第十八章雜環(huán)化合物

第十八章雜環(huán)化合物第一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

非芳香雜環(huán)：

常見(jiàn)的雜原子：O、N、S。

芳香雜環(huán)：第二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、分類(lèi)

單雜環(huán)：呋喃

furan

吡咯

pyrrole

噻吩

thiophene

噻唑

thiazole

咪唑

imidazole

吡啶

pyridine

嘧啶pyrimidine

第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類(lèi)和命名第三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

稠雜環(huán)：喹啉

quinoline

吲哚

indole

嘌呤

purine

苯并吡喃鹽

benzopyran第四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.

雜環(huán)母核二、命名

音譯法：按照IUPAC推薦的普通名稱(chēng)，用2~3個(gè)漢字音譯，使用帶口字旁的同音漢字。

系統(tǒng)命名法：根據(jù)相應(yīng)的碳環(huán)命名。氮雜-2,4,6-環(huán)庚三烯

azacyclohepta-2,4,6-triene

氧雜-2,4-環(huán)戊二烯

oxacyclopent-2,4-diene

第五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.

原子的編號(hào)3-甲基吡啶

3-methylpyridine

2-呋喃甲醛

2-furaldehyde

4-甲基咪唑

4-methylimidazole

第六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

含有兩種以上雜原子時(shí)：123451,2,3-噁二唑

1,2,3-oxadiazole

①讓雜原子的位號(hào)盡可能??；②當(dāng)兩個(gè)雜原子不相同時(shí)，價(jià)數(shù)小的在前，大的在后；③價(jià)數(shù)相等時(shí)，原子序數(shù)小的在前，大的在后。第七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一有些稠雜環(huán)化合物的原子編號(hào)是固定的。異喹啉

isoquinoline

嘌呤

purine

第八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、呋喃、吡咯、噻吩的結(jié)構(gòu)sp2雜化

第二節(jié)五元雜環(huán)化合物第九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①雜原子共軛效應(yīng)是供電子的，誘導(dǎo)效應(yīng)是吸電子的。②雜原子是sp2雜化，未成鍵電子對(duì)在2p軌道上，參與共軛。

由于6個(gè)π電子分布于5個(gè)原子上，整個(gè)環(huán)的π電子幾率密度比苯大，是富電子芳環(huán)，因而比苯環(huán)活潑，親電取代反應(yīng)比苯快得多。第十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

芳香性順序：電負(fù)性：S2.6噻吩>吡咯>

呋喃N3.0O3.5離域能/kJ·mol-1：苯噻吩吡咯150.3121.387.8呋喃66.9

具有共軛二烯烴結(jié)構(gòu)，呋喃可以進(jìn)行雙烯合成反應(yīng)。第十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、呋喃、吡咯、噻吩的性質(zhì)

1.

主要物理性質(zhì)和鑒別呋喃：與鹽酸浸過(guò)的松木片反應(yīng)，顯綠色。吡咯：與鹽酸浸過(guò)的松木片反應(yīng)，顯紅色。噻吩：在硫酸存在下和吲哚醌作用，顯藍(lán)色。吲哚醌

第十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一紅外光譜：呋喃、吡咯、噻吩的C—H伸縮振動(dòng)：吡咯的N—H伸縮振動(dòng)：非極性稀溶液中在3495cm-1有一尖銳的峰，濃溶液中在3400cm-1出現(xiàn)一寬峰。環(huán)伸縮振動(dòng)(骨架振動(dòng))：1600~1300cm-1處出現(xiàn)2~4個(gè)峰。3077~3303cm-1。

核磁共振譜：吡咯的α-氫化學(xué)位移值為6.68，β-氫為6.22，氮上的氫為8.0。第十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一呋喃的紅外光譜：

C—H伸縮振動(dòng)：3160cm-1環(huán)伸縮振動(dòng)：1692cm-1、1663cm-1、1485cm-1、1380cm-1第十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一吡咯的紅外光譜：N—H伸縮振動(dòng)：3400cm-1環(huán)伸縮振動(dòng)：1630cm-1、1580cm-1、1470cm-1、1420cm-1C—H伸縮振動(dòng)：3100cm-1第十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一噻吩的紅外光譜：C—H伸縮振動(dòng)：3100cm-1環(huán)伸縮振動(dòng)：1690cm-1、1666cm-1、1410cm-1第十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.質(zhì)子化反應(yīng)

呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可質(zhì)子化；

質(zhì)子化反應(yīng)主要發(fā)生在α-C上；β-C質(zhì)子化

α-C質(zhì)子化

N-質(zhì)子化第十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

由于α-C的質(zhì)子化反應(yīng)，吡咯在強(qiáng)酸作用下會(huì)因聚合而被破壞；

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(kāi)環(huán)。

第十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

反應(yīng)過(guò)程為：第十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.親電取代反應(yīng)π電子云密度比苯環(huán)大。

親電取代反應(yīng)的活性為：吡咯>呋喃>噻吩>苯；吸電子誘導(dǎo)-I：O(3.5)>N(3.0)>S(2.6)，

取代反應(yīng)主要發(fā)生在α-位上。

供電子共軛+C：N>O>S，綜合：貢獻(xiàn)電子N最多，O其次，S最少。第二十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

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)生親電取代，但在強(qiáng)親核試劑存在下，能發(fā)生親核加成；

吡咯、呋喃對(duì)酸及氧化劑比較敏感；

由于這些五元雜環(huán)容易被破壞，穩(wěn)定性差，因而對(duì)試劑及反應(yīng)條件應(yīng)有所控制。

第二十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一鹵代：第二十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一硝化：

由于環(huán)的穩(wěn)定性差，在強(qiáng)酸或強(qiáng)氧化劑的作用下環(huán)被破壞，不能用混酸硝化。因此，應(yīng)在較低的溫度下，使用溫和的硝化劑乙酰硝酸酯。

第二十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

呋喃比較特殊，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，得到硝化產(chǎn)物。第二十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一磺化：第二十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一?；?/p>

第二十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一4.

加成反應(yīng)

催化加氫：

第二十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一雙烯合成：

呋喃與順丁烯二酸酐很容易加成，噻吩較難，吡咯一般不發(fā)生雙烯合成。第二十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一5.

吡咯的弱酸性和弱堿性

堿性：苯胺>吡咯酸性：苯酚>吡咯>醇

第三十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

吡咯的鉀鹽和吡咯鹵化鎂，都可以用來(lái)合成吡咯的衍生物。

第三十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一吡咯溴化鎂第三十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、糠醛及其衍生物

1.

制法第三十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.

主要性質(zhì)第三十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.

應(yīng)用

良好的溶劑；

許多藥物和工業(yè)產(chǎn)品的原料。第三十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一四、呋喃、吡咯、噻吩的制法

第三十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

實(shí)驗(yàn)室合成，帕爾－諾爾（Paal-Knorr）合成法：第三十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一第三十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一五、卟啉化合物

卟吩

prophine

第三十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一血紅素第四十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一葉綠素aR=CH3葉綠素bR=CHO第四十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一維生素B12第四十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一六、噻唑和咪唑噻唑

thiazole咪唑

imidazole

噻唑易與水混溶，具有弱堿性，它的許多衍生物是重要的藥物或生理活性物質(zhì)。青霉素G第四十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

咪唑易溶于水，堿性比噻唑強(qiáng)，也有弱酸性，它氮上的氫像吡咯一樣，能和堿金屬作用生成鹽。第四十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一六元雜環(huán)化合物中重要的有吡啶、嘧啶和吡喃等。吡啶

pyridine

嘧啶

pyrimidine

吡喃

pyran

第三節(jié)六元雜環(huán)化合物第四十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、吡啶的來(lái)源和制法

許多生物堿、維生素、輔酶Ⅰ及輔酶Ⅱ都含有吡啶環(huán)。

工業(yè)制法：第四十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

實(shí)驗(yàn)室制法：漢茨施（Hantzsch）合成法。第四十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

反應(yīng)過(guò)程：

第四十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、吡啶的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：雜原子的共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)都是吸電子的；未成鍵電子對(duì)在sp2雜化軌道上，不參與共軛。sp2雜化第四十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、吡啶的化學(xué)性質(zhì)

1.

親電取代反應(yīng)特點(diǎn)：

反應(yīng)比苯難，不能發(fā)生傅氏烷基化、酰基化反應(yīng)；

硝化、磺化、鹵化必須在強(qiáng)烈條件下才能發(fā)生；

吡啶環(huán)上有供電子基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)活性增高；吡啶N原子可以看作是一個(gè)間位定位基。

反應(yīng)特點(diǎn)：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起間位定位基的作用。第五十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一第五十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.

氧化和還原

吡啶環(huán)對(duì)氧化劑穩(wěn)定，比苯環(huán)難氧化。第五十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

用過(guò)氧化氫氧化，可得N-氧化吡啶，N-氧化吡啶較易發(fā)生親電取代，取代基主要進(jìn)入對(duì)位。第五十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一吡啶比苯易還原。3.

親核取代：吡啶氨基化反應(yīng)第五十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一4.

弱堿性堿性強(qiáng)弱的順序：

第五十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一第五十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一γ-吡啶甲酸異煙肼四、吡啶的衍生物

維生素B6

：(orCHOorCH2NH2)第五十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一五、嘧啶及其衍生物

嘧啶是1,3-位各為一個(gè)氮原子的六元雜環(huán)化合物。

嘧啶的堿性比吡啶弱得多，親電取代反應(yīng)也比吡啶更難，原因是氮原子的吸電子作用。

第五十八頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一脲嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶

嘧啶本身不存在于自然界，但它的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。第五十九頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一喹啉吲哚嘌呤quinoline

indolepurine

第四節(jié)稠雜環(huán)化合物第六十頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、吲哚

色氨酸β-甲基吲哚

吲哚環(huán)的衍生物廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi)，與人類(lèi)的生命、生活有密切的關(guān)系。

第六十一頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一5-羥基色胺β-吲哚乙酸腦白金

第六十二頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

吲哚的化學(xué)性質(zhì)和吡咯相似，具有極弱的堿性，吡咯環(huán)比苯環(huán)活潑，親電取代反應(yīng)發(fā)生在β-位。第六十三頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一維路斯梅爾（Vilsmeier）甲?；磻?yīng)：第六十四頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、喹啉

1.結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

喹啉的親電取代反應(yīng)發(fā)生在電子云密度較大的苯環(huán)上，取代基主要進(jìn)入5或8位。

親核取代主要發(fā)生在吡啶環(huán)的2或4位。

第六十五頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一

親電取代：

第六十六頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一親核取代：

氧化反應(yīng)：還原反應(yīng)：第六十七頁(yè)，共七十二頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.合成

喹啉及其衍生物的合成，常用斯克勞普法（Skraup）。原料：苯胺和甘油；脫水劑：