第三章 四元杂环
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第三章 四元杂环化合物 24
二．氮杂环丁烷的合成方法
1.
γ-取代胺的环化 取代胺的环化
反应收率很低，产品不易分离，没有制备价值。 反应收率很低，产品不易分离，没有制备价值。
第三章 四元杂环化合物
25
2.对甲苯磺酰胺在碱作用下与 对甲苯磺酰胺在碱作用下与1,3-二卤代烃反应 二卤代烃反应 对甲苯磺酰胺在碱作用下与
第三章 四元杂环化合物 5
二.化学性质和反应 化学性质和反应
1.酸催化开环反应
第三章 四元杂环化合物
6
2.碱催化开环反应 碱催化开环反应
CH3NH2
CH3NH CH2CH2CH2OH
第三章 四元杂环化合物
7
三、一般合成方法
1.链状化合物的环化反应 链状化合物的环化反应
直链分子直接环化来合成还是很困难的。 直链分子直接环化来合成还是很困难的。
第三章 四元杂环化合物 21
在与连有给电子取代基的烯烃反应时经过 的是自由基中间体 ；
第三章 四元杂环化合物
22
§ 3.2.3 氮杂环丁烷
一．结构 氮杂环丁烷是环亚胺， 氮杂环丁烷是环亚胺，其结构参数如 电子衍射法侧定): 下(电子衍射法侧定 电子衍射法侧定
第三章 四元杂环化合物
23
化学性质的特点
第三章 四元杂环化合物
15
氧杂环丁烷类化合物与卤化氢反应生成3 氧杂环丁烷类化合物与卤化氢反应生成 一卤代醇。 一卤代醇。
第三章 四元杂环化合物
16
此反应的第二步开环反应是亲核反应。 此反应的第二步开环反应是亲核反应。
亲核试剂一般优先进攻空间阻碍小的、少取代的、 亲核试剂一般优先进攻空间阻碍小的、少取代的、 酸性”较强的碳； “酸性”较强的碳；
9
第三章 四元杂环化合物
10
第三章 四元杂环化合物
11
第三章 四元杂环化合物
12
§ 3.2.2 氧杂丁丙烷
一．结构 氧杂环丁烷是一个稍微扭曲的正方形。 氧杂环丁烷是一个稍微扭曲的正方形。
碱性，由氧原子的非成键 碱性， 电子对所致。 电子对所致。
具有较强张力， 具有较强张力，容易发生开环 反应。 反应。
第三章 四元杂环化合物
29
(3)氯磺酰基乙氰酸酯十烯烃 氯磺酰基乙氰酸酯十烯烃
氯磺酰基乙氰酸酯由氯化氰与三氧化硫反应制得。 氯磺酰基乙氰酸酯由氯化氰与三氧化硫反应制得。
第三章 四元杂环化合物
30
§3.3 β-内酞胺类抗生素 内酞胺类抗生素
β-内酰胺骨架存在于青霉素和头抱菌索类药物 的结构中，这类天然产物被称为β 内酞胺类抗生素。 的结构中，这类天然产物被称为β-内酞胺类抗生素。
第三章
四元杂环化合物
§3 四元杂环化合物
§3.1 四元杂环化合物的简介 §3.2 含一个杂原子的饱和三元杂环
§3.2.1 通论 §3.2.2 氧杂环丙烷 §3.2.3 氮杂环丙烷
§3.3 天然存在的一些三元杂环化合物
§3.1 四元杂环化合物的简介
1899年 人们就合成了氮杂环丁烷。 1899年，人们就合成了氮杂环丁烷。
1942年以后，青霉素的结构测定发现β 1942年以后，青霉素的结构测定发现β-内 年以后 酰胺对于青霉素的活性起着十分重要的作用。 酰胺对于青霉素的活性起着十分重要的作用。
§3.2 含一个杂原子的饱和四元杂环
§3.2.1 通论
一. 结构和物理性质
四元杂环的四个成环原子不在一个平面上， 四元杂环的四个成环原子不在一个平面上， 形容易互相转换。 是Y形。两种可能的 形容易互相转换。 形 两种可能的V形容易互相转换 四员杂环的环张力要三员杂环的小，比相 四员杂环的环张力要三员杂环的小， 应的五元杂环大。 应的五元杂环大。 四元杂环的主要反应也是开环反应， 四元杂环的主要反应也是开环反应，亲电 试剂和亲核试剂都容易与它们反应。 试剂和亲核试剂都容易与它们反应。
第三章 四元杂环化合物 17
先发生C-O断裂，生成正碳离子，此时带苯基的碳容易 断裂，生成正碳离子， 先发生 断裂 生成正碳离子，所以得3一氮苯丙醇 一氮苯丙醇。 生成正碳离子，所以得 一氮苯丙醇。
第三章 四元杂环化合物
18
2．环化低聚和多聚反应 ．
Lewis酸，如三氟化硼，能与氧原子的非键电子对加合。 酸 如三氟化硼，能与氧原子的非键电子对加合。
第三章 四元杂环化合物
8
2. [2十2]型的环加成反应 十 型的环加成反应
一个含碳-碳双键 或叁键 的化合物， 一个含碳 碳双键(或叁键 的化合物，与一含杂原 碳双键 或叁键)的化合物 子的不饱和分子发生环化反应， 子的不饱和分子发生环化反应，以很好的产率生成四 员杂环。 员杂环。
第三章 四元杂环化合物
第三章 四元杂环化合物
26
三．β-内酰胺的合成方法 内酰胺的合成方法
1.β1.β-氨基酸环化脱水制得
第三章 四元杂环化合物
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2. 【2+2】环加成反应 】 （1）亚胺十烯酮 ）
第三章 四元杂环化合物
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(2)亚胺十活化的羧酸 亚胺十活化的羧酸
亚胺与酰氯在三乙胺存在下反应生成β-内酰 亚胺与酰氯在三乙胺存在下反应生成 内酰 胺类化合物。中间体烯酮由酰氯与胺反应形成: 胺类化合物。中间体烯酮由酰氯与胺反应形成
第三章 四元杂环化合物
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头孢菌素
第三章 四元杂环化合物
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氮杂环丁烷类化合物是热力学稳定的， 氮杂环丁烷类化合物是热力学稳定的， 比氮杂环丙烷类化合物的反应活性低。 比氮杂环丙烷类化合物的反应活性低。 它们的反应性能与脂肪族仲胺很相似。 它们的反应性能与脂肪族仲胺很相似。
氮杂环丁烷的pKa值为 值为11.29，碱性强于 氮杂环丁烷的 值为 ， 氮杂环丙烷(PKa=7.98)，甚至强于二甲 氮杂环丙烷 ， 胺(PKa=10.73)。 。 在酸催化下发生亲核开环反应。 在酸催化下发生亲核开环反应。
第三章 四元杂环化合物
19
三．氧杂环丁烷的合成方法
1.
γ-取代醇的环化 取代醇的环化
第三章 四元杂环化合物
20
2. Paterno-Büchi反应 反应
羰基化合物与烯烃的光化[2十 环加成反应 羰基化合物与烯烃的光化 十2]环加成反应 称为Paterno-Büchi反应。 反应。 称为 反应
反应一定是立体选择性的。 反应一定是立体选择性的。
第三章 四元杂环化合物
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化学性质的特点
氧杂环烷的张力能/kJ.mo1-1 氧杂环烷的张力能 114.3 106.7 23.6
氧杂环丙烷 氧杂环丁烷 氧杂环戊烧
第三章 四元来自百度文库环化合物
14
二．氧杂环丁烷的化学性质
1．酸催化的亲核开环反应 ．
酸催化水解生成1,3-二醇。 二醇。 酸催化水解生成 二醇
二．氮杂环丁烷的合成方法
1.
γ-取代胺的环化 取代胺的环化
反应收率很低，产品不易分离，没有制备价值。 反应收率很低，产品不易分离，没有制备价值。
第三章 四元杂环化合物
25
2.对甲苯磺酰胺在碱作用下与 对甲苯磺酰胺在碱作用下与1,3-二卤代烃反应 二卤代烃反应 对甲苯磺酰胺在碱作用下与
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二.化学性质和反应 化学性质和反应
1.酸催化开环反应
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2.碱催化开环反应 碱催化开环反应
CH3NH2
CH3NH CH2CH2CH2OH
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三、一般合成方法
1.链状化合物的环化反应 链状化合物的环化反应
直链分子直接环化来合成还是很困难的。 直链分子直接环化来合成还是很困难的。
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在与连有给电子取代基的烯烃反应时经过 的是自由基中间体 ；
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§ 3.2.3 氮杂环丁烷
一．结构 氮杂环丁烷是环亚胺， 氮杂环丁烷是环亚胺，其结构参数如 电子衍射法侧定): 下(电子衍射法侧定 电子衍射法侧定
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23
化学性质的特点
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15
氧杂环丁烷类化合物与卤化氢反应生成3 氧杂环丁烷类化合物与卤化氢反应生成 一卤代醇。 一卤代醇。
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此反应的第二步开环反应是亲核反应。 此反应的第二步开环反应是亲核反应。
亲核试剂一般优先进攻空间阻碍小的、少取代的、 亲核试剂一般优先进攻空间阻碍小的、少取代的、 酸性”较强的碳； “酸性”较强的碳；
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§ 3.2.2 氧杂丁丙烷
一．结构 氧杂环丁烷是一个稍微扭曲的正方形。 氧杂环丁烷是一个稍微扭曲的正方形。
碱性，由氧原子的非成键 碱性， 电子对所致。 电子对所致。
具有较强张力， 具有较强张力，容易发生开环 反应。 反应。
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(3)氯磺酰基乙氰酸酯十烯烃 氯磺酰基乙氰酸酯十烯烃
氯磺酰基乙氰酸酯由氯化氰与三氧化硫反应制得。 氯磺酰基乙氰酸酯由氯化氰与三氧化硫反应制得。
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§3.3 β-内酞胺类抗生素 内酞胺类抗生素
β-内酰胺骨架存在于青霉素和头抱菌索类药物 的结构中，这类天然产物被称为β 内酞胺类抗生素。 的结构中，这类天然产物被称为β-内酞胺类抗生素。
第三章
四元杂环化合物
§3 四元杂环化合物
§3.1 四元杂环化合物的简介 §3.2 含一个杂原子的饱和三元杂环
§3.2.1 通论 §3.2.2 氧杂环丙烷 §3.2.3 氮杂环丙烷
§3.3 天然存在的一些三元杂环化合物
§3.1 四元杂环化合物的简介
1899年 人们就合成了氮杂环丁烷。 1899年，人们就合成了氮杂环丁烷。
1942年以后，青霉素的结构测定发现β 1942年以后，青霉素的结构测定发现β-内 年以后 酰胺对于青霉素的活性起着十分重要的作用。 酰胺对于青霉素的活性起着十分重要的作用。
§3.2 含一个杂原子的饱和四元杂环
§3.2.1 通论
一. 结构和物理性质
四元杂环的四个成环原子不在一个平面上， 四元杂环的四个成环原子不在一个平面上， 形容易互相转换。 是Y形。两种可能的 形容易互相转换。 形 两种可能的V形容易互相转换 四员杂环的环张力要三员杂环的小，比相 四员杂环的环张力要三员杂环的小， 应的五元杂环大。 应的五元杂环大。 四元杂环的主要反应也是开环反应， 四元杂环的主要反应也是开环反应，亲电 试剂和亲核试剂都容易与它们反应。 试剂和亲核试剂都容易与它们反应。
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先发生C-O断裂，生成正碳离子，此时带苯基的碳容易 断裂，生成正碳离子， 先发生 断裂 生成正碳离子，所以得3一氮苯丙醇 一氮苯丙醇。 生成正碳离子，所以得 一氮苯丙醇。
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2．环化低聚和多聚反应 ．
Lewis酸，如三氟化硼，能与氧原子的非键电子对加合。 酸 如三氟化硼，能与氧原子的非键电子对加合。
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2. [2十2]型的环加成反应 十 型的环加成反应
一个含碳-碳双键 或叁键 的化合物， 一个含碳 碳双键(或叁键 的化合物，与一含杂原 碳双键 或叁键)的化合物 子的不饱和分子发生环化反应， 子的不饱和分子发生环化反应，以很好的产率生成四 员杂环。 员杂环。
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三．β-内酰胺的合成方法 内酰胺的合成方法
1.β1.β-氨基酸环化脱水制得
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2. 【2+2】环加成反应 】 （1）亚胺十烯酮 ）
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28
(2)亚胺十活化的羧酸 亚胺十活化的羧酸
亚胺与酰氯在三乙胺存在下反应生成β-内酰 亚胺与酰氯在三乙胺存在下反应生成 内酰 胺类化合物。中间体烯酮由酰氯与胺反应形成: 胺类化合物。中间体烯酮由酰氯与胺反应形成
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头孢菌素
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氮杂环丁烷类化合物是热力学稳定的， 氮杂环丁烷类化合物是热力学稳定的， 比氮杂环丙烷类化合物的反应活性低。 比氮杂环丙烷类化合物的反应活性低。 它们的反应性能与脂肪族仲胺很相似。 它们的反应性能与脂肪族仲胺很相似。
氮杂环丁烷的pKa值为 值为11.29，碱性强于 氮杂环丁烷的 值为 ， 氮杂环丙烷(PKa=7.98)，甚至强于二甲 氮杂环丙烷 ， 胺(PKa=10.73)。 。 在酸催化下发生亲核开环反应。 在酸催化下发生亲核开环反应。
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三．氧杂环丁烷的合成方法
1.
γ-取代醇的环化 取代醇的环化
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20
2. Paterno-Büchi反应 反应
羰基化合物与烯烃的光化[2十 环加成反应 羰基化合物与烯烃的光化 十2]环加成反应 称为Paterno-Büchi反应。 反应。 称为 反应
反应一定是立体选择性的。 反应一定是立体选择性的。
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化学性质的特点
氧杂环烷的张力能/kJ.mo1-1 氧杂环烷的张力能 114.3 106.7 23.6
氧杂环丙烷 氧杂环丁烷 氧杂环戊烧
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二．氧杂环丁烷的化学性质
1．酸催化的亲核开环反应 ．
酸催化水解生成1,3-二醇。 二醇。 酸催化水解生成 二醇