12 杂环化合物《有机化学》

Br
（80%）
O
O Cl2
-40℃ ， CH3COOH
Cl
O
（64%）
Br2
CH3COOH
Br
S
（78%）
S Cl2
50℃
Cl
S
（36%）
I2,HgO C6H6, 0℃
I
S
（70%）
吡咯极易卤化生成四卤吡咯。
（2）硝化
呋喃和吡咯很易被氧化，遇无机酸容易发生聚合， 因而不能用硝酸硝化。通常用比较温和的非质子硝化试 剂，如用硝酸乙酰酯
离域能 呋喃、吡咯和噻吩的离域能分别为： 67 kJ·mol-1、 88 kJ·mol-1和117 kJ·mol-1 比苯的离域能（150.5 kJ·mol-1 ）低，但比大多数共 轭二烯烃的离域能（约12～28 kJ·mol-1 ）要大得多。
芳香性：苯>噻吩>吡咯>呋喃
2、 呋喃、噻吩和吡咯化学性质
有机化学 第12章 杂环化合物
基本要求：
• 1.掌握呋喃、吡咯、噻吩、吡啶、嘧啶、 喹啉、吲哚、嘌呤及其衍生物的命名。
• 2.掌握呋喃、吡咯、噻吩、吡啶的结构 与芳香性的关系，结构与亲电取代反应 活性的关系。
• 3.掌握吡咯和吡啶的酸碱性，呋喃、吡 咯、噻吩、吡啶的亲电取代反应(卤代、 磺化)，还原反应，吡啶侧链的氧化反应。
COOH
(烟酸 )
N
HNO3
COOH
COOH
N
△
COOH △
N
N
吡啶可被催化加氢或用乙醇和钠还原而成为六氢吡啶。
Na + C2H5OH
N
或 H2/Pt ,0.3MPa,25℃
N H
常见吡啶衍生物
CONH2
N
烟酰胺 (维生素pp)
CONHNH2
CH2OH
HO
CH2OH
H3C N
维生素B6
CON(C2H5)2
长春碱(R=CH3);长春新碱(R=CHO); 抗癌药
H3C
N
N
NH2 S
Cl- N +
CH2
CH3
CH2CH2OH
维生素B1
O N
H COOH
CH3 PhCH2CONH
H HS
CH3
青霉素G
四、 六元杂环化合物
1、结构和芳香性
.
N·
·
.N.
sp2杂化
一个闭合的共轭体系 具有芳香性。
符合休克尔4n+2规则
（4）烷基化和酰基化 吡咯烷基化反应时易得混合物，因此用途不大。吡咯 可用乙酐进行酰基化。
（5）呋喃的特殊反应
O
O+
O
O
O
OO O
2．吡咯的特殊反应
碱性极弱，比苯胺的碱性还要弱得多。 含氮化合物的碱性顺序： 仲胺＞伯胺＞叔胺＞氨＞苯胺＞吡咯 酸性比醇强而比酚弱
+KOH（固?体 ）
△
N
H
-
+H 2 O
CH3COONO2
-5~30℃
O
O
NO2 (35%)
HNO3,H2SO4
S
NO2
NO2 (86%) +
S
S
（14%）
（3）磺化 吡咯和呋喃也不能用硫酸直接磺化，要用温和的非质 子磺化试剂。
N · SO3
- HCl
N
100℃
N
SO3
N
SO3H （90%）
H
H
H
噻吩是这些五元杂环化合物中最稳定的一个, 可在室温下直接磺化： 应用: 苯和噻吩的分离
N
异烟酰肼（雷米封） 抗结核药
N
烟酰二乙胺（可拉明） 中枢神经兴奋药
五、喹啉和异喹啉
N
浓H N 浓H2S
与吡啶类似, 喹啉和异喹啉都有弱碱性（喹啉：
pKb=9.15；异喹啉pKb=8.86）。
喹啉和异喹啉的亲电取代反应（如硝化、磺化、 溴化等）比吡啶容易，亲电试剂主要进攻苯环部分。
亲核取代反应则发生在吡啶环上，其中喹啉主 要在2-位取代，而异喹啉主要在1-位。
呋喃丙胺（抗血吸虫药）
HOOCCH2CH2
CH2COOH
N
CH2NH2
H
卟吩胆色素原; 通过生物体内特定酶的作用可转变成 卟啉、叶绿素和维生素B12等重要生物活性物质
CH2COOH
3-吲哚乙酸(植物生长促进剂)
N H
OH
N
C2H5
N H
H3COOC H3CO
N H
N R HO
C2H5 OCOCH3 COOCH3
1）亲电取代反应 亲电取代反应活性: 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯
注意: 反应主要发生在α-位
E+ z
+H zE
H +E z
烯丙型较稳定
（1）卤化
呋喃、噻吩在室温与氯或溴反应很激烈，得到多卤代物。
若在温和条件下，如用溶剂稀释及采用低温，可得到一卤 代物，不活泼的碘则需在催化剂作用下进行。
Br2
N
O2N
O
CHO
2-甲基-5-乙基呋喃 4-甲基吡啶 5-硝基-2-呋喃甲醛 α-甲基-α’-乙基呋喃 γ-甲基吡啶 α’-硝基-α-呋喃甲醛
②如含有两个不同杂原子，则两杂原子的编号尽 可能小，并使杂原子上连有H原子或取代基的杂原子位 次最小。
H3C N
Br N 1,4-二甲基-5-溴咪唑 CH3
一、命名: 一般采用国际上通用的英文名称的音译法
O
呋喃
N N
嘧啶
S
噻吩
N H
吡咯
N
吡啶
N
喹啉
N
H
吲哚
N
N
N
N
N
N
O
S
H
H
吡唑
咪唑
Pyrazole Imidazole
噁唑 Oxazole
噻唑 Thiazole
①如杂环上有取代基，应从杂原子开始编号，并 尽可能使取代基的位次较小。
CH3
C2H5
O
CH3
N
SO3, H2SO4
HgSO4
Br
N
NO2
N
SO3H
N
注意:
1）亲电取代反应活性: 吡啶 < 苯环<噻吩<呋喃<吡咯
2）吡啶环不能发生傅氏反应。 3）亲电取代反应发生在β位。
3. 氧化还原反应 吡啶比苯稳定，不易被氧化 侧链可氧化生成相应的吡啶甲酸。
CH3
HNO3 , △
Hale Waihona Puke -N或 KMnO4 /OH
2、 吡啶的性质
１）弱碱性 （pKb=8.8） 碱性: 仲胺＞伯胺＞叔胺＞氨＞吡啶＞苯胺＞吡咯
N + HCl
N HCl
吡啶及其衍生物能溶于强酸，用于鉴别、分离与提纯
2） 亲电取代反应
亲电取代反应发生在β位
卤 化：
N
Br2 ，浮石
300℃
硝化 ：
N
浓HNO3 ，浓 H2SO4 300℃ ,1天
磺 化：
N
K+
3 糠醛
O CHO
说明 糠醛具有一般醛基的性质，如可以发生银镜反应
KMnO4
O
CHO NaOH
COOH
O
（糠酸 ）
NaOH O CHO
O CH2OH +
O COOH
三、一些具有生理活性五元杂环化合物
O
O
O2N
O CH=N N
呋喃唑酮（痢特灵）
O2N O CH=CHCNHCH(CH3)2 O
③若两杂原子不同，则按O、S、N的顺序编号
N CH3 S
5-甲基噻唑
5 6
7 8
4 3
N2 1
喹啉
4 5
6 7
3
2 N1 H
吲哚
1N
6
5
7 N
8 2 N4N
3 H9
嘌呤
④喹啉，吲哚，嘌呤有自己独特的编号方式
二、 五元杂环化合物
1、 结构和芳香性
呋喃、噻吩、吡咯
一个闭合的环状共轭体系 符合休克尔4n+2规则，都具有芳香性