17-第十七章杂环化合物

p K a
4 .6
5 .1 9
9 .2 5
R C H 2 N H 2 -1 0 .0
Basicity
脂 肪 胺 > >
>
>
Six-membered Heterocyclic compounds
..
+ HCl
SO3
N
CH2Cl2
N SO3-
CH3I
N I-
N
CH3
Cl- or H
三. 六元杂环化合物
N
N 吡啶
N 嘧啶
O 吡喃
NH
N上的孤电子对在 P轨道上，参与 环内共轭，为富 电子芳环。
N
N
N上的孤电子对在 sp2 轨道上，在环外 未参与环内共轭。
C_ sp2
N_ sp2
6
Π6
体系
成环原子
共平面
Six-membered Heterocyclic compounds
or
or
2. Physical properties
(1) (偶极矩) Dipole moment
= 7.4110-38 c.m
3.90 10-38 c.m
I
方向一致
C
(2) Solubility: 吡啶可以与水以任意比例互溶
Six-membered Heterocyclic compounds
3. Chemical reactions a. Basicity of Pyridine
(2) 亲电取代反应
试推断呋喃、吡咯、噻吩发生亲电取代反应，比苯容易 还是难？
杂原子具有+C效应，活化杂环。
亲电取代反应活性顺序： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯。
亲电取代发生在位还是位？
位比位活泼。亲电取代主要发生在位。
Cl
C+ l
ClC 2 l
Br2, 0℃
O
O
-4 0 ℃O O O稀释
Br (86%) O
O SO3- N H
S+ N
ClCH2CH2Cl
r. t.
Ba(OH)2
SO3
Ba2+
S
SO3- 2
+ N H
100 oC
N S O 3
N S O 3- N H
H
H C l
N S O 3H H
说明：
吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应，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(CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行。 磺化反应 呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用特 殊的磺化试剂——吡啶三氧化硫的络合物，噻吩可直接 用浓硫酸磺化。
2H-吡喃
噻吩并吡咯
萘并呋喃
噻吩并[3,2-b]吡咯 萘并[1,2-b]呋喃
二. 五元杂环化合物
1. 含一个杂原子的五元杂环化合物 1) 呋喃、吡咯、噻吩的结构
sp2
碳原子p轨道中有一个电子，
杂原子p轨道中有两个电子，
Z Z= O S NH
形成环状离域大键.
Z: +C > -I 效应; 电子数:6
CH3CONO2 + CH3COOH
AcONO2 O oC
S
Ac2O/AcOH
AcONO2 O oC
N
Ac2O/AcOH
H
NO2 + S 60 %
NO2 + N H
NO2
S 10 % NO2
N H
51 %
13 %
+ O
N SO3
ClCH2CH2Cl
r. t. 3 days
O SO3- N H
N -O3S H
试给出下列反应的产物结构、名称及反应类型。
浓 NaOH
A
COONa +
C H 2O H
O
O
CH3COCH3，稀 OH-
BO
C H =C H C O C H 3
CHO O
KCN
C
O CH C
(CH3CO)2O D
O OH
O
CH3COOH
C H =C H C O O H
O
(2) 叶绿素和血红素
N C H 3
.HCl ..
Pyr.SO3 磺化试剂
甲基化试剂
PhCOCl N
N Cl COPh
酰化试剂
Six-membered Heterocyclic compounds
b. Electrophilic Substitution:
N的-I
钝化环 反应条件剧烈
取代反应 发生在3-位（）
0 .8 7
1.01
有芳香性。
O
离域能 KJmol 67
N H 88
S 117
(
)
150
2) 呋喃、噻吩、吡咯的性质 (1) 吡咯的酸碱性
吡咯没有碱性, 具有一定程度的酸性(pka=17.5)
K O H
- +H 2 O
N
N
H
K +
C H 3 M g I N 乙 醚 H
+ C H 4 N
M g I
为什么吡咯具有弱酸性？
应用：苯与噻吩的分离和鉴别
（二者沸点接近，噻吩84℃，苯80℃， 但噻吩比苯易磺化，加入H2SO4后噻吩因反 应而溶于浓H2SO4）
(3) 加成反应
H2
S
MoS2
S
R C OS
OO
C R兰 尼 N i O H 2
R C (C H 2)4C R+N iS
O
O
O+
O
OO
O
O
3) 呋喃、吡咯、噻吩的衍生物 (1) 糠醛
N
N
N
Kekule’s structure
Aromaticity ? 电子云的分布
0 .8 7
1.01
1.01
0.84
0.84
N
1 .4 3
E.S. 变难 N.S. 变易 Oxidation 难 Reduction 易 Basicity
Six-membered Heterocyclic compounds
Br2 AcOH
Br (78%) S
S
I2, HgO C6H6, 0℃
I 碘不活泼，要用催化剂才能发生一元取代
S
BrBr
Br N
BrB E r 2 ,0 ℃ tON HS O C E lt 2 2 ( O 1 ,m 0 ℃ o l)
H
H
Cl(8 0% ) N H
OO
O
CH3COCCH3 + HNO3
H O O C C H 2C H 2
C H 2C O O H
N H
N H
灵菌红素
(C H 2)4C H 3
N C H 2N H 2 H
卟吩胆色素原
NH N
Nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱHN
卟吩 (P ro p h in e)
卟吩由四个吡咯和四个次甲基(=CH) 交替相连组成的共轭体系。
卟吩呈平面结构, 环中间空隙里四个氮 原子可分别以共价键、配价键与不同的 金属离子结合。叶绿素(镁), 血红素(铁)。
• 杂环作取代基：
O2N
CHO
O
O C-N(C2H5)2
O H3C N
CH3 N
N
ON N
CH3
5-硝基-2-呋喃甲醛 N,N-二乙基-3-吡啶甲酰胺 1,3,7-三甲基嘌呤 -2,6-二酮
• “指示氢” 和稠合边的表示 (N O S)
O
1
cS
2
5
1a bc
2
b
-O
HN a 3
4
O
3 4
4H-吡喃
1.01
0.84