第十八章杂环化合物

第十八章杂环化合物

一、教学目的和要求

（1）掌握杂环化合物的分类和命名。

掌握呋喃、噻吩、吡咯、咪唑、噻唑、吲哚、吡啶、嘧啶、喹啉、嘌呤等母体结构及性质特征（芳香性、环稳定性、碱性）

（2）掌握糠醛的制法、性质及用途。

（1）掌握Skraup合成法。

（4）了解生物碱的含义、存在、结构、提取方法及生理作用。

二、教学重点与难点

（1）杂环化合物的命名及性质。

（2）Skraup合成法。

三、教学方法和教学学时

1、教学方法：以课堂讲授为主，结合必要的课堂讨论。教学手段以板书和多媒体相结合。

2、教学学时：6学时

四、教学内容

第一节杂环化合物的分类和命名

第二节五元杂环化合物

一、呋喃、噻吩、吡咯的结构

二、呋喃、噻吩、吡咯的性质

三、α-呋喃甲醛

四、呋喃、噻吩、吡咯的制法

五、咪唑、噻唑

六、吲哚

七、卟啉环化合物叶绿素，血红素，维生素B12.

第三节六元杂环化合物

一、吡啶的结构、性质和制备方法

二、嘧啶

三、喹啉的结构和性质，Skraup合成法；异喹啉

四、嘌呤

第四节生物碱

第五节改变人行为的药物

一、兴奋剂

二、幻觉剂

三、抑制剂

五、课后作业、思考题

习题：1、7、8、9、10。

杂环化合物是指组成环的原子中含有除碳以外的原子(杂原子——常见的是N 、O 、S 等)的环状化合物。

杂环化合物不包括极易开环的含杂原子的环状化合物，例如：

本章我们只讨论芳香族杂环化合物。

杂环化合物是一大类有机物，占已知有机物的三分之一。杂环化合物在自然界分布很广、功用很多。例如，中草药的有效成分生物碱大多是杂环化合物；动植物体内起重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基都是含氮杂环；部分维生素，抗菌素；一些植物色素、植物染料、合成染料都含有杂环。

§18~1 杂环化合物的分类和命名

一、分类 （略）

二、命名

杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。

NH O ,

,

,

O

O O O O

O

杂环化合物非芳香杂环芳杂环（符合休克尔规则的杂环）如

如

O

O NH N N H

O

,……

……

,,

N H O S N N N

(pyrrole)(furan)(thiophene)

(pyridine)(pyrimidine)

N

N N N H N

N H (quinoline)(indole)(purine)吡咯

呋喃

噻吩

吡啶

嘧啶喹啉

吲哚

嘌呤

当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起依次用1,2,3,… (或α,β,γ…)编号。

如杂环上不止一个杂原子时，则从O 、S 、N 顺序依次编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小。例见P 552

§18~2 五元杂环化合物

含一个杂原子的典型五元杂环化合物是呋喃、噻吩和吡咯。含两个杂原子的有

噻唑、咪唑和吡唑。本节重点讨论呋喃、噻吩和吡咯，简单介绍一下噻唑、咪唑和吡唑。

一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构

呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为sp 2杂化，故成环的五个原子处在同一平面，杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体系，其π电子数符合休克尔规则（π电子数 = 4n+2），所以，它们都具有芳香性。

二、呋喃、噻吩、吡咯的性质 （一）存在与物理性质 P 554 （二）光谱性质 P 554 （三）化学性质 1．亲电取代反应

从结构上分析，五元杂环为Π56

共轭体系，电荷密度比苯大，如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为0），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：

O

S

N H

Π

5

6

π为共轭体系

电子= 6

符合4n + 2具有芳性富电子芳环

五元杂环有芳香性，但其芳香性不如苯环，因环上的π电子云密度比苯环大，且分布不匀，它们在亲电取代反应中的速率也比要苯快得多。

亲电取代反应的活性为： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯，主要进入α-位。 五元杂环吡咯、呋喃、噻吩的反应实例见P 555~556

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(CH 3COONO 2)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。

2．加氢反应

3．呋喃、吡咯的特性反应 （1） 呋喃易起D-A 反应

O

S

N H

00

0+ 0.1

- 0.03

- 0.02+ 0.20

- 0.06

- 0.04

+ 0.32

- 0.10- 0.06

O

N H

S

H , Ni or Pd

H , Ni or Pd

H , Ni

O

N H S

四氢呋喃四氢吡咯

( T HF )

不能用

催化因噻吩能

使中毒Pd

Pd O

O O O

+

℃

+

内式外式

(90%)