第二十章杂环化合物.

N
Br Br N
Cl
220℃
N
NH2
NH2
NH3 , H2O
Br N
160℃
NaOMe CH3OH
N Cl
N
OMe
除吡啶环 2, 4, 6 位上的卤素容易被亲核试剂取代外，吡 啶环 2位上的负氢离子也能被取代。
+
N H
NaNH 2
N NHNa
+
H2
35
+
N NHNa
H2O
N NH2
+
NaOH
吡啶环上2位的负氢离子被亲核性极强的氨基负离子 取代，同时有氢气放出，称齐齐巴宾（Chichibabin） 反应。 +
1. 五元杂环 β 4 3 β α 5
O 1
2 α
S
N H
furan 呋喃
thiophene
pyrrole
噻吩
吡咯
4
五元环中含两个或两个（至少有一个氮原子）以上的
杂原子的体系称唑。
4 3
4
2
3
例：
N
5
4 5
5
N1 H
N1 H
N2
N
2
3
4 5
N
2
3
S1
O1
imidazole
pyrazole
thiazole
N
+
HCl
N Cl H
应用：
OH
+ +
N
O CH3CCl
N
O OCCH3
CH3I
N I CH3
2). 吡啶环上亲电取代反应 与苯环比较吡啶环是缺电子的芳香杂环，性质类似于 硝基苯，它不能进行傅氏烷基化和酰基化反应。
33
亲电取代位置在3-或5-位进行，为什么？
Br2 , H2SO4(SO3)
Br
N
130℃
+ E
X
X
E
X
E
E
X
E
E X
X
芳香性：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃 2. 性质 1). 吡咯
N H
8
a. 吡咯的弱酸性 它的pKa=16.5，比酚弱，比醇强，可与强碱（NaNH2， KNH2、RMgX）或金属作用。
KNH2 NH3
N K
吡咯钾
K
+ H2
N K
N H
C2H5MgBr
N MgBr
+
C2H6
9
1. CO2 2. H3O
第二十章
杂环化合物
(Heterocyclic compounds)
第二十章
杂环化合物 (Heterocyclic compounds)
一. 分类和命名 二. 吡咯、呋喃和噻吩 三. 含两个以上杂原子的五元杂环 四. 吡 啶
五. 喹啉、异喹啉
2
概述：杂环 杂环化合物 杂环化合物分类：
O
来源、用途
第一类：无芳香性的杂环化合物
N H N
属吡咯系杂环
咪唑
噻唑
噁唑
吡唑
1. 结构和性质 1). 弱碱性 新增加的一个氮原子上的孤电 子对在环平面上，与环内的π
电子不共轭，提供了接受质子
N
N
H
的位置，因此吡咯系杂环的碱 性都比吡咯强。
29
吡咯系杂环中除咪唑是中等强度的碱外，其它为
弱碱，因为：
N N H N N H
+ H
NH H N H
的作用：
N ZnCl2
吡啶成盐后，使吡啶环2, 4, 6位烷基的α-H酸性进一步
增强，可以发生羟醛缩合和迈克尔反应：
+
N Cห้องสมุดไป่ตู้3
CH3I
N CH3 I
CH3
37
CH3 N CH3 I
+
NH
CHO
25℃
N CH3
OH CH2C I H
CH3 N I
CH3
+ 3CH2 CHCN
(C2H5)3N C2H5OH
oxazole
咪唑
2. 六元杂环
N
N
吡唑
噻唑
N
N N
噁唑
N
N
pyridine pyrimidine pyridazine
pyrazine
吡啶
嘧啶
哒嗪
吡嗪
5
3. 稠杂环
4
5 6 7 8 4 3 6 7 8 1 2 5 4 3
6
3 2
N
1
N2
5 6 7
1N 2
5
N7
8
N1 H
N 4 N9 H 3
quinoline 喹啉
N CH3
PPA
N H
100℃
N H
苯乙酮苯腙
2-苯基吲哚
25
BF3,CH3CO2H
N N H
65℃
N H
环己酮苯腙 机理：相当于联苯胺重排。 3). 卟啉环系化合物
四氢咔唑
卟啉环系是由四个吡咯和四个次甲基交替相联组成
的共轭体系。卟啉环呈平面结构，环的中间空隙以 共价键、配位键和不同的金属结合。
26
H
α– 氨基酮
β– 二羰基化合物
CH3 CH3CH2OOC N H COOCH 2CH3 CH3
CH3CO CH3CH2OOCH2
Zn , HOAc
Na NO 2 HOAc
CH3CO CH3CH2OOCH NO
CH3CO CH3CH2OOC NOH
CH3CO CH3CH2OOCH NH2
19
②. Paal-Knorr（帕尔-克诺耳）合成法：
CH C NHR
Cl
EtO2C
CH2 COCH3
+
CH3
H3C
N R
CH3
呋喃环和噻吩环的合成：
CH2 C6H5 C O CH2 CCH2CO2H O
C6H6 , P2O5
C6H5
O
CH2CO2H
CH2 CH3 C O
CH2 C O CH3
P2S5
△
CH3 S CH3
21
4. 吡咯、呋喃和噻吩的重要衍生物 1). 糠醛 是一种无色液体,沸点162℃，在空气中易变黑。 是一种良好的溶剂。它不含α-H，性质类似于苯甲醛。
C6H5LI
+
N C6H5
LIH
N
H
4). 侧链α-H的反应
吡啶环2, 4, 6位烷基的α-H具有一定的酸性，其酸性 与甲基酮的α-H相同。
36
CH3 CH2CH3 N
CH2
CH2CH3
CH2CH3
NaNH 2
N
CH3I
N
CH2CH3
+
N CH3
O H H
ZnCl 2
N CH2CH2OH
ZnCl2
N H
+ CH2 CHCO 2CH3
BF3
N H
CH2CH2CO2CH3
2). 呋喃 a. 亲电取代反应 呋喃的稳定性较吡咯小，与亲电试剂往往得到加成产 物，即使得到取代产物，也是由加成产物转化来的。
Br2,CS2
H Br
Br
O
HBr
_
50 ℃
O
H Br + H Br
O
H Br
O
13
b. 加成反应
25℃
C(CH2CH2CN)3
CH3 N I
5). 吡啶的氧化和还原
a. 氧化
CrO3
N
COOH N COOH
38
O
HNO3
N N CH3
N
COOH
NH3
N
CNH2
尼古丁（烟碱）
尼古丁酸（烟酸）
尼古丁酰胺（烟酰胺）
CH3 N O
CH3 30%H O CH COOH 3 2 2 N
70℃ , 2 4h.
例：
O
O
O
N H
N H
四氢呋喃 丁二酸酐
四氢吡咯
六氢吡啶
第二类：具有一定程度的芳香性的杂环化合物
O
N H
N
呋喃
吡咯
吡啶
3
一. 分类和命名
芳杂环的数目很多，可根据环大小、杂原子的多少以 及单环和稠环来分类。 常见的杂环为五元、六元的单杂环及稠杂环。 稠杂环是由苯环及一个或多个单杂环绸合而成。
命名：采用外文名的音译，用带“口”字旁的同音汉字表示。
CH2 CH3 C O CH2 C O CH3
+ NH3
△
CH3
N H
CH3
2, 5-己二酮
CH2 CH3 C O CH2 C O CH3
+
RNH 2
△
CH3
N R
CH3
③. Hantzsch（汉栖）合成法：
CH3COCH 2 2CO2Et + RNH
CH3C CHCO 2Et NHR
20
EtO2C
NH H N H
的酸性大于
为什么？
N H
咪唑分子间可形成氢键：
N N H N N H N N H
吡唑通过氢键可缔合成二聚体：
N H
N N
H N
30
2). 亲电取代反应
吡咯系杂环的亲电取代反应活性小于吡咯、呋喃和噻吩。
N
N H
S
N
O
N
吡唑
异噻唑
异噁唑
N N H
N S
N O
咪唑
噻唑