中国药科大学有机化学课件－第14章 杂环化合物

中国药科大学有机化学课件－第14章 杂环化合物内容摘要：

中国药科大学有机化学课件－第14章 杂环化合物 第十四章杂 环 化 合 物主要内容第一节 杂环化合物的分类和命名第二节 六元杂环化合物第三节 五元杂环化合物第一节 杂环化合物的分类和命名1、脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。 三元杂环四元杂环五元杂环七元杂环(氮杂环丙烷 )( (顺丁烯二酸酐 )(氧杂 ) (1O 氧乙烷 )H（一）分类2 、芳杂环 具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环苯并杂环杂环并杂环五元杂环六元杂环呋喃 噻吩 吡咯噁唑 噻唑 咪唑 吡唑吡啶 嘧啶 吡喃 (无芳香性 )吲哚 喹啉 异喹啉嘌呤O S ) 命名命名原则 :杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。 当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起依次用 1,2,3, ( 或 ,) 编号。 如杂环上不止一个杂原子时，则从 O、 S、 号时杂原子的位次数字之和应最小。 五元杂环五元杂环苯并体系234567呋喃 (噻吩 (吡咯 (并呋喃(并噻吩(并吡咯吲哚 (12345吡喃 (嗪 (嘧啶 (吡嗪 (12345678234567889杂环并杂环喹啉(喹啉(并吡喃(并 -呤 (元杂环苯并环系(一 ) 吡啶共轭效应和诱导效应都是吸电子的孤电子对在 构：吡啶 N是 电子对不参与共轭。 反应：碱性较强。 环不易发生亲电取代反应但易发生亲核取代反应。 发生亲电取代反应时，环上 生亲核取代反应时，环上 电子结构第二节 六元杂环化合物2 物理性质氮原子的电负性较大 ,使吡啶有较大极性 ,其偶极距数值较大 =又能溶解大多数极性或非极性有机化合物 ,甚至许多无机盐类 ,是一个良好的溶剂。 3 碱性吡啶 N是 电子对不参与共轭，可以与质子结合或给出电子，显弱碱性。 利用它的碱性，可从混合物中分离吡啶类化合物，在化学反应中还可用作催化剂和除酸剂。 4 化学反应(1) 氮原子上的反应N+ H C l N H C 3N+ S 2C 9 0 % )此 反 应 常 用 于在 反 应 中 吸 收生 成 的 气 态 酸室 温吡 啶 三 氧 化 硫 络 合 物是 常 用 的 缓 和 磺 化 剂N R 0 N 制 取 烷 基 吡 啶 的 一 种 方 法(2) 亲电取代反应吡啶环上氮原子为吸电子基，故吡啶环属于缺电子的芳杂环，和硝基苯相似。 其亲电取代反应很不活泼，反应条件要求很高，不起傅 电取代反应主要在 NC 23HC A l C 2S g S 03 0 0 浮 石 催 化气 相浓2 2 0 混 酸3 0 0 催 化 ，氯 吡 啶溴 吡 啶硝 基 吡 啶吡 啶 磺 酸3333 由吡啶的共振式分析 :N结论 : 1. 环上带正电 , 不利于亲电取代2. b 位的正电荷密相对较低解释原因 : 由取代反应的中间体稳定性分析1. 取代在 a 位位+N 荷 在 电 负 性 大 的原 子 上 , 不 稳 定2. 取代在 b 位3. 取代在 位E 位正 电 荷 在 电 负 性 大 的 原 子 上 , 不 稳 定中间体较为稳定实验事实：钝化和 4发 烟 H N 反 应 发 生发 烟 4发 烟 H N N 在 b 位N ( C 发 烟 4发 烟 H N ( C N 电 子 基 作 用3 0 0(3) 亲核取代反应N N N H 2+N a N H 2H 2N H 3 或 P h N M e 2NP h L o r P h N O 2 ,( 氧 化 )取代主要发生在 a 位当 a 或 位有其它离去基团时，反应易发生N C HN a O 吡 啶 酮异 构 化N C l C 仍 有 芳 香 性 ）2( 1 ) N a N H C l( 2 ) 化NN a N ：其 他 制 备 a - 吡 啶 酮 的 方 法(4) 氧化和还原反应 氧化在侧链上氧化在 N 上复习：叔胺的氧化吡啶的类似反应 吡啶易与亲电试剂或亲核试剂反应 H N O 3发 烟 H 2 S O 49 0 2主 要 产 物 2P O C l 3+P C l 3(a) 与亲电试剂的亲电取代(b) 与亲核试剂的亲核加成为什么 有亲电性又有亲核性(a) 由共振结构分析（有两种形式的共振式）上的 2, 4, 6 三个位置负电荷密度较大保留吡啶的特点，氧负离子使环上的正电荷密度增大(b) 由反应过程分析（中间体的稳定性分析）亲电取代及进一步的反应过程 八 隅 体2- H+2P C 2+ O P C 2P C 啶的直接亲电取代 不稳定(二） 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉： 12345678 啉1 结构与物理性质：结构： *杂环部分性质象吡啶 (碱性和亲和性、亲电取代、亲核取代、氧化反应、还原反应、支链上的反应 )*碳环部分性质象萘 (亲电取代及其取代定位作用 )碱性强弱：喹啉吡啶异喹啉喹啉在常温时是无色油状液体，有类似吡啶的恶臭，沸点 238 ，异喹啉为低熔点的固体，气温类似于苯甲醛，熔点 26 ，沸点 243。 物理性质：（ 1） 亲电取代反应 :反应产物受介质的影响。 若反应在酸性介质中进行，取代主要在苯环上发生。 喹啉主要发生在 异喹啉以 H O 3 S( 5 4 % ) 2 S O 4 , 2 2 0 烟 H 2 S O 4 , 9 0 或 发 3 2 S O 43 0 0 重 排若反应在有机溶剂中进行，取代在杂环上发生。 2 化学反应 位8 - 位 两 个 主 要 的 共 振 式* 保 留 一 个 芳 香 环 间 体 稳 定性 相 差 不 大从反应中间体的稳定性解释反应结果：（ 2） 亲核取代反应亲核取代反应主要在吡啶环上发生，喹啉的反应位置在 2位和 4位 (2位为主 )，异喹啉在 1位； 3） 氧化反应*1 喹啉和异喹啉与绝大多数氧化剂不发生反应；*2 与高锰酸钾能发生反应： 2 O ?1 0 0 n O 4 水 溶 液H O O O K M n O 4 水 溶 液 O O O O H+K M n O 4 , O H -*3 喹啉与异喹啉在过酸的作用下均可形成 R C O 3 O 3 O（ 4） 还原反应H 2 / N Ho r I 2H g ( O A c ) 2 , 1 3 0 , P t , A c O H , 4 0 十氢喹啉3 喹啉及其衍生物的合成1 斯克劳普 (反应：苯胺、甘油、硫酸和基苯等氧化剂一起作用，生成喹啉的反应称为斯克劳普反应。 实 例( 7 3 % )N H 2+ C H 2 = C H C C H 3OZ n C l 2F e C l 3 31 0 0 浓 H 2 S O 4N H 2+ 2 C H 3 C H H 3( 3 2 % )H + , 氧 化 剂N H 2( 主 )H 3 C O+ C H O 2 O 2 O H C N H 2N O 2H 3 C C 2 C 2氧 化 剂2 弗里德伦德 (应：1 8 0 哌 啶( 8 0 % )N H 2 3O+OP 3P 0 1 1 0 ( 9 0 % )N H 2 3 C H 3芳香族邻氨基羰基化合物发生缩合反应，得到喹啉或它的衍生物，这称为弗里德伦德反应。 (三） 含二个氮原子的六元杂环含有两个氮原子的六元杂环体系称作二嗪类，因氮原子在环中的相对位置不同，二嗪类有三种异构体：哒嗪、嘧啶、吡嗪。 嘧啶 (吡嗪 (23456构与物理性质二嗪类环上的两个氮原子，其电子构形与吡啶中的氮原子相同，各有一对未共用电子对，位于 与水经氢键缔合。 哒嗪与嘧啶因结构的不对称性，分子有一定的极性，可与水混溶，吡嗪因分子极性小而水溶性略小。 二嗪类化合物都是一元碱 ,而且碱性都比吡啶弱 化学反应（ 1） . 亲电取代反应l -+B r 21 6 0 o % 3C l 2 ， C C l 44 0 o 36 7 % 2B r 28 0 o % 2B 2N H 2 2 +C ON。