六元杂环化合物
大学有机化学第十七章杂环
杂环化合物也可以发生还 原反应，如喹啉可以还原 为二氢喹啉。
还原反应通常涉及还原剂 对杂环的攻击，导致电子 转移和还原产物的生成。
杂环化合物在有机合成中的
06
应用
作为合成子构建复杂分子结构
01 杂环化合物作为合成子
杂环化合物具有丰富的反应性和多样的结构，可 以作为合成子用于构建更复杂的分子结构。
02 杂环合成策略
在天然产物的全合成中，杂环的合成是关键步骤 之一。通过设计合理的合成路线，可以实现杂环 的高效构建。
03 实例分析
以某些具有代表性的天然产物为例，阐述杂环化 合物在天然产物全合成中的应用。
在药物设计和合成中的应用
药物分子的结构特点
许多药物分子都含有杂环结构，这些结构对于药物与靶标 的相互作用具有重要影响。
咪唑
由两个氮原子和三个碳原子组成的五元杂环化合物，具有芳香性。咪唑及其衍生物在医药和农药等领域有重要应 用，如抗真菌药物克霉唑、抗寄生虫药物甲硝唑等。
噻唑
由一个硫原子、一个氮原子和三个碳原子组成的五元杂环化合物，具有芳香性。噻唑及其衍生物在染料、农药和 医药等领域有广泛应用，如杀菌剂稻瘟灵、抗癫痫药物卡马西平等。
大学有机化学第十七 章杂环
目录
• 杂环化合物概述 • 五元杂环化合物 • 六元杂环化合物 • 杂环化合物的合成方法 • 杂环化合物的反应与机理 • 杂环化合物在有机合成中的应用
01
杂环化合物概述
定义与分类
定义
杂环化合物是指分子中含有杂原子（非碳原子）的环状 有机化合物。
分类
根据杂原子的种类和数量，杂环化合物可分为单杂环和 多杂环两大类。其中，单杂环又分为含氮杂环、含氧杂 环和含硫杂环等。
呋喃
第十六章 杂环化合物
双烯合成。
O
OO
=
=
O+
O
△
O 90%
=
=
O 顺丁烯二酸酐
O
吡咯也可以与苯炔、丁炔二酸发生类似的反应
N-H
△
N-H +
C-COOH N-H +
△
C-COOH
N-H -COOH -COOH
噻吩芳香性强不发生反应
3. 吡咯的酸碱性
吡咯表面上 是个仲胺，但实 际上吡咯是一个 很弱的碱，碱性 比苯胺弱得多， 基本可以认为其 无碱性
S
+ (CH3CO)2O
H2PO4 或SnCl4
S
-COCH3 70%
2-乙酰基噻吩
呋喃、噻吩、吡咯进行烷基化反应很难得到一烷基取 代物。
呋喃、噻吩、吡咯亲电取代以α-位为主
2. 加成反应
呋喃、噻吩、吡咯分子中都有一个顺丁二烯型结构， 因此它们又具有不饱和性质：
稳定性增加
共振能
S
N
O
（KJ / mol）152 125.5 90.4 71.1 12.6
① 碱性和亲核性 碱性：叔胺 >> 吡啶 > 吡咯
叔胺
N
pKb: ~ 4
8.8
N
NH2
H
9.37
~ 14
碱性增强
+ HCl N
· Cl -
N+ H 吡啶盐酸盐
吡啶氮原子还可以作为亲核试剂与R-X、Br2等亲电 试剂反应形成吡啶盐
+ Br2 N
· Br N+ Br
② 亲电取代反应
亲电取代反应似硝基苯。
常见芳香性六元杂环化合物（单环、稠环）
杂环化合物
N
N
Br2 300 oC
Br N
β-溴吡啶 溴吡啶 β-吡啶磺酸 吡啶磺酸
H2SO4, SO3 230 oC, 24 h
KNO3 + H2SO4 Fe, 300 oC
SO3H N
NO2 β-硝基吡啶 硝基吡啶 N
N
亲电取代反应为什么主要发生在β 位上? 亲电取代反应为什么主要发生在β-位上?
如果取代在 a 位
4 5
CH3
1-甲基吡唑 甲基吡唑
S
1
CH3 6
CH3 4 5 N3 N 2
1
4-甲基咪唑 甲基咪唑
5-甲基噻唑 甲基噻唑
4-甲基嘧啶 甲基嘧啶
3. 具有特定名称的稠杂环的编号一般和稠环芳烃相同, 具有特定名称的稠杂环的编号一般和稠环芳烃相同 但少数有例外(比如 嘌呤) 但少数有例外 比如 嘌呤
5 6 7 8 4 8 3 2 7 6 5 9 1 2 3 4
N H H
反 发 无 应 生
浓 H2SO4 / HgSO4 N 220oC Br2 / 浮 石 300oC N N
SO3H
Br
环上有给电子基时反应相对较易进行
4 芳环上的亲核取代反应
亲核取代比苯容易，主要发生在 位上 位上。 亲核取代比苯容易，主要发生在α位上。 比苯容易
PhLi N O2 or PhNO2, 化 (氧 ) N Ph
(3)周边编号的方法 (3)周边编号的方法 为表明取代基的位置，还需要对稠杂环的周边给与编号， 为表明取代基的位置，还需要对稠杂环的周边给与编号， 编号原则是基本环用英文字母编号，附加环要用数字编号。 编号原则是基本环用英文字母编号，附加环要用数字编号。
然后对稠杂环进行整体编号，共用碳原子不参与编号， 然后对稠杂环进行整体编号，共用碳原子不参与编号， 共用杂原子参与编号。 共用杂原子参与编号。
有机化学结构
二嗪（Diazine）是含有两个氮原子的六元杂环化合物，即二氮杂苯，分子式为C4H4N2。
它有以下三种异构体：三嗪（Triazine）是含有三个氮原子的六元杂环化合物，分子式为C3H3N3，有三种异构体：∙1,2,3-三嗪，也称“连三嗪”；∙1,2,4-三嗪，也称“不对称三嗪”；∙1,3,5-三嗪，也称“均三嗪”、“对称三嗪”。
1,2,3-及1,2,4-三嗪均未见其单独存在，但衍生物都已制得。
六嗪也称作“六氮苯”，是氮元素的一种单质，分子式为N6。
六嗪与N2、N4等互为同素异形体。
六嗪是氮苯（吖嗪）类物质的最后一个成员，其分子是由六个氮原子围成的六元环，相当于六个次甲基都被氮原子代替了的苯分子。
虽然吡啶（一氮杂苯）、哒嗪（邻二氮杂苯）、嘧啶（间二氮杂苯）、吡嗪（对二氮杂苯）、1,3,5-三嗪（1,3,5-三氮杂苯）和四嗪（四氮杂苯）等氮苯都已被发现，但六嗪与五嗪实际上仍未被观察到。
酸酐是具有两个酰基键合于同一氧原子上的有机化合物。
[1]若两侧酰基由同种羧酸衍生而来则称为对称酸酐，分子式可表达为：(RC(O))2O。
对称酸酐命名取决于相应羧酸命名，即词缀“酸”改为“酸酐”。
[2]因此(CH3CO)2O称为：“乙酸酐”（或醋酸酐、醋酐）。
混合酸酐（或不对称酸酐）以两侧酰基分别对应的羧酸命名，如：甲酸乙酸酐。
胺（拼音：àn；英文：Amine）是氨分子（NH3）中的氢被烃基取代后形成的一类有机化合物。
氨基（－NH2、－NHR、－NR2）是胺的官能团。
如果氮原子连着羰基(C=O)，那么该化合物则称为酰胺，其化学性质与胺并不相同。
胺分子可根据烃基的种类，分为脂肪胺和芳香胺。
此外，胺还可根据氨分子上被取代的氢原子数量，顺次分为伯胺（一级胺）、仲胺（二级胺）、叔胺（三级胺）。
此外，还有季铵盐（四级铵盐），可以看成是铵根离子（NH4+）的四个氢都被取代的产物。
酰胺可以看作羧酸与氨或胺缩合形成的化合物，是羧酸衍生物的一类。
第六讲 六元杂环化合物的构建
Reaction mechanism
Halberkann variant
This reaction is also known as the Skraup-Doebner-Von Miller quinoline synthesis, and is named after the Czech chemist Zdenko Hans Skraup (1850-1910), and the Germans (Doebner) (1850-1907) and (1848-1899). When the α,β-unsaturated carbonyl compound is prepared in situ from two carbonyl compounds (via an Aldol condensation), the reaction is known as the Beyer method for quinolines. The reaction is catalyzed by lewis acids such as tin tetrachloride and scandium(III) triflate and bronsted acids such as p-toluenesulfonic acid, perchloric acid, amberlite and iodine.
第六讲 六元杂环化合物的构建
第一节. 吡啶的合成 第二节. 喹啉的合成 第三节. 其它六员杂环化合物的合成Leabharlann 第一节. 吡啶的合成R
六元杂环.
H2SO4 heat
H H2C C CHO
NH2 +
H H2C C CHO
Michael addition
H
N
H+
OHC
H N
H+ , - H2O
OH
H N OHC H N
H N
+
NO2
N
NH2
+
以 α,β-不饱和醛或酮代替甘油、酸也可用磷酸或其他酸
NH2 +
H2C
HO C CCH3
FeCl3, ZnCl 2 PhNO2, heat
环上的亲核取代
环上有好的离去基团 ( 如 NO2 , Cl ) 可被取代
Cl
NH3
NH2
N
100 - 200 ℃ N
NaOMe N Cl MeOH, heat
N OMe
N Br
NaOH H2O, heat
Cl PhNH2
N
heat
N OH NHPh N
强碱亲核试剂－－－－ 消除－加成机理
PhLi N
N
+
N
浓 H2SO4
N
22 ℃
SO3H N
N NO2
Br Br2, 浓 H2SO4
N
Ag2SO4, heat
N
+
N
Br
亲核取代反应
NaNH2, Xylene 100 ℃
N
n-BuLi Toluene N
N
NH2
N
Bu-n
喹啉和异喹啉 氧化和还原均比苯容易
氧化：苯环优先 还原：吡啶环优先
KM nO4
嘧啶环上有活化基团 ( 如 OH、NH2 等 ) 时，可硝化、磺化
重要的五六元杂环化合物
含两个氮原子的杂环
苯并咪唑（间二氮茚）
H N
CO N H
苯并咪唑酮
Cl
Cl
Cl
NN
Cl 四氯嘧啶
Cl
F
F
NN
F 三氟一氯嘧啶
4.含三个氮的杂环
Cl NN Cl N Cl
三聚氰酰氯（三聚氯氰）
5. 含一个氮和一个硫原子的杂环
43
HC N
HC CH 5S2
重要的五、六元杂环化合物
1
含一个氧原子的杂环
2
含一个氮原子的杂环
3
含两个氮原子的杂环
4
含三个氮的杂环
5
含一个氮和一个硫原子的杂环
1.含一个氧原子的杂环
HC CH HC CH
O
呋喃（氧茂）
H2C CH2 H2C CH2
O
四氢呋喃
CH CH O
苯并呋喃（氧茚，香豆酮）
含一个氧原子的杂环
5 6
7 8
4 3
含一个氮原子的杂环
HC CH HC CH
N H
吡咯（氮茂）
H2C CH2 H2C N C O
H
吡咯烷酮
H2C CH2 H2C N CH2
H
四氢吡咯
N H
吲哚 （苯并氮茂、氮茚）
含一个氮原子的杂环
N
6-羟基（1H）吡啶-2-酮 （吡啶酮）
吡啶
N 喹啉（1-氮萘）
N OH
8-羟基喹啉
3.含两个氮原子的杂环
1 噻唑 （1,3-硫氮茂）
N CH S
苯并噻唑
小结
1. 含氮、氧、硫杂原子的杂环化合物具 有重要的用途； 2. 有些杂环化合物存在多种互变异构体。
六元环杂环化合物记忆口诀
六元环杂环化合物记忆口诀【一层】1.六元环：六甲基吡咯环2.杂环化合物：环内碳原子中，六甲基吡咯环与其他杂环共同构成的化合物【背景介绍】杂环化合物是一类以杂环框架定义的新型化合物，其在药物合成、生物活性和制药工艺等领域一直受到广泛关注，而其中最为重要的是六元环杂环化合物。
六元环杂环化合物，也称为“宽带分子”，是指以六甲基吡咯环为核心组成的杂环系列化合物。
它们具有层状结构，由六甲基吡咯环构成一个层并由多种其他环组成另外几个层，因此上下层被连接起来形成螺旋结构。
它包含众多种类，以及各种类型、结构格局，具有高覆盖面和多组合空间等特点，因此具有重要的研究价值。
【研究内容】1. 六元环杂环化合物的结构表征六元环杂环化合物的结构表征是对其进行有效、准确表征的基础，可以更加全面地描述其局部结构和性质，及其衍生物的结构形状和活性面积。
2. 六元环杂环化合物的合成方法分子设计和合成工艺是六元环杂环化合物研究的两个关键点，设计出具有一致性结构和活性的六元环杂环化合物，体现出六元环杂环化合物的特定性质，方便进行后续的研究并获得特异的作用。
3. 六元环杂环化合物的性质研究性质研究是六元环杂环化合物的主要内容，围绕结构及化学性质的研究已经被深入开展，包括药物的抗菌作用、抗病毒作用、抑制癌症细胞的产生作用、改善人体免疫力和机体新陈代谢能力等，即根据测定结果进行功能性和抗性预测。
4. 六元环杂环化合物的应用六元环杂环化合物在药物研究和生物活性调控等方面有着重要的应用前景。
六元环杂环化合物可以用于抗菌、抗病毒、抑制肿瘤细胞等药物合成，其中包括基于RNA等药物设计和合成。
此外，它们还可以用于材料科学、便携式传感器的设计和制造等。
【结论】通过对六元环杂环化合物的研究，可以发现它们的重要研究价值和重要的应用前景，为后续的研究及其在药物研究、生物活性和制药工艺等方面的应用打下坚实的基础。
此外，六元环杂环化合物的结构表征、分子设计和合成以及性质研究也是值得研究的重要方向，为研究人员提供更多的可能性和机会。
第十章杂环化合物
O O
O
H
H
H
H
O OH2
O HO
H O
O
OO
催化加氢：
H2, Ni
O
O THF
四氢呋喃（THF），bp 67℃ ，性质与乙醚相似， 是重要的化学溶剂。
2、糠醛
糠醛的化学性质与苯甲醛相似。可以发生交叉 羟醛缩合反应、Cannizzaro反应、Perkin反应。
dil.NaOH
O
CHO CH3CHO
mp26℃，bp 243℃。难溶于水，易溶于有机溶剂。
N
喹啉
N
异喹啉
来源： 煤焦油和骨油。
制备： Skraup合成法
CH2OH CHOH CH2OH
H2SO4 2H2O
CHO CH C6H5NH2
CH2
C6H5NO2
N
H2SO4
H2O
N H
H C O CH2
CH2 NH
H HO C
CH CH2 NH
五元杂环化合物亲电取代活性顺序： 吡咯>呋喃>噻吩>苯
三、六元杂环化合物的性质
六元杂环化合物发生亲电取代反应主要在β-位。 可以从反应中间体的稳定性给予说明。
α位
E
N
β位
H NE
H E
N
H N
E
H NE
H 不稳定共H振结 构式
E
E
N
N
1、吡啶
吡啶有特殊臭味的无
色液体，bp 115℃，可与
N
水、乙醇、乙醚等混溶。
N
PCl3
NO2 N
HNO3
N
H2SO4
O
NO2
N O
常见杂环化合物
吡嗪(pyrazine)
六元杂环苯并环系
5 6
7 8
4 3
N2 1
喹啉
(quinoline)
5 6
7 8
4 3
N2 1
异喹啉
(isoquinoline)
54
O
6
3
7
2喃
苯并--吡喃酮
(benzopyran) (benzo--pyrone)
杂环并杂环
6 5
1N
2 N4 3
7 N
8
N H
γ 4
5
3β
6 N 2α 1
γ 4
5
3β
6 O 2α 1
O
4
5
3
6O 2 1
4
5
3
6
2
OO
1
吡啶(pyridine) 吡喃(pyran)
4
5
3
4
5
N3
γ-吡喃酮 (γ-pyrone)
5
α-吡喃酮 (α-pyrone)
4 N3
6
N2
N
1
6
2
N
1
6
2
N
1
哒嗪(pyridazine) 嘧啶(pyrimidine)
9
嘌呤(purine)
产品结 构式
丙二酰脲
中文别 名
英文别 名
分子式 分子量
巴比妥酸 ,丙二酰脲,2,4,6-三羟基 嘧啶
Barbituric acid,2,4,6-Trihydroxy pyrimidine,Malonylurea, 2,4,6Trioxohexahydropyrimidine,2,4, 6-(1H,3H,5H) Pyrimidinetrione
六元杂环
环上的亲核取代
环上有好的离去基团 ( 如 NO2 , Cl ) 可被取代
Cl
NH3
NH2
N
100 - 200 ℃ N
NaOMe N Cl MeOH, heat
N OMe
N Br
NaOH H2O, heat
Cl PhNH2
N
heat
N OH NHPh N
强碱亲核试剂－－－－ 消除－加成机理
PhLi N
IR: 3070 – 3020 cm-1 ( 环上氢伸展振动 ） 1600 – 1500 cm-1 ( 芳环骨架振动 ）
1H-NMR:
Hc Hb
N
Ha
a = 8.60 b = 7.25 c = 7.64
δ 比苯环氢略大
碱性和亲核性
+ H2O N
+
OH
N H
+ HCl N
+
Cl
N H
sp2 N:
pka = 5.19
O
O
2H-吡喃
O
4H-吡喃
OO
α-吡喃酮
O
γ-吡喃酮
α-吡喃酮为不饱和内酯
γ-吡喃酮为插烯不饱和内酯
羰基性质不典型 不能成肟
γ-吡喃酮与无机酸成羊盐 及 该羊盐类似酚可醚化
O HCl
O O
CH3I O
OH Cl-
O
OCH3 I-
O
成羊盐后，形成芳环体系
α-吡喃酮 和 γ-吡喃酮 的水解
OH- , H2O O O H3O+
H2SO4 heat
H H2C C CHO
NH2 +
H H2C C CHO
Michael addition
有机化学17章-杂环化合物
H
N
H2SO4, HgSO4 230 ° 70% C,
吡啶不能起Friedel-Craft反应
N
Br2 300 ° C
三、 六元杂环化合物
(C) 亲核取代反应：与强的亲核试剂起亲核取代反应，主要生成 α-取代产物 。
+
NaNH2 N
H 2O NHNa N NH 2
N
+
C6H5Li N
+
LiH
N
C6H5
二、 五元杂环化合物
吲哚：由苯环和吡咯环稠合而成的，因此也叫做苯并吡咯
CH2COOH N H 吲哚
CH3 N H
N H 3-吲哚乙酸
Br2 CH3COOH
CH3 N H Br
二、 五元杂环化合物
(4) 咪唑和噻唑：较常见的含有两个杂原子的五元杂环化合物
N N H 咪唑 S
N
H C
N
C
H N
H
噻唑
1.分类和命名 分 类：以杂环的骨架为基础 按环的大小——最重要的是五元杂环和六元杂环；
按杂环中杂原子数目的多少——单杂原子的杂环和多
杂原子的杂环； 按环的形式——单杂环和稠杂环
N O furan 呋喃 S thiphene 噻吩 N H pyrrole 吡咯
N pyridine
N quinoline 喹啉
二、 五元杂环化合物
由于五元杂环化合物的高度活泼性及呋喃和吡咯对无机强酸的 敏感性，亲电取代反应需要比较温和的条件
Br2 0~5℃ O CH3C ONO2 -10℃ (CH3CO)2O N H C5H5N SO3 室温 O CH3C CI SnCI4 N H N H N H O SO3 O C CH3 乙醚 Br Br N H NO2 Br Br O Br2 O O 0~5℃ O Br
五元六元杂环化合物(2)sf
N 喹啉 p u in o lin e
S
噻唑 th ia z o le
N
N H
咪唑 im id a z o le
N
吲哚 in d o le
(C8H7N)2 .H2Cr2O7
可用此法精制喹啉。喹啉可与卤代烷作用生成季铵盐。
1.喹啉的取代反应
NO2
浓 H2SO4 浓 HNO3 0℃
Br
+
N 5－硝基喹啉
CH2 N H
H2SO4 － H2O
(O)
N C6H5NO2
N
H
喹啉的衍生物
OH H3C
H
+
NH2
O C
CH
CH2
H
O
C
+
NH2
CH
CH2
OH
N 8－羟基喹啉
H3C
+
N （主）
7－甲基喹啉
CH3
N 5－甲基喹啉
N
H2SO4 200℃
N SO3H
NaOH 共熔
ONa
N
H+
OH
N
OH
N
+ MgCl2 + 2 NaOH
第 5 篇 有机含氮化合物及杂环化合物
第18章 杂环化合物
18.1 杂环化合物的分类和命名 18.2 五元杂环化合物
18.2.1 呋喃，噻吩，吡咯 18.2.2 糠醛 18.3 六元杂环化合物—吡啶 18.4 喹啉
18.1 杂环化合物的分类和命名
O
S
N
H
呋喃 噻吩 吡 咯 Furan thiophene pyrrole
1
5－甲基噻唑
β' β
第十一章杂环化合物
去氧麻黄碱或冰毒
③ 颠茄碱 N-CH3 H
O—C—CH— O CH OH
=
2
熔点：114 ~ 116℃
颠茄碱又叫阿托平，存在于茄科植物如颠茄、曼陀罗、 天仙子等。在医药上用作抗胆碱药，能抑制汗腺、唾液、泪 腺、胃液等分泌，并能扩散瞳孔，用于治疗胃痛与肠绞痛， 也可用作有机磷与锑剂中毒的解毒剂。
④ 吗啡碱 罂粟科植物鸦片中含有20余种生物碱，其中含量最多 的是吗啡。 RO O R/O
R = R/ = H
吗啡
可待因
R = CH3 ，R/ = H N-CH3
R = R/ = -COCH3 海洛因
吗啡对中枢神经有麻醉作用，有强镇痛效力，但容 易成瘾，医药上常用于局部麻醉。
可待因是吗啡的甲基醚，与吗啡有同样的生理作用，成 瘾性较吗啡差，用于镇咳，存在于大麻中的毒品海洛因是吗 啡的二乙酰基衍生物。
5 6
N
N 3
5 6 1
N
3 2
2 1 Imidine
γ-pyran 吡喃
pyridine 吡啶
pyrizine 吡嗪
咪啶
Ⅲ 稠杂环
4 5 6 7
N 1 H
6 3 2 1N 2 3
N
5 4
N 7
5 6 7 8
4 3
O
N 9 H
8
2
1
indole 吲哚
5 6 7 8 1
N
purine 嘌呤
4 3 6 2 7 8 1 5 4 3
1. 生物碱的一般性质
① （生物碱的）沉淀反应 能与生物碱生成沉淀的试剂有：碘化汞钾（K2HgI4)、苦 味酸、丹宁酸等。
② （生物碱的）颜色反应 能与生物碱产生颜色反应的有：浓硫酸、硝酸、甲 醛和氨水等
最常见的六元杂环化合物
最常见的六元杂环化合物六元杂环化合物是以八面体构型分子构成的稳定化合物，具有易操作性和结构稳定性。
常见的六元杂环化合物有有菱型硝基分析（PN），泰勒氏的环戊二烯（CY），二氧代环戊烷（CX），联苯亚全烷（CON），联苯大烷（BSF）等。
有菱型硝基分析是一种由八个碳原子和八个氧原子结构组成的六元杂环化合物，形状如有菱形，每个碳原子上结合有三个氧原子，因此它也称为三氧化碳。
有菱型硝基分析用于制造打印机碳带，分析仪器仪表，电子设备等。
除此之外，它还可以用于制备橡胶和复合薄膜，以及制作化学反应催化剂，分析化学物质，处理表面固化剂和型涂料。
泰勒氏的环戊二烯是一种八个碳原子和八个氢原子构成的六元杂环结构化合物，也称为螺环烷烃（cyclohexane）。
它是氢在每个环节相互连接形成的六元杂环结构，极液体状态下，氢键立体异构性使得六元杂环的构型稳定。
该杂环的应用可以用来制备柴油添加剂、液态橡胶及多种化学农药橡胶制品，还可以用来分子可视化技术（蛋白工程）和药物探索。
二氧代环戊烷是由两个三元杂环烷烃（cyclopropane）和两个小环构成的六元杂环，由8个碳原子组成，表面有直接和间接的小共价键，杂环的形状类似于双层圆筒。
该六元杂环化合物用于乙烯氯化、水解生产、二烯乙酸化学及其他制备技术。
联苯亚全烷是由两个三元杂环烷烃（cyclopropane）和四个亚全烷构成的六元杂环，共有八个碳原子，众多的三元杂环使其获得较强的立体异构性，它能够分解VOCs和硫化氢（H2S）污染物。
此外，它还可以用于净化空气、水体，以及作为材料之用，如阻燃剂、抗心源性污染物、降解醇、脂和抗氧化添加剂。
联苯大烷在用途上与联苯亚全烷相似，它是由两个三元杂环烷烃（cyclopropane）和四个联苯大烷构成的六元杂环，它是一种抗心源性污染物的有效降解剂，且具有较好的抗氧化性，耐温性和耐热性，可以作为材料用于制作烤漆，涂料和橡胶制品等。
以上是常见的六元杂环化合物，它还有其他多种六元杂环化合物用于各种不同的用途，如水解、合成，氢化反应、氧化和抗氧化以及作为无定形催化剂等等。
含氮六元杂环类化合物合成研究
含氮六元杂环类化合物合成研究
近年来，凭借其强大的抗病毒活性，氮六元杂环类化合物已越来越受到人们的
关注，并引发了广泛的合成研究和应用。
它们在肿瘤、脑损伤、心血管疾病、细菌感染、肿瘤和逆转耐药等方面发挥了重要的作用。
氮六元杂环类化合物的合成是一项复杂而又具有挑战性的研究。
鉴于其具有复
杂结构的特点，有关工作者尝试从改变反应条件的方面来尝试进行新型的合成方法。
如同other化合物，控制合成反应的条件可以提高氮六元杂环类化合物的合成效率。
有些研究者使用新型的催化体系，比如离子液体和有机卤素，以提高反应性能。
此外，关于环烷和环醛衍生物的合成也受到研究者的广泛关注，因为它们可能
成为一种重要的抗病毒药物的中间体。
然而，多少合成方法的限制仍然存在，这使得合成誘導变化变得更难以实现。
力争取更多的药物结构类型，全球研究者一直在探索对氮六元杂环类化合物衍
生物的新型合成方法。
不仅如此，还应使用全新的实验技术，如量子化学计算，
改变一些有利的合成策略，以满足复杂分子构型的需求。
总之，氮六元杂环类化合物合成研究仍处于持续发展阶段，有望在肿瘤、脑损伤、心血管疾病、细菌感染、肿瘤和药物耐药等领域取得新的发现. 进一步的研究将有助于了解氮六元杂环类化合物的合成机理，为将来的新药物研发提供有力的支持。
杂环化合物的结构
杂环化合物的结构杂环化合物是指分子中含有一个或多个非相邻原子构成的环结构，其中至少有一个原子不同于碳原子。
这类化合物在有机化学中具有重要的地位，广泛存在于自然界和许多药物分子中。
下面将通过讨论几个典型的杂环化合物，来介绍它们的结构。
1.噁唑类化合物：噁唑类化合物具有五元的氮杂环结构，化学式为C3H3N2、它是一类广泛存在于许多药物中的结构单元，也被广泛用于农药和染料的合成。
噁唑环由两个碳原子和三个非相邻的氮耦合而成，其中一个氮原子上还带有一个氢原子。
噁唑环可以在不同位置上被取代，形成各种不同的化合物，比如抗生素吡唑菌素。
2.噻吩类化合物：噻吩类化合物具有五元的硫杂环结构，化学式为C4H4S。
它是一种具有重要生物活性的结构单元，被广泛应用于制药和农药的合成。
噻吩环由一个碳原子、三个非相邻的碳原子和一个硫原子组成。
噻吩化合物可以在不同位置上被取代，形成具有不同生物活性的衍生物，比如抗癌药物紫杉醇。
3.品咔类化合物：品咔类化合物具有六元的氮杂环结构，化学式为C4H4N2、它是一类重要的有机光电功能材料，具有广泛的应用前景。
品咔环由一个碳原子、两个非相邻的碳原子和三个氮原子构成。
品咔类化合物可以通过在不同位置上取代，形成不同结构的衍生物，从而调控其光电性能。
4.哌啶类化合物：哌啶类化合物具有六元的氮杂环结构，化学式为C5H5N。
它是一类广泛存在于药物中的结构单元，被广泛应用于制药领域。
哌啶环由六个碳原子和一个氮原子构成。
哌啶类化合物可以在不同位置上被取代，形成各种不同的衍生物，比如抗忧郁药艾司唑仑。
除了上述几类典型的杂环化合物，还有许多其他形式的杂环，比如噻二唑类化合物、吡咯类化合物等。
这些杂环化合物的结构和性质差异巨大，但它们共同的特点是都含有非相邻原子构成的环结构，且至少有一个原子不同于碳原子。
杂环化合物的结构多样性使得它们具有广泛的应用前景，特别是在药物领域。
通过调控杂环化合物的结构，可以获得具有特定生物活性和光电性能的分子，为化学工业的发展和新药的研究提供了重要的基础。
六元杂环化合物
分布不均。
γ 0.87 β 1.01
N α 0.84
1.43
电荷分布N>β >α >γ 亲电取代β 位 亲核取代α，γ 位
（三）吡啶的性质
1．碱性与成盐
吡啶的环外有一对未作用的孤对电子，具有碱性，易 接受亲电试剂而成盐。
吡啶的碱性小于氨大于苯胺。
C3N H2HN3H pK b 3.38 4.76
N 8.80
四、噻唑和咪唑
1．噻唑
噻唑是含一个硫原子和一个氮原子的五元杂环，无色，
有吡啶臭味的液体，沸点117℃，与水互溶，有弱碱性， 是稳定的化合物。
一些重要的天然产物几合成药物含有噻唑结构，如青 霉素、维生素B1等。 青霉素
HOOC N CO
C H 3 C H 3
S
C HNHCR O
R= CH 2
为青霉素G
N H 1×10-15
CH 3CH 2OH 1×10-18
三、重要的五元杂环衍生物
（一）糠醛（α- 呋喃甲醛） 1．制备
由农副产品如甘蔗杂渣、花生壳、高粱杆、棉子壳…… 用稀酸加热蒸煮制取。
HC OH CO H H
(C 5H 8O 4)n 3~ 5% H 2S O 4
C2H CC HH稀 O H 2S4 O
R= CH 2 O
为青霉素V 常用青霉素
R= CHCHCH 2 SCH 3 为青霉素O
维生素B1（VB1）
NH 3Cl Cl
对糖类的新陈代谢有
N CH 3 N
CH 2 N
CH 3
显著的影响，人体缺
S CH 2CH 2OH 乏时可以引起脚气病
噻唑环
第三节 六元杂环化合物
六元杂环化合物中最重要的有吡啶、嘧啶和吡喃等。
含氮六元杂环类化合物合成研究
浙江工业大学硕士研究生毕业论文
第二篇２．氯一４一取代基烟酸的合成研究
第一章文献综述
１．１烟酸及其衍生物的简介【１０】…１
烟酸、烟酰胺及其系列衍生物对生物体内代谢有重要意义。可由肠内细菌合 成，也可由体内的色氨酸生成。一般不易引起缺乏症，但以玉米之类不含烟酸的 食品，或以含烟酸代谢拮抗物质的食品为主食时，往往发生缺乏而导致糙皮病。 同时，烟酸及其系列衍生物在人们的日常生活中也起着不可替代的作用。
ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｔｅｒｒｎｅｄｉａｔｅｓ
Ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｐａｒｔ ｓｔｕｄｙ ｍａｉｎｌｙ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ２··ｃｈｌｏｒｉｎ－４·ｒｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ·－ｎｉａｃｉｎ ａｎｄ ｉｔｓ
ｉｍｅｒｍｅｄｉａｔｅｓ，
ｗｅ
ｈａｖｅ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ
ｏｕｒ
ｏｗｎ
ｗａｙ
ｉｎ
ｗｈｉｃｈ
２－ｃｈｌｏｒｉｎ”４一ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ—ｎｉａｃｉｎ ｉｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｆｒｏｍ ｋｅｔｏｎｅ ａｎｄ ｃｙａｎｏｇｅｎｓ ｅｔｈｙ
不但天然的杂环化合物具有分布广、功用多的特点，目前合成的杂环化合物 也是也是为数众多、琳琅满目，它们的功用也是各有千秋，多才多艺，如抗菌消 炎的磺胺类药物、呋哺类药物、新青霉素等半合成抗菌素，抗疟药阿的平、磷酸 氯喹、乙氨嘧啶，抗肿瘤药噻替派、氨甲喋呤、氟尿嘧啶，解热镇痛药安乃近、
浙江工业大学颂上研究生毕业论文
浙江Ｔ业人学硼【‘研究生毕业论立
（ｂｓ，１Ｈ）：７．７５，８，８０（ＮＨ２）：８．２（ｍ，１Ｈ）Ａｎａｌ Ｃａｌｃｄ：Ｃ，４９．２８％：Ｈ，４．１４％ Ｃｌ，２０．７８％；Ｎ，１６．４２％，Ｆｏｕｎｄ：Ｃ，４９．４３％：Ｈ，４，２３％：Ｃｌ，２０．６５％：Ｎ １６．５２％ＭＳ：（Ｅ１）ｒｒｇｚ １７０，１３４，１０５。
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Q有机化学精品课件第十五章杂环化合物第一节杂环化合物的分类和命名一、 分类二、 命名杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带 字旁的同音汉字。
(pyrimidine) (quinoline) (furan) 咲喃 (thiophene) (pyridine)(indole)卩弭朵 (purine) 卩票吟(pyrrole)毗咯 NN卩塞吩卩密噪卩奎卩林II第二节五元杂环化合物in咲喃「噬吩、毗咯杂环的结构咲喃、卩塞吩、毗咯在结构上具有共同点,即构成环的五个原子都为Sp2杂化，故成环的五个原子处在同一平面, 杂原子上的孤对电子参与共辘形成共辘体系，其兀符合休克尔规则（兀电子数二4n+2）,为口2共轨体系71电子=6 符合4n + 2 具有芳性富电子芳环电子数所以，它们都具B 二、咲喃、I®吩、毗咯的性质 ・'（一）存在与物理性质（二） 光谱性质（三） 化学性质1.亲电取代反应从结构上分析，五元杂环为口56共辘体系 苯大，如以苯环上碳原子的电荷密度为标准 则五元杂环化合物的有效电荷分布为：o oo o O +0.20 -0.04 -0.06 ■J ----- ji -0.06 匸丿-0.10 壯 +0.32 H &AV-V MX ,电荷密度比 （作为0）,亲电取代反应的活性为: 要毗咯〉咲喃 > 囈吩〉苯，主還j进入位。
说明：毗咯、咲喃、卩塞吩的亲电取代反应，对试剂及反应条件必须有所选择和控制。
卤代反应不需要催化剂，要在较低温度和进行。
硝化反应不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯|【(CH3COONOJ作硝化试剂，在低温下进行。
磺化反应咲喃、毗咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺化试剂——毗噪三氧化硫的络合物，嗟吩可直接用浓硫酸磺化。
2・加氢反应四氢咲喃（THF）四氢毗咯不能用Pd催化因卩塞吩能Pd使中毒W 3.咲喃、毗咯的特性反应(1)咲喃易起D・A反应&AV-V MX内式(90%)o2II ⑵毗咯的弱酸性和弱碱性毗咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。
原因：N 上的未共用电子对 参与了环的共辘体系, 减弱了与H 1■的结合力I』CH3CH2OHHlx IO 15lx IO18• !・毗咯具有弱酸性，其酸性介与乙醇和苯酚之间。
2.5 x 10-14H2X 104（一）糠醛（a •咲喃甲醛）1.制备农副产品如廿蔗杂渣、花生壳、咼粱杆、 用稀酸加热蒸煮制取。
三、重要的五元杂环衍生物 &AV-VM X(GHgOJn3-5%H 2SO 4水蒸气多聚戊糖 HO-CH —CH-OHCH 2 CH-CHO OH OH戊糖稀 H 2SO 4咲喃甲醛棉子壳2.糠醛的性质同有(Z-H的醛的一般性质。
(1)氧化还原反应S^J-CHOCuO, Cr2O3150 “OMPaKM11O4弱碱性尸QL C H2L O J-COOH V2O5・ MoO02, 320 °C,(2)歧化反应浓碱、+ I 。
丄 CH Q OH(3)轻醛缩合反应Q-CHO + CH 3CHOCH=CHCHO(4)安息香缩合反应CHL 。
H HC -O液二溶 醇 - H O K-O H C -3.糠醛的用途糠醛是良好的溶剂，常用作精练石油的溶剂，以溶解含硫物质及环烷桂等。
可用于精制松香，脱出色素，溶解硝酸纤维素等。
糠醛广泛用于油漆及树脂工业。
W （二）卩比咯的重要衍生物最重要的毗咯衍生物是含有四个毗咯环和四个次甲基（・CH 二）交替相连组成的大环化合物。
其取代物称为吓卩林族化合物。
4P口卜卩林族化合物广泛分布与自然界。
血红素，叶绿素都是含环的吓卩林族化合物。
在血红素中环络合的是Fe，叶绿素环络合的是Mg。
四、11醴和咪醴1.卩塞卩坐嗟卩坐是含一个硫原子和一个氮原子的五元杂环，无色， 有毗噪臭味的液体，沸点117°C,与水互溶，有弱碱性， 是稳定的化合物。
一些重要的天然产物几合成药物含有卩塞哇结构，如青 霉素、维生素$等。
R 二-CH2《^ 为青霉素G ＞ R 二・CH 厂0匕＞为青霉素V ＞常用青霉素R = -CH=CH-CH 2-S-CH3 为青霉素0丿青霉素HOOC-i ——NCHg CH §c=oCH-NH-C-RII o维生素Bi (VBi)CH3CH2CH2OH 对糖类的新陈代谢有显著的影响，人体缺乏时可以引起脚气病六元杂环化合物中最重要的有毗噪、卩密噪和毗喃等。
II 第三节六元杂环化合物卩密毗喃•、毗旋（一）来源、制法和应用7毗噪存在于煤焦油页岩油和骨焦油中，毗噪衍生物广泛存在于自然界，例如，植物所含的生物碱不少都具有毗f 噪环结构，维生素PP、维生素B6、辅酶I及辅酶II也含、有卩比噪环。
卩比噪是重要的有机合成原料（如合成药物）、良好的有机溶剂和有机合成催化剂。
|毗噪的工业制法可由糠醇与氨共热（500°C）制得，也可从乙烘制备。
f 毗噪为有特殊臭味的无色液体，沸点115.5°C,相对\ 密度0.982，可与水、乙醇、乙醞等任意混和。
’dur （（二）毗睫的结构丫0.87 1.010.84• ♦1.43C-sp2、N-sp2 成环原子共平面体系N上的孤电子对在P轨道上，参与环内共辘，为富电子芳环。
N上的孤电子对在sp2轨道上，在环外未参与坏内共轨。
由于毗噪环的N上在环外有一孤对电子, 故毗噪环上的电荷a分布不均。
电荷分布N>p >a >丫亲电取代卩位亲核取代a , Y位片I （三）毗喘的性质1.碱性与成盐卩比喘的环外有一对未作用的孤对电子, 接受亲电试剂而成盐。
毗噪的碱性小于氨大于苯胺。
CH3NH2 NH3pKb 3.38 4.768.80具有碱性9.42A&AV-V MXNH2毗噪易与酸和活泼的卤代物成盐。
Q + HC1+ sc>3 CH9C12--------------- -- -----室温<^N-SO3 (90%)毗噪三氧化硫络合物此反应常用于・在反应中吸收生成的气态酸是常用的缓和磺化剂RRT制取烷基毗噪的一种方法2.亲电取代反应Cl2)AlCfe--------------- ►100 °CBr2)浮石催化--------------- ►300 °C气相浓H2SO4------ ・Hgso4催化，2201混酸300 °C£」>CI3-氯毗噪Br3-漠毗噪NQ3 -硝基毗噪SO3H毗噪-3-磺酸} |【3・氧化还原反应(1)氧化反应P -毗旋甲酸（烟酸）COOHa"毗旋甲酸OCH3C-OOHO-HNO3NO2H2SO4 90 °C N + o- d-+ POCI3&AV-VMX(2)还原反应毗噪比苯易还原，用钠加乙醇、催化加氢均使毗噪还原为六氢毗噪(即胡椒噪)O4・亲核取代NaNH2二甲苯胺中回流尿卩密碇(U )胸腺卩密噪(T )胞卩密噪(C )卩密噪本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很广, 眠卩密噪、胞卩密噪、胸腺卩密噪是遗传物质核酸的重要组成部 分，微生素d 也含有卩密噪环。
合成药物的磺胺卩密噪也含这 种结构。
H0 夬 N*N 7HC A N "OH丿2CH3 NH 2N A即二、唔喘及其衍生物N 个第四节稠杂环化合物稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂环稠合在一起的化合物。
常见的有嚨卩林、口弭朵和卩票吟。
67 _、N" _8 1劇林(Quioline)56327[1 引唏(indole )-N7丿89N^N3 H ‘卩票吟(Purine)6•N^2AI1一、阿喙、;口引味是白色结晶，熔点52.5°Co极稀溶液有香味，可用作香料，浓的卩引喙溶液有粪臭味。
CH2-CH-COOHNH2色氨酸构成蛋白质的重要成分卩-甲基卿朵（粪臭素）很稀时有茉莉香味Melatonine脑白金CH2COOH卩-口引n朵乙酸植物激素，少量能调节植物生长，量大则杀伤植物。
如在侧链多一个-CH?-就失去生理效能。
呵味的性质与毗咯相似，也可发生亲电取代反应，取代基进入卩■位。
（1）取代反应浓 HNO 3 + 浓 H2SO4------------------------------------------------- i0 °CBr 2 + 浓 H2SO4 △AaSCXi浓 H 2SO 4, 220 °c二、座n林 i ・唾咻的性质苯 甲 二°C 00£」>NO2NOoNNSO3HNHNa NH2(2)氧化还原反应KMnO4 100 °c CH3CH2OH, Na^yCOOH ^N^COOH2. m环的合成法一斯克劳普WA (Skraup )法：卩奎卩林的合成方法有多种，常用的是斯克劳普法。
是用苯胺与甘油、浓硫酸及一种氧化剂如硝基苯共热而生成。
CH2-CH-CH2OH OH OH84〜91%H2SO4硝基苯△A3・座咻的衍生物卩奎卩林的衍生物在自然界存在很多，如奎宁、氯卩奎、罂粟碱、CH=CH2奎宁（金鸡钠碱）存在于金鸡钠树皮中,HO-CH-（CH2）3-N^C2H51C2H5有抗疟疾疗效Array氯卩奎（合成抗疟疾药）Ho二•A含一个被还原了的异嗪卩林环，是从鸦片中提取出来的。
吗啡的盐酸盐是很强的镇痛药，能持续6小时，也能镇咳，但易上瘾。
将轻基上的氢换成乙酰基，即为海洛因，不存在于自然界。
海洛因比吗啡更易上瘾，可用来解除晩期癌症患者的痛苦。
三、嚓吟卩票吟为无色晶体，m・p216〜217°C,易溶于水，其水溶液呈中性，但能与酸或碱成盐。
纯卩票吟环在自然界不存在，卩票吟的衍生物广泛存在于动植物体内。
(I ) 9H-卩票吟（II）VH-卩票吟•存在于鸟类及爬虫类的排泄物中，含量很多，人尿中也含少量。
OHN ——NHO'N丄N入。
H H2.黄嚓吟存在于茶叶及动植物组织和人尿中。
OHNHN丿H3.咖啡碱、茶碱和可可碱三者都是黄卩票吟的甲基衍生物，存在于茶叶、咖啡和可可中，它们有兴奋中枢作用，其中以咖啡碱的作用最强。
24. 腺噪吟和鸟嚓吟它是核蛋白中的两种重要碱基。
腺卩票吟(A)鸟卩票吟(G)。