第十一章雜環(huán)化合物生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

主要內(nèi)容第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類(lèi)和命名第二節(jié)六元雜環(huán)化合物第三節(jié)五元雜環(huán)化合物

生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(二)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。

生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院五元雜環(huán)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)實(shí)例:生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院六元雜環(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)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院雜環(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)系生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(一)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。結(jié)構(gòu)：吡啶N是sp2雜化，孤電子對(duì)不參與共軛。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。1電子結(jié)構(gòu)第二節(jié)六元雜環(huán)化合物生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2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(lèi),是一個(gè)良好的溶劑。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3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(lèi)化合物，在化學(xué)反應(yīng)中還可用作催化劑和除酸劑。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4化學(xué)反應(yīng)(1)氮原子上的反應(yīng)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(2)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)，和硝基苯相似。其親電取代反應(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。

生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院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.b位的正電荷密相對(duì)較低解釋原因:生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院由取代反應(yīng)的中間體穩(wěn)定性分析1.取代在a

位生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2.取代在b

位3.取代在g

位中間體較為穩(wěn)定生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)事實(shí)：鈍化和b取代生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院其它反應(yīng)現(xiàn)象環(huán)上有給電子基時(shí)反應(yīng)相對(duì)較易進(jìn)行生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(3)親核取代反應(yīng)取代主要發(fā)生在a

位生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院當(dāng)a或g位有其它離去基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)易發(fā)生生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(4)氧化和還原反應(yīng)氧化在側(cè)鏈上生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院氧化在N上復(fù)習(xí)：叔胺的氧化吡啶的類(lèi)似反應(yīng)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

N-氧化吡啶的性質(zhì)：比吡啶易與親電試劑或親核試劑反應(yīng)(a)與親電試劑的親電取代(b)與親核試劑的親核加成生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為什么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)電荷密度較大生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院保留吡啶的特點(diǎn)，氧負(fù)離子使環(huán)上的正電荷密度增大生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(b)由反應(yīng)過(guò)程分析（中間體的穩(wěn)定性分析）親電取代及進(jìn)一步的反應(yīng)過(guò)程對(duì)比：吡啶的直接親電取代不穩(wěn)定生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(二）喹啉和異喹啉喹啉和異喹啉：1結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)：結(jié)構(gòu)：*雜環(huán)部分性質(zhì)象吡啶(堿性和親和性、親電取代、親核取代、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、支鏈上的反應(yīng))*碳環(huán)部分性質(zhì)象萘(親電取代及其取代定位作用)堿性強(qiáng)弱：喹啉＜吡啶＜異喹啉生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院喹啉在常溫時(shí)是無(wú)色油狀液體，有類(lèi)似吡啶的惡臭，沸點(diǎn)238℃，異喹啉為低熔點(diǎn)的固體，氣溫類(lèi)似于苯甲醛，熔點(diǎn)26℃，沸點(diǎn)243℃。物理性質(zhì)：生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（1）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)上發(fā)生。喹啉主要發(fā)生在C-5與C-8位，而異喹啉以C-5產(chǎn)物為主。若反應(yīng)在有機(jī)溶劑中進(jìn)行，取代在雜環(huán)上發(fā)生。2化學(xué)反應(yīng)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院從反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性解釋反應(yīng)結(jié)果：生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（2）親核取代反應(yīng)

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；生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)例：生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（3）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)：生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院*3喹啉與異喹啉在過(guò)酸的作用下均可形成N-氧化物。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（4）還原反應(yīng)反十氫喹啉順十氫喹啉生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3喹啉及其衍生物的合成

1斯克勞普(Skraup,Z.H.)反應(yīng)：苯胺、甘油、硫酸和基苯等氧化劑一起作用，生成喹啉的反應(yīng)稱(chēng)為斯克勞普反應(yīng)。實(shí)例eg2eg1生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院eg4eg3生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

2弗里德倫德(Friedlander)反應(yīng)：eg1eg2

芳香族鄰氨基羰基化合物發(fā)生縮合反應(yīng)，得到喹啉或它的衍生物，這稱(chēng)為弗里德倫德反應(yīng)。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(三）含二個(gè)氮原子的六元雜環(huán)含有兩個(gè)氮原子的六元雜環(huán)體系稱(chēng)作二嗪類(lèi)，因氮原子在環(huán)中的相對(duì)位置不同，二嗪類(lèi)有三種異構(gòu)體：噠嗪、嘧啶、吡嗪。噠嗪(pyridazine)嘧啶(pyrimidine)吡嗪(pyrazine)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)二嗪類(lèi)環(huán)上的兩個(gè)氮原子，其電子構(gòu)形與吡啶中的氮原子相同，各有一對(duì)未共用電子對(duì)，位于sp2雜化軌道上，能與水經(jīng)氫鍵締合。噠嗪與嘧啶因結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)性，分子有一定的極性，可與水混溶，吡嗪因分子極性小而水溶性略小。二嗪類(lèi)化合物都是一元堿,而且堿性都比吡啶弱.生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2化學(xué)反應(yīng)（1）.親電取代反應(yīng)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院反應(yīng)最易在2位發(fā)生，其次是4,6位取代鹵素要比取代負(fù)氫更容易（2）.親核取代反應(yīng)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院利用親核取代反應(yīng)可制取烴基取代的二嗪。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院二嗪不易被氧化。若用過(guò)酸氧化，得嘧啶單N-氧化物（3）氧化生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（4）側(cè)鏈α-H反應(yīng)羥醛縮合型烷基化反應(yīng)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

吡喃環(huán)系吡喃及其衍生物無(wú)芳香特性吡喃酮的钅羊鹽是芳香體系。(四)含氧原子的六元雜環(huán)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(一)呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)(二)吲哚

(三)含兩個(gè)雜原子的五元雜環(huán)第三節(jié)五元雜環(huán)化合物生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院吡咯的結(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)：堿性較弱，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。(一)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)及芳香性生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院呋喃、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。2物理性質(zhì)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,相反具有弱酸性生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3呋喃、噻吩、吡咯化學(xué)反應(yīng)分子接受一個(gè)質(zhì)子的反應(yīng)稱(chēng)為質(zhì)子化反應(yīng).（1）呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可質(zhì)子化；（2）質(zhì)子化反應(yīng)主要發(fā)生在C-2上；α-C質(zhì)子化β-C質(zhì)子化N-質(zhì)子化質(zhì)子化反應(yīng)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（3）由于α-C的質(zhì)子化反應(yīng)，吡咯在強(qiáng)酸作用下會(huì)因聚合而被破壞；（4）在稀的酸性水溶液中，呋喃的質(zhì)子化在氧上發(fā)生并導(dǎo)致水解開(kāi)環(huán)。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

呋喃、噻吩、吡咯的親電取代反應(yīng)*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①電子密度

②σ-絡(luò)合物八隅體結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定無(wú)最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（1）概述生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院*2取代反應(yīng)主要發(fā)生在α-C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

呋喃：66.9kJ·mol-1生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（1）呋喃、噻吩、吡咯的鹵化反應(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。碘不活潑，要用催化劑才能發(fā)生一元取代生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（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。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院呋喃比較特殊,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。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（3）呋喃、噻吩、吡咯的磺化反應(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%)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院S+

NSO3ClCH2CH2Clr.

t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（4）呋喃、噻吩、吡咯的傅氏?；磻?yīng)Eg1Eg4Eg3Eg2生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院sp2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、噻吩的酰化反應(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。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（5）吡咯的特殊反應(yīng)吡咯的性質(zhì)與苯酚類(lèi)似，都具有酸性，但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯與苯胺也有類(lèi)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。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院HCON(CH3)2

POCl3CHCl325%NaOH(NH4)2CO3

130oCC6H5N2+X-

C2H5OH-H2OAcONaRMgX1CO22H2OCO2

加熱加壓RCOClRX生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

(6)呋喃、吡咯、噻吩的加成反應(yīng)（1）加氫反應(yīng)（2）Diels-Alder反應(yīng)呋喃最易發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)AlCl3NHCCH3H3CCOOCH3COOCH3OCH3生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

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。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院對(duì)取代位置的解釋?zhuān)▽?duì)反應(yīng)中間體的相對(duì)穩(wěn)定性的分析）取代在a位生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院取代在b位生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(二)吲哚三種五員雜環(huán)苯并體系親電取代反應(yīng)：生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院從反應(yīng)的中間體分析：進(jìn)攻3-位,反應(yīng)易于進(jìn)行生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

吲哚的合成

苯肼與醛、酮類(lèi)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(chēng)為費(fèi)歇爾(Fischer,E.)合成法。生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（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)1唑的結(jié)構(gòu)(三)含有兩個(gè)雜原子的五元雜環(huán)體系生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（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