有機化學(xué)精品雜環(huán)化合物

1、.1雜環(huán)化合物雜環(huán)化合物（heterocyclic compounds）.定義：雜環(huán)化合物是指構(gòu)成環(huán)的原子除碳原子外還有其定義：雜環(huán)化合物是指構(gòu)成環(huán)的原子除碳原子外還有其它原子的環(huán)狀有機化合物。碳原子以外的原子，稱為雜它原子的環(huán)狀有機化合物。碳原子以外的原子，稱為雜原子（原子（heteroatoms），常見的雜原子有氧、硫、氮等。），常見的雜原子有氧、硫、氮等。芳香性雜環(huán)：芳香性雜環(huán)：（吡咯、吡啶、喹啉等）（吡咯、吡啶、喹啉等）非芳香性雜環(huán)：（四氫呋喃、四氫吡咯、六氫吡啶等）非芳香性雜環(huán)：（四氫呋喃、四氫吡咯、六氫吡啶等）分類：分類：性質(zhì)與相應(yīng)的開鏈化合物極相似，則不看作是雜環(huán)化合物。如環(huán)狀內(nèi)

2、酯，性質(zhì)與相應(yīng)的開鏈化合物極相似，則不看作是雜環(huán)化合物。如環(huán)狀內(nèi)酯，環(huán)狀環(huán)狀酸酐、環(huán)狀酰胺、環(huán)醚、環(huán)狀酰亞胺等。酸酐、環(huán)狀酰胺、環(huán)醚、環(huán)狀酰亞胺等。.3含一個雜原子含一個雜原子 呋喃呋喃 噻吩噻吩 吡咯吡咯 含二個雜原子含二個雜原子 含一個雜原子含一個雜原子 含二個雜原子含二個雜原子 單單雜雜環(huán)環(huán) 五元雜環(huán)五元雜環(huán) 六元雜環(huán)六元雜環(huán) 咪唑咪唑 吡唑吡唑 噻唑噻唑 噁唑噁唑 吡啶吡啶 -吡喃吡喃 -吡喃吡喃嘧啶嘧啶 吡嗪吡嗪 噠嗪噠嗪 常見雜環(huán)化合物的分類、名稱常見雜環(huán)化合物的分類、名稱NNHNHNNSNOOSNHNOONNNNNN.4苯并呋喃苯并呋喃 吲哚吲哚 苯并噻吩苯并噻吩五元雜環(huán)與五元雜

3、環(huán)與苯環(huán)稠合體系苯環(huán)稠合體系 六元雜環(huán)與六元雜環(huán)與苯環(huán)稠合體系苯環(huán)稠合體系 雜環(huán)與雜環(huán)雜環(huán)與雜環(huán)稠合體系稠合體系 喹啉喹啉 異喹啉異喹啉 嘌呤嘌呤稠雜環(huán)稠雜環(huán) 634521NH7634521O7634521S7125345NN1234678867634521NNHNN9 987.命名命名1、音譯法（帶、音譯法（帶“口口”旁的同音漢字）旁的同音漢字）2、當(dāng)環(huán)上連有烷基、硝基、鹵素、羥基、氨基等取代基時，當(dāng)環(huán)上連有烷基、硝基、鹵素、羥基、氨基等取代基時，以以雜環(huán)為母體雜環(huán)為母體； 當(dāng)環(huán)上當(dāng)環(huán)上連有醛基、羧基、磺酸基等時，將雜連有醛基、羧基、磺酸基等時，將雜環(huán)作為取代基環(huán)作為取代基。3、編號編號從雜

4、原子算起依次用從雜原子算起依次用1，2，3，4，5編號。（用編號。（用，則從雜原子相鄰的碳原子依次編號）則從雜原子相鄰的碳原子依次編號），如有不同種類如有不同種類雜原子，則按雜原子，則按O，S，N的順序由小到大編號，的順序由小到大編號，使雜原子盡可使雜原子盡可能具有較低的編號。能具有較低的編號。.OCHONCOOHNNNH2 5-乙基噻唑乙基噻唑 2-甲基甲基-5-苯基噁唑苯基噁唑 4,5-二甲基嘧啶二甲基嘧啶2-呋喃甲醛呋喃甲醛 3-吡啶甲酸吡啶甲酸 4-氨基嘧啶氨基嘧啶NOCH3C6H5NSC2H5NNCH3H3C.一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu) 呋喃呋喃 吡咯吡咯 噻吩噻吩雜原子（雜原子（O、S、N）

5、雜化態(tài)均為）雜化態(tài)均為sp2雜化雜化ONS呋喃、吡咯和噻吩呋喃、吡咯和噻吩符合符合Hckel規(guī)則（規(guī)則（1. 環(huán)狀環(huán)狀, 2. 共平面共平面, 3. 垂直平面的垂直平面的p軌道軌道, 4. 4n+2 p電子電子 具有方向性具有方向性.二、吡咯、呋喃和噻吩的性質(zhì)二、吡咯、呋喃和噻吩的性質(zhì)物理性質(zhì)物理性質(zhì) 1、光譜性質(zhì)、光譜性質(zhì) 1HNMR：H 7 2、芳香性比較：、芳香性比較：苯苯噻吩噻吩吡咯吡咯呋喃呋喃 電負性影響：一般來說，雜原子與碳原子的電負性越接電負性影響：一般來說，雜原子與碳原子的電負性越接近，其相應(yīng)的五元芳香雜環(huán)的芳香性越強，其共軛能也越近，其相應(yīng)的五元芳香雜環(huán)的芳香性越強，其共軛能

6、也越大。大。 元素元素 S N O C電負性：電負性：2.5 3.0 3.5 2.5芳香性：芳香性： 噻吩噻吩 吡咯吡咯 呋喃呋喃共軛能：共軛能： 苯苯 吡咯吡咯 噻吩噻吩 呋喃呋喃KJ.mol- 1 50 121.1 88.7 66.1.CCCCAHHHH 雜原子的性質(zhì)雜原子的性質(zhì) 雜原子對環(huán)的影響雜原子對環(huán)的影響ONHS 芳香性芳香性 共軛二烯性質(zhì)共軛二烯性質(zhì) 不飽和性不飽和性A.1、 五員芳雜化合物的親電取代反應(yīng)五員芳雜化合物的親電取代反應(yīng)親電取代反應(yīng)相對活性親電取代反應(yīng)相對活性NHOS310186101151091 吡咯吡咯 呋喃呋喃 噻吩噻吩 苯苯吡咯、呋喃、噻吩上吡咯、呋喃、噻吩上

7、吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)：吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)： O(3.5)N(3.0)S(2.5)給電子共軛效應(yīng)：給電子共軛效應(yīng)：NOS(S的的3p軌道與軌道與C的的2p軌軌道共軛相對較差道共軛相對較差)綜合：綜合：N對環(huán)的貢獻的電子最多，硫最少。對環(huán)的貢獻的電子最多，硫最少。i.電子云密度電子云密度. ii. 由中間體的穩(wěn)定性分析由中間體的穩(wěn)定性分析AEH H+AEAE+ 取代E+E- H+EH比較：苯的親電取代比較：苯的親電取代滿足八隅體滿足八隅體（較穩(wěn)定）（較穩(wěn)定）未滿足八隅體未滿足八隅體（較不穩(wěn)定）（較不穩(wěn)定）.AE+AEAE+ +-取代取代-取代取代主要產(chǎn)物主要產(chǎn)物 取代位置取代位置AE+AEAEAE貢貢獻獻最

8、最大大（滿滿足足八八隅隅體體） 取代HAEAEAE+H貢貢獻獻最最大大（滿滿足足八八隅隅體體）-取代反應(yīng)中間體的相對穩(wěn)定性反應(yīng)中間體的相對穩(wěn)定性二個主要共振式不穩(wěn)定二個主要共振式不穩(wěn)定三個主要共振式穩(wěn)定三個主要共振式穩(wěn)定. 親電取代反應(yīng)舉例親電取代反應(yīng)舉例注意：注意：五員雜環(huán)較活潑，遇酸不穩(wěn)定五員雜環(huán)較活潑，遇酸不穩(wěn)定A強強酸酸氧氧化化聚聚合合分分解解反反應(yīng)應(yīng)劇劇烈烈（吡吡咯咯，呋呋喃喃，噻噻吩吩）硝化：硝化：HNO3/H2SO4磺化：磺化：H2SO4用溫和試劑代替用溫和試劑代替.（1） 五員雜環(huán)的硝化反應(yīng)五員雜環(huán)的硝化反應(yīng)AcONO2AcONO2+硝化試劑硝化試劑NHAcONO2Ac2O,

9、10oCNHNO2SAcONO2Ac2O-AcOH, 0oCSNO260% 吡咯和噻酚發(fā)生正常親電取代反應(yīng)吡咯和噻酚發(fā)生正常親電取代反應(yīng). 呋喃發(fā)生加成反應(yīng)（特殊，共軛烯烴性質(zhì)）呋喃發(fā)生加成反應(yīng)（特殊，共軛烯烴性質(zhì)）OAcONO2 5 30oCONO2AcO堿 或ONO2 HOAc加成消除OONO2AcOHHBONO2AcOONO2NO2 HOAc+機理：機理：.磺化試劑：磺化試劑：（2） 五員雜環(huán)的磺化反應(yīng)五員雜環(huán)的磺化反應(yīng)NSO3（吡啶 SO3加合物）NH100oCNHSO3HSSH+r. t.SO32Ba2+OH+OSO3H41%90%86%Ba(OH)2NSO3NSO3NSO3r. t

10、.噻吩還可直接用硫酸磺化（活性大，較穩(wěn)定）噻吩還可直接用硫酸磺化（活性大，較穩(wěn)定）應(yīng)用：除去苯或甲苯中的噻吩應(yīng)用：除去苯或甲苯中的噻吩SSSO3HH2SO4r. t.S（少量）H2SO4r. t.SSO3H溶解于硫酸中反應(yīng)快&.OOCSSCH3OPhCClO（較弱的Lewis酸）PhCOSnCl2Ac2OBF3OBr2 / 0oC稀溶液OBrSSBrHOAcBr2,活性大，直接反應(yīng)，不加路易斯酸活性大，直接反應(yīng)，不加路易斯酸 鹵代（稀釋或低溫控制在一鹵代）鹵代（稀釋或低溫控制在一鹵代） FriedelCrafts反應(yīng)反應(yīng)NHNHCCH3Ac2OONHBr2 / 0oC乙乙醇醇NHBr,

11、BrBrBr.環(huán)上已有取代基對親電取代取向的影響環(huán)上已有取代基對親電取代取向的影響由取代基和環(huán)上雜原子的由取代基和環(huán)上雜原子的-定位效應(yīng)決定定位效應(yīng)決定 位位有有取取代代基基無無論論給給電電子子基基還還是是吸吸電電子子基基吸吸電電子子基基OXWAGAW給給電電子子基基吸吸電電子子基基 位位有有取取代代基基E EX=S, ,N N給給電電子子基基XG. 反應(yīng)舉例反應(yīng)舉例 位給電子基位給電子基 位吸電子基位吸電子基SCH3HNO3 / Ac2OSCH3SCH3O2NNO2+70%30%SNO2HNO3SNO2SNO2O2NO2N+85%15%ONO2HNO3ONO2O2N(AcONO2)主要產(chǎn)物（

12、例外）.SHNO3 / Ac2OSNO2BrSBr2BrCOOHCH3COOHSCOOHBr 位給電子基位給電子基 位吸電子基位吸電子基. (i) 位有位有給電子基給電子基從中間體穩(wěn)定性分析取代基對反應(yīng)取向的影響從中間體穩(wěn)定性分析取代基對反應(yīng)取向的影響AG345E+進入3位進入4位進入5位AGEAGEAGEAGEAGEAGEAGEE+E+ 二個共振式二個共振式 推電子基使推電子基使 穩(wěn)定穩(wěn)定 二個共振式二個共振式 推電子基未推電子基未 起作用起作用 三個共振式三個共振式 推電子基使推電子基使 穩(wěn)定穩(wěn)定較穩(wěn)定較穩(wěn)定不穩(wěn)定不穩(wěn)定最穩(wěn)定最穩(wěn)定. (ii) 位有位有吸電子基吸電子基 二個共振式二個共振

13、式 吸電子基使吸電子基使 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 二個共振式二個共振式 吸電子基未吸電子基未 起作用起作用 三個共振式三個共振式 推電子基使推電子基使 不穩(wěn)定不穩(wěn)定AW345E+進入3位進入4位進入5位AWEAWEAWEAWEAWEAWEAWEE+E+較穩(wěn)定較穩(wěn)定不穩(wěn)定不穩(wěn)定最穩(wěn)定最穩(wěn)定. (iii) 位有位有給電子基給電子基AG245E+進入2位進入4位進入5位AGEE+E+AGEAGEAGEAGEAGEAGEAGE 三個共振式三個共振式 推電子基使推電子基使 穩(wěn)定穩(wěn)定 二個共振式二個共振式 推電子基未推電子基未 起作用起作用 三個共振式三個共振式 推電子基未推電子基未 起作用起作用較穩(wěn)定較穩(wěn)定不穩(wěn)定

14、不穩(wěn)定最穩(wěn)定最穩(wěn)定.AW245E+進入2位進入4位進入5位AWEE+E+AWEAWEAWEAWEAWEAWEAWE (iv) 位有位有吸電子基吸電子基 三個共振式三個共振式 吸電子基使吸電子基使 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 二個共振式二個共振式 吸電子基未吸電子基未 起作用起作用 三個共振式三個共振式 吸電子基未吸電子基未 起作用起作用較穩(wěn)定較穩(wěn)定不穩(wěn)定不穩(wěn)定最穩(wěn)定最穩(wěn)定.OSNHH2 / PdH2 / PdOSNHH2 / MoS2五員芳雜環(huán)的其它反應(yīng)五員芳雜環(huán)的其它反應(yīng)（1） 還原成飽和雜環(huán)化合物還原成飽和雜環(huán)化合物使用特殊催化劑使用特殊催化劑（噻吩能使常用（噻吩能使常用氫化催化劑中毒）氫化催化劑中毒）

15、THF（常用溶劑）（常用溶劑）四氫吡咯四氫吡咯. 用用Raney Ni催化氫化使噻酚還原脫硫催化氫化使噻酚還原脫硫其它脫硫的例子其它脫硫的例子SRRRRNiSSCCORORRaney NiRaney NiH2H2CCOROR+NiS+RCRORCRSSSHHSRCRHHH2Raney Ni一種還原羰基至亞一種還原羰基至亞甲基的方法甲基的方法.（2） Diels-Alder反應(yīng)（共軛二烯性質(zhì)）反應(yīng)（共軛二烯性質(zhì)）O+CO2CH3CO2CH3OCO2CH3CO2CH3FBrLiOONHHN.（3） 呋喃的幾個特殊反應(yīng)呋喃的幾個特殊反應(yīng)(i) 2, 5-二取代呋喃的酸性開環(huán)反應(yīng)（成二取代呋喃的酸性開

16、環(huán)反應(yīng)（成 1, 4-二酮）二酮）合成上進一步應(yīng)用合成上進一步應(yīng)用制備環(huán)戊烯酮衍生物制備環(huán)戊烯酮衍生物ORCH2CH2RH2O / H+ORCH2CH2RORRCH2OOHORRH2O / H+ORROONHS共共振振能能(kcal/mol)1621222936 呋喃的芳香性較小呋喃的芳香性較小. 呋喃酸性開環(huán)機理呋喃酸性開環(huán)機理:ORRH+ORRHHORRORROH2OHRROHOHRROHOHRRO- - H+H+OHRROORROH2O- - H+.(ii) 呋喃的加成反應(yīng)（呋喃的共軛二烯性質(zhì)）呋喃的加成反應(yīng)（呋喃的共軛二烯性質(zhì)）例：與例：與AcONO2的反應(yīng)（前面已介紹）：的反應(yīng)（前面

17、已介紹）：SAcONO2Ac2O-AcOH, 0oCSNO2SNO260%10%+OAcONO2 5 30oCONO2AcO堿 或ONO2 HOAc加成消除取取代代比較比較OBr2 / CH3OHOH3COBrCH3OHOH3COOCH3. 2, 5-二甲氧基二氫呋喃的形成機理：二甲氧基二氫呋喃的形成機理：Br2+2 CH3OHCH3O+Br CH3Br+H2OOBrOBrCH3OOBrH3CO BrOH3COOH3COOCH3OCH3. 合成上的應(yīng)用舉例合成上的應(yīng)用舉例OBr2 / CH3OHOH3COBrCH3OHOH3COOCH3H2 / PdOH3COOCH3H2OH+OHOH琥珀醛1

18、, 4-丁二醛.吡咯的一些特殊性質(zhì)吡咯的一些特殊性質(zhì) （1）吡咯吡咯N 的孤對電子參與環(huán)的共軛的孤對電子參與環(huán)的共軛吡咯吡咯N的堿的堿性很弱，不能與質(zhì)子結(jié)合。性很弱，不能與質(zhì)子結(jié)合。 吡咯堿性吡咯堿性比苯胺弱，而還原后的四氫吡咯的堿性比苯胺弱，而還原后的四氫吡咯的堿性比吡咯的堿性強得多。比吡咯的堿性強得多。吡咯的質(zhì)子化發(fā)生在環(huán)上（主要是吡咯的質(zhì)子化發(fā)生在環(huán)上（主要是 位）位）NHH+NHHHNHHHNHHH正電荷分散在多個原子上正電荷分散在多個原子上R3NNKb10-410-14H.（2）吡咯在酸性條件下發(fā)生聚合）吡咯在酸性條件下發(fā)生聚合聚合機理聚合機理:NHnH+NHHHnNHH+NHHHN

19、HNHHHNHHNHHHNHHNHHNHHHHNHHHn.（3） 吡咯吡咯N-H的弱酸性的弱酸性吡咯鹽的生成吡咯鹽的生成NHNK+KH2NHpKa17.5NRRH 35ROH17PhOH10Na, K, KOH,NaNH2NHN+CH3CH2MgBrMgBrCH3CH3.（4） 吡咯鉀鹽的性質(zhì)吡咯鉀鹽的性質(zhì)吡咯負離子吡咯負離子 的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點NN有烯胺負離子片斷有烯胺負離子片斷烯胺烯胺ON吡咯負離子與吡咯負離子與苯氧基負離子苯氧基負離子有相似性有相似性烯醇負離烯醇負離子片斷子片斷烯胺負離烯胺負離子片斷子片斷.吡咯負離子的一些典型反應(yīng)吡咯負離子的一些典型反應(yīng)NKCO2H2OH+NHCOOH

20、CHCl3KOHNHCHORCClONCOR150oCNHCORCH3INCH3150oCNHCH3這些反應(yīng)與這些反應(yīng)與那幾個反應(yīng)那幾個反應(yīng)相似？相似？ 與重氮鹽偶聯(lián)與重氮鹽偶聯(lián)NHNN PhPhN2 X. 幾個相似的反應(yīng)幾個相似的反應(yīng)（酚類的反應(yīng)）（酚類的反應(yīng)）OAlCl3OHCROCROOHCRO+ONaOHCO2H+OHCO2H加壓CO2OHOHOHCHO+OHCHOCHCl3Reimer-Tiemann反應(yīng)Kolbe-Schmitt反應(yīng)Fries重重排排. 呋喃、吡咯和噻吩環(huán)的制備方法，常采用呋喃、吡咯和噻吩環(huán)的制備方法，常采用1,4-二羰二羰基化合物為原料?；衔餅樵?。5. 呋喃

21、、吡咯和噻吩環(huán)的制法呋喃、吡咯和噻吩環(huán)的制法H2CC CCH2H3CCH3OCH3H3CNHCH3H3CSCH3H3CP2O5P2S5100(NH4)2SO4或NH3,OO. 吡咯環(huán)還常用吡咯環(huán)還常用克諾爾（克諾爾（knorr）合成法來合成，合成法來合成，此法是由此法是由-氨基酮與氨基酮與-二羰基化合物（如二羰基化合物（如-酮酸酯）酮酸酯）發(fā)生縮合反應(yīng)。發(fā)生縮合反應(yīng)。H2C NH2H3CCOH2C COOC2H5COCH3H+NHCH3COOC2H5H3C+-氨基酮與氨基酮與-二羰基化合物二羰基化合物.呋喃的衍生物呋喃的衍生物糠醛糠醛OCHOOCHO濃OHKCN(CH3CO)2OCH3COON

22、aOCH2OHOCOOH+OCHCOH OOOC CHHCOOH.第二節(jié)第二節(jié) 含兩個雜原子的五元雜環(huán)含兩個雜原子的五元雜環(huán) 環(huán)中含有二個雜原子的體系稱為環(huán)中含有二個雜原子的體系稱為唑（唑（azole），），根根據(jù)雜原子的位置不同，可以分為據(jù)雜原子的位置不同，可以分為1,2-唑與唑與1,3-唑。當(dāng)雜唑。當(dāng)雜環(huán)化合物含有不同的雜原子時，按氧、硫、氮的順序環(huán)化合物含有不同的雜原子時，按氧、硫、氮的順序編號，并使雜原子的編號最小。編號，并使雜原子的編號最小。NNHNSNO1123451234512345ONSN12345NHN23451234511,2-唑唑1,3-唑唑異噁唑異噁唑 異噻唑異噻唑 吡

23、唑吡唑 噁唑噁唑 噻唑噻唑 咪唑咪唑 . 咪唑的分子結(jié)構(gòu) NNH. 在噁唑、異噁唑分子中，由于氧原子的吸電子效應(yīng)，使氮在噁唑、異噁唑分子中，由于氧原子的吸電子效應(yīng)，使氮原子供電能力減弱，故堿性下降，尤其是異噁唑的堿性最弱。原子供電能力減弱，故堿性下降，尤其是異噁唑的堿性最弱。咪唑具有較高的堿性，具有對稱的共軛酸，共軛是正電荷分布咪唑具有較高的堿性，具有對稱的共軛酸，共軛是正電荷分布均勻，穩(wěn)定性提高。均勻，穩(wěn)定性提高。pKa -2.03 1.3 2.4 2.5 7.0 ONH+NH+ONH+SNHNH+NH+NH唑中的氮原子在其唑中的氮原子在其sp2雜化軌道中有一對孤對電子，雜化軌道中有一對孤對

24、電子，因此具有堿性，但比一般的胺弱。因為因此具有堿性，但比一般的胺弱。因為 sp2比比sp3雜雜化軌道化軌道s成分多，離核近。成分多，離核近。NH+NHNHNH. 1,3-唑及唑及1,2-唑與呋喃、噻吩、吡咯類似，都可以發(fā)生親電唑與呋喃、噻吩、吡咯類似，都可以發(fā)生親電取代反應(yīng)，但由于唑分子中增加了一個吸引電子的氮原子，降取代反應(yīng)，但由于唑分子中增加了一個吸引電子的氮原子，降低了環(huán)上的電子云密度，因而唑的親電取代的反應(yīng)活性較呋喃、低了環(huán)上的電子云密度，因而唑的親電取代的反應(yīng)活性較呋喃、噻吩、吡咯為低。噻吩、吡咯為低。1,2-唑與唑與1,3-唑的親電取代反應(yīng)的活性順序有：唑的親電取代反應(yīng)的活性順序

25、有： 1,2-唑 1,3-唑 NNHNSNONHNSNON. 唑發(fā)生親電取代反應(yīng)時，取代的位置與呋喃、噻吩、吡咯有唑發(fā)生親電取代反應(yīng)時，取代的位置與呋喃、噻吩、吡咯有所差別。所差別。1,2-唑取代位置都在唑取代位置都在4-位位，1,3 唑中咪唑環(huán)的取代位置也唑中咪唑環(huán)的取代位置也在在4-位，而位，而噻唑環(huán)噻唑環(huán)的取代位置都以的取代位置都以 5-位位為主。為主。NHNNHNBrBr2AcOH-H2OONSNONSNO2NHO3SHNO3,H2SO4濃H2SO4,SO3.NNHNNHO2NHNO3,H2SO4DNHNO2NNSNNHNSNNHBrHO3SBr2,CHCl3發(fā)煙H2SO4HgSO4N

26、HNBr.第三節(jié)第三節(jié) 含一個雜原子的六員芳雜化合物（吡啶）的性質(zhì)含一個雜原子的六員芳雜化合物（吡啶）的性質(zhì)吡啶的結(jié)構(gòu)吡啶的結(jié)構(gòu)N共振能：共振能：23卡卡/molCCCCCNHHHHHsp2軌道軌道.象叔胺象叔胺有親核性和堿性有親核性和堿性N可被氧化可被氧化 吡啶性質(zhì)的初步分析吡啶性質(zhì)的初步分析N亞胺結(jié)構(gòu)片斷亞胺結(jié)構(gòu)片斷有親電性有親電性與親核試劑反應(yīng)與親核試劑反應(yīng)不飽和性不飽和性可加氫還原可加氫還原與苯相似與苯相似有芳香性有芳香性可親電取代可親電取代.1 吡啶的堿性和親核性吡啶的堿性和親核性（1） 堿性堿性 合成上作為有機堿合成上作為有機堿Knoevenagel反應(yīng)反應(yīng)NR3NNKb10-91

27、0-410-14HROTs+TsClNROH+NH ClRCH+NC(CO2C2H5)2RCHOCH2(CO2C2H5)2脂肪胺脂肪胺吡啶吡啶苯胺苯胺吡咯吡咯由于由于N上的電子未參與共軛，具有堿性，孤電子對在上的電子未參與共軛，具有堿性，孤電子對在sp2雜化軌道中，雜化軌道中，孤電子對的孤電子對的s成分高，不易給出電子，接受質(zhì)子的能力弱，為弱堿，成分高，不易給出電子，接受質(zhì)子的能力弱，為弱堿，比脂肪胺弱，比芳胺強。比脂肪胺弱，比芳胺強。. 其它應(yīng)用其它應(yīng)用制備吡啶鹽試劑制備吡啶鹽試劑如磺化試劑如磺化試劑NNSO3SO3（2）親核性）親核性 吡啶的烷基化吡啶的烷基化N-甲基吡啶鹽的重排甲基吡啶鹽

28、的重排NCH3NCH3II+N-甲基吡啶鹽甲基吡啶鹽NCH3300oCHINaOHNCH3NCH3HINCH3NaOH重排NCH3I. 吡啶的?；捌鋺?yīng)用吡啶的?；捌鋺?yīng)用NRCClONRCOCl作為?；噭㏑OHRCORONClH+NRCOROHNRCOORHRCOORHN+吡啶充當(dāng)一個好的離去基團RCORONH+酰基化機理?；瘷C理.2. 吡啶環(huán)上的親電取代吡啶環(huán)上的親電取代 待解答的兩個問題待解答的兩個問題:NENNNEEEoror 取取代代 取取代代 取取代代取代位置：取代位置：哪個為主？哪個為主？反應(yīng)活性：反應(yīng)活性：比苯快比苯快? 還是比苯慢還是比苯慢?.吡啶的親電取代反應(yīng)的活

29、性比苯弱吡啶的親電取代反應(yīng)的活性比苯弱,類似硝基苯類似硝基苯,親電取代反應(yīng)總是發(fā)生親電取代反應(yīng)總是發(fā)生在在3位或位或5位位(-位位),吡啶環(huán)上由給電子基時吡啶環(huán)上由給電子基時,親電取代反應(yīng)活性增強。親電取代反應(yīng)活性增強。NNO2吡啶吡啶 （N吸電子能力較強），吸電子能力較強）， 為缺電子芳雜環(huán)，故比苯難親電取為缺電子芳雜環(huán)，故比苯難親電取代，和硝基苯相似代，和硝基苯相似.66只有在極強的條件下才能發(fā)生硝化、磺化及鹵化反應(yīng)。但不只有在極強的條件下才能發(fā)生硝化、磺化及鹵化反應(yīng)。但不發(fā)生發(fā)生F-C烷基化、?；磻?yīng)；吡啶環(huán)上有烷氧基，氨基等給烷基化、?；磻?yīng)；吡啶環(huán)上有烷氧基，氨基等給電子基時，有助于

30、親電取代反應(yīng)的進行，但反應(yīng)活性仍低于電子基時，有助于親電取代反應(yīng)的進行，但反應(yīng)活性仍低于相應(yīng)的苯系化合物；相應(yīng)的苯系化合物；.N發(fā)煙 H2SO4發(fā)煙 HNO3 /無反應(yīng)發(fā)生發(fā)煙 H2SO4發(fā)煙 HNO3 /NNO2300oC / 24hN(CH3)3發(fā)煙 H2SO4發(fā)煙 HNO3 /N(CH3)3NO2鈍化鈍化 取代取代起強吸電起強吸電子基作用子基作用對比：對比：.其它鈍化現(xiàn)象其它鈍化現(xiàn)象有給電子基時反應(yīng)較易進行有給電子基時反應(yīng)較易進行NNSO3HNBr濃 H2SO4 / HgSO4220oC300oCBr2 / 浮石無反應(yīng)發(fā)生Friedel-Crafts 反應(yīng)NKNO3 / 濃 H2SO41

31、10oCNNO2H3CCH3H3CCH3NNH220oCBr2 / HOAcNNH2Br.N EE(i) 由吡啶的共振式分析由吡啶的共振式分析:結(jié)論結(jié)論: 1. 環(huán)上帶正電環(huán)上帶正電, 不利于親電取代不利于親電取代 2. 位的正電荷密相對較低（較位的正電荷密相對較低（較 易反應(yīng)的位置易反應(yīng)的位置 對反應(yīng)取向及鈍化現(xiàn)象的解釋對反應(yīng)取向及鈍化現(xiàn)象的解釋NNNNNN EE. (ii) 由反應(yīng)的中間體穩(wěn)定性分析由反應(yīng)的中間體穩(wěn)定性分析 取代在取代在 位位不穩(wěn)定不穩(wěn)定正電荷在電負性正電荷在電負性大的原子上大的原子上中間體有中間體有兩個兩個主要共振式主要共振式NENENENEHHH- - H+NE 位位.

32、E 位位NNEHNEHNEH- - H+NE 取代在取代在 位位中間體有中間體有三個三個主要主要共振式，共振式，較穩(wěn)定較穩(wěn)定. 取代在取代在 位位ENNEHNEHNEH- - H+NE不穩(wěn)定不穩(wěn)定正電荷在電負性正電荷在電負性大的原子上大的原子上中間體有兩個主要共振式中間體有兩個主要共振式（與（與 位反應(yīng)類似）位反應(yīng)類似）.3. 吡啶環(huán)上的親核取代反應(yīng)吡啶環(huán)上的親核取代反應(yīng) NNuNNHNuNNuNu = NH2, PhNu H通過氧化去氫通過氧化去氫或或與與負氫負氫接受體結(jié)合接受體結(jié)合亞胺片斷亞胺片斷親核加成親核加成負氫消除過程負氫消除過程.（1） NaNH2與吡啶的親核取代與吡啶的親核取代

33、反應(yīng)反應(yīng)機理機理:NNNH2+NaNH2H2NH3 或 PhNMe2NNH2NHNH2HNH2NNH2+HHNNHH或NNH2+NHN+HHNH2NNH+NH3NH2.（2） PhLi 與吡啶的親核取代與吡啶的親核取代NPhLiNPhO2 or PhNO2,(氧化).（3） 或或 位有離去基團時的親核取代位有離去基團時的親核取代（與硝基苯類似，取代易進（與硝基苯類似，取代易進行）行）NClNOHNaOHNHO -吡啶酮異構(gòu)化NHO（仍有芳香性）NClNOHCl ClNOHOHNNH2(1)NaNO2, HCl(2)H2O,NOHNHO異構(gòu)化NNaNH2機理：機理： 制備制備 -吡啶酮的其它方法

34、吡啶酮的其它方法例：例：好離去基好離去基.其它取代例子其它取代例子NNH2NClNH3, ZnCl2(a)NClPhNH2NNHPh(b)NBrNH3NNH2BrBrNOCH3NClNaOCH3 HOCH3(c)(d).4. 吡啶的還原和氧化吡啶的還原和氧化（1） 還原還原吡啶環(huán)比苯環(huán)易被還原吡啶環(huán)比苯環(huán)易被還原NH2, Pt0.3 MPNHNNHNHSn / HClor Na / EtOHH2, Ni喹啉1, 2, 3, 4-四氫喹啉十氫喹啉.NH2O2HOAcNON-氧化吡啶（2） 氧化氧化 氧化在側(cè)鏈上氧化在側(cè)鏈上NCH3KMnO4NCOOHNNCH3NCOOH尼古丁(煙堿)煙酸HNO3

35、 氧化在氧化在 N 上上R3NH2O2R3NO胺氧化合物對比：對比：吡啶的抗氧化能力比苯強，只氧化側(cè)鏈。吡啶的抗氧化能力比苯強，只氧化側(cè)鏈。.5. N-氧化吡啶的性質(zhì)氧化吡啶的性質(zhì)(1) 有親電性有親電性（易與親電試劑發(fā)生親電取代，取代在（易與親電試劑發(fā)生親電取代，取代在4位）位）NO發(fā)煙HNO3發(fā)煙H2SO490oCNONO2主要產(chǎn)物NNO2POCl3+PCl3N發(fā)煙 H2SO4發(fā)煙 HNO3 /NNO2300oC / 24h對比：對比：反應(yīng)活性不同反應(yīng)活性不同取代位置不同取代位置不同.NO(1) PhMgX(2) H2ONOHPhHAc2ONPhNPhLiNPhO2 or PhNO2,(氧

36、化)(2) 有親核性有親核性（易與親核試劑進行親核加成）（易與親核試劑進行親核加成）對比：對比：反應(yīng)較快反應(yīng)較快.為什么為什么N-氧化吡啶氧化吡啶既有親電性又有親核性？既有親電性又有親核性？(i)NONONONOONO 結(jié)構(gòu)上有相似性結(jié)構(gòu)上有相似性鄰對位負電鄰對位負電荷密度較大荷密度較大（1）N-氧化吡啶有兩種形式的共振式氧化吡啶有兩種形式的共振式.保留吡啶的特點保留吡啶的特點鄰對位正電荷密鄰對位正電荷密度較大度較大NONONONON(ii)NO 結(jié)構(gòu)上有相似性結(jié)構(gòu)上有相似性.NONOHNO2NOHNO2八隅體,穩(wěn)定NONO2 H+NONO2PCl3NNO2+OPCl3NO2PCl3（2） 反

37、應(yīng)的中間體較穩(wěn)定反應(yīng)的中間體較穩(wěn)定(i) 親電取代機理親電取代機理.NOPhMgXNOMgXPhHH2ONOHPhHAc2ONOAcPhH HOAcNPh(ii) 親核加成及進一步機理親核加成及進一步機理比較穩(wěn)定比較穩(wěn)定親電性較強親電性較強.（3）還原反應(yīng)）還原反應(yīng)NNHH2/Ni加加壓壓六六氫氫吡吡啶啶又又稱稱哌哌啶啶.6. 吡啶吡啶 2 2和和 4 4位側(cè)鏈上的反應(yīng)位側(cè)鏈上的反應(yīng) 吡啶吡啶 2 2和和 4 4位的位的 氫氫 有弱酸性有弱酸性醛酮的類醛酮的類似性質(zhì)似性質(zhì)有有親核性親核性NCH2BHNCH2NCH2NH2CHBNCH2NCH2ORCH2BHORCH2ORCH2OH2CHBROC

38、H2ROCH2R對比對比烯醇負離子烯醇負離子共軛烯醇共軛烯醇負離子負離子.反應(yīng)舉例反應(yīng)舉例:(1) 與醛酮加成與醛酮加成機理：機理：NCH3Ph C PhONCH2NCH2NH2NCH2HPhCPhOH2ONaNH2PhCPhOHNCH2PhCPhONCH2PhCPhOH類似于醛酮類似于醛酮的什么反應(yīng)？的什么反應(yīng)？.(2) Michael加成加成(3) 烷基化烷基化NCH2CH3CH3NCH2CH3CH2CH3NCH2CH3CH2NaNH2CH3INCH3N RLiCNCNNCH21.2. H2O.(4) Lewis 酸作用下的加成反應(yīng)酸作用下的加成反應(yīng)NCH3H CHONCH2CH2OHZn

39、Cl2NCH3ZnCl2NCH2ZnClClHNCH2ZnClH CHONCH2ZnClCH2OH2O HClNCH2CH2OH機理：機理：Lewis 酸加強酸加強了了 氫的酸性氫的酸性.第四節(jié)第四節(jié) 含一個雜原子的含一個雜原子的苯并五員雜環(huán)苯并五員雜環(huán)體系體系三種苯并五員雜環(huán)體系三種苯并五員雜環(huán)體系親電取代反應(yīng)：親電取代反應(yīng)：NHOS123456712345671234567吲哚吲哚苯并呋喃苯并呋喃苯并噻吩苯并噻吩AEAEAEor芳香性比苯環(huán)差芳香性比苯環(huán)差負電荷密度校大負電荷密度校大.親電取代中間體分析：親電取代中間體分析：芐基型正碳離子芐基型正碳離子（有兩個主要共振式）（有兩個主要共振式

40、）滿足八隅體滿足八隅體 兩種中間體均有兩種中間體均有一定的穩(wěn)定性一定的穩(wěn)定性（一個主要共振式）（一個主要共振式）AEAEAEHAEAEAEHHAE- H+- H+2-位3-位.親電取代反應(yīng)舉例：親電取代反應(yīng)舉例：NHN SO3NHSO3HSNHCOCH3Ac2O主要產(chǎn)物+ 2位取代產(chǎn)物OHNO3HOAcONO2AlCl3NSO3HOHNO2少量取向類似取向類似取向不同取向不同.第五節(jié)第五節(jié) 含一個雜原子的苯并六員雜環(huán)體系含一個雜原子的苯并六員雜環(huán)體系喹啉和異喹啉：喹啉和異喹啉：N12345678N12345678親電取代（反應(yīng)取向）親電取代（反應(yīng)取向）氧化和還原反應(yīng)氧化和還原反應(yīng)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分析結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分析喹啉喹啉異喹啉異喹啉堿性和親和性堿性和親和性親電取代親電取代親核取代親核取代氧化和還原反應(yīng)氧化和還原反應(yīng)支鏈上的反應(yīng)支鏈上的反應(yīng)象吡啶（雜