1、 第十八章第十八章 杂环化合物杂环化合物 (Heterocyclic compounds)构成环的原子除碳原子外还有其它原子的一类环状化合物。构成环的原子除碳原子外还有其它原子的一类环状化合物。最常见的杂原子：最常见的杂原子：氧、氮和硫氧、氮和硫。SNCH3HCH3OOROOHOCH3OHH3CEpothilone A(R=H)Epothilone B(R=CH3)一一.分类和命名分类和命名 命名命名 音译名音译名ONHSN呋喃 噻吩 吡咯 吡啶 (Furan)(Thiophene)(Pyrrole)(Pyridine)非芳香性杂环 如：ONHOONHONHN芳香性杂环 如：NNNNNNH 编
2、号编号从杂原子开始。遇两相同杂原子从杂原子开始。遇两相同杂原子,则由带取代基则由带取代基(或或H)的的 杂原子开始。含多个不同杂原子杂原子开始。含多个不同杂原子,则按则按 O S N 顺序编号。顺序编号。咪唑咪唑 噻唑噻唑 噁唑噁唑 嘧啶嘧啶 稠杂环的编号稠杂环的编号NHNNNNHN123456712345678912345678 吲哚吲哚 嘌呤嘌呤 喹啉喹啉ONSNNNNHN123451234512345123456OO2NCHONC-N(C2H5)2ONNOOH3CCH3NNCH35-硝基硝基-2-呋喃甲醛呋喃甲醛 N,N-二乙基二乙基-3-吡吡 啶甲酰胺啶甲酰胺1,3,7-三甲基嘌呤三甲
3、基嘌呤-2,6-二酮二酮 将取代基名称连同位号置杂环名前或名后。将取代基名称连同位号置杂环名前或名后。环上有取代基的杂环环上有取代基的杂环HNSONSNPh 噻吩并吡咯噻吩并吡咯 萘并呋喃萘并呋喃 5-苯基咪唑并苯基咪唑并2,1-b噻唑噻唑噻吩并噻吩并3,2-b吡咯吡咯 萘并萘并1,2-b呋喃呋喃 二二.五元杂环化合物五元杂环化合物 1.含一个杂原子的五元杂环化合物含一个杂原子的五元杂环化合物1)呋喃、吡咯、噻吩的结构与物理性质呋喃、吡咯、噻吩的结构与物理性质 Z Z=O S NHsp2 碳原子碳原子P轨道中有一个电子，轨道中有一个电子，杂原子杂原子P轨道中有两个电子，轨道中有两个电子，形成环
4、状离域大形成环状离域大 键。键。电子数电子数:6 有芳香性。有芳香性。离域能离域能OSNH()KJmol 67 88 117 150 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。OSNH6.307.406.226.687.187.047.25 偶极矩偶极矩OOSSNHNH 0.70D 0.51D 1.81D 1.73D 1.90D 1.58D 酸碱性酸碱性吡咯没有碱性吡咯没有碱性,具有一定程度的酸性具有一定程度的酸性(pka=17.5)(1)亲电取代反应亲电取代反应NHNH KOHNK+-+H2OCH3MgI NMgI+CH4乙醚 杂原子具有杂原子具有+C效应，活化杂环。效应，
5、活化杂环。亲电取代反应活性顺序：亲电取代反应活性顺序：吡咯吡咯 呋喃呋喃 噻吩噻吩 苯。苯。2)呋喃、噻吩、吡咯的反应呋喃、噻吩、吡咯的反应 试试推断呋喃、吡咯、噻吩发生亲电取代反应，比苯容易发生推断呋喃、吡咯、噻吩发生亲电取代反应，比苯容易发生 还是难发生还是难发生？位比位比 位活泼。亲电取代主要发生在位活泼。亲电取代主要发生在 位。位。亲亲电取代发生在电取代发生在 位还是位还是 位位？Z+E+ZHEZHEZHEZHE+ZHE+Z=O,S,NH进攻 位 进攻 位 分析分析 中间体共振结构杂化体的稳定性中间体共振结构杂化体的稳定性NH CH3CONO2O+Ac2O5oCNHNO2NHNO2+8
6、3%17%NH+NSO3+-100oCHClNHSO3H (90%)取代呋喃、噻吩、吡咯的定位效应取代呋喃、噻吩、吡咯的定位效应ZG(O、P)ZG(m)Z=O S NHOG(O、P、m)Z=S NHZG(m)Z=S NHZG(O、P)ZG GSCH3 O2NSH2MoS2SSRCOCRO兰尼NiH2RC(CH2)4CR+NiSOOO+OOOOOOO 试试写出写出5-甲基甲基-2-甲氧基噻吩和甲氧基噻吩和3-硝基吡咯的一硝化产物的结硝基吡咯的一硝化产物的结 构式并解释之。构式并解释之。(2)加成反应加成反应3)呋喃、噻吩、吡咯的制备呋喃、噻吩、吡咯的制备 1,4-二羰基化合物。二羰基化合物。Ts
7、OH(或或P2O5)，P2S5，NH3。TsOH甲苯，O OCH3H3COCH3H3CHOOHOHH3CCH3-H2OOCH3H3CO OCH3CH3P2S5SCH3H3C甲苯，O OCH3CH3NH3NHCH3CH34)呋喃、吡咯、噻吩的衍生物呋喃、吡咯、噻吩的衍生物 (1)糠醛糠醛 给给出下列反应的产物结构、名称及反应类型。出下列反应的产物结构、名称及反应类型。OCHO浓NaOHCH3COCH3，稀 OH-KCN(CH3CO)2OCH3COOHABCDNHNHNCH3(CH2)4CH3NHHOOCCH2CH2CH2COOHCH2NH2 灵菌红素灵菌红素 卟吩胆色素原卟吩胆色素原NNHHNN
8、卟吩(Prophine)卟吩由四个吡咯和四个次甲基卟吩由四个吡咯和四个次甲基(=CH)(=CH)交替相交替相连组成的共轭体系。连组成的共轭体系。卟吩呈平面结构，环中间的空隙里四个氮原卟吩呈平面结构，环中间的空隙里四个氮原子可分别以共价键、配价键与不同的金属离子可分别以共价键、配价键与不同的金属离子结合。子结合。(2)叶绿素、血红素和维生素叶绿素、血红素和维生素B12 2.含两个杂原子的五元杂环化合物含两个杂原子的五元杂环化合物NHNONONSN 吡唑吡唑 噻唑噻唑 噁唑噁唑 异噁唑异噁唑NNHHHHNHN咪唑sp2SAr-C8H17nSCH2H2Cn(OCH2CH2)4OSH17C8SC18H
9、17n红光 蓝光 绿光(3)电致发光材料电致发光材料 1).结构与物理性质结构与物理性质HNN咪唑的线性多聚体NHNHNN 吡唑的二聚体HNNHNN 碱性碱性NNH+H+NNHH+试试推测推测噁唑与咪唑及噁唑与咪唑及1,21,2唑与相应的唑与相应的1,31,3唑的碱性大小。唑的碱性大小。ONNNH()ONONNHNBrNNHBr12345123453(5)-溴吡唑NNHH3CNHNH3C12345123454(5)-甲基咪唑 2)唑的亲电取代反应唑的亲电取代反应 1,2-唑亲电取代发生在唑亲电取代发生在C-4位；位；1,3-唑主要发生在唑主要发生在C-4位。位。试试分析中间体正离子的稳定性分析
10、中间体正离子的稳定性 教材教材p888 3)唑的衍生物唑的衍生物NNHNH2COOHNNHNH2NNHNHCOOCH3组氨酸 组胺 多菌灵SNSO3浓H2SO4SNHO3S4-噻唑磺酸HNO3H2SO4NHNNHNO2N4-硝基咪唑NNH3CNH2SNCH3CH2CH2OH+Cl-噻唑环嘧啶环NSHOOCCH3CH3ONHCOCH2Ph 维生素维生素B1 青霉素青霉素GNNC6H5CH3CH3O安替比林 三三.六元杂环化合物六元杂环化合物1)结构与物理性质结构与物理性质1.吡啶吡啶A.吡啶有无芳香性？吡啶有无芳香性？B.吡啶是否具有碱性？吡啶是否具有碱性？C.吡啶盐有无芳香性？吡啶盐有无芳香性
11、？D.为什么哌啶的碱性比吡啶强？为什么哌啶的碱性比吡啶强？NN未参与共轭未参与成键sp2NNH2.22D 1.17DNHHH7.366.988.50N+HClNH Cl-+NSO3CH2Cl2NSO3-+NCH3INCH3I-+NPhCOClNCOPhROHNH+Cl-+PhCOOR+环氮的碱性环氮的碱性与亲核性与亲核性 2)吡啶环上的亲电取代反应吡啶环上的亲电取代反应 N+0.18+0.05+0.15-0.58反应发生在反应发生在 位。位。、位不发生反应。位不发生反应。NHNO3 H2SO4KNO3 300oCNNO2NSO3H发烟 H2SO4250oC吡啶的亲电取代反应活性是大于苯还是小于
12、苯？若吡啶的亲电取代反应活性是大于苯还是小于苯？若发生亲电取代发生亲电取代,则反应发生在哪一个位？则反应发生在哪一个位？试试通过共振式分析中间体正离子的稳定性。通过共振式分析中间体正离子的稳定性。教材教材 p898 3)吡啶环上的亲核取代反应吡啶环上的亲核取代反应 吡啶环容易发生亲核取代反应。吡啶环容易发生亲核取代反应。、位，以位，以 位为主。位为主。NClCH3ONaCH3OHNOCH3NClC6H5NH2NNHC6H5NNaNH2NNH2NNHNa-+H2ONC6H5LiNC6H5+LiHNNaNH2NHNH2NHNH2NHNH2NNH2比较稳定分析中间体的共振结构分析中间体的共振结构 亲
13、核试剂进攻亲核试剂进攻 位：位：教材：教材：901问题问题 3-氯吡啶和氯吡啶和CH3ONa能发生亲核取代反应吗能发生亲核取代反应吗？4)氧化与还原氧化与还原NKMnO4NHOOCNNCH3HNO3NCOOHNH3NCONH2烟碱烟碱(尼古丁尼古丁)烟酸烟酸 烟酰胺烟酰胺-吡啶甲酸吡啶甲酸NNa,C2H5OH(无水)或 H2/Ni,25oC,3大气压NH哌啶哌啶(六氢吡啶六氢吡啶)2.嘧啶嘧啶NNN(sp2)。成环的碳、氮都以一个。成环的碳、氮都以一个P电子参与共电子参与共轭。易发生亲核取代，不易进行亲电取代。轭。易发生亲核取代，不易进行亲电取代。尿嘧啶尿嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶NHNHOONNOH
14、OHNHNONH2NNNH2OHNHNHOOCH3NNOHOHCH3 胸腺嘧啶胸腺嘧啶NNHOOCH3OHHHHOHHOH2CH脱氧胸苷脱氧胸苷 四四.吲哚、嘌呤、喹啉、异喹啉吲哚、嘌呤、喹啉、异喹啉NH 试分析试分析 亲电取代发生在苯环还是杂环上亲电取代发生在苯环还是杂环上?并指出具体位置。并指出具体位置。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 NH+C6H5NN+Cl-NHNNC6H5NHE+进攻2位 进攻3位NHHE+NHHH+NHHH+.1.吲哚吲哚CH3ONHNHHHOCH3CH3OOCOCOOCH3OCH3OCH3NHCH2COOHNHCH2CHCOOHNH2利血平利血
15、平-吲哚丁酸吲哚丁酸色氨酸色氨酸 2.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NNNNHNNNHN123456789 9H-嘌呤嘌呤 7H-嘌呤嘌呤 核酸中存在的嘌呤环系：核酸中存在的嘌呤环系：NNNNHNH2HNNNNHOH2NNNNNNH2OHHHOHOHHHOCH2 腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 腺嘌呤核苷（腺苷）腺嘌呤核苷（腺苷）3.喹啉、异喹啉喹啉、异喹啉NN 1)亲电取代反应亲电取代反应 试试推测亲电试剂进入的位置推测亲电试剂进入的位置NHNO3/H2SO40oC 30min.NNO2NNO2+2)亲核取代反应亲核取代反应NClCH3ONaCH3OH,NOCH3NC2H5MgX150oNCH2CH3 3)氧化及还原氧化及还原NCrO3NCOOHCOOHNHSn/HClNa/ROHH2/NiNH 衍生物衍生物NCH(CH2)3N(C2H5)2CH3OCH3HONNOOOOH 扑疟喹啉扑疟喹啉 10-羟基喜树碱羟基喜树碱
