第十四章雜環(huán)化合物

1、 主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 雜環(huán)化合物的分類和命名雜環(huán)化合物的分類和命名第二節(jié)第二節(jié) 六元雜環(huán)化合物六元雜環(huán)化合物第三節(jié)第三節(jié) 五元雜環(huán)化合物五元雜環(huán)化合物 第一節(jié)第一節(jié) 雜環(huán)化合物的分類和命名雜環(huán)化合物的分類和命名1、脂雜環(huán)、脂雜環(huán) 沒有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為脂雜環(huán)。沒有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為脂雜環(huán)。三元雜環(huán)三元雜環(huán)四元雜環(huán)四元雜環(huán)五元雜環(huán)五元雜環(huán)七元雜環(huán)七元雜環(huán)(氮雜環(huán)丙烷氮雜環(huán)丙烷)(-丙內(nèi)酯丙內(nèi)酯)(-丙內(nèi)酰胺丙內(nèi)酰胺)(順丁烯二酸酐順丁烯二酸酐)(氧雜氧雜)(1H-氮雜氮雜)OHN(環(huán)氧乙烷環(huán)氧乙烷)OONHOOOOONH（一）分類（一）分類2 、芳雜環(huán)、芳雜環(huán) 具有芳香特征

2、的雜環(huán)化合物稱為芳雜環(huán)具有芳香特征的雜環(huán)化合物稱為芳雜環(huán)苯并雜環(huán)苯并雜環(huán)雜環(huán)并雜環(huán)雜環(huán)并雜環(huán)五元雜環(huán)五元雜環(huán)六元雜環(huán)六元雜環(huán)呋喃呋喃噻吩噻吩吡咯吡咯噁唑噁唑噻唑噻唑咪唑咪唑吡唑吡唑吡啶吡啶嘧啶嘧啶吡喃吡喃(無芳香性無芳香性)吲哚吲哚喹啉喹啉異喹啉異喹啉嘌呤嘌呤OSNHNONSNNHNNHNNNONHNNNNNHN命名原則命名原則: 雜環(huán)的命名常用音譯法，是按外文名詞音譯成帶雜環(huán)的命名常用音譯法，是按外文名詞音譯成帶“口口”字旁的同音漢字。字旁的同音漢字。 當(dāng)環(huán)上有取代基時，取代基的位次從雜原子算起當(dāng)環(huán)上有取代基時，取代基的位次從雜原子算起依次用依次用1,2,3, (或或,)編號。編號。如雜環(huán)上

3、不止一個雜原子時，則從如雜環(huán)上不止一個雜原子時，則從O、S、N順序依次順序依次編號。編號時雜原子的位次數(shù)字之和應(yīng)最小編號。編號時雜原子的位次數(shù)字之和應(yīng)最小。 五元雜環(huán)五元雜環(huán)五元雜環(huán)苯并體系五元雜環(huán)苯并體系O1234567S1234567NH1234567呋喃呋喃(furan)噻吩噻吩(thiophene)吡咯吡咯(pyrrole)苯并呋喃苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯苯并吡咯吲哚吲哚 (indole)O12345S123455NH1234實例實例:N123456O123456123456OO123456OONN123456123456

4、NN123456NN六元雜環(huán)六元雜環(huán)吡啶吡啶(pyridine)吡喃吡喃(pyran)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)噠嗪噠嗪(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)吡嗪吡嗪(pyrazine)N12345678N1234567812345678OOONNNHN123456789雜環(huán)并雜環(huán)雜環(huán)并雜環(huán)喹啉喹啉(quinoline)異喹啉異喹啉(isoquinoline)苯并吡喃苯并吡喃(benzopyran)苯并苯并- -吡喃酮吡喃酮(benzo- -pyrone)嘌呤嘌呤(purine)六元雜環(huán)苯并環(huán)系六元雜環(huán)苯并環(huán)系(一一) 吡啶吡啶共軛效應(yīng)和

5、誘導(dǎo)效應(yīng)都是吸電子的共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)都是吸電子的孤電子對孤電子對在在sp2雜化雜化軌道上。軌道上。結(jié)構(gòu)：吡啶結(jié)構(gòu)：吡啶N是是sp2雜化，孤電子對不參與共軛。雜化，孤電子對不參與共軛。反應(yīng)：堿性較強。環(huán)不易發(fā)生親電取代反應(yīng)但易發(fā)生親核反應(yīng)：堿性較強。環(huán)不易發(fā)生親電取代反應(yīng)但易發(fā)生親核 取代反應(yīng)。發(fā)生親電取代反應(yīng)時，環(huán)上取代反應(yīng)。發(fā)生親電取代反應(yīng)時，環(huán)上N起間位定起間位定 位基的作用。發(fā)生親核取代反應(yīng)時，環(huán)上位基的作用。發(fā)生親核取代反應(yīng)時，環(huán)上N起鄰對起鄰對 位定位基的作用。位定位基的作用。1 電子結(jié)構(gòu)電子結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 六元雜環(huán)化合物六元雜環(huán)化合物2 物理性質(zhì)物理性質(zhì)氮原子的電負(fù)性較大氮原子

6、的電負(fù)性較大,使吡啶有較大極性使吡啶有較大極性,其偶極距數(shù)值較大其偶極距數(shù)值較大.NNH =2.20D =1.17D吡啶能與水以任意比例混溶吡啶能與水以任意比例混溶,又能溶解大多數(shù)極性或非極性又能溶解大多數(shù)極性或非極性有機化合物有機化合物,甚至許多無機鹽類甚至許多無機鹽類,是一個良好的溶劑。是一個良好的溶劑。3 堿性堿性吡啶吡啶N是是sp2雜化，孤電子對不參與共軛，可以與質(zhì)子雜化，孤電子對不參與共軛，可以與質(zhì)子結(jié)合或給出電子，顯弱堿性。利用它的堿性，可從混結(jié)合或給出電子，顯弱堿性。利用它的堿性，可從混合物中分離吡啶類化合物，在化學(xué)反應(yīng)中還可用作催合物中分離吡啶類化合物，在化學(xué)反應(yīng)中還可用作催化

7、劑和除酸劑?；瘎┖统釀?。4 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)(1) 氮原子上的反應(yīng)氮原子上的反應(yīng)N+ HClN HClNNH3N+ SO3CH2Cl2N SO3(90%)此反應(yīng)常用于在反應(yīng)中吸收生成的氣態(tài)酸室溫吡啶三氧化硫絡(luò)合物是常用的緩和磺化劑NNNRIR I300INI+RROHNNRROH制取烷基吡啶的一種方法(2) 親電取代反應(yīng)親電取代反應(yīng) 吡啶環(huán)上氮原子為吸電子基，故吡啶環(huán)屬于缺電子的吡啶環(huán)上氮原子為吸電子基，故吡啶環(huán)屬于缺電子的芳雜環(huán)，和硝基苯相似。其親電取代反應(yīng)很不活潑，反應(yīng)芳雜環(huán)，和硝基苯相似。其親電取代反應(yīng)很不活潑，反應(yīng)條件要求很高，不起傅條件要求很高，不起傅-克烷基化和?；磻?yīng)。親電取

8、代克烷基化和?；磻?yīng)。親電取代 反應(yīng)主要在反應(yīng)主要在-位上。位上。 NNClNBrNNO2NSO3HCl2, AlCl3Br2,H2SO4HgSO4100300浮石催化氣相濃220混酸300催化，氯吡啶溴吡啶硝基吡啶吡啶 磺酸3333 由吡啶的共振式分析由吡啶的共振式分析:NNNNNN 結(jié)論結(jié)論: 1. 環(huán)上帶正電環(huán)上帶正電, 不利不利 于親電取代于親電取代 2. b b 位的正電荷密相位的正電荷密相 對較低對較低解釋原因解釋原因: 由取代反應(yīng)的中間體穩(wěn)定由取代反應(yīng)的中間體穩(wěn)定性分析性分析1. 取代在取代在 a a 位位NEa a 位位NENENEHHH-H+NE正正電電荷荷在在電電負(fù)負(fù)性性

9、大大的的原原子子上上, ,不不穩(wěn)穩(wěn)定定2. 取代在取代在 b b 位位Eb b 位位NNEHNEHNEH3. 取代在取代在 位位E 位位NNEHNEHNEH正正電電荷荷在在電電負(fù)負(fù)性性大大的的原原子子上上, ,不不穩(wěn)穩(wěn)定定中間體較為穩(wěn)定中間體較為穩(wěn)定實驗事實：鈍化和實驗事實：鈍化和 b b取代取代N發(fā)發(fā)煙煙 H2SO4發(fā)發(fā)煙煙 HNO3 /無無反反應(yīng)應(yīng)發(fā)發(fā)生生發(fā)發(fā)煙煙 H2SO4發(fā)發(fā)煙煙 HNO3 /NNO2取取代代在在 b b 位位N(CH3)3發(fā)發(fā)煙煙 H2SO4發(fā)發(fā)煙煙 HNO3 /N(CH3)3NO2起起吸吸電電子子基基作作用用300oC / 24h其它反應(yīng)現(xiàn)象其它反應(yīng)現(xiàn)象NNSO3H

10、NBr濃濃 H2SO4 / HgSO4220oC300oCBr2 / 浮浮石石無無反反應(yīng)應(yīng)發(fā)發(fā)生生Friedel-Crafts 反反應(yīng)應(yīng)環(huán)上有給電子基時反應(yīng)相對較易進(jìn)行環(huán)上有給電子基時反應(yīng)相對較易進(jìn)行NKNO3 / 濃濃 H2SO4110oCNNO2H3CCH3H3CCH3NNH220oCBr2 / HOAcNNH2Br(3) 親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)NNNH2+NaNH2H2NH3 或或 PhNMe2NPhLiNPhO2 or PhNO2,( (氧氧化化) )取代主要發(fā)生在取代主要發(fā)生在 a a 位位當(dāng)當(dāng) a a 或或 位有其它離去基團(tuán)時，反應(yīng)易發(fā)生位有其它離去基團(tuán)時，反應(yīng)易發(fā)生NClNOH

11、NaOHNHOa a- -吡吡啶啶酮酮異異構(gòu)構(gòu)化化NClNOHCl-ClNOHOHNHO（仍仍有有芳芳香香性性）NNH2(1)NaNO2, HCl(2)H2O,NOHNHO異異構(gòu)構(gòu)化化NNaNH2機機理理：其其他他制制備備a a- -吡吡啶啶酮酮的的方方法法(4) 氧化和還原反應(yīng)氧化和還原反應(yīng)NCH3KMnO4NCOOHNNCH3NCOOH尼尼古古丁丁( (煙煙堿堿) )煙煙酸酸HNO3 氧化在側(cè)鏈上氧化在側(cè)鏈上氧化在氧化在 N 上上復(fù)習(xí)：叔胺的氧化復(fù)習(xí)：叔胺的氧化R3NH2O2R3NO胺氧化合物NH2O2HOAcNON-氧氧化化吡吡啶啶吡啶的類似反應(yīng)吡啶的類似反應(yīng) N-氧化吡啶的性質(zhì)：比吡啶

12、易與親電試劑或親核試劑反應(yīng)氧化吡啶的性質(zhì)：比吡啶易與親電試劑或親核試劑反應(yīng)NO發(fā)發(fā)煙煙HNO3發(fā)發(fā)煙煙H2SO490oCNONO2主主要要產(chǎn)產(chǎn)物物NNO2POCl3+PCl3NO(1) PhMgX(2) H2ONOHPhHAc2ONPh(a) 與親電試劑的親電取代與親電試劑的親電取代(b) 與親核試劑的親核加成與親核試劑的親核加成為什么為什么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(a) 由共振結(jié)構(gòu)分析（有兩種形式的共振式）由共振結(jié)構(gòu)分析（有兩種形式的共振式）NONONONOO有苯氧基負(fù)離子特點，環(huán)有苯氧基負(fù)離子特點，環(huán)上的上的 2, 4, 6 三個位置負(fù)電三個位置負(fù)電荷密

13、度較大荷密度較大NONONONON保留吡啶的特點，氧負(fù)離子使環(huán)保留吡啶的特點，氧負(fù)離子使環(huán)上的正電荷密度增大上的正電荷密度增大(b) 由反應(yīng)過程分析（中間體的穩(wěn)定性分析）由反應(yīng)過程分析（中間體的穩(wěn)定性分析）親電取代及進(jìn)一步的反應(yīng)過程親電取代及進(jìn)一步的反應(yīng)過程NONOHNO2NOHNO2滿滿足足八八隅隅體體NONO2-H+NONO2PCl3NNO2+OPCl3NO2PCl3NNO2NNO2HNNO2H對比：吡對比：吡啶的直接啶的直接親電取代親電取代不穩(wěn)定不穩(wěn)定(二）二） 喹啉和異喹啉喹啉和異喹啉喹啉和異喹啉：喹啉和異喹啉：N喹喹啉啉12345678N12345678異異喹喹啉啉1 結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)

14、：結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)：結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： *雜環(huán)部分性質(zhì)象吡啶雜環(huán)部分性質(zhì)象吡啶(堿性和親和性、親電取代、堿性和親和性、親電取代、 親核取代、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、支鏈上的反應(yīng)親核取代、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、支鏈上的反應(yīng)) *碳環(huán)部分性質(zhì)象萘碳環(huán)部分性質(zhì)象萘(親電取代及其取代定位作用親電取代及其取代定位作用)堿性強弱：喹啉吡啶異喹啉堿性強弱：喹啉吡啶異喹啉喹啉在常溫時是無色油狀液體，有類似吡啶的惡臭，喹啉在常溫時是無色油狀液體，有類似吡啶的惡臭，沸點沸點238，異喹啉為低熔點的固體，氣溫類似于，異喹啉為低熔點的固體，氣溫類似于苯甲醛，熔點苯甲醛，熔點26，沸點，沸點243。物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：（1） 親電取

15、代反應(yīng)親電取代反應(yīng):反應(yīng)產(chǎn)物受介質(zhì)的影響。若反應(yīng)在酸性介質(zhì)中進(jìn)行，取反應(yīng)產(chǎn)物受介質(zhì)的影響。若反應(yīng)在酸性介質(zhì)中進(jìn)行，取代主要在苯環(huán)上發(fā)生。喹啉主要發(fā)生在代主要在苯環(huán)上發(fā)生。喹啉主要發(fā)生在C-5與與C-8位，而位，而異喹啉以異喹啉以C-5產(chǎn)物為主。產(chǎn)物為主。NHO3S(54%)N濃H2SO4, 220煙 H2SO4, 90或發(fā)NSO3H濃H2SO4300重排若反應(yīng)在有機溶劑中進(jìn)行，取代在雜環(huán)上發(fā)生。若反應(yīng)在有機溶劑中進(jìn)行，取代在雜環(huán)上發(fā)生。2 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)NEE5-位8-位NENE* * 兩兩個個主主要要的的共共振振式式* * 保保留留一一個個芳芳香香環(huán)環(huán)NENENE兩兩中中間間體體穩(wěn)穩(wěn)定定性

16、性相相差差不不大大從反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性解釋反應(yīng)結(jié)果：從反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性解釋反應(yīng)結(jié)果：（2） 親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng) 親核取代反應(yīng)主要在吡啶環(huán)上發(fā)生，喹啉的反應(yīng)位置親核取代反應(yīng)主要在吡啶環(huán)上發(fā)生，喹啉的反應(yīng)位置 在在2位和位和4位位(2位為主位為主)，異喹啉在，異喹啉在1位；位；NNNNaNH2NNH2(1)n-BuLi(2)H2ONBu-nNPhNaNH2H2OH2ONPhNH2PhNO2NNNH2H2ONLiBu-nH2ONBu-nKNH2NH3PhNO2實例：實例：（3） 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)*1 喹啉和異喹啉與絕大多數(shù)氧化劑不發(fā)生反應(yīng)；喹啉和異喹啉與絕大多數(shù)氧化劑不發(fā)生反應(yīng)；*2 與高錳

17、酸鉀能發(fā)生反應(yīng)：與高錳酸鉀能發(fā)生反應(yīng)：NCH2O? 100NKMnO4 水溶液HOOCHOOCNNHKMnO4 水溶液OONHOOCHOOCNCOOHCOOH+KMnO4, OH-*3 喹啉與異喹啉在過酸的作用下均可形成喹啉與異喹啉在過酸的作用下均可形成N-氧化物。氧化物。NRCO3HNORCO3HNNO（4） 還原反應(yīng)還原反應(yīng)H2 / NiNNHor I2Hg(OAc)2, 130NNH2, Pt, AcOH, 40NHNH+HHHH反十氫喹啉反十氫喹啉順十氫喹啉順十氫喹啉3 喹啉及其衍生物的合成喹啉及其衍生物的合成 1 斯克勞普斯克勞普(Skraup, Z.H.)反應(yīng)：苯胺、甘反應(yīng)：苯胺、

18、甘油、硫酸和基苯等氧化劑一起作用，生成喹啉油、硫酸和基苯等氧化劑一起作用，生成喹啉的反應(yīng)稱為斯克勞普反應(yīng)。的反應(yīng)稱為斯克勞普反應(yīng)。實實 例例(73 %)NH2+ CH2=CHC CH3OZnCl2FeCl3NCH3100濃H2SO4NH2+ 2CH3CHONCH3(32 %)eg 2eg 1eg 4eg 3H+, 氧化劑NH2(主)H3CO+CHOHCH2OHCH2OHNH3CO甘油NH2NO2H3CONH3CONO2NHH3CONO2 氧化劑 2 弗里德倫德弗里德倫德(Friedlander)反應(yīng)：反應(yīng)：180哌啶(80%)N H2CCH3O+OPhHHNCH3Ph100110(90%)N

19、H2CCH3OHClOHH+NCH3eg 1eg 2 芳香族鄰氨基羰基化合物發(fā)生縮合反應(yīng)，得到芳香族鄰氨基羰基化合物發(fā)生縮合反應(yīng)，得到喹啉或它的衍生物，這稱為弗里德倫德反應(yīng)。喹啉或它的衍生物，這稱為弗里德倫德反應(yīng)。(三）三） 含二個氮原子的六元雜環(huán)含二個氮原子的六元雜環(huán)含有兩個氮原子的六元雜環(huán)體系稱作二嗪類，因氮原子含有兩個氮原子的六元雜環(huán)體系稱作二嗪類，因氮原子在環(huán)中的相對位置不同，二嗪類有三種異構(gòu)體：噠嗪、在環(huán)中的相對位置不同，二嗪類有三種異構(gòu)體：噠嗪、嘧啶、吡嗪。嘧啶、吡嗪。NN123456123456NN噠嗪噠嗪(pyridazine) 嘧啶嘧啶(pyrimidine)吡嗪吡嗪(pyr

20、azine)123456NN1 結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)二嗪類環(huán)上的兩個氮原子，其電子構(gòu)形與吡啶中的氮原子二嗪類環(huán)上的兩個氮原子，其電子構(gòu)形與吡啶中的氮原子相同，各有一對未共用電子對，位于相同，各有一對未共用電子對，位于sp2雜化軌道上，能與雜化軌道上，能與水經(jīng)氫鍵締合。水經(jīng)氫鍵締合。噠嗪與嘧啶因結(jié)構(gòu)的不對稱性，分子有一噠嗪與嘧啶因結(jié)構(gòu)的不對稱性，分子有一定的極性，可與水混溶，吡嗪因分子極性小而水溶性略小。定的極性，可與水混溶，吡嗪因分子極性小而水溶性略小。二嗪類化合物都是一元堿二嗪類化合物都是一元堿,而且堿性都比吡啶弱而且堿性都比吡啶弱.2 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)（1）. 親電取代反應(yīng)親電取代

21、反應(yīng)NHNCl-+Br2160 oCNNBr66 %NNCH3Cl2， CCl440 oCNNClCH367 %NNNH2Br280 oC41 %NNNH2BrNNNH2NH2NNNH2NNClN2+ClH2ONNOHH3COHHNO3, HOAc20 oCNHNHOOH3CNHNHOOH3CO2N85 %反應(yīng)最易在反應(yīng)最易在2位發(fā)生，其次是位發(fā)生，其次是4,6位位NNCH3NaNH2130 - 160NNCH3NNCH3NH2H2N+取代鹵素要比取代負(fù)氫更容易取代鹵素要比取代負(fù)氫更容易NNClClNH3100NNNH2NNClCl+NH2NH3160NNNH2NH2（2）. 親核取代反應(yīng)親核

22、取代反應(yīng)利用親核取代反應(yīng)可制取烴基取代的二嗪。利用親核取代反應(yīng)可制取烴基取代的二嗪。NNKMnO4NLiNHC4H9-n+ CH3CH2CH2CH2Li乙醚丙酮NNC4H9-n二嗪不易被氧化。若用過酸氧化，得嘧啶單二嗪不易被氧化。若用過酸氧化，得嘧啶單N-氧化物氧化物NNNNOH2O2AcOH（3） 氧化氧化（4） 側(cè)鏈側(cè)鏈-H反應(yīng)反應(yīng)NNCH3H3CCH3NNCH3H3CCH=CHPhPhCHOZnCl2NNCH=CHPhPhCH=CHCH=CHPh2PhCHOZnCl2羥醛縮合型羥醛縮合型NNCH2CH3H3CCH3CH3I烷基化反應(yīng)烷基化反應(yīng)PhLiNNCH2LiH3CCH3NNCH3H

23、3CCH3 吡喃環(huán)系吡喃環(huán)系H+OOOOH吡喃及其衍生物無芳香特性吡喃及其衍生物無芳香特性吡喃酮的钅吡喃酮的钅 羊鹽是芳香體系。羊鹽是芳香體系。(四四) 含氧原子的六元雜環(huán)含氧原子的六元雜環(huán)(一一 ) 呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)(二二) 吲哚吲哚(三三) 含兩個雜原子的五元雜環(huán)含兩個雜原子的五元雜環(huán)第三節(jié)第三節(jié) 五元雜環(huán)化合物五元雜環(huán)化合物吡咯的結(jié)構(gòu)吡咯的結(jié)構(gòu)孤電子對在孤電子對在p軌道上。軌道上。吡吡 咯咯結(jié)構(gòu)：吡咯結(jié)構(gòu)：吡咯N是是sp2雜化，孤電子對參與共軛。雜化，孤電子對參與共軛。反應(yīng)：堿性較弱，環(huán)易發(fā)生親電取代反應(yīng)，環(huán)上相當(dāng)反應(yīng)：堿性較弱，環(huán)易發(fā)生親電取代反應(yīng)，環(huán)上相當(dāng)

24、 有一個鄰對位定位基。有一個鄰對位定位基。NNH共軛效應(yīng)是給電子的。共軛效應(yīng)是給電子的。誘導(dǎo)效應(yīng)是吸電子的。誘導(dǎo)效應(yīng)是吸電子的。(一一) 呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)呋喃、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)呋喃、噻吩的結(jié)構(gòu)請同學(xué)自己分析。呋喃、噻吩的結(jié)構(gòu)請同學(xué)自己分析。1 電子結(jié)構(gòu)及芳香性電子結(jié)構(gòu)及芳香性呋喃、噻吩、吡咯在結(jié)構(gòu)上具有共同點，即構(gòu)成環(huán)呋喃、噻吩、吡咯在結(jié)構(gòu)上具有共同點，即構(gòu)成環(huán)的五個原子都為的五個原子都為sp2雜化，故成環(huán)的五個原子處在同雜化，故成環(huán)的五個原子處在同一平面，雜原子上的孤對電子參與共軛形成共軛體一平面，雜原子上的孤對電子參與共軛形成共軛體系，其系，其電子數(shù)符合休克爾規(guī)則（電子數(shù)符合休克爾規(guī)

25、則（電子數(shù)電子數(shù) = 4n+2），），所以，它們都具有芳香性。所以，它們都具有芳香性。2 物理性質(zhì)物理性質(zhì)都能溶于有機溶劑都能溶于有機溶劑,水溶解度都小于六元雜環(huán)吡啶水溶解度都小于六元雜環(huán)吡啶溶解度順序為：吡咯呋喃噻吩溶解度順序為：吡咯呋喃噻吩 吡咯幾乎不顯堿性吡咯幾乎不顯堿性, 相反具有弱酸性相反具有弱酸性3 呋喃、噻吩、吡咯化學(xué)反應(yīng)呋喃、噻吩、吡咯化學(xué)反應(yīng)分子接受一個質(zhì)子的反應(yīng)稱為質(zhì)子化反應(yīng)分子接受一個質(zhì)子的反應(yīng)稱為質(zhì)子化反應(yīng).（1）呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可質(zhì)子化；）呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可質(zhì)子化；（2） 質(zhì)子化反應(yīng)主要發(fā)生在質(zhì)子化反應(yīng)主要發(fā)生在C-2上；上；NHHHNHNHH

26、HNHHH+H+H+-C質(zhì)子化質(zhì)子化-C質(zhì)子化質(zhì)子化N-質(zhì)子化質(zhì)子化質(zhì)子化反應(yīng)質(zhì)子化反應(yīng)（3） 由于由于-C的質(zhì)子化反應(yīng)，吡咯在強酸作用的質(zhì)子化反應(yīng)，吡咯在強酸作用 下會因聚合而被破壞；下會因聚合而被破壞；（4） 在稀的酸性水溶液中，呋喃的質(zhì)子化在氧在稀的酸性水溶液中，呋喃的質(zhì)子化在氧 上發(fā)生并導(dǎo)致水解開環(huán)。上發(fā)生并導(dǎo)致水解開環(huán)。OOHHOOHOH2OHOHOOH2SO4 - H2OHOAc, 90 %H2O-H+ 呋喃、噻吩、吡咯的親電取代反應(yīng)*1 親電取代反應(yīng)的活性順序為：親電取代反應(yīng)的活性順序為：吸電子誘導(dǎo)：吸電子誘導(dǎo)：O(3.5) N(3.0) S(2.6) 給電子共軛給電子共軛：N

27、O S綜合：綜合：N貢獻(xiàn)電子最多，貢獻(xiàn)電子最多，O其次，其次，S最少最少ONHSNHEHNHEHNHEHEHEHEH電子密度電子密度-絡(luò)合物絡(luò)合物八隅體結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定八隅體結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定無最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)無最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（1）概述）概述*2 取代反應(yīng)主要發(fā)生在取代反應(yīng)主要發(fā)生在-C上；上；*3 吡咯、呋喃對酸及氧化劑比較敏感，選擇試吡咯、呋喃對酸及氧化劑比較敏感，選擇試 劑時需要注意；劑時需要注意；*4 噻吩、吡咯的芳香性較強，所以易取代而不易噻吩、吡咯的芳香性較強，所以易取代而不易 加成；呋喃的芳香性較弱，雖然也能與大多數(shù)加成；呋喃的芳香性較弱，雖然也能與大多數(shù) 親電試劑發(fā)生親電取代，但在強親核試劑存在親電試

28、劑發(fā)生親電取代，但在強親核試劑存在 下，能發(fā)生親核加成。下，能發(fā)生親核加成。離域能：噻吩：離域能：噻吩：121.3 kJmol-1吡咯：吡咯：87.8 kJmol -1呋喃：呋喃：66.9 kJmol -1（1） 呋喃、噻吩、吡咯的鹵化反應(yīng)呋喃、噻吩、吡咯的鹵化反應(yīng) 反應(yīng)強烈，易得多鹵取代物。為了得一鹵代反應(yīng)強烈，易得多鹵取代物。為了得一鹵代(Cl, Br)產(chǎn)物，要采用低溫、溶劑稀釋等溫和條件。產(chǎn)物，要采用低溫、溶劑稀釋等溫和條件。OOOClClClCl2-40+OBrOOBr2, 0稀釋(86 %)SSBrSIBr2AcOHI2, HgOC6H6, 0(78 %)碘不活潑，要用催化劑才能發(fā)生

29、一元取代碘不活潑，要用催化劑才能發(fā)生一元取代Br2, 0NHNHClNHBrBrBrBrEtOHSOCl2 (1 mol)Et2O, 0(80 %)（2） 呋喃、噻吩、吡咯的硝化反應(yīng)呋喃、噻吩、吡咯的硝化反應(yīng) 呋喃呋喃, 噻吩和吡咯易氧化噻吩和吡咯易氧化, 一般不用硝酸直接硝化一般不用硝酸直接硝化; 通常用比較溫和的非質(zhì)子硝化試劑，如：硝酸乙酰酯。通常用比較溫和的非質(zhì)子硝化試劑，如：硝酸乙酰酯。反應(yīng)在低溫下進(jìn)行。反應(yīng)在低溫下進(jìn)行。CH3COCCH3 + HNO3O OCH3CONO2 + CH3COOHOSAcONO2O oCAc2O/AcOHSNO2SNO2+NHAcONO2O oCAc2O

30、/AcOHNHNO2NHNO2+60 %10 %51 %13 % 呋喃比較特殊呋喃比較特殊,先生成穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的先生成穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的2,5加成產(chǎn)物加成產(chǎn)物,然后加熱或用吡啶除去乙酸然后加熱或用吡啶除去乙酸,得到硝化產(chǎn)物。得到硝化產(chǎn)物。ONHNO2OOHNO2HNO2HAcOAcONO2-5 - -30oC+Pyridine（3） 呋喃、噻吩、吡咯的磺化反應(yīng)呋喃、噻吩、吡咯的磺化反應(yīng) 吡咯、呋喃不太穩(wěn)定，所以須用溫和的磺化試劑吡咯、呋喃不太穩(wěn)定，所以須用溫和的磺化試劑磺化。常用的溫和的非質(zhì)子的磺化試劑有：吡啶與三磺化。常用的溫和的非質(zhì)子的磺化試劑有：吡啶與三氧化硫的加合化合物。氧化硫的加合化

31、合物。 噻吩比較穩(wěn)定，既可以直接磺化（產(chǎn)率稍低），噻吩比較穩(wěn)定，既可以直接磺化（產(chǎn)率稍低），也可以用溫和的磺化試劑磺化。也可以用溫和的磺化試劑磺化。N+ SO3CH2Cl2室溫NSO3(固體，含量固體，含量90 %)O+ NSO3ClCH2CH2Clr. t. 3 daysOSO3-NHOSO3-O3SNHNHS+ NSO3ClCH2CH2Clr. t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+NH+ NSO3100 oCNHSO3-NHHClNHSO3H（4） 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反應(yīng)呋喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反應(yīng)(60 %)NH+ Ac2O150 - 200 NHCCH3O(70 %)N

32、HNa或 NaOH(濃)PhCClNNa+ONCOPhSAc2O 與 AlCl3 的混合體系SCCH3OEg 1Eg 4Eg 3Eg 2OBF3+ Ac2OOCCH3O(75%-92 %)NHENHEsp2雜化雜化sp3雜化雜化碳上?；?，正電荷處在碳上?；?，正電荷處在離域范圍內(nèi)，較穩(wěn)定。離域范圍內(nèi)，較穩(wěn)定。氮上?；姾傻硝；?，正電荷不處在離域范圍內(nèi)。不處在離域范圍內(nèi)。NHOO+ H2SO4 +S墨綠色 呋喃、噻吩的?；磻?yīng)在呋喃、噻吩的酰化反應(yīng)在a a-C上發(fā)生，而吡咯的酰化上發(fā)生，而吡咯的?；磻?yīng)（不用催化劑）既能在反應(yīng)（不用催化劑）既能在a a -C上發(fā)生，又能在上發(fā)生，又能在N上發(fā)

33、生。上發(fā)生。在在a a -C上發(fā)生比在上發(fā)生比在N上發(fā)生容易。上發(fā)生容易。（5） 吡咯的特殊反應(yīng)吡咯的特殊反應(yīng) 吡咯的性質(zhì)與苯酚類似，都具有酸性，但吡咯的吡咯的性質(zhì)與苯酚類似，都具有酸性，但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯與苯胺也有類似性質(zhì)。酸性比苯酚小。吡咯與苯胺也有類似性質(zhì)。吡咯成鹽后，使環(huán)上電荷密度增高，親電取代反應(yīng)更易進(jìn)行。吡咯成鹽后，使環(huán)上電荷密度增高，親電取代反應(yīng)更易進(jìn)行。pKa=10OH-OOHNHNK+Na 或 K或濃NaOHpKa 17.5NHNK+Na 或 K或濃NaOHpKa 17.5(1)(2)NHCHONHCOO-NH4+NHN=N-C6H5NHCOOHNCOOHNMgXNR

34、NCORHCON(CH3)2 POCl3CHCl3 25%NaOH(NH4)2CO3 130oCC6H5N2+X- C2H5OH-H2O AcONaRMgX1 CO22 H2OCO2 加熱加熱 加壓加壓RCOClRX(6) 呋喃、吡咯、噻吩的加成反應(yīng)呋喃、吡咯、噻吩的加成反應(yīng)（1） 加氫反應(yīng)加氫反應(yīng)（2） Diels-Alder反應(yīng)反應(yīng)呋喃最易發(fā)生呋喃最易發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)反應(yīng)90 %OOOO+OOOO76 %O+O+NCH3H3CCOCH3COOCH3COOCH3NCOCH3CH3H3CCOOCH3COOCH3AlCl3A lC l3N H C C H3H3CC O O C H3

35、C O O C H3OCH360 - 120SCH3H3C+ NC-CC-CN-SSCH3H3CCNCNCH3CNCNCH3 噻吩基本上不發(fā)生雙烯加成，即使在個別情況下噻吩基本上不發(fā)生雙烯加成，即使在個別情況下生成也是一個不穩(wěn)定的中間體，直接失硫轉(zhuǎn)化為別的生成也是一個不穩(wěn)定的中間體，直接失硫轉(zhuǎn)化為別的產(chǎn)物。產(chǎn)物。對取代位置的解釋（對反應(yīng)中間體的相對穩(wěn)定性的分析）對取代位置的解釋（對反應(yīng)中間體的相對穩(wěn)定性的分析） 取代在取代在a a位位AE+AEAEAE滿滿足足八八隅隅體體貢貢獻(xiàn)獻(xiàn)大大中中間間體體有有三三個個主主要要共共振振式式較較穩(wěn)穩(wěn)定定a a 取取代代H- H+AE 取代在取代在b b位位A

36、EAE滿滿足足八八隅隅體體貢貢獻(xiàn)獻(xiàn)大大AE+- H+AEH中中間間體體只只有有二二個個主主要要共共振振式式較較不不穩(wěn)穩(wěn)定定(二二) 吲哚吲哚三種五員雜環(huán)苯并體系三種五員雜環(huán)苯并體系NHOS吲吲哚哚苯苯并并呋呋喃喃苯苯并并噻噻吩吩123456712345671234567AEE進(jìn)進(jìn)入入五五員員雜雜環(huán)環(huán)，那那個個位位置置? ?芳芳香香性性比比苯苯環(huán)環(huán)差差負(fù)負(fù)電電荷荷密密度度比比苯苯環(huán)環(huán)大大易易發(fā)發(fā)生生親親電電取取代代親電取代反應(yīng)：親電取代反應(yīng)：從反應(yīng)的中間體分析：從反應(yīng)的中間體分析：AEAEAE芐芐基基型型正正碳碳離離子子一一個個主主要要共共振振式式HAEAEAEHHAE- H+- H+滿滿足足八

37、八隅隅體體有有兩兩個個主主要要共共振振式式2 2- -位位3 3- -位位 進(jìn)攻進(jìn)攻3-位位,反應(yīng)易于進(jìn)行反應(yīng)易于進(jìn)行 吲哚的合成吲哚的合成 苯肼與醛、酮類化合物在酸性條件下加熱生成吲哚苯肼與醛、酮類化合物在酸性條件下加熱生成吲哚及其衍生物的反應(yīng)稱為費歇爾及其衍生物的反應(yīng)稱為費歇爾(Fischer, E.)合成法。合成法。NHNH2+CH3COOHOHOAcNHCOOH250-CO2NH（1）互變異構(gòu)）互變異構(gòu)NNHNNNNHNHNH3CH3CN-N(單鍵單鍵)N=N(雙鍵雙鍵)5-甲基咪唑甲基咪唑4-甲基咪唑甲基咪唑4(5)-甲基咪唑甲基咪唑(因為因為4-甲基咪唑和甲基咪唑和5-甲基咪唑不可分離甲基咪唑不可分離)1 唑的結(jié)構(gòu)唑的結(jié)構(gòu)(三三) 含有兩個雜原子