V第十四章

雜環(huán)

雜環(huán)：構(gòu)成環(huán)系的原子除碳

以外還有其它原子

§14.1雜環(huán)的分類和命名

I

一、分類

普通

雜雜環(huán)

±L兀雜壞

環(huán)單外六元雜環(huán)

77日

雜環(huán)

稠雜環(huán)

、■二、命名

NOS

H

I此咯（氮雜茂）吠喃（氧雜茂）曝吩（硫雜茂）

茂

NN

N

OS

咪噗（1,3-二氮雜茂）嗯噗（1,3-氧氮雜茂）口塞嗖（1,3-

硫氮雜茂）

N

N

N

NH

毗咤叫跺啜

咻異喳咻

CH334

NN

NX

5

H3CN2

N°0

\

X12

嗷令3一甲基叱咯5一甲基咪理

2一硝基嗯嗖

N

RN.mN

n______________「HQ

0------

N

磺胺(ST)

煙堿

S

ROCHNR:CH2Ph青霉素G

(CH2)6CH3青霉素K

N

0ClCH0CH3

COOH

Cl可口服

J§14.2一雜五元雜環(huán)的結(jié)構(gòu)

一、芳香性

NOS

H

Sp2雜化

NHO

芳香性苯》睡吩》毗咯〉吠喃

離域能150.6121.387.8

隅閘）

原因：

苯：兀電子云均勻分布

五元雜環(huán)：電負性O〉N>S,兀電

子云向雜原子偏移

■二、鍵長

0.1429nm0.1431nm0.1423nm

0.1371nm0.1361nm0.1370nm

N0.1383nmQ0.1362nmS0.1714nm

H

鍵長未徹底平均化

:、偶極矩

OSN

II

1.73D1.90D1.58D

-I-I-I

OSN

H

0.70D0.51D

1.81D

-I>+C-I>+C

+0-1

■§14.3五元雜環(huán)的化學性質(zhì)

芳香性：親電取代反應

Z的共軻效應使親電活性高

Z不飽和鍵：加成反應

、親電取代反應

C1CH2CH2C1+CF3COOH

+(CF3C0)20核二

ou0

C0CF3

Ltt-j

Z0S

相對速率1.4X10215.5X10

親電取代反應活性：

毗咯〉吠喃*塞吩〉苯

冷電試劑主要進攻Q位

原因:

34

a2f立

+E2HHH

zzEEzzE

1

II

ZE

HH

43

立EE

52+E

ZZZ

1

H

E

z

?jj:子力學計算:

-0.06

-0.10

N+0.32

H

、■1.硝化反應

五員雜環(huán)活性高，直接硝化易發(fā)

生氧化反應

硝化試劑：硝酸乙酰酯

(CH3C0)20+HNO3一

CH3coONO2+CH3C00H

反應條件：低溫

N02

CH3C00N02+

XTAc20,-10CNN02N

N

HIIH

51%13%

HAcO-

CH3C00N02

■____________________

N02

-5?-30C0

0

+

HH

毗咤

0N02

0N02

AcO口

由于吠喃芳香性小,具有共拆雙烯的性質(zhì)

N02

CH3C00N02+

Ac20,-IffCN02

SS

70%5%

■■2.磺化反應

0

CH2C12

磺化試劑NN+SO"

S03,室溫

0

0

N+SO-H+

0

°C1CH2CII2C1,室溫0S03-N°SO3H

+

41%

0

H+

■N+S0-

0-S03H

zS03NXNT

N100°CN+II

HH

90%

濃H2s04S03H

S25oCS

69?76%

應用：除去苯中少量睡吩

3.鹵代反應

BrBr

C2H50H

+Br2

。優(yōu)

NBrBr

HN

H

(C2H5)20

+S0C1280%

°0CCl

NN

IIH

二氧六環(huán)

+Br280%

°(EBr

00

CH3C00H

4-Br278%

Br

SS

4.付氏酰基化反應

150200°C

+(CH3C0)20

60%

NNC0C1I3

HH

+(CH3C0)20

75?92%

C0C1I3

00

SnC14

+(CH3C0)20

C0CH3

SS

、?5.Reimer—Tiemann反應

CHC13

25%K0HNCHO

N

HH

6.氯甲基化反應

ZnC12

+HCHO+HC1

0°CCH2C1

SS

、■7.偶聯(lián)反應

+j-CH3C00Na

+N2C

NNN

N

HH

\j8.取代五元雜環(huán)的親電取代反應

A.8一取代

Y

丫Y：I類定位基

Z

Y:II類定位基EZ=O,務NH

CH3CH3

CH3C00N02

N02

0

N02N02

稀HN03

02N

00

B.Q一取代

+電丫：I類定位基

II類定位基YE

00

CH3C00N02

CH3CH302N

00

稀HN03

N0202N

N020

0

Y：I類定位基

EZY

+fe

E

zY

Z=S,NHY：n類定位基

z

稀HN03

CH3CH3O2N

S

C1I12C

HCHO,HC1

ZnC12

COOCH3H3C

SCOOCH3H3C

S

二、加成反應

1.催化氫化

Pd

+H2

00

Pd

+H2

NN

HH

MoS2

+H2

SS

2.Diels-Alder反應

0

0

H

+0H0

025°C

0

00

90%

3.環(huán)的穩(wěn)定性

環(huán)的穩(wěn)定性：苯》睡吩〉毗咯》聯(lián)喃

強酸

樹脂化

o

4-

H30

CH3C0CH2CH2C0CH3

▼年0CH3

H30+

1120

H3C0CH3H3C

CH3

0

H

HCCHHCCH

CH3CC0112+"CH3CC

OH

0HH3C011H3C

CH3C0CH2CH2C0CH3

1口HHN

\N

HHH

II

H

N

H

HNN

HNN

HHHH

H皿hh3

u+

“不樹脂化

s

三、毗咯的特殊性質(zhì)

1.弱酸性

KOH（固）

NN

HK

pKa^l5

2.此咯鹽的反應

+CH3I

N

N

KCII3

+PhCOCl70%甲苯

110°CN

N

KCOPh

RMgXC02

NN

HMgX

H+

1120

COOII

N

H

§14.4五元雜環(huán)的制備

、工業(yè)法

S

s

CII3CII2CII2CII3

600°C

CH2C12

HCCH+2HCH0H0H2CCCCH20H

H

N

NH3

加壓

玉米芯H30

或稻殼CH0CH2CH(OH)CH(OH)CH20H

0

CHOO

-1120ZnOorCr203

4OD

糠醛

▲、閉環(huán)法

P205

H3C

CH3

0

II2CC1I2

P2S5

COCH3H3COCH3C

CI13

S

(NH4)2C03

H3C

C1I3

\

H

例：由甲苯、小于等于2c原料合成

PhPh

PhCH3KMn04PhCOOHPhCO硼置H

I+In

C2H5OII

CH3COOHCH3COOC2H5

ft

EtONa

CH3COOC2H5Phe00C2H5+PhCOCH2COOC2I15

00

EtONaI2Ph-C-CH-CH-C-Ph

H5C200CC00C2H5

稀OH一H3+00°P205

1.M.

Ph-C-CH2-CH2-C-Ph

■.§14.5毗咤的結(jié)構(gòu)

Sp2雜化

N

N

0.140nm

0.139nm鍵長未徹底平均化

N0.134nm

NN

H

2.22D1.17D

T,-C-I

■§14.6毗咤的化學性質(zhì)

]■___________________________

一、堿性及成鹽反應

N(CH3)3NNH2NH

pKb4.28.8

9.413.6

孤對電子未孤對電子

參與共輾參g共祖

+

+HC1NIICl

N

+

+S03NSO3

\

+CH3INCH3I

N

+石崛

+PhCOCINPhCl

-20°C

N

八親電取代反應

N02

濃H2s04

濃HN036%

N300°CN

SO3H

濃H2s04

200。C70%

N

Br

Br2,浮石

300"C39%

N

(CH3CO)20

不反應

A1C13

、?反應特點:

親電取代反應活性低：

N的電負性大

強親電試劑易與毗咤成鹽

Br

Br2,CH3C00II

°m

NNH2NNH2

90%

親電試劑進攻B一位

Y+

。一位HHH

NNNN

YY丫

YYY

B一位丫+HH||

NNNN

YUYHYH

一位

YY-F

NNN

3、親核取代反應

甲苯

+PhLi+LiH

NNPh

N(CH3)2

+NaNH2

NNNHNa

H20

+NaOIl

NNH2

、.親核試劑進攻a,y一位

Nu-

a一位llHH

NNNN

NuNuNu

NuNuNu

H

B—位HUNu

NNN

NullNuHNull

Nu-

Y一位

\

NNN

C10CH

3

CII30Na

NN

BrNH2

BrBr

NH3,1120

160°C

NN

、.四、氧化反應

1.側(cè)鏈氧化

KMnO4

NCH3NCOOH

SeO2

NCHO

2.H909氧化

CH3C00H

+H202(30%)

65sC

NN

0

PC13,CHC13

+P0C13

N

■，.A.N—氧化哦咤的親電取代反應

N02N02

發(fā)煙HNO3PC13,CHC13

發(fā)煙H2s04+P0C13

XT

N

NN

0

o80%

90%

電試劑以進攻Y一位為主

EIIEH

+

NNN

000

滿足八電子構(gòu)型

■B.N—氧化毗咤的親核取代反應

0CII30CII3

CII30NaPC13,CHC13

CII30H+P0C13

N

X

0

0

核試劑以進攻Y一位為主

NuH

+Nu

NN

00

J.五、側(cè)鏈a-H的反應

NaNII2

PhCOPh

Ph

NCI13NCH2-C-OH

Ph

J.§14.7稠雜環(huán)化合物

N0

H

呼I"朵

苯并吠喃

SN

苯并噬吩

唾咻

、喳琳的反應

1.親電取代反應

N02

濃HN03

+

濃H2s04

NN

N02

2.親核取代反應

NII2

NaNH2

+

NNNNH2

3.氧化反應

COOH

KMnO4

NNCOOH

、Skraup（斯克勞普）法合成喳琳

C1I2-C11-C1I2濃

+H2s04

0H0H0HPhN02

NH2N

84?91%

+

22I

HH

CC

2

H

HC

0CN

H

OH\H

HCN

O

2

H

2

+

O

I

1

C22

-H10

HClN

CC22h

=HHP

2CC

H0

C

HH

OCN2

H

C

+1

5H

H1

H

2

H

N

2

H

C

-

H

CH

O

-H+

2OH

HH

CO

理

機

應

7反

嗟咻衍生物的合成