第二十章雜環(huán)化合物課件

第二十章雜環(huán)化合物(Heterocycliccompounds)1一.分類和命名二.吡咯、呋喃和噻吩三.含兩個以上雜原子的五元雜環(huán)四.吡啶五.喹啉、異喹啉第二十章

雜環(huán)化合物(Heterocycliccompounds)2概述：雜環(huán)雜環(huán)化合物來源、用途雜環(huán)化合物分類：第一類：無芳香性的雜環(huán)化合物例：四氫呋喃丁二酸酐四氫吡咯六氫吡啶第二類：具有一定程度的芳香性的雜環(huán)化合物呋喃吡咯吡啶3五元環(huán)中含兩個或兩個（至少有一個氮原子）以上的雜原子的體系稱唑。例：imidazole咪唑pyrazole吡唑thiazole噻唑oxazole噁唑2.六元雜環(huán)pyridinepyrimidinepyridazinepyrazine吡啶嘧啶噠嗪吡嗪53.稠雜環(huán)quinolineisoquinolineindolepurine喹啉異喹啉吲哚嘌呤6二.吡咯、呋喃和噻吩1.結(jié)構(gòu)特點呋喃噻吩吡咯平面結(jié)構(gòu)環(huán)上的原子均為sp2雜化閉環(huán)共軛體系π電子數(shù)符合4m+2具有方香性體系親電取代反應活性：吡咯、呋喃、噻吩大于苯7a.吡咯的弱酸性它的pKa=16.5，比酚弱，比醇強，可與強堿（NaNH2，KNH2、RMgX）或金屬作用。++吡咯鉀9α-吡咯甲酸N-甲基吡咯N-乙?；量│?吡咯甲醛△△10b.親電取代反應主要產(chǎn)物為α–取代產(chǎn)物。吡咯環(huán)的穩(wěn)定性較差，遇酸容易聚合，因此進行親電取代反應要用較溫和的試劑。例：磺化試劑：硝化試劑：2–吡咯磺酸11c.加成反應+2).呋喃a.親電取代反應呋喃的穩(wěn)定性較吡咯小，與親電試劑往往得到加成產(chǎn)物，即使得到取代產(chǎn)物，也是由加成產(chǎn)物轉(zhuǎn)化來的。13b.加成反應呋喃與親雙烯體迅速發(fā)生狄爾斯-阿德爾反應。+25℃+142,5–己二酮呋喃遇濃酸聚合，遇稀酸呋喃水解為二醛：丁二醛15b.加成反應+100℃高壓+3.合成a.呋喃的工業(yè)制備聚戊糖戊糖17b.取代吡咯、呋喃、噻吩的合成400℃吡咯環(huán)的合成：18①.Knorr（克諾耳）合成法：+α–氨基酮β–二羰基化合物19+呋喃環(huán)和噻吩環(huán)的合成：△214.吡咯、呋喃和噻吩的重要衍生物1).糠醛是一種無色液體,沸點162℃，在空氣中易變黑。是一種良好的溶劑。它不含α-H，性質(zhì)類似于苯甲醛。++醇溶液+222).吲哚吲哚為白色結(jié)晶，熔點52.5℃。具有極臭的氣味，但純粹的吲哚在極稀時有香味，可作香料。可發(fā)生親電取代反應，活性位置在第3位。3-溴吲哚3-硝基吲哚3-吲哚甲醛235-羥基色胺（哺乳動物及人腦中思維活動的重要物質(zhì)）吲哚環(huán)的合成：Fischer（費歇爾）吲哚合成法：將醛、酮、酮酸、酮酸酯或二酮的芳基取代腙在氯化鋅、聚磷酸、三氟化硼等路易斯酸存在下加熱。苯乙酮苯腙100℃2-苯基吲哚25環(huán)己酮苯腙65℃四氫咔唑機理：相當于聯(lián)苯胺重排。3).卟啉環(huán)系化合物卟啉環(huán)系是由四個吡咯和四個次甲基交替相聯(lián)組成的共軛體系。卟啉環(huán)呈平面結(jié)構(gòu)，環(huán)的中間空隙以共價鍵、配位鍵和不同的金屬結(jié)合。26三.含兩個以上雜原子的五元雜環(huán)咪唑噻唑吡唑?qū)龠量┫惦s環(huán)噁唑1.結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1).弱堿性新增加的一個氮原子上的孤電子對在環(huán)平面上，與環(huán)內(nèi)的π電子不共軛，提供了接受質(zhì)子的位置，因此吡咯系雜環(huán)的堿性都比吡咯強。29吡咯系雜環(huán)中除咪唑是中等強度的堿外，其它為弱堿，因為：+的酸性大于為什么？咪唑分子間可形成氫鍵：吡唑通過氫鍵可締合成二聚體：302).親電取代反應吡咯系雜環(huán)的親電取代反應活性小于吡咯、呋喃和噻吩。吡唑異噻唑異噁唑咪唑噻唑噁唑3).環(huán)的生成31四.吡啶1.結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)N：sp2雜化氮上還有一對電子未參與共軛，易接受質(zhì)子，具有堿性。堿性：脂肪胺＞吡啶＞芳香胺吡啶是一個無色有惡臭的液體，與水及許多有機溶劑，如乙醇、乙醚等混溶，是良好的溶劑。2.化學性質(zhì)芳環(huán)親電取代親核取代氮上未成鍵電子對堿性親核性321).吡啶環(huán)上氮的堿性及親核性+應用：++2).吡啶環(huán)上親電取代反應與苯環(huán)比較吡啶環(huán)是缺電子的芳香雜環(huán)，性質(zhì)類似于硝基苯，它不能進行傅氏烷基化和?；磻?33-溴吡啶3-吡啶磺酸3-硝基吡啶3).吡啶環(huán)上親核取代反應吡啶環(huán)2,4,6位上的鹵素容易被親核試劑取代。親電取代位置在3-或5-位進行，為什么？34除吡啶環(huán)2,4,6位上的鹵素容易被親核試劑取代外，吡啶環(huán)2位上的負氫離子也能被取代。++35++++4).側(cè)鏈α-H的反應吡啶環(huán)2,4,6位烷基的α-H具有一定的酸性，其酸性與甲基酮的α-H相同。吡啶環(huán)上2位的負氫離子被親核性極強的氨基負離子取代，同時有氫氣放出，稱齊齊巴賓（Chichibabin）反應。36+的作用：吡啶成鹽后，使吡啶環(huán)2,4,6位烷基的α-H酸性進一步增強，可以發(fā)生羥醛縮合和邁克爾反應：+37++5).吡啶的氧化和還原a.氧化38尼古?。焿A）尼古丁酸（煙酸）尼古丁酰胺（煙酰胺）注意：39應用：b.還原六氫吡啶（哌啶）3.吡啶環(huán)合成Hantzsch（漢棲）合成法：β-酮酸酯、醛和氨縮合。40第一步：β-酮酸酯和醛發(fā)生羥醛縮合+第二步：發(fā)生邁克加成+41第四步：二氫吡啶環(huán)脫氫，生成吡啶衍生物第三步：關環(huán)，生成二氫吡啶環(huán)42五.喹啉、異喹啉quinolineisoquinoline喹啉異喹啉喹啉、異喹啉的性質(zhì)與吡啶相似，具有弱堿性。喹啉pKa=4.94異喹啉Ka=5.40Skraup（斯克洛浦）合成法：將芳香族伯胺與甘油同硫酸和一種氧化劑（如：硝基苯、五氧化二砷、氧化鐵等）一起加熱，即可得喹啉及其衍生物。1.喹啉及其衍生物的合成43+反應過程：①.甘油在濃硫酸（或磷酸）作用下脫水生成丙烯醛，也可直接用α，β-不飽和醛或酮。44②.苯胺與丙烯醛發(fā)生邁克加成+③.質(zhì)子化的醛對苯環(huán)進行親電取代反應45④.1,2-二氫喹啉氧化+例：（85-88%）+（73%）46（83%）2.反應1).親電取代反應親電取代反應主要發(fā)生在碳環(huán)的5位和8位。+8-硝基喹啉（48%）5-硝基喹啉（52%）47+10%90%2).親核取代反應親核取代反應主要發(fā)生在吡啶環(huán)上。喹啉環(huán)上2位和4位，異喹啉環(huán)上1位的氯原子容易被親核試劑取代。48493).側(cè)