第17章 杂环化合物241049393.ppt

1、第17章 杂环化合物构成环的原子除碳原子外还有构成环的原子除碳原子外还有O、S、N等杂原子等杂原子的一类环状化合物称为杂环化合物。的一类环状化合物称为杂环化合物。在在自然界中杂环化合物分布很广自然界中杂环化合物分布很广如：为生命提供能量的碳水化合物如：为生命提供能量的碳水化合物；植物中的植物中的叶绿素，叶绿素，血液中的血液中的血红素；血红素；在生物体的新陈代谢中起重要作用的酶；在生物体的新陈代谢中起重要作用的酶；在细胞复制和物种遗传中起重要作用的在细胞复制和物种遗传中起重要作用的核酸核酸。1许多中草药的有效成分大都有许多中草药的有效成分大都有含氮杂环化合物，含氮杂环化合物，部分部分维生素和抗菌

2、素维生素和抗菌素以及一些以及一些植物色素和植物染料植物色素和植物染料都含有杂环，不少合成药物和合成染料也含杂环。都含有杂环，不少合成药物和合成染料也含杂环。杂环化合物杂环化合物是一大类有机化合物，它与生命科是一大类有机化合物，它与生命科学密不可分，在理论和实际中都有十分重要的意义。学密不可分，在理论和实际中都有十分重要的意义。2本章讨论的就是那些环为平面型，环内本章讨论的就是那些环为平面型，环内电子数电子数符合符合4n+2规则，具有一定芳香性的芳杂环化合物。规则，具有一定芳香性的芳杂环化合物。杂环化合物可分为两大类：杂环化合物可分为两大类：317.1杂环化合物的分类和命名杂环化合物的分类和命名

3、1、分类、分类 4 2、命名命名:一般采用国际上通用的英文名称的音译法一般采用国际上通用的英文名称的音译法嘧啶嘧啶喹啉喹啉吲哚吲哚5 2-甲基甲基-5-乙基呋喃乙基呋喃-甲基甲基-乙基呋喃乙基呋喃 4-甲基吡啶甲基吡啶-甲基吡啶甲基吡啶5-硝基硝基-2-呋喃甲醛呋喃甲醛-硝基硝基-呋喃甲醛呋喃甲醛 如杂环上有取代基，应如杂环上有取代基，应杂原子杂原子开始编号，并尽可开始编号，并尽可能使取代基的位次较小。能使取代基的位次较小。6五五元元杂环中含有两个杂原子，其中至少一个杂原杂环中含有两个杂原子，其中至少一个杂原子是氮原子的称为子是氮原子的称为“唑唑”。1，3-唑唑1，2-唑唑1，3-唑唑7若两杂

4、原子不同，则按若两杂原子不同，则按O、S、N的顺序编号的顺序编号5-甲基噻唑甲基噻唑 如含有两个不同杂原子，则两杂原子的编号尽可能小，如含有两个不同杂原子，则两杂原子的编号尽可能小，并使杂原子上连有并使杂原子上连有H原子或取代基原子或取代基的杂原子位次最小。的杂原子位次最小。1,4-二甲基二甲基-5-溴咪唑溴咪唑817.2含有一个杂原子的五元杂环化合物含有一个杂原子的五元杂环化合物1、结构和芳香性结构和芳香性呋喃呋喃吡咯吡咯噻吩噻吩碳原子碳原子P轨道中有一个轨道中有一个电子，电子，杂原子杂原子P轨道中有两轨道中有两个电子，形成环状离域大个电子，形成环状离域大 键。键。电子数电子数6，符合符合4

5、n+2规规则，具则，具有芳香性。有芳香性。9离域能离域能环上氢核的化学位移出现在低场（环上氢核的化学位移出现在低场（=7左右）。左右）。芳香性芳香性增大增大101）亲电取代反应）亲电取代反应注意注意:亲电取代反应活性亲电取代反应活性:吡咯吡咯呋喃呋喃噻吩噻吩苯苯反应主要发生在反应主要发生在-位位 烯丙型较稳定烯丙型较稳定2、呋喃、噻吩和吡咯化学性质呋喃、噻吩和吡咯化学性质11 呋呋喃喃、噻噻吩吩在在室室温温与与氯氯或或溴溴反反应应很很激激烈烈，得得到到多多卤代物。卤代物。若若在在温温和和条条件件下下，如如用用溶溶剂剂稀稀释释及及采采用用低低温温，可可得得到一卤代物，不活泼的碘则需在催化剂作用下

6、进行。到一卤代物，不活泼的碘则需在催化剂作用下进行。（1）卤化）卤化二 恶烷口0，12吡咯极易卤化生成四卤吡咯。吡咯极易卤化生成四卤吡咯。13 呋呋喃喃和和吡吡咯咯很很易易被被氧氧化化，遇遇无无机机酸酸容容易易发发生生聚聚合合，因因而而不不能能用用硝硝酸酸硝硝化化。通通常常用用比比较较温温和和的的非非质质子子硝硝化化试试剂剂，如用硝酸乙酰酯如用硝酸乙酰酯。（2）硝化）硝化14（3）磺化）磺化吡咯和呋喃也不能用硫酸直接磺化，要用温和的吡咯和呋喃也不能用硫酸直接磺化，要用温和的非质子磺化试剂。非质子磺化试剂。15噻噻吩吩是是这这些些五五元元杂杂环环化化合合物物中中最最稳稳定定的的一一个个,可在可在

7、室温室温下直接磺化：下直接磺化：苯和噻吩的分离苯和噻吩的分离应用应用:（4）烷基化和酰基化）烷基化和酰基化吡咯吡咯烷基化烷基化反应时易得混合物，因此用途不大。反应时易得混合物，因此用途不大。吡咯可用乙酐进行酰基化。吡咯可用乙酐进行酰基化。25C162）呋喃的特殊反应）呋喃的特殊反应THFD-A17碱性极弱，比苯胺的碱性还要弱得碱性极弱，比苯胺的碱性还要弱得多。具有一定程度的酸性多。具有一定程度的酸性(pka=17.5)。3）吡咯的特殊反应吡咯的特殊反应酸性比酸性比醇强而比酚弱醇强而比酚弱含氮化合物的碱性顺序：含氮化合物的碱性顺序：仲胺伯胺叔胺氨仲胺伯胺叔胺氨苯胺吡咯苯胺吡咯酸碱性酸碱性18糠醛

8、3、呋喃的衍生物、呋喃的衍生物糠醛糠醛（-呋喃甲醛）呋喃甲醛）糠醛是良好的溶剂，广泛用于油漆及树脂工业。糠醛是良好的溶剂，广泛用于油漆及树脂工业。由农副产品如甘蔗杂渣、花生壳、高粱杆、由农副产品如甘蔗杂渣、花生壳、高粱杆、棉子壳棉子壳用稀酸加热蒸煮制取。用稀酸加热蒸煮制取。19糠醛具有一般糠醛具有一般醛醛基的性质，如可发生银镜反应基的性质，如可发生银镜反应（1）氧化还原反应）氧化还原反应（2）歧化反应）歧化反应（3）羟醛缩合反应）羟醛缩合反应说明说明 201、结构和芳香性、结构和芳香性sp2杂化杂化符合休克尔符合休克尔4n+2规则规则一个闭合的共轭体系一个闭合的共轭体系具有芳香性。具有芳香性。

9、17.3含有一个杂原子的六元杂环化合物含有一个杂原子的六元杂环化合物吡啶的结构吡啶的结构平面结构平面结构212、吡啶的性质吡啶的性质）弱碱性）弱碱性（pKb=8.8）碱碱性性:仲仲胺胺伯伯胺胺叔叔胺胺氨氨吡吡啶啶苯苯胺胺吡吡咯咯吡啶及其衍生物能溶于强酸，用于吡啶及其衍生物能溶于强酸，用于鉴别、分离与提纯鉴别、分离与提纯222）亲电取代反应亲电取代反应亲电取代反应发生在亲电取代反应发生在位位231）亲电取代反应活性）亲电取代反应活性:吡啶吡啶苯环苯环噻吩噻吩呋喃呋喃哌啶哌啶(六氢吡啶六氢吡啶)胡椒啶27亲电取代主要发生在亲电取代主要发生在杂环杂环3位位1.吲哚吲哚17.3稠杂环化合物稠杂环化合物

10、苯并五元稠杂环化合物苯并五元稠杂环化合物28-吲哚丁酸吲哚丁酸色氨酸色氨酸292.嘌呤嘌呤两个互变异构体的平衡体系两个互变异构体的平衡体系9H-嘌呤嘌呤7H-嘌呤嘌呤嘌呤为无色晶体，嘌呤为无色晶体，m.p216217，易溶于水，易溶于水，其水溶液呈中性，但能与酸或碱成盐。其水溶液呈中性，但能与酸或碱成盐。纯嘌呤环在自然界不存在，嘌呤的衍生物广泛存纯嘌呤环在自然界不存在，嘌呤的衍生物广泛存在于动植物体内在于动植物体内301尿酸尿酸 存在于鸟类及爬虫类的排泄物中，含量很多，人尿中也含少量。2黄嘌呤黄嘌呤 存在于茶叶及动植物组织和人尿中。313咖啡碱、茶碱和可可碱咖啡碱、茶碱和可可碱 三者都是黄嘌呤的甲基衍生物，存在于茶叶、咖啡和可可中，它们有兴奋中枢作用，其中以咖啡碱的作用最强。咖啡碱咖啡碱可可碱可可碱茶碱茶碱1,3,7-三甲基黄嘌呤三甲基黄嘌呤3,7-二甲基黄嘌呤二甲基黄嘌呤32腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤4腺嘌呤和鸟嘌呤腺嘌呤和鸟嘌呤 它是核蛋白中的两种重要碱基。它是核蛋白中的两种重要碱基。333.喹啉、异喹啉喹啉、异喹啉1)亲电取代反应亲电取代反应喹啉喹啉异喹啉异喹啉1)亲电取代反应亲电取代反应342)亲核取代反应亲核取代反应353)氧化及还原氧化及还原衍生物衍生物 扑疟喹啉扑疟喹啉10-羟基喜树碱羟基喜树碱36