第十六章雜環(huán)化合物課件

1、第十六章 雜環(huán)化合物主講人：王碧教授1、掌握雜環(huán)化合物的含義，分類和簡單雜環(huán)化合物的命名；2、掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、喹啉（包括喹啉的合成法-Skraup法）的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；3、掌握糠醛的性質(zhì)和用途；4、了解喹啉、噻唑及其衍生物，吡啶、嘧啶衍生物；吲哚、嘌啉及其衍生物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)；5、了解生物堿的一般知識。重點(diǎn)：五員雜環(huán)和六員雜環(huán)的親電取代反應(yīng)和親核取代反應(yīng)，糠醛、喹啉的合成及性質(zhì)用途。難點(diǎn)：對呋喃、噻吩、吡咯、吡啶的結(jié)構(gòu)與芳香性和親電取代活性的影響等知識的理解。教學(xué)目的要求：16.1 雜環(huán)化合物的分類和命名在環(huán)上含有雜原子（非碳原子）的有機(jī)物稱為雜環(huán)化合物。一 、分類脂雜環(huán)沒有芳香特征的雜

2、環(huán)化合物稱為脂雜環(huán)。非芳香性雜環(huán)化合物具有與相應(yīng)脂肪族化合物相類似的性質(zhì)。例如： 通常，雜環(huán)化合物是指含有雜原子構(gòu)成環(huán)的、有一定芳香性的環(huán)狀化合物。1、 脂雜環(huán)三元雜環(huán)四元雜環(huán)五元雜環(huán)七元雜環(huán)(氮雜環(huán)丙烷)(-丙內(nèi)酯)(-丙內(nèi)酰胺)(順丁烯二酸酐)(氧雜)(1H-氮雜)(環(huán)氧乙烷)芳雜環(huán)：單雜環(huán)（五元雜環(huán)、六元雜環(huán)）， 稠雜環(huán)（苯并雜環(huán)、雜環(huán)并雜環(huán)等。2 、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)雜環(huán)并雜環(huán)五元雜環(huán)六元雜環(huán)呋喃噻吩吡咯噁唑噻唑咪唑吡唑吡啶嘧啶吡喃(無芳香性)吲哚喹啉異喹啉嘌呤單雜環(huán)稠雜環(huán)稠雜環(huán)是由苯環(huán)與單雜環(huán)或有兩個(gè)以上單雜環(huán)稠并而成.命名：雜環(huán)的命名常用音譯法，是按

3、外文名稱的音譯，并加口字旁，表示為環(huán)狀化合物。如雜環(huán)上有取代基時(shí)，取代基的位次從雜原子算起用1，2，3，4，5（或可將雜原子旁的碳原子依次編為 , , ） 來編號 二 、雜環(huán)化合物的命名五元雜環(huán)五元雜環(huán)苯并體系呋喃(furan)噻吩(thiophene)吡咯(pyrrole)苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯吲哚 (indole) 含有兩個(gè)雜原子的五元雜環(huán)，若至少有一個(gè)雜原子是氮，則該雜環(huán)化合物稱為唑。命名時(shí)的編號原則是： 1） 讓雜原子的位號盡可能小； 2）當(dāng)兩個(gè)雜原子不相同時(shí)，編號的次序是：按O,S,N順序依次編號 , 編號時(shí)雜原子的位次數(shù)字之

4、和應(yīng)最小。 異噻唑(isothiazole)吡唑(pyrazole)異噁唑(isoxazole)1,2-唑噁唑(oxazole)噻唑(thiazole)咪唑(inidazole)1,3-唑 六元雜環(huán)吡啶(pyridine)吡喃(pyran)-吡喃酮(-pyrone)-吡喃酮(-pyrone)噠嗪(pyridazine)嘧啶(pyrimidine)吡嗪(pyrazine)雜環(huán)并雜環(huán)喹啉(quinoline)異喹啉(isoquinoline)苯并吡喃(benzopyran)苯并-吡喃酮(benzo-pyrone)嘌呤(purine)六元雜環(huán)苯并環(huán)系16.2 含有一個(gè)雜原子的五元雜環(huán)體系一、 呋喃、

5、噻吩、吡咯的結(jié)構(gòu)三個(gè)化合物在結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)：構(gòu)成環(huán)的碳原子和雜原子（N、S、O）均以sp2雜化軌道互相連接成健，并且在一個(gè)平面上，每個(gè)碳原子及雜原子上均有一個(gè)p軌道互相平行，在碳原子的p軌道中有一個(gè)p電子，在雜原子的p軌道中有兩個(gè)p電子，形成一個(gè)環(huán)形的封閉的電子的共軛體系， 電子數(shù)為4n+2 ，符合休克爾規(guī)則，因此這些雜環(huán)或多或少的具有與苯類似的性質(zhì)，故稱之為芳香雜環(huán)化合物。孤電子對在p軌道上。共軛效應(yīng)是給電子的。誘導(dǎo)效應(yīng)是吸電子的。56共軛體系富電子芳環(huán)同理：呋喃、噻吩：56共軛體系電子為6，符合4n+2，具有芳香性。富電子芳環(huán)芳香性大小,試驗(yàn)結(jié)果表明: 離域能：150.5 121.3 87

6、.8 66.9（kJ/mol）二、呋喃、噻吩、吡咯的性質(zhì)（一）存在與物理性質(zhì) 見教材p554 （二）光譜性質(zhì) 1. IR c-H = 30773003cm-1,N-H = 35003200 cm-1 (在非極性溶劑的稀溶液中，在3495 cm-1，有一尖峰。在濃溶液中則于3400 cm-1,有一尖峰。在濃和淡的中間濃度時(shí)，兩種譜帶都有),雜環(huán)CC伸縮振動:16001300 cm-1 （有二至四個(gè)譜帶）。這些雜環(huán)化合物形成封閉的芳香封閉體系，與苯環(huán)類似，在核磁共振譜上，由于外磁場的作用而誘導(dǎo)出一個(gè)繞環(huán)轉(zhuǎn)的環(huán)電流，此環(huán)電流可產(chǎn)生一個(gè)和外界磁場方向相反的感應(yīng)磁場，在環(huán)外的質(zhì)子，處在感應(yīng)磁場回來的磁力

7、線上，和外界磁場方向一致，在去屏蔽區(qū)域，故環(huán)上氫吸收峰移向低場?；瘜W(xué)位移一般在7ppm左右。2. NMR呋喃：H =7.42ppm H =6.37ppm 噻吩：H =7.30ppm H =7.10ppm 吡咯：H =6.68ppm H =6.22ppm（三）呋喃，噻吩，吡咯的化學(xué)性質(zhì) 1.親電取代反應(yīng) 2.吡咯的弱堿性和弱酸性 3.加成反應(yīng) 1.親電取代反應(yīng)：三類反應(yīng)（1）呋喃，噻吩，吡咯親電取代活潑順序 呋喃，噻吩，吡咯親電取代反應(yīng)很容易進(jìn)行。這是由于環(huán)上五個(gè)原子共有六個(gè)電子，故 電子出現(xiàn)的幾率密度比苯環(huán)大。換句話說，環(huán)上的雜原子有給電子的共軛效應(yīng)，能使雜環(huán)活化。所以，在親電取代反應(yīng)中的速度

8、比苯環(huán)快的多。 從結(jié)構(gòu)上分析，五元雜環(huán)為56共軛體系，電荷密度比苯大，如以苯環(huán)上碳原子的電荷密度為標(biāo)準(zhǔn)（作為0），則五元雜環(huán)化合物的有效電荷分布為：雜原子給電子共軛效應(yīng)愈強(qiáng)，環(huán)上電子云密度愈大，親電取代愈易進(jìn)行。 N 電負(fù)性3.0, O 電負(fù)性 3.5, S 電負(fù)性 2.4,N、O與碳在同一周期，S在第三周期，其p軌道與碳的p軌道重疊較小。 吸電子誘導(dǎo)：O(3.5) N(3.0) S(2.6) 給電子共軛：N O S綜合：N貢獻(xiàn)電子最多，O其次，S最少。電子密度-絡(luò)合物親電取代反應(yīng)活潑順序?yàn)椋?（2） 親電基團(tuán)容易進(jìn)入雜環(huán)的2，5 位（即, 位），若雜環(huán)的2，5位已有基團(tuán)存在，則進(jìn)入3位。 位

9、比較活潑的原因是因?yàn)樵诜磻?yīng)中形成的中間體正離子有3個(gè)共振式參與共振。如果在位發(fā)生反應(yīng)，形成的中間體正離子只有2個(gè)共振式參與共振，參與共振的共陣式愈多，雜化體愈穩(wěn)定，故在位發(fā)生反應(yīng)的中間體正離子比較穩(wěn)定，穩(wěn)定的中間體正離子的過渡態(tài)能量低，反應(yīng)速度快。因此親電取代反應(yīng)容易在位發(fā)生。 （3）吡咯、呋喃、噻吩的親電取代反應(yīng)，對試劑及反應(yīng)條件必須有所選擇和控制，進(jìn)行取代反應(yīng)須在較溫和的條件下進(jìn)行。 尤其是吡咯、呋喃對酸及氧化劑比較敏感，選擇試劑時(shí)需要注意；呋喃，噻吩，吡咯，遇強(qiáng)酸及氧化劑很容易使環(huán)破壞，因此 噻吩、吡咯的芳香性較強(qiáng)，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)親電試劑發(fā)生親電

10、取代，但在強(qiáng)親核試劑存在下，能發(fā)生親核加成。（4）親電取代反應(yīng)A.硝化 呋喃，噻吩，吡咯很容易被氧化，甚至也能被空氣氧化。因此一般不用硝酸直接氧化。通常用比較溫和的非質(zhì)子的硝化試劑硝酸乙酰酯(CH3COONO2)進(jìn)行硝化，反應(yīng)還須在低溫進(jìn)行。乙酐 乙?；跛狨ィㄏ跛嵋阴ｕィ?雜環(huán)親電取代反應(yīng)的活潑性越強(qiáng)，反應(yīng)溫度控制的越低。 呋喃比較特殊，在此反應(yīng)中首先生成穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的2，5加成產(chǎn)物，然后加熱或用吡啶除去乙酸，得硝化產(chǎn)物.呋喃易生成2，5加成物，與反應(yīng)物的離域能大小有關(guān)。離域能大，反應(yīng)活化能小，容易發(fā)生親電取代反應(yīng)。呋喃的離域能較?。ㄟ秽?6.9kJ/mol，噻吩121.3 kJ/mol，

11、吡咯87.8 kJ/mol），因此易與乙酰氧基負(fù)離子發(fā)生親核加成反應(yīng)，而吡咯具有較高的芳香性，因此，易于失去質(zhì)子發(fā)生親電取代反應(yīng)。但必須注意到呋喃與大多數(shù)親電試劑發(fā)生親電取代反應(yīng)，只有在強(qiáng)的親核試劑存在時(shí)，才發(fā)生親核加成反應(yīng)。B、 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。(固體，含量90 %)S+ NSO3ClCH2CH2Clr. t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+常溫反應(yīng)首先得到吡啶的磺酸鹽，再用無機(jī)酸轉(zhuǎn)為游離的磺酸 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,也可直

12、接用濃硫酸磺化 。 從煤焦油中得到的苯通常含有少量的噻吩?？稍谑覝叵路磸?fù)用硫酸提取，由于噻吩比苯容易磺化，磺化的噻吩溶于濃硫酸內(nèi)，可以與苯分離。然后水解，將磺酸基去掉，可得到噻吩： 噻吩2磺酸 6976%（溶于濃H2SO4）C、 呋喃、噻吩、吡咯的鹵化反應(yīng)呋喃，噻吩在室溫與氯或溴反應(yīng)很強(qiáng)烈，反應(yīng)強(qiáng)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。不活潑的碘則須在催化劑作用下進(jìn)行：碘不活潑，要用催化劑才能發(fā)生一元取代唯一能直接鹵化制得的2鹵吡咯 D、 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏?；磻?yīng)sp2雜化sp3雜化碳上酰化，正電荷處在離域范圍內(nèi)，較穩(wěn)定。氮上?；?，正電荷不

13、處在離域范圍內(nèi)。 呋喃、噻吩的?；磻?yīng)在-C上發(fā)生，而吡咯的?；磻?yīng)（不用催化劑）既能在 -C上發(fā)生，又能在N上發(fā)生。在 -C上發(fā)生比在N上發(fā)生容易。 呋喃，吡咯，噻吩親電取代反應(yīng)小結(jié)：呋喃，吡咯遇強(qiáng)酸容易開環(huán)或產(chǎn)生聚合物。故所使用的親電試劑一般比較溫和。噻吩很穩(wěn)定，與酸不發(fā)生上述反應(yīng)。噻吩傅氏?；磻?yīng)非常有用，但需要小心控制反應(yīng)條件，如用無水三氯化鋁，氯化錫等催化劑易與噻吩產(chǎn)生樹脂狀物質(zhì)。必須將三氯化鋁等先與?；噭┓磻?yīng)生成活潑的親電試劑，然后在與噻吩反應(yīng)。 E、 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反應(yīng)呋喃，噻吩，吡咯進(jìn)行烷基化反應(yīng)很難得到一烷基取代的產(chǎn)物。常得到混合的多烷基取代物。甚至不可避免

14、的產(chǎn)生樹脂狀物質(zhì)，因此總體看，在合成上無實(shí)用價(jià)值?？偨Y(jié)：五員雜環(huán)化合物親電取代第一取代基進(jìn)入到雜原子的-位。*F、 含取代基的五員雜環(huán)化合物定位效應(yīng)3 位上有取代基時(shí)，呋喃、吡咯、噻吩的定位效應(yīng)一致。2位上有取代基時(shí)，吡咯、噻吩的定位效應(yīng)一致，情況如下：2-取代呋喃在強(qiáng)親電試劑的作用下易發(fā)生2,5-加成反應(yīng)：2.呋喃、噻吩、吡咯的質(zhì)子化反應(yīng)和吡咯的弱堿性和弱酸性 （1）質(zhì)子化反應(yīng) 分子接受一個(gè)質(zhì)子的反應(yīng)稱為呋喃、噻吩、吡 咯的質(zhì)子化反應(yīng).-C質(zhì)子化-C質(zhì)子化N-質(zhì)子化B、 質(zhì)子化反應(yīng)主要發(fā)生在C-2上；A、呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可質(zhì)子化；C、 由于-C的質(zhì)子化反應(yīng)，吡咯在強(qiáng)酸作用 下會因

15、聚合而被破壞；D、 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)。（2）吡咯的弱堿性和弱酸性吡咯雖然是一個(gè)仲胺，但堿性很弱。吡咯具有弱酸性，其酸性介與乙醇和苯酚之間。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。吡咯也能與格氏試劑作用放出烴（RH）而成吡咯鹵化鎂： 吡咯鹵化鎂 吡咯鉀鹽及吡咯鹵化鎂都可以用來合成吡咯衍生物。N苯甲?；量?70% 3. 吡咯的其它反應(yīng)吡咯的性質(zhì)與酚很類似，可發(fā)生下列反應(yīng)： 2吡咯甲醛（瑞穆爾梯曼反應(yīng)）2吡咯甲酸銨鹽（柯爾柏反應(yīng)） 4. 呋喃、吡咯、噻吩的加成反應(yīng)（1） 加氫反應(yīng)呋喃最易發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)（2） Diels-Ald

16、er反應(yīng) 噻吩基本上不發(fā)生雙烯加成，即使在個(gè)別情況下生成也是一個(gè)不穩(wěn)定的中間體，直接失硫轉(zhuǎn)化為別的產(chǎn)物。三呋喃，噻吩，吡咯的制備1、呋喃的制備玉米心，稻糠，花生殼，大麥殼，高粱稈等用稀硫酸處理得戊糖，戊糖失水得糠醛，再在400下加熱，同時(shí)在催化劑ZnO,Cr2O3存在下，失去一氧化碳而得呋喃。2.噻吩的制備工業(yè)上制備噻吩是用丁烷，丁烯或丁二烯與硫磺混合，在600反應(yīng)得到： 噻吩也可用琥珀酸鈉鹽與五硫化二磷一起加熱反應(yīng)制得：3.吡咯的制備（1）帕爾克諾爾（C.PaalL.Knorr）合成法 （2）取代吡咯的另一個(gè)一般的合成法，稱為克諾爾合成法，即用氨基酮與有亞甲基的酮進(jìn)行縮合。例如用氨基酮酸酯與

17、酮酸酯或1，3二酮縮合，氨基酮酸脂由相應(yīng)的羰基酯制得 。氨基酮 亞甲基酮 四、呋喃，吡咯的衍生物 （一）糠醛（呋喃甲醛）1. 制備 糠醛是無色透明液體，糠醛在工業(yè)上由農(nóng)副產(chǎn)物如甘蔗渣，花生殼，高粱稈，棉子殼等用稀酸加熱蒸煮制取。 良好的溶劑，是合成糠醇樹脂的單體2. 糠醛的性質(zhì) 同有-H的醛的一般性質(zhì)（1）氧化還原反應(yīng)（2）歧化反應(yīng)（3）羥醛縮合反應(yīng)（4）安息香縮合反應(yīng)3糠醛的用途 糠醛是良好的溶劑，常用作精練石油的溶劑，以溶解含硫物質(zhì)及環(huán)烷烴等。可用于精制松香，脫出色素，溶解硝酸纖維素等。糠醛廣泛用于油漆及樹脂工業(yè)。（二）吡咯的重要衍生物 最重要的吡咯衍生物是含有四個(gè)吡咯環(huán)和四個(gè)次甲基(-C

18、H= )交替相連組成的大環(huán)（稱為卟吩環(huán) ）化合物。含卟吩環(huán)的化合物稱卟啉化合物 ，其取代物稱為卟啉族化合物。卟啉族化合物廣泛分布與自然界。血紅素，葉綠素都是含環(huán)的卟啉族化合物。在血紅素中 環(huán)絡(luò)合的是Fe，葉綠素 環(huán)絡(luò)合的是Mg。血紅素見教材葉綠素與蛋白質(zhì)結(jié)合存在于植物的葉和綠色的莖中。植物光合作用時(shí)，葉綠素吸收太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，是植物進(jìn)行光合作用時(shí)必需的催化劑。自然界的葉綠素不是一個(gè)單純的化合物，而是由兩種葉綠素組合而成，即藍(lán)綠色的葉綠素a（熔點(diǎn)：117120 ）和黃綠色的葉綠素b（熔點(diǎn)：120130 ） ，兩者的比例為：3a：4b,葉綠素 環(huán)中含鎂。葉綠素a已經(jīng)被合成（1960年） 卟吩環(huán)

19、碳上氫原子被取代及部分或全部取代后形成的化合物，叫做 卟啉。 卟吩化合物廣泛分布于自然界，例如血紅素和葉綠素。血紅素存在于哺乳動物的紅血球中，它與蛋白質(zhì)合成為血紅蛋白質(zhì)。血紅蛋白質(zhì)的功能是運(yùn)載氧氣及二氧化碳。葉綠素a的結(jié)構(gòu)如下：維生素B12,是含鈷的類似卟啉環(huán)化合物。但其卟啉環(huán)在位少一個(gè)碳原子。它具有強(qiáng)的醫(yī)治貧血的功能。苯與呋喃，噻吩，吡咯共用兩個(gè)碳原子而成的苯并體系，成為苯并呋喃，苯并噻吩，吲哚。五含有一個(gè)雜原子的五元雜環(huán)苯并體系這三類化合物中，以吲哚環(huán)系比較重要，因此主要對吲哚環(huán)系進(jìn)行一些介紹。吲哚本身為線狀結(jié)晶，具有極臭的氣味，但在其稀薄時(shí)則有香味，可以當(dāng)作香料用。含吲哚環(huán)的生物堿廣泛存

20、在于植物中，如麥角堿，馬錢子堿， 利血平等。植物生長調(diào)節(jié)劑吲哚乙酸，哺乳動物及人腦中思維活動的重要物質(zhì)5羥基色胺，植物染料靛藍(lán)以及蛋白質(zhì)組分的色氨酸都會有吲哚環(huán)。 （一） 合成費(fèi)歇爾吲哚合成法是吲哚環(huán)系一個(gè)重要的廣泛應(yīng)用的合成方法，它是用苯腙在酸催化下加熱重排消除一分子氨得到2取代或3取代吲哚衍生物。例如：（二）化學(xué)反應(yīng)五元雜環(huán)與苯并和后，仍具芳香性，但親電取代反應(yīng)的活潑性比未并和的五元雜環(huán)低，比苯高，故親電取代反應(yīng)在雜環(huán)上進(jìn)行。這些環(huán)系遇濃硫酸易樹脂化，需避免在濃硫酸存在下進(jìn)行反應(yīng)：吲哚的親電取代主要發(fā)生在雜環(huán)的3位吲哚的化學(xué)性質(zhì)與吡咯相似。下面四種情況，取代基均進(jìn)入苯環(huán)。進(jìn)入哪個(gè)位置，具體

21、分析。定 位 規(guī) 律吲哚的親電取代主要發(fā)生在雜環(huán)的3位 這與反應(yīng)中間體正離子的穩(wěn)定性有關(guān)。親電試劑在C2位進(jìn)攻，帶有完整苯環(huán)的穩(wěn)定共振式只有一個(gè)；而在C3位進(jìn)攻，帶有完整苯環(huán)的穩(wěn)定共振式有兩個(gè)。在C2位進(jìn)攻： 在C3位進(jìn)攻：參與的穩(wěn)定的共振式視愈多，中間體正離子愈穩(wěn)定。1.互變異構(gòu)N-N(單鍵)N=N(雙鍵)5-甲基咪唑4-甲基咪唑4(5)-甲基咪唑(因?yàn)?-甲基咪唑和5-甲基咪唑不可分離)（一）、唑的結(jié)構(gòu)六 含有兩個(gè)雜原子的五元雜環(huán)體系五元雜環(huán)中含有兩個(gè)雜原子，其中一個(gè)雜原子為氮的體系叫唑（azole），根據(jù)雜原子在環(huán)中的位置不同，又可分為1，2唑與1，3唑兩類。2.結(jié)構(gòu)吡咯N(孤電子對參與

22、共軛，所以堿性較弱)N(孤電子對不參與共軛，所以堿性較強(qiáng))吡咯N的孤電子對處于p軌道一般胺中的N是sp3雜化。N 的孤電子對處于sp3雜化軌道sp3軌道堿性：N 的孤電子對處于sp2雜化軌道吡啶N與吡咯N均為sp2雜化。3. 堿性（1）. 1,2-唑與1,3-唑都有帶孤對電子N，所以都有堿性。 （2）. 1,3-唑的堿性比1,2-唑強(qiáng)。 因?yàn)閮蓚€(gè)雜原子互相影響大。 （3）. 咪唑的堿性噻唑的堿性噁唑的堿性 由綜合電子效應(yīng)決定。它的堿性較噻唑強(qiáng)，3位上的氮原子能與氫離子結(jié)合，故與強(qiáng)酸生成穩(wěn)定的鹽。它也有微弱的酸性，像吡咯一樣 NH上的氫原子可被堿金屬原子置換而成鹽。 青霉素是噻唑的衍生物。青霉素

23、G療效最好。青霉素噻唑環(huán)（二）含兩個(gè)雜原子的重要五員雜環(huán)化合物16.3 六元雜環(huán)化合物1.吡啶來源與制備2.吡啶的結(jié)構(gòu)3. 吡啶的親電取代反應(yīng)4. 吡啶的親核取代反應(yīng)5. 吡啶的氧化還原反應(yīng)一 吡啶環(huán)系（一）吡啶的來源與制備、來源： 苯環(huán)的一個(gè)CH換成一個(gè)氮原子就是吡啶。吡啶環(huán)廣泛存在于生物堿中，在煤焦油和巖頁油中也能分離得到吡啶和許多簡單的烷基吡啶：、吡啶環(huán)系的合成最重要的吡啶同系物的合成方法是韓奇（A.Hantzsch）合成法，是用兩分子的羰基酸酯（如乙酰乙酸乙酯），一分子的醛和一分子的氨發(fā)生縮合反應(yīng)（類似羥醛縮合反應(yīng)），先生成，二氫吡啶衍生物，再氧化而成吡啶環(huán)。利用不同的醛及羧酸酯即產(chǎn)生

24、各種不同取代的吡啶。 （二）. 吡啶的結(jié)構(gòu) 吡啶環(huán)上的碳原子與氮原子均以sp2雜化軌道成健，每個(gè)原子上有一個(gè)p軌道，p軌道中有一個(gè)p電子，形成6個(gè)p電子的環(huán)閉共軛體系，具有芳香性。氮原子上還有一個(gè)sp2雜化軌道，被一對電子占據(jù)（孤電子對不參與共軛），可以與質(zhì)子結(jié)合，具有堿性。共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)都是吸電子的孤電子對在sp2雜化軌道上。=2.20D =1.17D （三）吡啶環(huán)系的性質(zhì)1、物理性質(zhì)：吡啶為有特殊臭味的無色液體，沸點(diǎn)115.5， 相 對密度0.982，可與水、乙醇、乙醚等任意混和2.化學(xué)性質(zhì)：堿性較強(qiáng)。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(shí)，環(huán)上N起間位定位

25、基的作用。發(fā)生親核取代反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N起鄰對位定 位基的作用。（1）堿性與成鹽 吡啶是一個(gè)三級胺，很像三級脂肪胺，環(huán)外有一對未作用的孤對電子，具有堿性，易接受親電試劑而成鹽。由于氮原子用s2雜化軌道進(jìn)行反應(yīng)，成分較多（與s3雜化軌道比較），靠近核，是較弱的堿。 吡啶的堿性小于氨大于苯胺。環(huán)上如有給電子基團(tuán)，則可使堿性增強(qiáng)：8.01吡啶易與酸和活潑的鹵代物成鹽。如用非質(zhì)子的硝化試劑，磺化試劑，鹵代烷，酰氯與吡啶環(huán)進(jìn)行反應(yīng)，形成相應(yīng)的吡啶鹽。N上的親電取代這些四級銨鹽是很好的固體，是溫和的硝化，磺化，烷基化，?；噭Ｔ谙跛?，硫酸中不穩(wěn)定的化合物，可用此磺化，硝化等。 （2）. 碳上發(fā)生取代反應(yīng)吡

26、啶的親電取代反應(yīng)都發(fā)生在位。，位不發(fā)生反應(yīng)。吡啶環(huán)可以發(fā)生親電取代反應(yīng)，與苯比較，親電取代反應(yīng)性不如苯環(huán)，反應(yīng)不順利?；腔趸确磻?yīng)只能在極強(qiáng)的條件下進(jìn)行，而且產(chǎn)率很低，環(huán)上如有給電子基團(tuán)，能增進(jìn)吡啶環(huán)的反應(yīng)性。吡啶環(huán)不能發(fā)生傅氏反應(yīng)：在2位進(jìn)攻在3位進(jìn)攻A.硝化 在4位進(jìn)攻：如親電試劑在C2,C4位進(jìn)攻，有特別不穩(wěn)定的共振式，因有一個(gè)共振式正電荷位于氮原子上；如在C3（或C5）位進(jìn)攻，沒有特別不穩(wěn)定的共振式，比較穩(wěn)定，因此反應(yīng)容易在C3（或C5）上發(fā)生。B.磺化吡啶如用濃硫酸或發(fā)煙硫酸磺化，在320長時(shí)間反應(yīng)，產(chǎn)率都很低，必須在催化劑硫酸汞存在下，產(chǎn)率才較好。C.鹵化 D. 吡啶環(huán)不能發(fā)生

27、傅氏反應(yīng)。 總結(jié)：反 應(yīng) 特 點(diǎn)A. 不能發(fā)生傅氏烷基化、?；磻?yīng)。B. 硝化、磺化、鹵化必須在強(qiáng)烈條件下才能發(fā)生；C. 吡啶環(huán)上有給電子基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)活性增高；D. 吡啶N可以看作是一個(gè)間位定位基。（3）. 取代反應(yīng)位置的控制濃度低濃度高在溫和條件下，親電試劑主要與N反應(yīng)； 在強(qiáng)烈條件下，C取代為主。（4）. 吡啶的親核取代反應(yīng)A. 置換氫的親核取代反應(yīng)一般機(jī)制：A .負(fù)氫不易離去，一般需要一個(gè)氧化劑作為負(fù)氫的接受體；B. 親核取代優(yōu)先在位上發(fā)生（可能是因?yàn)榈?位誘導(dǎo)效應(yīng)較強(qiáng)的緣故 ），如果位上有取代基，則反應(yīng)在位上發(fā)生。吡啶環(huán)由于電子出現(xiàn)的幾率密度低，易進(jìn)行親核取代。實(shí)例：齊齊巴賓(Ch

28、ichibabin, A.E.)反應(yīng)氨化 定義：吡啶與氨基鈉作用生成2-氨基吡啶的反應(yīng)稱為 齊齊巴賓反應(yīng)。H2O+ NaNH2100oCC6H5N(CH3)2B. 置換易離去基團(tuán)的親核取代反應(yīng)如在,位有好的離去基團(tuán)，如Cl、-NO2、Br，可以與氨（或胺）、烷氧化物、水等親核試劑發(fā)生親核取代反應(yīng)（在親核取代反應(yīng)中，吡啶N對鄰、對位活化）。（5）. 吡啶的氧化還原反應(yīng)吡啶環(huán)本身不易被氧化，但它的側(cè)鏈很容易被氧化成醛或羧酸。 吡啶環(huán)上氮原子電負(fù)性大，環(huán)上的電子云向氮偏移，使環(huán)上碳原子電子云密度降低，而在酸性溶液中，雜氮原子與氫離子結(jié)合成為氮正離子，環(huán)的碳原子上的電子云密度降得更低，整個(gè)體系與苯相比

29、為缺電子體系,不易給出電子（不易被氧化），故在酸性氧化劑中吡啶較苯環(huán)穩(wěn)定 。N氧化物是有機(jī)合成的重要中間體?？梢愿淖冞拎びH電取代反應(yīng)的位置，容易發(fā)生在4位取代。PCl3除去氧原子，合成4取代吡啶的方法(吡啶氧化物)還原反應(yīng) 吡啶比苯易還原，用鈉加乙醇、催化加氫均使吡啶還原為六氫吡啶（即胡椒啶）。二、 嘧啶及其衍生物 嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很廣，脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶是遺傳物質(zhì)核酸的重要組成部分，微生素B1也含有嘧啶環(huán)。合成藥物的磺胺嘧啶也含這種結(jié)構(gòu)。（嘧啶）苯巴比妥(魯米那)長時(shí)間作用的鎮(zhèn)靜催眠藥，又有抗癲癇作用異戊巴比妥(阿米妥)中時(shí)間作用的催眠藥西可巴比妥鈉短時(shí)間作

30、用的鎮(zhèn)靜催眠藥硫噴妥鈉超短時(shí)間的靜脈麻醉藥，可用于麻醉前給藥巴比妥(佛羅拿)長時(shí)間作用的鎮(zhèn)靜催眠藥嘧啶衍生物三 、 稠雜環(huán)化合物（一） 喹啉 稠雜環(huán)化合物是指苯環(huán)與雜環(huán)稠合或雜環(huán)與雜環(huán)稠合在一起的化合物。常見的有喹啉、吲哚和嘌呤。 喹啉存在于煤焦油中。，喹啉為無色油狀液體，放置時(shí)逐漸變橙黃色，能與大多數(shù)有機(jī)溶劑混合，對水溶解度很小。是一個(gè)高沸點(diǎn)（238 ）溶劑。它的堿性較吡啶稍弱。1喹啉的性質(zhì)（1）成鹽：堿性強(qiáng)弱：喹啉吡啶異喹啉成鹽反應(yīng)：（2）取代反應(yīng)A.親電取代 由于吡啶較難進(jìn)行親電取代，故喹啉環(huán)親電取代 主要發(fā)生在苯環(huán)（5或8位）. 親電取代 注意：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。但是，若反應(yīng)在有機(jī)溶劑中進(jìn)行， 取代在雜環(huán)上發(fā)生。B.親核取代 喹啉親核取代則主要發(fā)生在吡啶環(huán)C2位，C4位較少。比吡啶容易進(jìn)行，異喹啉主要在1位