常用的親電試劑硝化：(HNO3+HOAc)磺化：鹵化：(低溫、稀釋條件下進(jìn)行，常用，HOAc稀釋，試劑為X2)?；?酸酐、酰鹵。AlCl3,ZnCl2

，BF3為催化劑)氯甲基化：(CH2O,HCl,ZnCl2)醛基化：[

+POCl3]避免用強(qiáng)酸2021/5/939下面四種情況，取代基均進(jìn)入苯環(huán)。進(jìn)入哪個(gè)位置，具體分析。1234567

[試分析]親電取代發(fā)生在苯環(huán)還是雜環(huán)上?并指出具體位置。2021/5/9403-吲哚甲醛2-乙酰基3-甲基吲哚5-硝基2-甲基吲哚2021/5/941二吲哚的合成

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。2021/5/942利血平-吲哚乙酸色氨酸2021/5/943一唑的命名二唑的結(jié)構(gòu)唑的反應(yīng)唑的合成

第三節(jié)含有兩個(gè)雜原子的五元雜環(huán)體系2021/5/944一唑的命名azole

含有兩個(gè)雜原子的五元雜環(huán)，若至少有一個(gè)雜原子是氮，則該雜環(huán)化合物稱為唑。命名時(shí)的編號(hào)原則是：

1）

讓雜原子的位號(hào)盡可能??；

2）當(dāng)兩個(gè)雜原子不相同時(shí)，編號(hào)的次序是：價(jià)數(shù)小的在前，大的在后；

3）價(jià)數(shù)相等時(shí)，原子序數(shù)小的在前，大的在后。O〉S〉N2價(jià)3價(jià)原子序數(shù)小原子序數(shù)大O、S、N的次序如右：2021/5/945異噻唑(isothiazole)吡唑(pyrazole)異噁唑(isoxazole)1,2-唑噁唑(oxazole)噻唑(thiazole)咪唑(inidazole)1,3-唑2021/5/946（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)一唑的結(jié)構(gòu)2021/5/947（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。強(qiáng)于2021/5/948（3）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＞噁唑的堿性親電取代活性：咪唑>噻唑>噁唑由綜合電子效應(yīng)決定。2021/5/949三唑的反應(yīng)主要討論親電取代反應(yīng)1反應(yīng)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。21,2-、1,3-唑的硝化、磺化、鹵化（1）進(jìn)入環(huán)的位置及活性順序（2）反應(yīng)試劑：一般的硝化、磺化、鹵化試劑即可。實(shí)例eg12021/5/950eg2eg32021/5/951eg4磺化須強(qiáng)烈條件eg5硝化、鹵化須有給電子取代基2021/5/95231,2-唑、1,3-唑的傅氏烷基化反應(yīng)常用的烷基化試劑是RX烷基化反應(yīng)的幾點(diǎn)說明：（1）唑的吡啶N上的電子云密度較大，所以在一般情況下，烷基化反應(yīng)總是吡啶N上發(fā)生；2021/5/953（2）咪唑上有兩個(gè)N，烷基化反應(yīng)首先在吡啶N上發(fā)生一烷基化產(chǎn)物經(jīng)互變異構(gòu)又產(chǎn)生一個(gè)吡啶N，可進(jìn)一步產(chǎn)生二烷基化產(chǎn)物，因此咪唑烷基化時(shí)經(jīng)常得到一烷基化產(chǎn)物和二烷基化產(chǎn)物；2021/5/95441,2-唑、1,3-唑的傅氏?；磻?yīng)常用的?；噭┦且话闱闆r下，酰基化反應(yīng)主要在吡啶N上發(fā)生。酰基是一個(gè)吸電子基，所以反應(yīng)能控制在一元酰基化階段。例如：咪唑的?；磻?yīng)N-?；溥?021/5/95511,2-唑的合成(只介紹吡唑與異噁唑的合成)(1)用1,3-二羰基化合物合成吡唑和異噁唑(2)用1,3-偶極環(huán)加成反應(yīng)制吡唑和異噁唑四唑的合成2021/5/95621,3-唑的合成(噁唑類)(咪唑類)(噻唑類)2021/5/957青霉素噻唑環(huán)青霉素是噻唑的衍生物。2021/5/958一吡啶環(huán)系

1.吡啶的結(jié)構(gòu)

2.吡啶的親電取代反應(yīng)

3.吡啶的親核取代反應(yīng)

4.吡啶環(huán)系的合成

5.吡啶的氧化還原反應(yīng)

6.吡啶側(cè)鏈α-H的反應(yīng)

7.吡啶N-氧化物的反應(yīng)二吡喃環(huán)系第四節(jié)含有一個(gè)雜原子的六元雜環(huán)體系｝重點(diǎn)2021/5/9591.吡啶的結(jié)構(gòu)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。=2.20D=1.17D比較三甲基胺、吡啶、苯胺和吡咯的堿性大小pKb4.78.759.416.5pKa5.232021/5/960吡啶結(jié)構(gòu)：吡啶N是sp2雜化，孤電子對(duì)不參與共軛。環(huán)上電子云密度小于苯環(huán)，是缺電子芳香雜環(huán)。反應(yīng)：弱堿性。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)生親電取代反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N起間位定位基的作用。發(fā)生親核取代反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N起鄰對(duì)位定位基的作用。類似硝基苯的反應(yīng)。2021/5/961(1)吡啶N的親核性：與親電試劑生成吡啶鎓鹽或絡(luò)合物2.吡啶的親電取代反應(yīng)NO2+BF4-

乙醚室溫CH3IRCOClH+SO3Br2CCl4石油醚2021/5/962吡啶鹽的兩個(gè)十分重要的用途：*1可用來做溫和的磺化、硝化、鹵化、烷基化、?；脑噭?2利用吡啶N的烷基化反應(yīng)制備醛2021/5/963(2)在C上發(fā)生親電取代反應(yīng)

N吸電子，類似硝基苯，反應(yīng)活性低，在位上即3-位碳上反應(yīng)。2021/5/964反應(yīng)特點(diǎn)*1不能發(fā)生傅氏烷基化、酰基化反應(yīng)。*2硝化、磺化、鹵化必須在強(qiáng)烈條件下才能發(fā)生；*3吡啶環(huán)上有給電子基團(tuán)時(shí)，親電反應(yīng)活性增高；*4吡啶N可以看作是一個(gè)間位定位基。進(jìn)攻2位進(jìn)攻3位進(jìn)攻4位更穩(wěn)定2021/5/965（1）置換易離去基團(tuán)的親核取代反應(yīng)

如在,γ位有好的離去基團(tuán)，如Cl、-NO2、Br，可以與氨（或胺）、烷氧化物、水等親核試劑發(fā)生親核取代反應(yīng)（在親核取代反應(yīng)中，吡啶N對(duì)鄰、對(duì)位活化）。3.吡啶的親核取代反應(yīng)4-吡啶酮2021/5/966[分析中間體的共振結(jié)構(gòu)]親核試劑進(jìn)攻位：617頁2或4位取代的氯代吡啶的親核取代反應(yīng)活性大生成的活性中間體穩(wěn)定2021/5/967（2）置換氫的親核取代反應(yīng)一般機(jī)制：*1負(fù)氫不易離去，一般需要一個(gè)氧化劑作為負(fù)氫的接受體；*2親核取代優(yōu)先在α位上發(fā)生，如果α位上有取代基，則反應(yīng)在γ位上發(fā)生。2021/5/968實(shí)例：烷基化、芳基化反應(yīng)2021/5/969實(shí)例：齊齊巴賓(Chichibabin,A.E.)反應(yīng)——氨化

定義：吡啶與氨基鈉作用生成2-氨基吡啶的反應(yīng)稱為齊齊巴賓反應(yīng)。H2O+NaNH2100oCC6H5N(CH3)22021/5/9704.吡啶環(huán)系的合成

漢棲(Hantzsch,A.)合成法

由二分子β-羰基酸酯、一分子醛、一分子氨經(jīng)縮合反應(yīng)制備吡啶同系物的方法稱為漢棲合成法。2021/5/9715.吡啶的氧化還原反應(yīng)吡啶環(huán)本身不易被氧化，但它的側(cè)鏈很容易被氧化成醛或羧酸。(吡啶氧化物)還原反應(yīng)2021/5/9726.吡啶側(cè)鏈α-H的反應(yīng)2,4,6-位烷基的

-H與羰基

-H相似羥醛縮合型2021/5/973N-烷基吡啶鹽的側(cè)鏈

-H更活潑羥醛縮合型2021/5/974吡啶的衍生物—煙酸、煙堿等

煙堿(尼古丁)煙酸煙酰胺2021/5/975二吡喃環(huán)系吡喃及其衍生物無芳香特性吡喃及吡喃酮的钅羊鹽是芳香體系。苯并-γ-吡喃酮的衍生物:黃酮、黃酮色素、花色素等

2021/5/976一喹啉和異喹啉的反應(yīng)二喹啉和異喹啉的合成

第六節(jié)含有一個(gè)雜原子的苯并六元雜環(huán)環(huán)系注意異喹啉的編號(hào)2021/5/977一喹啉和異喹啉的反應(yīng)1.成鹽：堿性強(qiáng)弱：喹啉＜吡啶＜異喹啉成鹽反應(yīng)：2021/5/9782.氧化反應(yīng)*1喹啉和異喹啉與絕大多數(shù)氧化劑不發(fā)生反應(yīng)；*2與高錳酸鉀能發(fā)生反應(yīng)：2021/5/9793.親電取代反應(yīng):★

反應(yīng)產(chǎn)物受介質(zhì)的影響。若反應(yīng)在酸性介質(zhì)中進(jìn)行，取代主要在苯環(huán)上5，8位反應(yīng)。若反應(yīng)在有機(jī)溶劑如硝基苯中進(jìn)行，取代在雜環(huán)上發(fā)生，得到3位或4位取代產(chǎn)物。2021/5/9804.親核取代反應(yīng)★*1親核取代反應(yīng)主要在吡啶環(huán)上發(fā)生，喹啉的反應(yīng)位置

在2位和4位(2位為主)，異喹啉在1位；2021/5/981*2常用的親核試劑有RLi,ArLi,RMgX,NaNH2,RONa等。負(fù)氫比較難以取代。Cl,NO2等基團(tuán)較易取代。2021/5/982喹啉和異喹啉可發(fā)生齊齊巴賓反應(yīng)2021/5/9835.側(cè)鏈

-H的反應(yīng):產(chǎn)率很高2021/5/9846.還原:反十氫喹啉順十氫喹啉2021/5/985二喹啉和異喹啉的合成

斯克洛普(Skraup,Z