(推荐)《杂环化学》PPT课件

五元杂环
六元杂环 苯并杂环 杂环并杂环
呋喃
O N
噁唑
O
吡啶
N
噻吩
S N
噻唑
S
N 嘧啶
N
N
吡咯
H
N
咪唑
N 吡唑
N H
N H
吡喃
O
吲哚
N H
N
N
N
N H
嘌呤
喹啉
N
N 异喹啉
5
3. 大环
冠醚
O
O
O
O
O
O
O
杯芳烃
环糊精
OH
HO O OHOHO
OHO OH O
HO OH
O OH
O
OH
OOH
HO O
O
OHO
OH
O
CH3
O
β-呋喃甲酸
O
COOH
O SS
CH2C CH2CH O
CH3 CH3
链状呋喃萜
O
CH2SH
面包香料
R'
R'
O
R''
O
R''
烤肉香料
呋喃香料
H3C O
O HO
OCH3
O
苯并呋喃衍生物
O
30
CH3
2.1.2噻吩及衍生物 2.1.2.1噻吩
（一）合成方法
A：Paal-knorr法
R
R P4S6
CN CH 3
40
2.1.2.2噻吩衍生物
苯并噻吩
S
OR +
SNa
Cl
OR S
硫代-3-吲哚吩
O
HO R
-H2O S
S
S
O
R S
41
氨基苯并噻吩衍生物
O Y
S
NH2
NH2
S
COOR
Y
O
C
+
O + S8
CN
CN +
SH
COOR KOH -HCl
Cl
O Y
S
NH2
CN COOR NaOEt
S
NH2
S
7
实例:
五元杂环
4
3β
5
2α
O
1
呋喃(furan)
4
3β
5 S 2α 1
噻吩(thiophene)
五元杂环苯并体系
4
5
3
6 7
2 O
1
苯并呋喃
(benzofuran)
4
5
3
6 7
2 S
1
苯并噻吩
(benzothiophene)
4
3β
5
1
N H
2α
吡咯(pyrrole)
4
5
3
6 7
2
N H
1
苯并吡咯
反应历程：酸酐对醛的亲核取代反应历程
(CH3CO)2O
O
CHO CH3COONa
O
CH CH COOH
22
G：脱羧反应
-CO2
O
COOH
O
H：亲电取代反应
>>
N H
O
S
>
亲电反应活性顺序
+E X
2位
H
X
E
H
3位
E
X
H
X
E
H E
X
H
X
E
23
a：硝化反应
呋喃, 噻吩和吡咯易氧化, 一般不用硝酸直接硝化; 通常用比较温和的非质子硝化试剂，如：硝酸乙酰酯。 反应在低温下进行。
O H3C
HNO2
EtO O
O O
N
O
H3C EtO
OEt CH3
O
O
O
HH
OH
N
O
H3C
COOEt
EtOOC
NO
CH3
HO
H3C
COOH
H3C
COOEt
HOOC
N
CH3
NaOH/H2O EtOOC
-H2O
CH3
H
N
Zn/AcOH Ac2O
H3C
COOEt
EtOOC
NH2 O
CH3
H3C
N
CH3
2,4-二取代吡咯
HO
O
OH O
OH
OH
OH OH O
O
OH
环番
C60
O
O
S
6
1.2 杂环化合物的命名
命名原则: 杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译
成带“口”字旁的同音汉字。 当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子
算起依次用1,2,3,… (或α,β,γ…)编号。 如杂环上不止一个杂原子时，则从O、S、N
顺序依次编号。编号时杂原子的位次数字之和应 最小。
45
H
2.1.3.2吡咯及衍生物的反应
吡咯的性质与苯酚类似，都具有酸性，但吡咯的酸性比 苯酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。
OH
O
OH-
pKa=10
Na 或 K
N
或浓NaOH
H
N K+
pKa≈ 17.5
吡咯成盐后，使环上电荷密度增高，亲电取代反应更易进行。
特殊性：吡咯的N原子上也可以发生亲电取代反应
COOR
42
2.1.2.3天然存在的具有生物活性的噻吩化 合物
三噻嗯 四氢噻吩
S
S
S
S
过硫醚香料
S
SS
S
43
2.1.3吡咯及衍生物
2.1.3.1吡咯及衍生物的合成
A：工业合成法
O
NH3
P
N
H
B：Paal-knorr合成法
R
R NH3
OO
R-NH2 R N
R
H
44
C：knorr合成法
H3C EtO
NH
Y H迁移
S
NH2
H Y -H2O
OH H Y
H
S NH
S NH
OH Y
S NH
32
D：Fisselmann反应(与Gewald生成物方位相反)
CN
Cl
Cl2
CN
Cl SHCH2COOEt
OH (-HCl) Cl
CN COOEt S CH2
NH2 S COOEt
Cl CN COOEt -HCl
杂环化学
1
杂环化学与其他学科的关系
• 量子化学 • 无机化学 • 分子生物学 • 有机合成化学 • 医药化学 • 配位化学 • 染料化学 • 高分子化学 • 农药化学
2
第一章 概述
1.1 杂环化合物的分类
•脂杂环：饱和环烃 •芳杂环：非饱和环烃，即不饱和环烃 •大 环：冠醚、环番、环糊精、杯芳烃和C60等
Br S Br
S
F：脱硫反应
R3
R2
R3
R2
Ni/H2
R4
S
R1
R4
R1
39
此外，噻吩基本上不发生双烯加成，即使在个别情况下生成也是 一个不稳定的中间体，直接失硫转化为别的产物。
H 3 C
C 3+ H N C - CC-C 6 0 -1 2 N 0 ℃
S
S CH 3
CN
-S
H3C
CN
CH 3 CN
OO
O
CH3COCCH3 + HNO3
CH3CONO2 + CH3COOH
AcONOA2 cOOoCNO2 S O Ac2O/AcOH
AcONO2 O oC
N
Ac2O/AcOH
H
NO2
S O N2O2 N+ O2 S
60 %
10 % NO2
NO2 +
N H
N H
51 %
13 %
24
b：磺化反应
吡咯、呋喃不太稳定，所以须用温和的磺化试剂磺化。 常用的温和的非质子的磺化试剂有：吡啶与三氧化硫的 加合化合物。
N + SO3
N SO3
+ O
N SO3
2 O
+ SO3H HO3S
52 O
SO3H
25
c：卤化反应：反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代(Cl, Br)产物，要采用低温、 溶剂稀释等温和条件。
Cl
C+ l
ClC 2 l
Br2, 0℃
O
O
-4 0 ℃O O O稀 释
Br (86 O
86%
d：F-C反应
O
O
+ CH3 C O C CH3 O
2
CH3
O
O
26
2.1.1.2 呋喃衍生物
b3
苯并呋喃
2
aO 1
苯并[b]呋喃
（一）合成方法
ba O
c
苯并[c]呋喃
A：
O
R
+
-HCl
OH H
Cl
α-卤代酮
R OR
O
O
HO R H
27
O
B：Perkin 重排
CHO (CH3CO)2O AcONa
OH
COOH Br2
OO
R
S
B：Hinsberg法
R
R
O
O
+ H3CH2COC
S
COCH2CH3 -H2O
OO
R
R
R
H3CH2COOC
S
COOCH321CH3
C：Gewald法 O
δ Y
+ S8 + CN
机理：
O +
SH
Y
C N
Y
Y = -CN, -COR, -CONH2
S
NH2
OY
S
N
H
OY a）H迁移
b) OH
S
12
呋喃、噻吩、吡咯的结构
1 电子结构及芳香性
吡
咯
的
结
N
N
构
H
共轭效应是给电子的。诱导效 应是吸电子的。
孤电子对在p轨道上。
吡咯 结构：吡咯N是sp2杂化，孤电子对参与共轭。 反应：环易发生亲电取代反应，环上相当
有一个邻对位定位基。
13
物理性质：诱导效应和共轭效应相反 键长未完全平均化
都能溶于有机溶剂,水溶解度都小于六元杂环吡啶 溶解度顺序为：吡咯﹥呋喃﹥噻吩 吡咯几乎不显碱性, 相反具有弱酸性
H
S CH2
N
C OH
CH2 COOEt S
N C
CH2 COOEt S
NH2 S COOEt
NH
C
H迁移
CH COOEt
S
N C
CH COOEt S
33
（二）化学反应
对取代位置的解释 • 取代在α位
E+
A
取代
AE
- H+
AE
AE
H AE
满足八隅体 贡献大
中间体有三个主要共振式 较稳定
34
• 取代在β位ONO2 O oC
S
Ac2O/AcOH
2 NO2 +
S
S
60 %
10 % NO2
AcONO2 O oC
N
Ac2O/AcOH
NO2 + N
38
D：乙腈化反应
E：还原反应
Cu(CN)2
2
R S Br
R S CN
N
Zn/AcOH
S
NO2 Ac2O
S
NH2
Zn/AcOH
OH
Br H COOH
H Br OH
-2HBr
COOH O
28
（二）化学反应
二位被取代的呋喃衍生物，发生亲电取代反应是，先进入三位，三位 被占时，进入二位，二三为均被占，进入苯环。
+E O
只有一个稳定共振式
2位
H
O
E
E 3位
H
O
两个主要共振式
E O
29
2.1.1.3天然存在的活性呋喃及衍生物
COOH
3
1、脂杂环
没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。
三元杂环
O (环氧乙烷)
H N
(氮杂环丙烷)
小环
四元杂环
五元杂环
O
(β-丙内酯)
O
O
O
(β-丙内酰胺)
NH
O (顺丁烯二酸酐)
中环
七元杂环
O
(氧杂 )
O
(1H-氮杂 )
N H
大环
八元杂环
十二元杂环
超大环 大于十三元杂环
4
2 、芳杂环 具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环
36
Zn/AcOH
Br S Br
S
Br
Zn/AcOH Br S Br
BuLi
BuLi
S Br
S Li
S
Br LDA
Li
Br
Li
COOH
BuLi
CO2/H
S
S
S
Br S S Br
Mg S Br
CO2/H
S MgBr
S COOH
Mg
HCOOR
S Br
Br BuLi
S
Li DMF
MgBr
OLi CH
N
S H2O
-H2O
HOOC
OH HO
COOH -H2O HOOC
O
COOH
R
O
R
D：α-卤代羧基化合物
RO +
R
Cl
O
COOEt
N
-H2O,-HCl
R
COOEt
R
O
CH3
R
OH
H
COOEt
R
Cl HO
18
（二）化学反应
A：加氢反应
H2
CAT
O
O
B：Anti-pacl-knorr反应
H /H2O R
R
R
O
R
OO
O
15
2.1.1 呋喃及衍生物
2.1.1.1呋喃
（一）合成方法
A：1,4-环合法
H3PO4
HO
OH -H2O
O
-H2 O
16
B：Pacl-knorr合成法
P2O5 (TsOH)
R
R
烯醇式
OH HO
-H2O
R
O
R
酮式
R
R
OO
R
R
OO
H
HH
R
R
O
OH
17
C：1,4-丁二醇衍生物
HO
OH
HO
OH
/H
S
S
S
CHO OH
CH N -HN(CH3)2
S
CHO S
37
B：酰化反应
A 2 O c 与 3 S 的 AA c混 2OA l/AC 2 O lCc 合 l3l 与 3 体 S 的 2 O A C 系 混 l3 C C 合 NlH aBH体 S 4 O C 系 S 3 CH