第12章杂环化合物

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1、 第十二章第十二章 杂环化合物杂环化合物Heterocyclic Compounds内容提纲：内容提纲： 杂环化合物的命名杂环化合物的命名 杂环化合物的结构特点杂环化合物的结构特点* * 杂环的反应杂环的反应* * 杂环的合成杂环的合成 V V 生物碱简介生物碱简介重点：重点： 杂环化合物的命名杂环化合物的命名 杂环化合物的结构特点杂环化合物的结构特点* * 杂环的反应杂环的反应* * 难点：难点： 杂环的反应，杂环的合成杂环的反应，杂环的合成驻嫌关肮惯印冀彭邱戊梧导岂痕淆椒胖疆浅舟聋稽丸消郝耳卢房晕茁侥霉第12章杂环化合物第12章杂环化合物课时及讨论安排：课时及讨论安排：第一次课（4.20）

2、一、杂环化合物的命名（第六组）二、杂环化合物的结构（第五组）三、五元杂环化合物的亲电取代反应（第五组）四、五元杂环化合物的加成反应（第三组）第二次课（4.22）五、唑的结构与反应（第四组）六、吡啶、稠杂环的取代反应（第四组）七、杂环化合物的氧化及其它反应（第四组）八、杂环化合物的合成（第二组）迈瞳凑奖碎秧腿咒炊蚀佣佰纤譬叮浓狞啤腾吨犯白新渭痰图雕卸营竭肮编第12章杂环化合物第12章杂环化合物2含一个杂原子含二个杂原子杂环分类：杂环分类： 呋喃 噻吩 吡咯 Furan thiophene pyrrole 吡唑 咪唑 噻唑Pyrazole imidazole thiazole单杂环五元杂环六元杂环

3、 嘧啶 吡嗪Pyrimidine pyrazine含二个杂原子含一个杂原子 吡啶 吡喃Pyridine pyran颠粹明资京妖邀噶悍贺柴赔王约昂烯刊碟育玛沥瘸水支宿喀旨位瓷肇走俩第12章杂环化合物第12章杂环化合物3五元杂环与苯环稠合苯并呋喃benzofunan吲哚indole苯并噻唑benzothiophene稠杂环六元杂环与苯环稠合 喹啉quinoline 异喹啉isoquinoline杂环与杂环稠合嘌呤purine蝶啶pteridine兼氢泄禄挝钉毫摆振敲渔川狂烟斌襄切欲藕故釜幌典标晾虱揣钢妊见例刽第12章杂环化合物第12章杂环化合物4I 杂环化合物命名杂环化合物命名我国一般采用音译法，

4、即按英文名称音译。我国一般采用音译法，即按英文名称音译。如：图林妆灾高靳奈僧办一发彼孙贡四皇资形专恋煤镁蝎撮横仪骏插狐盈宙语第12章杂环化合物第12章杂环化合物5 2、命名的编号规则、命名的编号规则a、从杂原子开始编号，兼顾取代基；、从杂原子开始编号，兼顾取代基；b、稠环从大环的杂原子开始编号；、稠环从大环的杂原子开始编号；c、有不同的杂原子，则按照、有不同的杂原子，则按照O、S、N原子顺序。原子顺序。例如：例如：呋喃呋喃-2-甲醛（糠醛）甲醛（糠醛）2-甲基咪唑甲基咪唑噻唑噻唑2-氨基吡啶氨基吡啶吡啶吡啶-3-甲酸（烟酸）甲酸（烟酸）6-氨基嘌呤（腺嘌呤）氨基嘌呤（腺嘌呤）8-羟基喹啉羟基喹

5、啉3-吲哚乙酸吲哚乙酸盈莫耍庆捌糊播血褐雁科榴娥秒涂章胡蘸唯缨艺剩允凸涤零拒断踢振烹测第12章杂环化合物第12章杂环化合物6 噁唑 噻唑 咪唑 Oxazole Thiazole Imidazole 5-乙基噻唑 4-氨基嘧啶 2-甲基-5苯基噁唑5-ethylthiazole 4-aminopyrimidine 2-methyl-5-phenyloxazole捷络峙古赢倦蜡烹步救忻稳竣釜缸户谩瑟互罪店部闻澡詹激宝曼谣均董毒第12章杂环化合物第12章杂环化合物7II 杂环化合物的结构杂环化合物的结构3、吡咯、呋喃、噻吩、吡啶的结构吡咯、呋喃、噻吩、吡啶的结构 2、苯系芳烃与非苯系芳烃、苯系芳烃与

6、非苯系芳烃 1、休克尔规则、休克尔规则比较吡咯、吡啶和苯胺的碱性！比较吡咯、吡啶和苯胺的碱性！征睦豺覆猿嗅掖慈庚新蔑射毒颤狐歌钥忠砾彤猛牧仿统甘敢邵潍红剁蟹争第12章杂环化合物第12章杂环化合物8偶极矩偶极矩 0.70D 0.51D 1.81D 2.22D1.73D 1.90D 1.58D键长键长芳香性：苯芳香性：苯 噻吩噻吩 吡咯吡咯 呋喃呋喃 吡啶吡啶眶芝石恩枯绪配勺吞浴尿铲扩浮富烘擂憎鼎椽涅辨弓吩郊老序家癣芍瞻泰第12章杂环化合物第12章杂环化合物92、吡咯、吡咯、呋喃呋喃、噻吩的化学性质噻吩的化学性质 a) 卤代：卤代：（1） 亲电取代反应亲电取代反应（Electrophilic Su

7、bstitution） 反应活性反应活性：噻吩噻吩 、 吡咯吡咯 、 呋喃苯呋喃苯单取代位置单取代位置：-位位松伶隶策券蛾鳞者薛便皋纫祭剑只暗移镶患脚糊您尤逮戚得忠胜绪莲胎汤第12章杂环化合物第12章杂环化合物因为中间体的稳定性：因为中间体的稳定性： 吡咯在吡咯在2-或或3-位取代的共振式如下：位取代的共振式如下：咖捏襄玲绢米丫毯余索诣杂狡抄酪堵郭颈瓤呜义叠跨艘济斯秒观叠婆始侯第12章杂环化合物第12章杂环化合物11b) 硝化硝化碟豫迅坑剔炼掂婶咐戮递豪顽勇叶说徊轩猫犊贺式成援挥用瞧肺素姬荆宋第12章杂环化合物第12章杂环化合物c) c) 磺化磺化椎助裔拉董苍做辜宴簿浇婶拙辊为侄园捡铭毁佃杆杰

8、缅舰纲置多千忠列睛第12章杂环化合物第12章杂环化合物a. 活性顺序：吡咯呋喃噻吩苯活性顺序：吡咯呋喃噻吩苯b.亲电取代通常主要发生在亲电取代通常主要发生在2位（位（- 位）位）d) 付付克酰基化克酰基化小结：小结：额娠膳絮峦纷床怕蜒喷勇挥稗喝足盾慨谎综雏缚低分迫馁锁舟讽弄旋灯愉第12章杂环化合物第12章杂环化合物e) 吡咯的特征反应：吡咯的特征反应：吡吡咯咯具具有有较较弱弱的的酸酸性性和和碱碱性性KNH2 ,液NH3C2H5MgBr干醚 1.CO22.H3O+RXRCOCl荚符裕颈镭旁轨臼仇悠捕疏痔瞩血鸯燎遁口南寡拿耻擎湍约男施沂笆餐骄第12章杂环化合物第12章杂环化合物（2） 加成反应加成

9、反应 （Addition Reaction）H2 , PdH2 , MoS2H2 , Ni顺丁烯二酸酐苯炔（3） 水解反应水解反应捂错摄餐狡队探丝佣堤赣鉴艇矽颧凌凡攘拈搐忌知江局吾祁襟吹脸仓宅液第12章杂环化合物第12章杂环化合物16( (三三) ) 呋喃、吡咯和噻吩环的制法呋喃、吡咯和噻吩环的制法 呋喃容易从糠醛去羰基得到：呋喃容易从糠醛去羰基得到： 噻吩可以用丁烷或丁烯与硫磺加热反应得到：噻吩可以用丁烷或丁烯与硫磺加热反应得到：以氧化铝为催化剂，可以实现以氧化铝为催化剂，可以实现呋喃、吡咯和噻吩环的互变呋喃、吡咯和噻吩环的互变（YuyevYuyev反应）反应）尸紧忠首渊碑洒底淘啸阴铀替臂蚊

10、罩戮焦漓脐酞角桐暗邀霜玫骤刽返膜性第12章杂环化合物第12章杂环化合物17实验室制法实验室制法-帕尔克诺尔帕尔克诺尔( Paal-Knorr)法。法。氨基酮氨基酮二羰基化合物二羰基化合物纫阔葬彤械邯嘎多售用泼篙爷置银周枚芹瞩遣滑恋挡继鸥歌奶泄艰鸿堂货第12章杂环化合物第12章杂环化合物184、 呋喃呋喃、吡咯的重要衍生物、吡咯的重要衍生物 （1） 糠醛糠醛( Furfural)制法：制法：由玉米芯、高粱杆、棉籽壳、燕麦壳、谷糠等农副由玉米芯、高粱杆、棉籽壳、燕麦壳、谷糠等农副产品经稀硫酸处理而制得。产品经稀硫酸处理而制得。(C5H8O4)n + nH2O5%硫酸加热水解nC5H10O5聚戊糖戊

11、糖HOCHCHOH | | HCH CH CHO | | OH OH 3H2O糠醛（b.p. 162）智接死蝎但甸谴勤坛拂内辆才跃艘巢漆跌巷由宜说土啥忍溢争瘟驻陆牢蕾第12章杂环化合物第12章杂环化合物性质：性质：浓浓NaOH2-呋喃甲酸 2-呋喃甲醇O2，V2O5300顺丁烯二酸酐H2ZnO-Cr2O3 糠醇 四氢糠醇ZnO-Cr2O3 400呋喃 四氢呋喃（THF） 糠醛Cannizaro歧化反应氧化反应还原反应脱羧反应胞铬策羊肩饱缘清歪谭柿观针甄局芭暴搁垫儿绳链愉凌骆奇伪者特只台逆第12章杂环化合物第12章杂环化合物20（2） 卟啉及衍生物卟啉及衍生物卟啉环卟啉环血红素血红素由四个吡咯环

12、和四个次甲基由四个吡咯环和四个次甲基(CH= )交替相连组成的大环叫交替相连组成的大环叫卟啉环卟啉环(又称为卟吩又称为卟吩)，卟啉的化合物广泛存在于自然界中。，卟啉的化合物广泛存在于自然界中。瓦帮绊恰拈绒预痛静卉昂闰狄痹象刚免露特屋嫡羹苹吾诣杂象屯伯宋韦馆第12章杂环化合物第12章杂环化合物21低私囚饿祝界仆疼挽响孙掣阶耙嚷秽浑汉棱生翔词业逢吩免骸医可帧愚慧第12章杂环化合物第12章杂环化合物22（3）含吡咯、呋喃、和噻吩的稠环化合物）含吡咯、呋喃、和噻吩的稠环化合物吲哚吲哚Indole2134567苯并呋喃苯并呋喃Benzofuran苯并噻吩苯并噻吩Benzothiophene篙旨愿肝豁辉赋

13、五瑞看辙绊汕宰蝶趣萎搭蜡夺激糜驾桌未良迢艺僧市桔揪第12章杂环化合物第12章杂环化合物23二二. 含两个杂原子的五元杂环含两个杂原子的五元杂环(azole)1,2-唑异噁唑 异噻唑 吡唑isoxazole isothiazole pyrazole1,3-唑噁唑 噻唑 咪唑Oxazole Thiazole Imidazole匹兜葡拈赁盟糙获温刷轴污筑分院要街烈从绰函喘亢郎杨倘敬蓑辉鹤践野第12章杂环化合物第12章杂环化合物241,2-唑与唑与1,3-唑的亲电取代反应的活性顺序有：唑的亲电取代反应的活性顺序有： 1,2-唑1,3-唑碱性碱性： 1 1 结构和化学性质结构和化学性质梧麻甘弗额傍剔经慷

14、涧易兰拯育蛙伯孪顺紊擎绞派左清诧绒嫉伪喊讯欧家第12章杂环化合物第12章杂环化合物25亲电取代反应亲电取代反应1，2-唑取代唑取代在在4-位位悟碌职菌哨蜕饼箕堪怎叭迅脱肇橇藩怠虱侣昔逻扳镁岛茵涯记睦贝檬归窘第12章杂环化合物第12章杂环化合物26唑的烷基化或酰基化通常发生在氮原子上。唑的烷基化或酰基化通常发生在氮原子上。观屈卧惕便呈浴眠研掩檀矗览汲身脉言忠抢她潘填磕浇贺沾胚筏闹剖寡吹第12章杂环化合物第12章杂环化合物272 2、1 1，2-2-唑与唑与1 1，3-3-唑的合成唑的合成 1，2-唑可用唑可用1，3-二羰基化合物合成二羰基化合物合成 1，3-唑可用含有杂原子的唑可用含有杂原子的1

15、，4-二羰基化合物合成二羰基化合物合成 境浮瞪次积耙汤芽钉软钦痈舅跌舵瞅百身湍暗曝妙篮纷乘锯腊岭见舍怀皆第12章杂环化合物第12章杂环化合物3 3、咪唑、噻唑的重要衍生物、咪唑、噻唑的重要衍生物 维生素维生素B1B1盐酸左旋咪唑盐酸左旋咪唑咪唑安定咪唑安定父夕厨继算吁锻谬勒绪木今徽泛眠解税溅银猴札叁胞刊枢酬惺恤曾嫌亭症第12章杂环化合物第12章杂环化合物第二节第二节 六元杂环化合物六元杂环化合物一、吡啶一、吡啶(Pyridine)1. 吡啶的结构吡啶的结构 氮原子杂化情况氮原子杂化情况吡啶分子结构吡啶分子结构P轨道Sp2 轨道 吡啶吡啶 氮原子以不等性氮原子以不等性sp2杂化轨道成键。杂化轨道

16、成键。夏次堕头箍雾擒贯擎台剖维幼棺挥本基劲而骇惩罚馏晦贾白戈壤绳秦暖肘第12章杂环化合物第12章杂环化合物302. 吡啶的性质吡啶的性质碱性：碱性：吡啶为一弱碱，吡啶为一弱碱，pKb8.75，其碱性比脂肪胺弱，但，其碱性比脂肪胺弱，但比苯胺强。吡啶能与质子酸和非质子酸形成盐。比苯胺强。吡啶能与质子酸和非质子酸形成盐。凰妮坏泡棉专哄恕回恒盘葱舰刊洁霹奈威据开泵痴涎初钾基痈额舰脊涯检第12章杂环化合物第12章杂环化合物31（1）亲电取代）亲电取代 ： 吡啶可以发生卤化、硝化和磺化，但比吡啶可以发生卤化、硝化和磺化，但比苯难以反应，取代位置通常在苯难以反应，取代位置通常在3-位位(-位位)。Cl22

17、00 Br2300 KNO3 , H2SO4300350 HgSO4 , H2SO4220 贡敲秉残叙彻眉胜注榨雍坎绝阿瞎危较浅淆杭纳酷区哦匝链千禁星转芝陶第12章杂环化合物第12章杂环化合物32E+进攻3位E+进攻2位E+进攻4位中间体的稳定性不稳定共振杂合体不稳定共振杂合体儡激及牛溃亮喇稳窟替捻箱美垂泳梳尖获蔼帚柬旨装泽娄舱槽腺邑劈埠订第12章杂环化合物第12章杂环化合物33（2）亲核取代）亲核取代 ： 吡啶环的一个特点是能发生亲核取代反吡啶环的一个特点是能发生亲核取代反应，主要形成应，主要形成 2位位 (-位位)取代产物。取代产物。1. NaNH22. H2OLiC6H5触崎纵兽赴时居填

18、瘴宴口补谨柿将哼步络战暂蛰啼渠蚂嘉剂耪老捉璃本吉第12章杂环化合物第12章杂环化合物吡啶环的吡啶环的2-位和位和4-位比较容易进行亲核取代，这与形成碳负位比较容易进行亲核取代，这与形成碳负离子的稳定性有关。亲核试剂在离子的稳定性有关。亲核试剂在2-位和位和4-位进攻，有负电荷位进攻，有负电荷在电负性较大的氮上的共振式参与共振，比较稳定。在电负性较大的氮上的共振式参与共振，比较稳定。2-位进攻：位进攻：3-位进攻：位进攻：4-位进攻：位进攻：浅亢末篓碘韩惰痛惊足故锦简朔肛德豫险涣对梢弊烦协狱为氦卯倚州赖矣第12章杂环化合物第12章杂环化合物35（3）氧化与还原）氧化与还原 ：吡啶环不容易被氧化，

19、但吡啶环上的吡啶环不容易被氧化，但吡啶环上的烷基取代基容易氧化成羧基。烷基取代基容易氧化成羧基。KMnO4H+, 加热吡啶比苯容易还原，可用催化氢化或化学试剂还原为六氢吡啶比苯容易还原，可用催化氢化或化学试剂还原为六氢吡啶。吡啶。印揣锄榆撇墟永世吗彬哮聪欲诬茵熔桔炎遗塘柔温袜冗色缺菏见盂番犯箱第12章杂环化合物第12章杂环化合物36（4）侧链）侧链-H的反应：的反应：吡啶吡啶2,4,6-位的烷基侧链位的烷基侧链-H比较活波，比较活波，在强碱催化下可进行缩合反应。在强碱催化下可进行缩合反应。N-烷基吡啶盐的侧链烷基吡啶盐的侧链-H更活波，在弱碱和室温就能反应。更活波，在弱碱和室温就能反应。涧危厂

20、琉很琢囱探偶迫镰亩偿绽吞缆李韧处版刁站履哩昭蔫劫烦埔榨旦措第12章杂环化合物第12章杂环化合物37 3. 吡啶的合成吡啶的合成 汉奇汉奇(Hantzsch)合成法合成法:反应过程可能是：一分子醛与一分子反应过程可能是：一分子醛与一分子-酮酸酯先发生缩合反应，然后酮酸酯先发生缩合反应，然后与另一分子与另一分子-酮酸酯加成，再与氨发生缩合。酮酸酯加成，再与氨发生缩合。 偿政怂骸屋盘裔壬筷垂性凉盾棵篆继甜怯霸磐菏柳膨倡姓滩滞驮冗效滨臂第12章杂环化合物第12章杂环化合物38二二. . 喹啉、异喹啉喹啉、异喹啉喹啉(quinoline)异喹啉(isoquinoline)喹啉与异喹啉都是苯并吡啶，它们存

21、在于煤焦油中，一些喹啉与异喹啉都是苯并吡啶，它们存在于煤焦油中，一些天然的生物碱中含有它们的结构。天然的生物碱中含有它们的结构。喹啉从氮原子开始编号。喹啉从氮原子开始编号。 8-羟基喹啉 5-喹啉磺酸 4-溴异喹啉捧斧妆浴帐充胯态苍径啸绸戚剃垦瞪市被走垛茶额臻桐巷邱臆滔辛爬卯热第12章杂环化合物第12章杂环化合物391. 化学反应化学反应取代取代 ：喹啉亲电取代主要发生在苯环（喹啉亲电取代主要发生在苯环（5或或8位），位）， 而亲核取代主要发生在吡啶环（而亲核取代主要发生在吡啶环（2或或4位）。位）。HNO3 , H2SO452%48%51%49%Br2，浓H2SO4AgSO4 , NaNH2

22、歼掺蜕盗窟乏雍造盂滓栈疲显密额个靛幕恬韭朔鲁逻怯伶硫锭芒尝床中分第12章杂环化合物第12章杂环化合物40氧化与还原氧化与还原 ：喹啉经强氧化时，苯环氧化开环；喹啉经强氧化时，苯环氧化开环； 还原时，通常吡啶环容易被还原。还原时，通常吡啶环容易被还原。KMnO4 , H2O100H2 , Pd粱园诬长痕意心谦争飞苛艇剐封捅莱蝉伪紊响善纫胳蜂窿耿肩藩硼愿僚哗第12章杂环化合物第12章杂环化合物412.喹啉的制备喹啉的制备Skraup反应：反应：芳香伯胺、甘油、浓硫酸共热缩合，再经氧化芳香伯胺、甘油、浓硫酸共热缩合，再经氧化 即得喹啉环。即得喹啉环。反应过程：反应过程：壹寂乃谩继护妓数程叮焊比七垢圣

23、獭如峦惨瓜司驼吻嗜颗雁之槽辊羊父焦第12章杂环化合物第12章杂环化合物42氯喹氯喹 扑疟喹啉扑疟喹啉喹啉有很多重要的衍生物，喹啉有很多重要的衍生物，天然存在的金鸡纳碱又称天然存在的金鸡纳碱又称为奎宁，是治疗疟疾病的为奎宁，是治疗疟疾病的良药。良药。 在奎宁结构的基础上，人们又合成出了不少抗疟的药物，在奎宁结构的基础上，人们又合成出了不少抗疟的药物，其中最重要的有氯喹、朴疟喹啉等。其中最重要的有氯喹、朴疟喹啉等。 (quinine)q剧变姻阑挞菱盐途蓝蓄邯舌脏灼讫胜鼠斩党霸申窑藩蚊曳祁吕压疵胁轧弯第12章杂环化合物第12章杂环化合物43三三. 嘧啶嘧啶、嘌呤嘌呤嘧啶是含二个氮原子的六元杂环中最重

24、要的一种，胞嘧啶、嘧啶是含二个氮原子的六元杂环中最重要的一种，胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶是核酸的组成成分尿嘧啶和胸腺嘧啶是核酸的组成成分. .嘧啶胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶5-氟尿嘧啶是一种抗癌药物。氟尿嘧啶是一种抗癌药物。5-氟尿嘧啶 高渗惹狙杜淆偷咽嘉虹掌咏剔肾囊抗囱颊逗长射痒殖揪滋怔翟额卫耕嗡败第12章杂环化合物第12章杂环化合物44嘌呤的衍生物非常重要，在生物体中广泛存在着嘌呤的衍生嘌呤的衍生物非常重要，在生物体中广泛存在着嘌呤的衍生物，如腺嘌呤、鸟嘌呤是核酸的组成部分。物，如腺嘌呤、鸟嘌呤是核酸的组成部分。腺嘌呤鸟嘌呤9H - 嘌呤7H - 嘌呤嘌呤是由一个嘧啶环与咪唑环稠合而成，它是由二个

25、互变异嘌呤是由一个嘧啶环与咪唑环稠合而成，它是由二个互变异构体组成的平衡体系。构体组成的平衡体系。 把佣约氦康吹劈佳伎寓侨凑疚项箔翰痰运棘楞铬器六混扳适毗必靠疑乃锥第12章杂环化合物第12章杂环化合物45咖啡碱茶碱存在于咖啡、可可和茶叶中的咖啡碱、可可碱与茶碱中都含存在于咖啡、可可和茶叶中的咖啡碱、可可碱与茶碱中都含有黄嘌呤的结构，它们有刺激神经中枢作用。有黄嘌呤的结构，它们有刺激神经中枢作用。 存在于血液和尿中的尿酸是存在于血液和尿中的尿酸是2,6,8-2,6,8-三羟基嘌呤，有两种互变三羟基嘌呤，有两种互变异构体，通常情况下以酮式较多。异构体，通常情况下以酮式较多。可可碱九丙菩返腹诽官渺哲凭令瓶编甸款赊伯遂碴辛怖却睹靶英汉燎灰秀泽咳雅第12章杂环化合物第12章杂环化合物46