第十七章 杂环化合物.ppt

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1、LOGO第20章 杂环化合物 heterocyclic compoundsn碳环化合物：如苯、萘、环己烷。杂环化合物。如吡啶、喹啉、四氢呋喃：杂环化合物在农药、医药和生命科学中起到重要的作用，现在是有机化学领域的研究热点。LOGO杂环化合物的分类杂环化合物的分类nTo class the heterocyclic compoundsn依有无芳香性：芳香性杂环，无芳香性杂环；n依环大小分：五元环、六元环；n依杂原子种类分：氮杂环、氧杂环、磷杂环等；n依环的存在形式分为单杂环和稠杂环LOGO杂环化合物的命名杂环化合物的命名to name the heterocyclic compoundsto n

2、ame the heterocyclic compounds杂环母体一般以音译命名，杂原子编号最小，同时也服从最低位序规则。呋喃 吡咯 噻吩 咪唑 噻唑 噁唑LOGO六元杂环的命名六元杂环的命名常见六元杂环的母体化合物及其名称。吡啶 嘧啶 吡嗪六氢吡啶 吡喃 吗啉LOGO稠杂环化合物稠杂环化合物常见稠杂环化合物如下：喹啉 奎宁 吲哚 9-氢嘌呤 7-氢嘌呤LOGO稠杂环化合物的命名稠杂环化合物的命名稠杂环化合物的编号按照规定的顺序进行。4-甲基吡喃/6-羟基异喹啉/3-甲基吲哚/6-羟基嘌呤LOGO其它杂环化合物其它杂环化合物还有其它一些杂环化合物结构与名称如下。5-硝基喹喔啉 二噁烷 1，3

3、，5-三噁烷 1，3，5-三唑LOGO20.1 吡咯、呋喃和噻吩偶极矩偶极矩 dipole moment 呋喃和噻吩的偶极矩指向杂原子，而吡咯的则相反。氢化后的偶极矩都指向杂原子。LOGO呋喃、噻吩、吡咯的结构特点呋喃、噻吩、吡咯的结构特点呋喃、噻吩、吡咯中的杂原子都是sp2杂化,轨道中的电子分布如下图所示。所以吡咯没有碱性（为什么？）。分析这三种化合物的芳香性！LOGOThechemicalpropertiesofpyrrole吡咯是富电子芳香环，多余电子来自N原子。吡咯无碱性，N-H有酸性，和强碱反应生成吡咯钾盐或镁盐。吡咯钾盐与卤代烃反应可以生成N-烃基吡咯；LOGOThe reacti

4、on of pyrrol salt吡咯钾盐和二氧化碳生成-吡咯甲酸；吡咯钾盐和酰氯反应，经加热重排在-位上酰基；生成吡咯酮。LOGO吡咯的吡咯的NN取代基加热重排取代基加热重排the thermal rearrangement of the thermal rearrangement of pyrrolpyrrol with with N-N-substituentsubstituent 吡咯和格利雅试剂反应生成镁盐。镁盐和卤代烷反应在-位，和-位上烃基。N-取代吡咯的重排LOGO吡咯的溴化与硝化吡咯的溴化与硝化brominationbromination and nitration of a

5、nd nitration of pyrrolepyrrole吡咯遇浓酸生成树脂状物质.0 乙酸酐/浓硝酸硝化，位上硝基。溴化时用NBS，在位上溴原子。0 LOGOSulfonation and Vilsmeier reaction of pyrrole不能用浓硫酸磺化，吡啶/三氧化硫生成吡咯磺酸。威尔斯迈尔反应（DMF/OPCl3),生成吡咯甲醛。LOGOIodination of pyrrole吡咯在碱性溶液中加热，与碘反应生成四碘吡咯。LOGOAzo reaction and conjuction reaction of pyrrole吡咯和重氮盐在位上偶连反应。吡咯和亲二烯体无双烯合成反

6、应,起(位上)共轭加成反应.LOGO吡咯的性质歌诀吡咯的性质歌诀吡咯富电芳香环，亲电活性胜苯胺。氮氢遇碱生成盐，烃化、酰化氮上边。氮上取代热重排，转向2-位更自然。二氧化碳吡咯盐，会向2-位连甲酸。吡咯遇酸聚合起，硝化磺化选试剂，硝化乙酐用低温，磺化氧硫加吡啶。溴化试剂溴亚胺，碘化四代用强碱偶连可用重氮盐，共轭加成不增环。LOGOThe chemical properties of furanThe chemical property of furan is analogous to the pyrroles呋喃和吡咯结构类似，硝化反应也用硝酸/乙酸酐，生成硝基呋喃。LOGOThediffer

7、encetopyrrole呋喃芳香性不如吡咯强，趋于共轭二烯烃性质。和Br2/CS2 1,4-加成,脱HBr生成位溴代物.-50LOGODiels-Alder reaction of furan呋喃的共轭双烯性质和马来酐起双烯合成.反应生成两种立体异构体。LOGOHydrolysis of furan under acidic conddition呋喃酸性水解成丁二醛。2,5-位有取代基的水解成二酮。LOGOThe chemical properties of thiophene噻吩亲电取代活泼性小于吡咯和呋喃。噻吩硝酸/硫酸硝化，生成硝基噻吩。噻吩浓硫酸磺化，生成硝基磺酸。LOGOBromi

8、nation and acylation of thiophene溴化用NBS，生成溴代噻吩。噻吩可以发生付克反应，和乙酸酐/四氯化锡在位发生乙酰化。LOGOVilsmeier reaction and D-A reaction噻吩发生威尔斯迈尔反应生成噻吩甲醛。噻吩100/高压与马来酐起双烯合成反应。LOGOThe reaction of thiophene and dimethyl but-2-ynedioate噻吩和丁炔二甲酸酯起双烯合成反应。桥环化合物脱硫异构成邻苯二甲酸酯。LOGOHydrogenation of tiophene,furan and pyrrole噻吩类硫醚，催化加

9、氢成丁烷和硫化氢。吡咯加氢生成四氢吡咯。呋喃加氢生成四氢呋喃。LOGO呋喃和噻吩的性质歌诀呋喃和噻吩的性质歌诀呋喃的性质呋喃氧吸电，芳香不如吡咯环。硝化硝酸乙酸酐，加溴共轭二烯见。双烯合成马来酐，酸性水解丁二醛。噻吩的性质噻吩活性近苯胺，磺化可用浓硫酸，硝化用硝酸，溴化则用溴 亚胺。酰化用酸酐，威尔斯迈制芳醛。双烯合成100度，催化加氢是丁烷。LOGO*pyrrole circle synthesis by Paal-Knorr method二醛或二酮与氨（胺）反应合成吡咯用乙酰乙酸乙酯方法合成吡咯。问题：烯胺是如何与氯乙酸反应的？LOGO卟卟吩环（多吡咯环）化合物吩环（多吡咯环）化合物四个吡

10、咯环由次甲基共轭连接称为卟吩环，或者叫lei族化合物。氯化血红素LOGO含吡咯环的天然化合物含吡咯环的天然化合物叶绿素中含有多个吡咯环。n叶绿素a,R=CH3 n叶绿素b,R=CHOLOGO*synthesisoffuranandthiophenecircle二酮/硫酸、五氧化磷、氯化锌、强酸性离子交换树脂催化下合成呋喃环。二酮与五硫化磷则合成噻吩环。LOGO20.2Indole properties of properties of indole(analogousindole(analogous to to pyrrolepyrrole)：吲哚具芳香性苯环稠合吡咯环。N-H可被金属取代、R

11、-MgX取代N-H其镁盐与R-MgX反应，R在3位；HCl作用重排至2位。亲电取代3位优先；3位取代则在2位。3位取代后可重排至2位。吲哚和DMF/三氯氧磷在3位上甲醛基.LOGOReaction Grignard reagent与格利雅试剂生成镁盐，镁盐与格利雅试剂在3位反应，卤化氢重排至2位。LOGOVilsmeier reaction of indole吲哚和DMF/三氯氧磷在3位上甲醛基。LOGOAcetylation and nitration of indole和乙酸酐在3位反应，三氟化硼/乙醚重排至2位。强酸性溶液中3位接受质子钝化，硝化反应在5位进行。LOGO20.3 hete

12、rocyclic compounds over one hetero atom常见多杂原子的五元环有如下几种：吡唑（1，2）、咪唑（1，3）、三唑（1，2，3和1，2，4两种）、四唑，恶唑（1，3）、异恶唑（1，2）、苯并恶唑；LOGO常见苯并杂环常见苯并杂环有苯并咪唑、苯并三唑；不同杂原子的杂环有如下几种：、LOGO20.4 吡啶吡啶非正六边形，环的键长、键角均不相等。4n+2个电子，具芳香性。由于N原子吸电子，为缺电子芳环；N原子上存在孤电子对，有碱性。LOGO吡啶的碱性与亲核性吡啶的碱性与亲核性吡啶具有弱碱性只与强酸生成盐。吡啶N上存在孤电子对，是良好的亲核试剂，与卤代烷生成N烃基吡啶嗡

13、*盐溴化N-甲基吡啶LOGO吡啶吡啶NN原子上的反应原子上的反应与酰卤发生N酰基化反应。N酰基吡啶是良好的酰化试剂。过氧乙酸氧化成N氧化吡啶。LOGO吡啶的络合反应吡啶的络合反应可与许多路易斯酸形成络合物：与三氧化硫络合物用于呋喃、吡咯噻吩的磺化。N硝基吡啶氟硼酸盐是温和的硝化试剂。LOGO吡啶环的卤代反应N原子钝化作用，亲电取代类似于硝基苯。用2mol氯化铝催化3位取代氯原子。浓硫酸催化130在3位取代溴原子；LOGO吡啶环上的硝化与磺化吡啶环上的硝化与磺化与硝酸钾/硫酸在300在3位上硝基；浓硫酸/氯化汞催化265在3位上磺化。LOGO氨基吡啶与氧化吡啶氨基吡啶与氧化吡啶2氨基吡啶乙酸催化

14、可以在氨基对位溴化。氧化吡啶90时可以在4-位硝化。三氯化磷脱氧成4-硝基吡啶。LOGO吡啶环的亲核取代反应吡啶环的亲核取代反应吡啶环上氯活泼性小于硝基苯环上氯，与醇钠反应生成醚。N活化2，4位氯，3氯不易于取代。N甲基吡啶嗡离子2，4为氯易取代。LOGOChichibabinChichibabin反应反应：与氨基钠在N，N二甲基苯胺中110生成2氨基吡啶。与甲基锂也可生成2甲基吡啶。LOGO吡啶环的合成乙酰乙酸乙酯/Me2NH与CH2O缩合,再与乙酰乙酸乙酯加成生成3，5-二酯基-2，4-二酮，与氨/乙醇生成取代的1，4二氢吡啶。用混酸氧化脱氢生成取代吡啶。LOGO2 2，4 4戊二酮合成吡

15、戊二酮合成吡啶啶2，4戊二酮与乙酸铵烯胺化，再与戊二酮缩合成取代吡啶。LOGO吡啶衍生物氨基吡啶重氮化水解成羟基吡啶。2，4羟基吡啶与其吡啶酮互变。2，4甲基与氨基钠生成负离子，负离子与碘代烃反应可以烃基化。LOGO吡啶的迈克尔加成和羟醛缩合吡啶的迈克尔加成和羟醛缩合嗡盐的甲基可以发生迈克尔加成和羟醛缩合反应。吡啶甲酸易于脱羧，活泼性为243羧基。LOGO吡啶的性质歌诀吡啶的性质歌诀吡啶N吸电，缺电芳环是叔胺。盐酸和弱碱，酰化烃化N嗡盐。钝似硝基苯，亲电取代条件很。氯气氯化铝，高于一百间位取。硫酸硝酸钾，三百高温才硝化。磺化用汞盐，二百六十也犯难。对位有卤素，亲核取代条件够。氨基钠加温，氨基取

16、代邻位H。对位甲基H，嗡盐活化显酸性：醛基能缩合，迈克加成可发生。LOGO含含吡啶环的维生素吡啶环的维生素烟酸和烟酰胺是B族维生素维生素pp。有机体内参与氧化还原过程,促进细胞新陈代谢。可以防止维生素pp缺乏引起赖皮病、角膜炎、以及消化和神经系统障碍等疾病。LOGO维生素维生素B B6 6维生素B6（吡哆素），包括吡哆素醇、哆醛和吡哆胺。广泛存在与蔬菜、谷物、豆类鱼、蛋类食物。吡哆素对光不稳定，对酸、碱、热较稳定。参与生物体内转氨作用维持蛋白质正常代谢。LOGO尼古丁和异烟酰肼尼古丁和异烟酰肼尼古丁是一种生物碱，有剧毒。少量对神经有兴奋作用，可以增高血压。大量烟碱抑止神经中枢，使心脏麻痹致死。

17、异烟酰肼又叫雷米封，具有抗结核作用。LOGO含两个杂原子的六员环1,2二嗪（哒嗪）、1，3二嗪（嘧啶）1，4二嗪（吡嗪）1，3，5三嗪Pyridazine pyrimidine pyrazine 1,3,5-triazine弱减，有芳香性，环上有羟基、氨基活化基才起亲电取代反应。环上杂原子增多利于亲核取代反应。LOGO嘧啶嘧啶 类化合物类化合物 及互变异构及互变异构 脲嘧啶、胸腺嘧啶、胞嘧啶、5氟嘧啶LOGO重要的嘧啶合成：1，3二醛（酮）、二酯、二腈与尿素、硫脲、胍等起反应合成。羰基化合物用乙醇/氯化氢，酯用醇钠催化。LOGO重要的嘌呤及合成：嘌呤 腺嘌呤 鸟嘌呤由邻二氨基嘧啶与甲酸合成，或

18、邻氨基咪唑甲酰胺（氨甲酰基）与甲酸合成。LOGO 本章知识重点本章知识重点1、呋喃、吡咯，噻吩、噻唑、吡喃、吡啶、嘧啶、喹啉等杂环化合物的命名。吡咯与吡啶的结构特点。2、吡咯的化学性质：卤代、硝化、磺化、偶连反应的条件与产物3、呋喃的化学性质：硝化与双烯合成4、噻吩的化学性质：硝化、磺化和卤代、酰化5、吡啶的化学性质：卤代、硝化、磺化、催化加氢、亲核取代反应的条件与产物。LOGO 1 1，4-4-二氧喹喔啉衍生物二氧喹喔啉衍生物1，4-二氧喹喔啉衍生物具有抗菌抗癌活性。LOGO 饲料添加剂的物质饲料添加剂的物质1，4-二氧喹喔啉甲酸衍生物和甲醛衍生物可以作为饲料添加剂使用。LOGO作为除草剂研究的物质作为除草剂研究的物质喹喔啉衍生物的合成