第15章 杂环化合物.ppt

1、第第15章章 杂环化合物杂环化合物 1杂环化合物的分类杂环化合物的分类2杂环化合物的命名杂环化合物的命名3杂环化合物的结构和芳香性杂环化合物的结构和芳香性4五元杂环化合物的性质五元杂环化合物的性质5六元杂环化合物的性质六元杂环化合物的性质6稠杂环化合物稠杂环化合物 杂环化合物特点杂环化合物特点：u数量多，数量多，90%以上药物；以上药物；60%以上的有机化合物以上的有机化合物 如碳水化合物、如碳水化合物、叶绿素、血红素、核酸中的（嘧啶和嘌呤）叶绿素、血红素、核酸中的（嘧啶和嘌呤）、酶和辅酶中的活性部位、酶和辅酶中的活性部位u对生命科学有极为重要的意义，与生物的生长、发育、对生命科学有极为重要的

2、意义，与生物的生长、发育、繁殖，繁殖，遗传、变异关系密切遗传、变异关系密切 芳芳(香香)杂环化合物：杂环化合物：杂环化合物杂环化合物:成环原子除成环原子除C外至少含一个其它原子外至少含一个其它原子,如如O、S、N原原子的化合物子的化合物 环系较稳定、含杂原子在内的环是平面型，环内有环系较稳定、含杂原子在内的环是平面型，环内有4n+2个个p电子处于环闭共轭体系电子处于环闭共轭体系一、一、杂环化合物的分类、命名杂环化合物的分类、命名1、分类、分类杂稠杂环六元杂环五元杂环苯稠杂环单杂环稠杂环芳香杂环化合物五元杂环：五元杂环：呋喃呋喃 噻吩噻吩 吡咯吡咯吡唑吡唑 咪唑咪唑 唑唑 噻唑噻唑六元杂环：六元

3、杂环：吡啶吡啶 哒嗪哒嗪 嘧啶嘧啶 吡嗪吡嗪 稠杂环：稠杂环：苯并咪唑苯并咪唑 苯并苯并 唑唑 苯并噻唑苯并噻唑 嘌嘌呤呤 喹啉喹啉 异喹啉异喹啉 吖啶吖啶苯并呋喃苯并呋喃 苯并噻吩苯并噻吩 吲哚吲哚(苯并吡咯苯并吡咯)OSSN 呋喃 噻吩 吡咯 噻唑 咪唑 噁唑 furan thiophene pirrole thiazole Imidazole oxazoleON 2、命名、命名环状母体的名称：环状母体的名称：“口口”旁译音旁译音五元杂环：五元杂环：吡啶 嘧啶 哒嗪 吡喃pyridine pyrimidine pyridazine pyran六元杂环：六元杂环：稠杂环：稠杂环：喹啉 异喹啉

4、 吲哚 嘌呤 quinoline isoquinoline indole purine 呋喃 吡啶 吡咯 N CH3OCHO呋喃-2-甲醛a a-呋喃甲醛3-溴吡啶b b-溴吡啶1-甲基吡咯4 4 3(b)3(b)5 15 1 2(a)2(a)4 4 3(b)3(b)5 1 2(a)5 1 2(a)5 5 3(b)3(b)6 1 2(a)6 1 2(a)4(g)4(g)BrOu单杂环从杂原子开始编号，定取代基的位次单杂环从杂原子开始编号，定取代基的位次母体杂环的编号：母体杂环的编号：4 35 1 24 35 1 24 35 1 2SNONu多个杂原子按多个杂原子按O、S、N-R、NH、N 顺序

5、，定母体杂环顺序，定母体杂环的编号的编号CH3 4 35 1 22-巯基巯基-5-氯咪唑氯咪唑1-甲基吡唑甲基吡唑ClSH噻唑噻唑噁唑噁唑u有特定名称的稠杂环母体，一般按照稠芳环固定位次编号有特定名称的稠杂环母体，一般按照稠芳环固定位次编号 5 46372 8 1 5 46372 8 1OH喹啉喹啉 异喹啉异喹啉 5 46372 8 1萘萘8-羟基羟基二、二、五元杂环化合物结构和性质五元杂环化合物结构和性质 1 呋喃、噻吩、吡咯呋喃、噻吩、吡咯 呋喃 噻吩 吡咯OS（1）结构结构sp2S环状离域的大大p p键键,5个原子共用6个电子吡咯环 N 的1个sp2杂化轨道上有1个电子与 H 的1s电子

6、配对形成NH s s 键。芳香性芳香性(环的稳定性环的稳定性)：苯：苯 噻吩噻吩 吡咯吡咯 呋喃呋喃 u杂环中的p p电子云分布不象苯环那样均匀，环的稳定性（芳香性）不如苯u 杂环上电子云密度（杂环上电子云密度（5 原子共原子共6p电子）大于苯环（电子）大于苯环（6原子共原子共 用用6个个p电子）电子）结构特点：结构特点：u所有成环原子为所有成环原子为spsp2 2杂化，杂化，C C原子未杂化原子未杂化p p轨道与杂原子轨道与杂原子p p轨轨道互相平行重叠，形成道互相平行重叠，形成6 6电子环状共轭大电子环状共轭大p p键键u 符合休克尔规则，具有芳香性符合休克尔规则，具有芳香性 （所有成环原

7、子在一个平面上；形成闭环体系；（所有成环原子在一个平面上；形成闭环体系；6个个 p p电电子符合子符合4n+2）芳香性（稳定性）顺序比较：芳香性（稳定性）顺序比较：离域能的大小离域能的大小（kJ/mol）67 88 117 芳香性：芳香性：150.5原因原因？氧原子电负性大，其未公用电子对参加体系离氧原子电负性大，其未公用电子对参加体系离域程度小。域程度小。电负性的大小电负性的大小O N S 3.5 3.0 2.5O 呋喃溴代溴代：Br2二噁烷(稀释)/0OBr(80%)硝化：硝化：CH3CO2NO2(硝基乙酰酯)-5-30ONO2(35%)2-硝基呋喃磺化：吡啶磺化：吡啶.SO3ClCH2C

8、H2Cl/室温OSO3H呋喃-2-磺酸2-溴呋喃酰化：乙酸酐酰化：乙酸酐O（2）化学性质）化学性质亲电取代（四化：卤化、硝化、磺化、傅亲电取代（四化：卤化、硝化、磺化、傅-克烷基和酰基化）克烷基和酰基化）磺化磺化:95%H2SO425(69%76%)SSO3H噻吩-2-磺酸（溶于浓硫酸）(78%)溴代溴代：Br2乙酸/室温BrSNO2硝化：硝化：CH3CO2NO2乙酸酐乙酸0SNO2S70%5%S噻吩（利用磺化比苯容易，可利用此（利用磺化比苯容易，可利用此反应将粗苯中的噻吩出去）反应将粗苯中的噻吩出去）溴代溴代:Br2 (或或I2)乙醇(稀释)/0Br BrBr Br产物均为四卤吡咯(90%)

9、吡咯-2-磺酸COCH351%13%吡咯硝化硝化:CH3CO2NO2乙酸酐/5NO2NO2酰基化：乙酸酐酰基化：乙酸酐150-200(不需催化剂）不需催化剂）磺化：吡啶磺化：吡啶.SO3100SO3Hu 亲电取代比苯容易，活性与苯胺或苯酚相当亲电取代比苯容易，活性与苯胺或苯酚相当 亲电取代活性：吡咯亲电取代活性：吡咯呋喃呋喃 噻吩噻吩 苯苯u需采用缓和的试剂在温和的条件下进行反应需采用缓和的试剂在温和的条件下进行反应 反应反应活性强，呋喃和吡咯对无机强酸敏感活性强，呋喃和吡咯对无机强酸敏感u取代主要发生在取代主要发生在2-位上位上 -0.06 -0.10+0.32呋喃、噻吩、吡咯呋喃、噻吩、吡

10、咯发生亲电取代反应发生亲电取代反应特点小结特点小结加加H2还原反应还原反应O 呋喃H2/Ni 125,100atmO 四氢呋喃S噻吩H2/Pd-C,CH3OH,H2SO4,3 atmS四氢噻吩吡咯H2/Ni 高温高压四氢吡咯2 吡咯的弱碱性和弱酸性吡咯的弱碱性和弱酸性 吡咯N上孤对电子因环的共轭，故碱性极弱，比苯胺(kb=3.610-10)还弱得多。另一方面，吡咯N上上的的H却有微弱的酸性(ka=10-15)，比醇强，而比酚弱。NH2碱性：Kb:210-4 3.610-10 2.510-14酸性:OH ROHKa:1.310-10 10-15 10-18K+KOH(s)+H2O吡咯能与固体KO

11、H加热生成盐：吡咯加氢变成四氢吡咯 后，碱性为什么大大加强？催化加氢Kb：2.510-14 210-41、呋喃的亲电加成和、呋喃的亲电加成和Diels-Alder环加成反应环加成反应 （呋喃的芳香性比较弱）呋喃的芳香性比较弱）三、三、呋喃化学特性呋喃化学特性 -呋喃甲醛呋喃甲醛结构特性：无结构特性：无-氢的醛氢的醛2、呋喃衍生物呋喃衍生物糠醛糠醛歧化反应：歧化反应：139pm137pm139pm1.吡啶吡啶（1）结构）结构PyridineBenzine四、六元杂环化合物的结构和性质四、六元杂环化合物的结构和性质u 结结构构似似苯苯，也也是是平平面面六六边边形形分分子子(但但不不是是正正六六边边

12、形形)。分分子子中中 CC键键长长139pm(与与苯苯的的相相等等)，CN键键长长137pm，介介于于一一般般的的CN单单键键(147pm)与与C=N双双键键(128pm)之间。之间。u 符合休克尔规则，具有芳香性符合休克尔规则，具有芳香性 （环中的N和C都以sp2杂化轨道相互以s s 键相连。每个原子余下的p轨道相互平行重叠，形成环闭共轭体系，p电子数为6）HHHHH N原子的一个sp2杂化轨道上有一对未共 用电子，与环共平面，但未参与环的共轭体系.1.000.841.431.010.87 p p电电子子云云向向电电负负性性较较大大的的N N原原子子转转移移，使使N N带带部部分分负负电荷，

13、电荷，C C带部分正电荷带部分正电荷u 吡啶环中吡啶环中C C上电子云密度比苯低上电子云密度比苯低(间位与苯近似间位与苯近似)+HCl Cl-H碱性强弱碱性强弱：脂肪胺：脂肪胺 苯胺苯胺(1)碱性碱性2.吡啶的化学性质吡啶的化学性质 从结构推测：吡啶发生亲电取代变难，亲核取代变易，氧化变难，还原变易；另外N能给出其未共用电子对，具有一定程度的碱性，可成盐。吡啶环吡啶环N原子的一对孤电子对处于原子的一对孤电子对处于sp2杂化轨道上，而一般脂肪杂化轨道上，而一般脂肪胺胺N上的孤电子对处于上的孤电子对处于sp3杂化轨道。前者杂化轨道。前者s成分较大，受成分较大，受N的束缚力的束缚力较强，与较强，与

14、H+的结合力较弱。的结合力较弱。卤代：Br2300Br浓HNO3+浓H2SO4300，1dNO2浓或发烟H2SO4HgSO4，220SO3H(2)亲电取代亲电取代u比苯难得多u与硝基苯相似与硝基苯相似,吡啶不发生付-克反应u亲电取代亲电取代主要发生在b-b-位上位上特点：特点：（）亲核取代反应（）亲核取代反应 吡啶更容易发生亲核取代反应，反应的部位是在环上的吡啶更容易发生亲核取代反应，反应的部位是在环上的位位吡啶环对氧化作用较苯环稳定，而对还原剂比苯活泼。CH3HNO3或KMnO4，DCO2Hb-吡啶甲酸(烟酸)(4)氧化与还原氧化与还原H2/Pt,乙酸 H六氢吡啶(哌啶)(95%)P301：1:(4);(6);2:(1);3:(1);5: