杂环化合物2

�
亲电取代反应举例：
N N H SO3 N SO3 H N H COC H3 + S 主要产物 HNO3 O HOA c O NO2 H O N O2 S 少量 COCH3 SO3H
A c2O S A l Cl 3
二、含一个杂原子的六员杂环苯并体系
�
喹啉和异喹啉
5 6 7 8
4 3 6 7
5
4 3
1. （比吡啶）易发生亲电取代反应 （有亲核性）
NO2 HNO3 N O H2SO4 90oC N O PCl3 NO2 + N POCl3
∆
对比
H N O3 N H2SO 4 3 0 0 oC / 2 4 h
主要产物 • 反应活性不同
NO 2 N
• 取代位置不同
2. （比吡啶）易发生亲核加成 （有亲电性）
N
1
2
N2
8 1
喹啉
�
异喹啉
结构和性质分析
•杂环部分象吡啶
碱性和亲和性 亲电取代 亲核取代 氧化和还原反应 支链上的反应
•碳环部分象萘
亲电取代
氧化和还原反应
δδ+
δ+
1. 喹啉的性质
δδ+
�
喹啉的共振式分析：
δδ+ N
δ+
N
N
N
两个芳环
保留一个芳环
N
N
N
不存在芳环
(1) 喹啉的亲电取代反应
5 6 7 8 4 3
烯胺负离子 有亲核性
H H2 C B CH2 CH2
N
N
N
共轭烯胺负离子
(1) 与醛酮加成
O Ph C Ph OH N CH3 NaNH2 N CH2 C Ph Ph
机理：
Ph N CH2 H NH2 H2 O N CH2 N CH2
O C Ph N CH2 O C Ph Ph
OH C Ph Ph
� 钝化 � β取代
Br2 / H O Ac N NH2 20oC
给电子基使 亲电取代反 应较易进行
�
对反应取向及钝化现象的解释
(i) 由吡啶的共振式分析 :
N
N
N
N
N
E
δ+
E
� 环上带正电, 不利于亲电取代 � β 位的正电荷密相对较低，相 对较为活泼
δ+
N
δ−
δ+
(ii) 反应中间体的稳定性分析 • 取代在 α 位（取代在 γ 位类似）
sp2轨道 有未共用 电子对 H C C C C H C N H
N
象叔胺 有亲核性和碱性 N可被氧化 有亚胺片断 有亲电性 与亲核试剂反应
H
共振能： 23卡 /mol
一、 吡啶的碱性和亲核性 1. 吡啶的碱性
R3 N
N ~10-9
N H ~10-14
Kb
~10-4
� 合成上作为有机碱
N ROH + TsCl ROTs + NH Cl
O N C H 2 C C OOE t
N a OE t / H OE t
请写出反应的机理
2. 异喹啉的性质
�
异喹啉的共振式分析
N
N
N
N
N
N
E
N N δδ+ δδ+ δδ+
N
δδ+ δ+
Nu
(1) 异喹啉的亲电取代反应
NO2 HNO3 N H2SO 4 0 oC 100 oC N + NO2 7 2% 65% SO3H H2SO 4 N 30 0oC Br Br 2, A l Cl 3 N 7 5oC N N 8% 1 0%
• 吡啶的亲电性
δ+
Nu
δ+
Nu
• 吡啶的亲核取代通式
H N 亲核加成 Nu Nu = NH2, Ph N Nu −H
N
δ−
δ+
Nu
亚胺结构
负氢消除
N
Nu
通过氧化去氢 或其它途径
1. NaNH 2与吡啶的亲核取代 —— Chichibabin 反应
NaNH2 N 机理:
H N NH2 N NH2 N + N + HN N N + NH2 H2 NH NH3 H NH2 N + NH2 NH2 H NH H2 + NH2
(b) 亲核加成及进一步消除
Ph N O Ph M gX N H OM gX
H2O N OH
Ph H
亲电性较强
中间体比较稳定
Ac2O N OA c
Ph H
−HO Ac
消除较易进行
N
Ph
六、 吡啶 α 和 γ 位侧链上的反应
� 吡啶
α 和 γ 位氢有弱酸性
性质类似烯醇负离子
B N C H2 H N CH2 N CH2
α−吡啶酮
（仍有芳香性）
机理： OH N Cl OH N Cl −Cl
好离去基
N
OH
• 制备 α−吡啶酮的其它方法
NaNH2 N N (1)NaNO2, HCl NH2 ( 2)H2O, ∆ N 异构化 OH N H O
• 其它取代例子
NaO CH3 N Br Br N NH 3 ∆ N C l HOC H3, ∆ N NH 2 Br N Cl NH3, Z nC l 2 ∆ N NH2 OC H3 Cl P h NH2 N ∆ N NHP h
O
1
2
S
1
2
吲哚
�
苯并呋喃
苯并噻吩
亲电取代反应：
E A A or E A E
亲电取代在杂环上，为什么？
• 亲电取代中间体分析：
E A 进 2位 A E H −H + A E
苄基型正碳离子 较稳定
E A 进3位 A E H A E H A −H+ E
有两个主要共振式 较稳定
两种中间体均有 一定的稳定性
酰基化机理
酰基化试剂
O N R C O R 'O H R N C O R C OR' H + N
R 'O H 吡啶充当一个 好的离去基团 O R C OR ' + N H
二、 吡啶环上的亲电取代
�
取代位置和反应活性（例：吡啶的硝化）
发烟 HNO 3 / 发烟 H2 SO 4 常温 N 发烟 HNO 3 / 发烟 H2 SO 4 300oC / 24h N
H2SO 4, SO 3 N 90oC N SO 3H
H2SO 4 30 0oC
HO 3 S N
�
E
由反应中间体的稳定性解释反应取向
E 进入 5位 N E N E
两个反应中间体稳定性差别 不大，故5和8位活性相当。
E
N E
N
N
N
进入 8位 N E E N E N
N E E
N E
N
(2) 喹啉的亲核取代反应
� 吡啶的烷基化
N + I CH3 N I CH3 N−甲基吡啶盐
• N-甲基吡啶盐的重排
N H CH3 NaOH I N H N I CH3 NaOH N CH3 CH3
300oC N I CH3 重排
� 吡啶的酰基化及其应用
O R C Cl N R N C O Cl R' OH O R C OR' + N H Cl
E N α位 -H E N H N
贡献最小，为什么？
E H
E N H
中间体有两个主要共振式
N E E H N E N N E H N E H
• 取代在 β 位
E N β位 -H
中间体有三个主要共振式， 较稳定
� 环上已有给电子基的定位作用
G E E E E
N
G E G ( )
N
E G( N )
N
三、 吡啶环上的亲核取代反应
N Oδ
• 邻对位负电荷 密度较大
(b)
N O N O N O N O
有相似性
δ δ N
δ
N
O • 保留吡啶的特点 • 邻对位负电荷密度较大
(2) 反应的中间体较稳定 (a) 亲电取代机理
H NO2 N O N O N O NO2 H NO2 −H+ N O NO2
八隅体，较稳定
NO2 P Cl 3 N O PCl 3 N NO2 + O PCl 3
取代机理
- HCl N Z nCl − Z nCl2 N NH2
N
Cl
NH3, N
Cl NH3
Cl NH2
Z nCl2
Z nCl2
四、 吡啶的还原和氧化
1. 吡啶的还原
H2, Pt N 0.3 MP N H H2, Ni N H N H
Sn / HCl N or Na / EtOH
喹啉
1, 2, 3, 4−四氢喹啉
(1) PhMgX N O (2) H2O N OH Ac2O N Ph
Ph H
反应较快
对比：
PhLi N O 2 or PhN O2, ∆ (氧化) N Ph
� 为什么 N-氧化吡啶既有亲电性又有亲核性？
(1) N-氧化吡啶有两种形式的共振式
(a)
N O N O N O N O
有相似性
δ δ
δ O
十氢喹啉
吡啶环比苯环易被还原
2. 吡啶的氧化
KMnO4
• 氧化在侧链上
N
CH3 HNO3 ∆
N
COOH COOH N 烟酸