18第18章_杂环化合物

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第十八章 杂环化合物
(Heterocyclic componds)
第一节 杂环化合物的分类和命名 一、分类 二、命名 第二节 五元杂环化合物 呋喃、噻吩、 一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构 呋喃、噻吩、 二、呋喃、噻吩、吡咯的性质 糠醛( 呋喃甲醛 呋喃甲醛) 三、糠醛(α-呋喃甲醛) 第三节 六元杂环化合物 一、吡啶 二、嘧啶 三、喹啉与异喹啉 第四节 生物碱 第五节 改变人类行为的药物
总目录
混混
NO2
+
N Br Br2 + 浓 H2SO4 N Ag2SO4 △ N Br 浓 H2SO4 220℃ ℃ N SO3H NO2 N
+
N
,
总目录
三、喹啉与异喹啉
3. 喹啉环合成法:斯克劳普(Skraup Z H )法 喹啉环合成法:
+
NH2 CH2 CH CH2 浓 H2SO4 OH OH OH
总目录
(4)亲核取代 )
C6H5N(CH3)2 回回
N NHNa H2O
Hale Waihona Puke Baidu
N
+ NaNH2
易亲核取代, 易亲核取代,生成α -吡啶衍生物 吡啶衍生物
N NH2
总目录
二、嘧啶
N N
易溶于水,碱性比吡啶弱, 易溶于水,碱性比吡啶弱,亲电取代反应也比 吡啶困难,而亲核取代则较吡啶容易。 吡啶困难,而亲核取代则较吡啶容易。 存在:例如,核酸中的碱基: 存在:例如,核酸中的碱基:
1.光谱性质 光谱性质
IR:C—H 3077~3003 cm-1 : ~ N—H 3500 ~ 3200 环骨架谱带 1600-1300
1H
NMR:α-H δ = 6.66(吡咯) : (吡咯) β-H δ = 6.22(吡咯) (吡咯)
总目录
2. 亲电取代反应
(1)溴代 )
Br2 S 乙 混 Br2 O
总目录
三、重要的生物碱
麻黄素:感冒药、毒品冰毒(甲基苯丙胺) 麻黄素:感冒药、毒品冰毒(甲基苯丙胺)——
电视《黑冰》——化学人不要以身试法! 电视《黑冰》——化学人不要以身试法! 化学人不要以身试法
烟碱:杀虫、 烟碱:杀虫、香烟 黄连素: 黄连素:肠胃药 吗啡:麻醉剂、 吗啡:麻醉剂、毒品 喜树碱: 喜树碱:抗癌药 阿托品: 阿托品:有机磷农药解毒剂
总目录
(2)氧化剂为与原料芳胺结构对应的芳香硝基 ) 化合物。例如: 化合物。例如:
总目录
喹啉环合成的思考题: 喹啉环合成的思考题:
1.
N
CH3
2.
CH3O N NO2
答案见后) (例2答案见后) 答案见后
NO2 3.
O2N
CH3 N
总目录
喹啉环合成
2.
CH3O N NO2
思考题2参考答案: 思考题 参考答案: 参考答案
O
CHO
总目录
四、噻唑和咪唑
五、吲哚
化学性质与吡咯相似——粪臭素(香与臭 粪臭素( 化学性质与吡咯相似 粪臭素 的辩证法) 的辩证法)——植物生长调节剂 植物生长调节剂
六、卟啉化合物
血红素——叶绿素 叶绿素——维生素 12 维生素B 血红素 叶绿素 维生素
总目录
第三节 六元杂环化合物
一、吡啶
1. 吡啶的结构
逆合成分析: 逆合成分析:
甘油(丙烯醛) 苯胺 + 甘油(丙烯醛)
总目录
(1)切割分子,找出前体(原料) )切割分子,找出前体(原料) 苯环上无取代基,则原料是苯胺; 苯环上无取代基,则原料是苯胺;有取代基 则是取代芳胺。 则是取代芳胺。 吡啶环上无取代基,则原料是丙三醇;如有 吡啶环上无取代基,则原料是丙三醇; 取代基则是取代丙烯醛。 取代基则是取代丙烯醛。
总目录
3. 加成
(1)加氢(自学) )加氢(自学) (2)加卤素(自学) )加卤素(自学) (3)D-A加成 ) 加成
O O
O O O O
+
O O
总目录
4. 吡咯的弱碱性和弱酸性
(1)弱碱性 ) 苯胺 Kb 3.8×10-8 × 吡咯
2.5×10-14 ×
四氢吡咯
2.0×10-4 ×
总目录
(2)弱酸性 )
总目录
第一节 杂环化合物的分类和命名
一、分类
五五 杂 杂 单 杂杂 六 五 杂杂 N N O N H N S
稠 杂杂 N
N H
总目录
二、命名
1. 母体名称
furan 呋喃
pyrrole thiophene 噻吩 吡咯
imidazole 咪唑
thiazole 噻唑
8
总目录
2. 编号 从杂原子编起(母体的编号是固定的); 从杂原子编起(母体的编号是固定的); 若有不同杂原子时, 顺序编号; 若有不同杂原子时,从O、S、N顺序编号; 、 、 顺序编号 杂原子的位次遵循最低系列原则 例:
N H
+ KOH
△ N K+
+
H 2O
总目录
吡咯的弱酸性的应用
O N K+
+ C H CCl 6 5
甲甲 100℃ ℃ N COC6H5
+
N H
RMgX CH3I
N MgX N CH3
+ RH
N MgX
总目录
5. 五元环的鉴别反应
吡咯: 吡咯:
为无色液体, 为无色液体,遇盐酸浸湿的松木片呈红色。
总目录
产物: 产物:
H3C N CH3 N HO N
NO2
N
CH3
对应的原料: 对应的原料:
H3C NH2
A
B
C
D
NO2
NH2 CH3 CH2CHCH2 OH OHOH
HO
NH2
O
NH2
CH2CHCH2 OH OHOH
CH2CHCH2 OH OHOH
H CH3
苯胺环间位有给电子基,则给电子基的对位闭环; 苯胺环间位有给电子基,则给电子基的对位闭环; 苯胺环间位有吸电子基,则吸电子基的邻位闭环。 苯胺环间位有吸电子基,则吸电子基的邻位闭环。
N HCl N H Cl
+
• N-烷基化: 烷基化: 烷基化
总目录
3. 吡啶与苯类似的性质
(1)亲电取代 )
反应活性与硝基苯相似,不发生傅反应活性与硝基苯相似,不发生傅-克烷 基化和酰基化反应。 基化和酰基化反应。
总目录
(2)氧化 )
N
HNO3
CH3
HNO3 △
COOH
COOH N
+
N COOH
3-甲基吡咯 甲基吡咯 (β-甲基吡咯 甲基吡咯) 甲基吡咯 酸类化合物 以酸为母体, 以酸为母体, α-呋喃甲酸 呋喃甲酸 杂环为取代 (2-呋喃甲酸 呋喃甲酸) 呋喃甲酸 基。 1-甲基吡咯 甲基吡咯 (N-甲基吡咯 甲基吡咯) 甲基吡咯
N CH3
α-噻吩磺酸 噻吩磺酸
总目录
第二节 五元杂环化合物
O
N H
S
furan 呋喃
pyrrole 吡咯
thiophene 噻吩
总目录
一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构 呋喃、噻吩、
π电子数满足 电子数满足4n+2,分子是闭合的共 ,
轭体系, 谱图δ值为 左右, 轭体系,NMR谱图 值为 左右,具有芳香 谱图 值为7左右 性。
总目录
二、呋喃、噻吩、吡咯的性质 呋喃、噻吩、
OH N HO N HO N N OH CH3 HO N N NH2
尿嘧啶
胸腺嘧啶
胞嘧啶
总目录
三、喹啉与异喹啉
1. 结构
5 6 7 8 4 3 5 2 6 7 8 1 4 3
N
1
N2 异喹喹
喹喹
2. 化学性质
反应式见后) 喹啉与异喹啉的化学性质和吡啶相似(反应式见后)
亲电取代位置:苯环( 位或 位或8位 亲电取代位置:苯环(5位或 位) 亲核取代位置:吡啶环( 位或 位或4位 亲核取代位置:吡啶环(2位或 位)
罂粟
poppy
总目录
总目录
鸦片 opium
以罂粟为原料制成的毒 有镇痛作用,易成瘾, 品,有镇痛作用,易成瘾, 吸食鸦片会引起体质衰弱和 精神颓废,寿命缩短。过量 精神颓废,寿命缩短。 使用鸦片还会造成急性中毒 而猝死。 而猝死。
吸毒损害身体! 吸毒损害身体! 吸毒祸害家庭! 吸毒祸害家庭! 吸毒危害社会! 吸毒危害社会! 珍爱生命,远离毒品! 珍爱生命,远离毒品!
TM

CH3O NO2 NH2
佛瑞得兰得尔( 佛瑞得兰得尔(Friedländer)缩合反应 )
邻氨基苯甲醛
2-甲基 喹啉甲酸乙酯 产率 甲基-3-喹啉甲酸乙酯 产率95% 甲基
总目录
自学) 第四节 生物碱(自学)
一、生物碱的一般性质 多为晶体,有苦味,有旋光性,难溶于水, 多为晶体,有苦味,有旋光性,难溶于水, 但可溶于酸或碱。 但可溶于酸或碱。 沉淀反应 颜色反应 二、生物碱的提取 有机溶剂提取 稀酸提取
总目录
自学) 第五节 改变人类行为的药物(自学)
总目录
罂粟是一年生或 二年生草本植物( 二年生草本植物(典 型的懒庄稼)。 型的懒庄稼)。 罂粟果经割有白 色的汁液流出, 色的汁液流出,见光 后氧化成褐色膏状, 后氧化成褐色膏状, 刮下即是烟膏—— ——它 刮下即是烟膏——它 是提取加工制作鸦片、 是提取加工制作鸦片、 吗啡、 吗啡、海洛因的主要 原料。 原料。
N-氧化物是重要的有机合成中间体,可以改 氧化物是重要的有机合成中间体, 氧化物是重要的有机合成中间体 变吡啶亲电取代反应的位置,如合成4-取代吡啶: 变吡啶亲电取代反应的位置,如合成 取代吡啶: 取代吡啶
NO2 PCl3 △ N
总目录
(3)还原反应 )
Na + C2H5OH N 或 H2, Pt, 乙 混 , N H
(3)磺化 )
磺化剂: 磺化剂:
+
,或95% 硫酸
N SO3-
(吡啶三氧化硫) 吡啶三氧化硫)
磺氧磺 X X SO3H
总目录
(4)乙酰化 )
Ac2O S H3PO4 Ac2O O BF3 Ac2O N H 150-200℃ ℃ N H COCH3 O COCH3 S COCH3
亲电反应活性:吡咯>呋喃>噻吩> 亲电反应活性:吡咯>呋喃>噻吩>苯
O O
S
Br
, 0℃ ℃
O Br Br
Br Br N H Br
Br2 N H 乙 乙,℃ 0℃
总目录
(2)硝化 )
硝化剂: 硝化剂: 温和的乙酰基硝酸酯( ),且控 温和的乙酰基硝酸酯( CH3COONO2 ),且控 制低温条件。 制低温条件。
CH3COONO2
O
-5 ~ -30 ℃
O
NO2
总目录
p
0.87 1.01 0.84
N sp2
N
总目录
2. 吡啶的碱性及其盐的性质
NH2
N H
N
N H
碱性:脂肪胺>吡啶>苯胺> 碱性:脂肪胺>吡啶>苯胺>吡咯 吡啶环上有吸电子取代基,碱性减弱, 吡啶环上有吸电子取代基,碱性减弱,尤 其是2-, 取代 取代。 其是 ,6-取代。
总目录
成盐: 成盐:
+
NO2
N
机理: 机理:① 脱水
甘油的作用相当于丙烯醛
总目录
② Micheal加成 加成
O OHC CH2 NH CH2
+
NH2
H
③ 亲电取代
O H C CH2 NH CH2
+ OH + H
H C H NH CH2 CH2
总目录
喹啉环合成的机理
④ 氧化
NO2
+
N
NH2
N H
氧化剂被还原后也作为原料
呋喃: 呋喃:
为无色液体, 为无色液体,遇盐酸浸湿的松木片呈绿色。
噻吩: 噻吩:
为无色液体, 为无色液体,与吲哚醌在硫酸作用下呈蓝色。
总目录
呋喃甲醛) 三、糠醛(α-呋喃甲醛) 糠醛( 呋喃甲醛
1. 制备 2. 性质和用途
(1)良好的溶剂 ) (2)催化加氢制备呋喃甲醇 ) (3)氧化制备呋喃甲酸或顺酐 ) (4)歧化 ) (5)安息香缩合 ) (6)合成四氢呋喃 )
碎碎
N

吡啶环较之苯环稳定
氮原子电负性大,使环上的电子云密度减少; 氮原子电负性大,使环上的电子云密度减少; 酸性条件下,氮与质子结合成氮正离子, 酸性条件下,氮与质子结合成氮正离子,环上的 电子云密度更少,吡啶环的稳定性更大。 电子云密度更少,吡啶环的稳定性更大。
总目录
H2O2 CH3COOH N N 氧氧吡吡 O
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