第十章杂环化合物修改08

N
由于N的电负性比C强， 环上电子云密度比苯 低，吡啶 吡啶的亲电取代 吡啶 反应活性相当于硝基 硝基 苯。
二、五元杂环化合物的性质
• 五元杂环化合物亲电取代反应主要发生在2位(α-位) 上。 可以从中间体稳定性作出解释。
H E β E N H α H N H E N H N H N H H E N H H E H E
噻吩比苯容易发生亲电取代反应，在室温下， 即可发生磺化反应，噻吩磺酸溶于浓硫酸中，运 用此法，可以提纯噻吩 提纯噻吩。 提纯噻吩
H2SO4 S S
SO3H
H2O
噻吩有较好的芳性，它不显示二烯烃的性质， 难以被氧化，可以用HNO3/H2SO4硝化，以及用浓 H2SO4磺化。 噻吩可以被催化加氢。
H2, MoS2 H2, Ni
制备： 制备： Skraup(斯克洛浦)合成法
与苯胺发 生加成
β-苯氨基丙醛 苯氨基丙醛
消除
二氢喹啉
•如何合成8-羟基喹啉 羟基喹啉？ 羟基喹啉
N OH
NH2 OH
•用邻氨基苯酚代替苯胺
喹啉的化学反应
• 亲电取代，进入苯环的 ，8-位（异环） 亲电取代，进入苯环的5， 位
• 亲核取代，进入吡啶环的 位（同环） 亲核取代，进入吡啶环的α-位
异喹啉
•异喹啉比较重要的衍生物 异喹啉比较重要的衍生物——罂粟碱、黄连素 罂粟碱、 异喹啉比较重要的衍生物 罂粟碱
罂粟花
•下列杂环是本章讨论的基本结构。
O
S
N H
N
呋喃
furan
噻吩
thiophene
吡咯
pyrrole
吡啶
pyridine
N H
N
吲哚 indole
喹啉 quinoline
一、杂环化合物的结构与芳香性
第十章
杂环化合物
一、杂环化合物的结构和芳香性 二、五元杂环化合物的性质 三、六元杂环化合物的性质
•构成环的原子除碳原子外还有其它非碳原子，这 类环状化合物称为杂环化合物。最常见的杂原子 有O、S、N、P等。（杂原子为成环原子 杂原子为成环原子） 杂原子为成环原子 例如：
CONHNH2
O O2N CH N N O O
CH CHCHO
con.NaOH
CHO O O
CH2OH
COO O
CHO O
( CH 3CO )2O
CH3COONa
CH CHCOOH O
3、噻吩 噻吩存在于煤焦油中。无色液体，bp 84℃， 不溶于水，溶于有机溶剂。在浓硫酸存在下，噻 吩与靛红一同加热即发生靛吩咛反应 靛吩咛反应，显蓝色， 靛吩咛反应 可用于检验噻吩 检验噻吩的存在。 检验噻吩
吡啶比苯稳定， （4）氧化与还原 ）氧化与还原——吡啶比苯稳定，不易被氧化剂氧 吡啶比苯稳定 化。吡啶的同系物被氧化时总是侧链先氧化而芳杂环 不破坏，生成相应的吡啶甲酸： 不破坏，生成相应的吡啶甲酸：
• 吡啶用过氧羧酸氧化（或30%的H2O2和CH3COOH 吡啶用过氧羧酸氧化（ 的 吡啶N-氧化物或称氧化吡啶 作用） 生成吡啶 氧化物或称氧化吡啶： 作用）时，生成吡啶 氧化物或称氧化吡啶：
N H
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。
不稳定的共振结构式
α位
N E N
H E H N E
H N
H E H
H E E N N
β位
N
E
1、吡啶 •吡啶有特殊臭味的无色液体，bp 115℃，可与水、乙 水 醇、乙醚等混溶。 •来源：煤焦油 •性质：碱性 碱性； 碱性 •亲电取代 亲电取代反应活性与硝基苯相似；取代发生在β位。 亲电取代 位 亲核取代反应发生在α位。 亲核取代 位
• 吡啶经催化氢化或用乙醇和钠还原，可得六氢吡啶： 吡啶经催化氢化或用乙醇和钠还原，可得六氢吡啶 六氢吡啶：
哌啶
•思考题 思考题: 思考题
吡啶和哌啶的衍生物
尼古丁
2、喹啉 喹啉为无色油状液体，bp 238℃；异喹啉 mp26℃，bp 243℃。难溶于水，易溶于有机溶剂。
N
N
喹啉
异喹啉
来源： 来源： 煤焦油和骨油。
取代反应
常用来代替碘仿作伤口消毒剂. 四碘吡咯常用来代替碘仿作伤口消毒剂
•偶合反应 偶合反应
吲哚
——苯并吡咯 苯并吡咯
• 吲哚的结构
N H
• 异吲哚的结构
NH
• 吲哚(也可叫做苯并吡咯)是一个稠环化合物，亲电 亲电 取代反应主要发生在五元环上。为什么 为什么？ 取代反应主要发生在五元环上 为什么
•进攻α-位共振结构较多，中间体稳定性好。
1、呋喃 呋喃：无色液体，bp 32℃，难溶于水，易溶于 呋喃 有机溶剂。 鉴别：浸过盐酸的松木片显绿色 鉴别：浸过盐酸的松木片显绿色 （1）制法：
CHO ( C5H 8O4 )n
H , H2O
戊聚糖
( CHOH )3 CH2OH
3H2O
戊醛糖
ZnO-Cr2O3-MnO2
（1）碱性 吡啶N上孤对电子处于Sp2杂化轨道中，未参与 共轭，显示一定的碱性，强于苯胺，弱于氨。
N
（2）亲电取代反应
Br2
Br N SO3H N
HBiblioteka BaiduSO4
N
HNO3 H2SO4
NO2 N
•取代反应 亲电取代反应与硝基苯类似，发生 取代反应—亲电取代反应与硝基苯类似 取代反应 亲电取代反应与硝基苯类似， 较苯难磺化、硝化和卤化。 在β位；较苯难磺化、硝化和卤化。 •吡啶不能起傅 克反应 吡啶不能起傅-克反应 吡啶不能起傅
（3）亲核取代反应 •与硝基苯相似：吡啶与强的亲核试剂起亲核取代反 与硝基苯相似： 与硝基苯相似 主要生成α取代产物（齐齐巴宾反应）： 应，主要生成α取代产物（齐齐巴宾反应）：
强的亲 核试剂
• 与2-硝基氯苯相似，2-氯吡啶与碱或氨等亲核试剂 硝基氯苯相似， 氯吡啶与碱或氨等亲核试剂 硝基氯苯相似 作用，可生成相应的羟基吡啶 氨基吡啶： 羟基吡啶或 作用，可生成相应的羟基吡啶或氨基吡啶：
•从五元杂环化合物的NMR谱可以看出，环上H 谱 受离域电子环流的影响，H的化学位移δ≈7，与苯 环上的H相当， 这也是它们具有芳香性的标志之一。
2、六元杂环的芳性 吡啶环与苯环很相似，成环六个原子都以SP2杂化， 处于同一平面 同一平面中，每个原子各提供一个单电子，形 同一平面 成π66，符合（4n+2）Huckel规则。氮原子上处于SP2 杂化轨道中的孤对电子未参与共轭 成键 孤对电子未参与共轭 成键。 孤对电子未参与共轭或成键
卤代反应： 卤代反应
2 Br2 HBr
O
Br
O
Br
硝化反应： 硝化反应
CH3COONO2
O
-5~-30℃ ℃
C5H5N SO3
O
NO2
磺化反应： 磺化反应
H
O
ClCH2CH2Cl
O
SO3 N H
O
SO3H
酸介质下开环反应： 酸介质下开环反应
H
H
H H
H2O
H H OH2
H
O
O
O
O O
发生Diels—Alder反应： 发生Diels—Alder反应： Diels Alder反应
N
雷米封
痢特灵
CH2OH HO CH3 N VB6 CH2OH
杂环化合物在人们的现实生活中有着极其重要的 地位。绝大多数药物 半数以上的其它有机化合物 绝大多数药物和半数以上的其它有机化合物 绝大多数药物 为杂环化合物。碳水化合物、叶绿素、血红素、吗 啡、黄连素、异烟肼、喜树碱、维生素等等，它们 分子中都含有杂环。
NH3 O
Al2O3 450 ℃
N H
也可用乙炔与氨通过红热的管子来合成:P307
•吡咯碱性极弱(比一般的仲胺弱得多),吡咯具有弱酸性， 为什么？ 为什么 •由于氮上未共用电子对参与了杂环的共轭体系, 不易 与质子结合, 故而碱性极弱, 吡咯显弱酸性，pH=5.
KOH N H N K
H2O
吡咯环亲电取代反应发生在α-位, 吡咯环比苯容 位 易发生亲电取代，吡咯遇酸易聚合,故一般不用酸性 试剂进行卤化,磺化等反应. 因此: •亲电取代反应通常以NBS（N-溴代丁二酰亚胺）作 溴代试剂； •以醋酸硝基酯 醋酸硝基酯作硝化试剂； 醋酸硝基酯 •以N-磺酸吡啶 磺酸吡啶作磺化试剂。 磺酸吡啶
O O O O O O H H O O
催化加氢：
O
H2, Ni
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 醇醛缩合反应、Cannizzaro反应、Perkin反应。
CHO O
dil.NaOH
CH3CHO O
S
, 20MPa
CH3CH2CH2CH3
S
四氢噻吩
KMnO4
S O
4、吡咯和吲哚
S
环丁砜: 环丁砜 是重要的 O 溶剂
吡咯存在于煤焦油、骨油中。无色液体，bp131℃， 微溶于水，易溶于有机溶剂。吡咯环比苯环稳定性 差，易被氧化。 鉴别：吡咯蒸气遇浸过盐酸的松木片显红色 红色。 鉴别 红色
工业制备方法: 在气相中反应制得
Ba(NH2)2
N
NH3
N
NH2
KNH2,NH3
N
N NH2
• 苯环的破裂
• 吡啶环的氢化
• 苯环和吡啶环均氢化
CHO O
糠醛
400℃ ℃
O
Cu ,
喹啉
COOH O O
CO2
（2）化学性质 呋喃芳性较差 容易开环 芳性较差，容易开环 芳性较差 容易开环，并且在强酸性介质 中会发生自身聚合 所以在发生亲电取代反应时， 自身聚合。所以在发生亲电取代反应时 自身聚合 所以在发生亲电取代反应时， 要避免使用酸性介质。 要避免使用酸性介质。
1、五元杂环的芳性 呋喃、噻吩、吡咯是含一个杂原子的五元杂环化合 共处于一个平面。 物，五个成环原子共处于一个平面 共处于一个平面 每个碳原子都以SP2杂化， 都有一个垂直于分子平面 垂直于分子平面 轨道，它们相互平行， 的P轨道 轨道 侧面交盖，形成闭合共轭 闭合共轭 体系，符合（4n+2） 体系 Huckel规则。
O
以呋喃为例：
•整个体系与苯环相似，但五元杂环为π65富电子体 系，与苯环的π66比较，显然五元杂环的电子云密 呋喃的活性相当于苯 度更高。发生亲电取代反应呋喃 呋喃 苯 吡咯的活性相当于苯胺 苯胺。 酚，吡咯 吡咯 苯胺
O
•五元杂环化合物的共振能为： 呋喃 67KJ/mol 吡咯 88KJ/mol 噻吩 117KJ/mol