16 第16章 杂环化合物.pptx

第1页：杂环化合物

杂环化合物Heterocycliccompounds第十六章

第2页：生物碱

生物碱、天然或合成药成分维生素、植物色素、植物染料 环状化合物，环上除碳，还有杂原子（N、O、S等）环具有芳香结构和一定的稳定性（闭合共轭体系）根据以上定义，酸酐、环氧、内酯、内酰胺不属杂环化合物核酸碱基：自然界分布BOOHOH血红素、叶绿素OHOPOOHB=NHNNNNONONH2

第3页：异噻唑与其它唑类

异O噻rg唑anicChem一、杂环化合物的分类和命名单环五元环含一个杂原子呋喃N吡咯NThiophene噻吩N含两个杂原子噁唑异噁唑吡唑OFuranNSHPyrroleOOxazoleNSThiazole噻唑HImidazole咪唑NONNNSHIsoxazolePyrazoleIsothiazole

第4页：六元环含两个杂原子

六元环含两个杂原子：Pyridazine哒嗪N含一个杂原子：Pyridine吡啶OPyran吡喃NNNNNNPyrimidinePyrazine嘧啶吡嗪

第5页：稠杂环

稠杂环NNNNNQuinoline喹啉Isoquinoline异喹啉NN蝶啶吖啶嘌啉NNNNHNNHIndole吲哚OrganicChemPurineHCarbazole咔唑

第6页：稠杂环（续）

• 命名：1.音译名（同音汉字加“口”字旁）2.当作碳环芳香化合物的衍生,如：3.环上原子的编号顺序
• 从杂原子开始1，2，3，4……
• 不止一个杂原子，按O，S，N顺序编号
• 取代基位次之和最小原则O氧杂茂茂OrganicChemN氮杂苯苯

第7页：稠杂环（续）

OrganicChemNN13N245N867N1234NO25678N213456781N2N34N5-硝基喹啉657N89例：C2H523452-乙基噻唑2345CH32ONS1N1CH2CH2OH2-甲基－5－硝基－1－【2'－羟乙基】

第8页：二、一杂五元杂环化合物1.结构

二、一杂五元杂环化合物1.结构特点O呋喃S噻吩NOrganicChemH吡咯6a.杂原子p轨道上一对未共用电子参与环上共轭——π5具有芳香性（闭合共轭大π键，p电子数为6）

第9页：二、一杂五元杂环化合物1.结构（续）

b.芳香性顺序：SOrganicChemNO>

>

>

电负性ONS3.53.02.5杂原子电负性比C大，周围电子云密度较大。

环上电子云分布不均，芳香性不如苯。

O电负性最大，呋喃芳香性最差

第10页：二、一杂五元杂环化合物1.结构（续）

• OrganicChemON
• NMR化学位移低环电流的存在，各向异性去屏蔽H6.37H6.22H7.42H6.68SHH7.107.30
• 偶极矩：O1.73DS1.90DN1.58DO0.70DN1.81DS0.51D芳香性证据：

第11页：芳香性不如苯

芳香性不如苯：键长不完全平均化电子云密度分布不均SOrganicChemNO140142137143137143136c.环上电子云密度比苯大，亲电取代反应的活性大于苯

第12页：芳香性不如苯（续）

2.呋喃、噻吩、吡咯的反应a.亲电取代活性：以若则反应活性太高，环稳定性差，需在温和条件下进行，否则产物复杂X+(F3COO)2CXCCF3，反应速度以苯为1OS1.9x1043.2x107S为1SNO>

>

>

O1.4x102NH5.5x107

第13页：取代一般发生在α-位

取代一般发生在α-位O+Br2NNBr0OCO80%BF3.Et2O+(CF3CO)2OOOCF3O0OCS72~92%NO2+CH3COO-+NO2硝酸乙酸酯+NO2S0OC60%-10OC70%S10%5%NHNSO3100OCHClNHSO3+90%.卤代酰化硝化磺化

第14页：取代一般发生在α-位（续）

b.亲电取代的定位规则i.杂原子的定位效应——邻位定位效应p-π共轭——邻位电子云密度最大生成的中间体正离子稳定性大小α-位取代：XHYXHYXHYXHY正电荷分布在四个原子上稳定Xβ-位取代：HYXHYXHY正电荷分布在俩个原子上

第15页：取代一般发生在α-位（续）

ii.当环上已有一个取代基β-取代：α-取代：XBXBYXBYB为邻位取代基B为间位取代基OBOB无论B为哪一类取代基BSNHSNHOrganicChemBB为邻对位取代基B为间对位取代基

第16页：取代一般发生在α-位（续）

c.Diels-Alder反应OOOO+OOOO呋喃的芳香性最差，故共轭双烯的反应最高HH90%HN+NH吡咯遇活泼亲双烯体也能反应SOOO+SOOO100℃高压噻吩激烈条件下也能反应HHOrganicChem

第17页：取代一般发生在α-位（续）

d.加氢还原H2/Ni,rtH2/MoS3Na/C2H5OHCH3CH2CH2CH3+H2S+SSSSH2/PdZn/AcOH/H2OHNHNHNOONi/H2,125OC100atmH2Pt/AcOHCH3CH2CH2OHOrganicChem

第18页：取代一般发生在α-位（续）

e.吡咯的酸碱性NH+KOHNKORClNRp-π共轭，碱性极弱，pKb＝13.6N上的H有酸性，pKa＝15ONHRO+RMgXNMgXRXNRNHROrganicChem

第19页：取代一般发生在α-位（续）

NH+N2ClNHN=N2+CH=CH—C—OROBF3NHCH2CH2COORNH瑞穆尔－蒂曼反应NaOH+CHCl3NHCHOOrganicChem吡咯特有的反应与重氮盐的反应

第20页：三、含一个杂原子的六元环化合物

三、含一个杂原子的六元环化合物1.吡啶的结构N5C、1N共面，都是sp2杂化，6个p轨道侧面交叠形成闭合大π键。

第21页：①N上一对未成键

①N上一对未成键电子在sp2杂化轨道上，未参与形成环上共轭体系，可接受H＋——碱性N的电负性>

• C，吸电子使环上电子云密度降低（性质与硝基苯相似）
• 可发生亲电取代，活性不如苯，主要在间位
• 邻对位可发生亲核取代
• 邻对位的侧链α-H有酸性
• 比苯难氧化，但易还原

第22页：2.吡啶的化学反应

2.吡啶的化学反应pKb3～4.5b.亲电取代a.碱性sp2NpKb8.8NH13.6HNH9.4Nsp3N+混酸300℃NNO2浓H2SO4200℃NSO3HCl2，AlCl3(2e)NClOrganicChem

第23页：2.吡啶的化学反应（续）

NOrganicChemc.亲核取代N+RLiPhLiEt2O,0℃NaNH2NPh(R)80%NNH270-80%PhN(CH3)2NBr32BrNH/HO160℃NH2BrN65%d.氧化还原反应N吸电子，使环稳定性增加，氧化主要发生在侧链，异环或N原子上NCH3HNO3NCOOHNNCOOHCOOHNH2O2(30%),AcOH65℃NO发烟HNO3发烟H2SO4NO2N90％OPCl3CHCl3NO2

第24页：还原比苯易

还原比苯易NNa+C2H5OHNHH2/PtNH哌啶NCH3NaNH2NCH2+e.侧链α-H的反应性：2,4,6-位有烷基取代，其α-H有酸性OPhCPhCH3INPhCH2COHPhNCH2CH3

第25页：四、含两个杂原子的杂环化合物

四、含两个杂原子的杂环化合物OS95℃113℃1.五元双杂环化合物a.物理性质NNNNONSNNHb.p.b.p.70℃117℃263℃(m.p.90℃)NNHNHNNH188℃(m.p.70℃)NNNNHH分子间形成氢键，b.p.(m.p.)高

第26页：四、含两个杂原子的杂环化合物（续）

• b.结构与反应性XXNXN引入一个N
• 电负性较大，吸电子，环上电子云密度降低，亲电取代变难，主要发生在该N的间位
• 引入的N，电子结构与吡啶中相同未共用电子对在sp2杂化轨道上不参与环的共轭，也有碱性
• 环上电子云密度降低，对酸、氧化剂的稳定性增大以咪唑为例：NNOrganicChem

第27页：四、含两个杂原子的杂环化合物（续）

OrganicChemi.碱性跟引入的N原子与另一杂原子的相对位置和性质有关：1,3-唑：另一杂原子在间位，诱导吸电子弱，碱性较强。

NNHpKb6.8SNNO>

>

11.51,2-唑：另一杂原子在邻位，诱导吸电子大得多，碱性较1,3-唑弱，但比吡咯强。

NNHNHpKb13.611.5

第28页：四、含两个杂原子的杂环化合物（续）

OrganicChemii.亲电取代反应活性比相应的但杂化合物差。

反应条件要求比较剧烈。

1,3唑5位，1,2唑4位，唑的间位定位效应。

1,2唑：NSSO3浓H2SO4HO3S90%NOH3CNONSO2NH3C混酸70℃1,3唑：NS发烟H2SO4HgSO4，250℃NSHO3S65％

第29页：四、含两个杂原子的杂环化合物（续）

OrganicChemiii.侧链的氧化（环的稳定性）NHKMnO4OHNNNHH3CHOOCiv.互变异构的现象含两个N原子的杂环化合物，这两个杂原子的电子结构不同，在一定的条件下可以互变：NNBrNHN4-溴－BrBr2NCHCl3HNH5-溴－NNHH3CNHNH3C5－甲基3－甲基

第30页：2.双杂六元杂环化合物

2.双杂六元杂环化合物NNPyrimidine嘧啶NNNNPyrazine吡嗪Pyridazine哒嗪HNOONHUracil尿嘧啶HNOCH3ONHThymine胸腺嘧啶NNH2ONHCytosine胞嘧啶NOrganicChemNCH3NNNNCH3CH3H3CNCH3ONCCH3SCH3（O）食用香精20多种……

第31页：结构与反应

结构与反应性环上引入第二个N原子，相当于一个NO2的吸电子效应。

另一个N上的电子云密度降低碱性变弱使环上电子云密度降低亲电取代变难（不能发生硝化、磺化，只发生卤代）

第32页：结构与反应（续）

NNBr2160℃NBrN（5-位取代）pKb＝12.7亲核取代变易：NH3CNNaNH2H3CNNH2NNNH2+H3CNOrganicChem稳定性增加:（嘧啶空气中不氧化，而吡啶则变色）

第33页：五、稠杂环化合物

五、稠杂环化合物和生物碱NH1324567性质与NH主要发生亲电取代，β位相似NHBr2OO，0℃NHBr70％ 1.吲哚

第34页：吲哚的制备

吲哚的制备——Ficher合成法HNNH2R'+R(H)HOAcO醛（酮）NNHR'RHHNNHR'RNHRNH2HR'NH2NH2HR'RNHR'RNH2HHNHR'R(H)-NH4

第35页：吲哚的制备（续）

HNNH2O+H3CCOOHHNNH3CCOOHPCl3HNCOOHNH-CO2 250℃要制备吲哚本身：

第36页：2.喹啉N性质与相似

2.喹啉N性质与相似NpKb=8.8亲电取代较难：主要发生在异环α-位N混酸0℃NNO2+NNO28－5－也能发生邻、对位的亲核取代：pKb=9.06N+2NaNH2NNH2NNH2+

第37页：喹啉的制备

喹啉的制备——Skraup合成法NH2+H2CCCH2HOHOHOH浓H2SO4NO2,N历程：HH2CCCH2OHOHOH浓H2SO4-2H2OH2CCCHOHNH2OHNHOHNHOHHCH-H-H2ONHHOHNHNO2,-H2NOrganicChem

第38页：喹啉的制备（续）

3.嘌呤H1N2N3457NN968NOrganicChemNNHNHNH2NNNHNNH2O腺嘌呤鸟嘌呤核酸DNA中的两种碱基

第39页：合成方法

合成方法：陶贝（Traube）合成方法碱CNH2ONH2O+HOCNOHNCNONH2HNNHOONH2HNO2HNHOONNH2NO[H]HNHOONNH2NH2COClOC2H5HNHOONNH2HNOOC2H525-CHOHHNHNH尿酸HNOONONNHNOHHONOHPOCl3NNHNClClNClOrganicChem

第40页：合成方法（续）

NNNHNClClClNH3/H2O100℃NNNHNNH2ClClHINNNHNNH2腺嘌呤NaOH/H2OHNNNHNClOClNH3HNNHNOH2NNClHIHNNHNOH2NN鸟嘌呤

第41页：五元单杂化合物的合成

五元单杂化合物的合成：CuCCCu+2HCHONH3压力NHSHOCH2CCCH2OH3HCCH2H2CCH3+S600℃+H2SHCCHCHOCHOHCH2OH32－3HOOCHO23ZnO（或CrO）400℃，－COO玉米心花生壳HCl水解OOP2O5OH3CCH3（NH4）2CO3NHH3CCH3P2O5SH3CCH3

第42页：