1、同学们！同学们！请做好上课准备请做好上课准备exit第一节第一节 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩第二节第二节 吲哚吲哚第三节第三节 含两个以上杂原子的五元杂环含两个以上杂原子的五元杂环第四节第四节 吡啶吡啶第五节第五节 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第六节第六节 含氧的六元杂环含氧的六元杂环第七节第七节 含两个以上氮杂原子的六元杂环含两个以上氮杂原子的六元杂环本章提纲本章提纲一、定义：一、定义：1、脂杂环脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。三元杂环三元杂环四元杂环四元杂环五元杂环五元杂环七元杂环七元杂环(氮杂环丙烷氮杂环丙烷)(-丙内酯丙内酯)(-丙内酰
2、胺丙内酰胺)(顺丁烯二酸酐顺丁烯二酸酐)(氧杂氧杂)(1H-氮杂氮杂)OHN(环氧乙烷环氧乙烷)OONHOOOOONH在环上含有杂原子（非碳原子）的有机物称为杂环化合物。在环上含有杂原子（非碳原子）的有机物称为杂环化合物。第二十章第二十章 杂环化合物杂环化合物2、芳杂环芳杂环 具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环。具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环。苯并杂环苯并杂环杂环并杂环杂环并杂环五元杂环五元杂环六元杂环六元杂环呋喃呋喃噻吩噻吩吡咯吡咯噁唑噁唑噻唑噻唑咪唑咪唑吡唑吡唑吡啶吡啶嘧啶嘧啶吡喃吡喃(无芳香性无芳香性)吲哚吲哚喹啉喹啉异喹啉异喹啉嘌呤嘌呤OSNHNONSNNHNNHNNNONHNNN
3、NNHN第二十章第二十章 杂环化合物杂环化合物1 1、音译名（同音汉字加、音译名（同音汉字加“口口”字旁）字旁）2 2、当作碳环芳香化合物的衍生物、当作碳环芳香化合物的衍生物 如如：ON氧杂茂茂氮杂苯苯第二十章第二十章 杂环化合物杂环化合物二、杂环化合物的命名二、杂环化合物的命名3 3、环上原子的编号顺序、环上原子的编号顺序 从杂原子开始从杂原子开始 1 1，2 2，3 3，44 不止一个杂原子，按不止一个杂原子，按O O，S S，N N顺序编号顺序编号 取代基位次之和最小原则取代基位次之和最小原则例：SC2H523452-乙基噻吩N2345CH3CH2CH2OHO2N112-甲基-5-硝基-
4、1-【2羟乙基】吡咯第二十章第二十章 杂环化合物杂环化合物1、五元杂环化合物的命名、五元杂环化合物的命名五元杂环五元杂环五元杂环苯并体系五元杂环苯并体系呋喃呋喃(furan)噻吩噻吩(thiophene)吡咯吡咯(pyrrole)苯并呋喃苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯苯并吡咯吲哚吲哚(indole)第二十章第二十章 杂环化合物杂环化合物2、唑的命名、唑的命名 含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是氮，则该杂环化合物称为唑。氮，则该杂环化合物称为唑。命名时的编号原则是：命名时的编号原则
5、是：1）让杂原子的位号尽可能小；让杂原子的位号尽可能小；2）当两个杂原子不相同时，编号的次序是：价数小的在前，当两个杂原子不相同时，编号的次序是：价数小的在前，大的在后；大的在后；3）价数相等时，原子序数小的在前，大的在后。）价数相等时，原子序数小的在前，大的在后。OS N2价价3价价原子序数小原子序数小原子序数大原子序数大O、S、N的的次序如左：次序如左：第二十章第二十章 杂环化合物杂环化合物12345NO12345NSNNH12345异噻唑异噻唑(isothiazole)吡唑吡唑(pyrazole)异噁唑异噁唑(isoxazole)1,2-唑唑NO12345NS12345NNH12345噁
6、唑噁唑(oxazole)噻唑噻唑(thiazole)咪唑咪唑(inidazole)1,3-唑唑3、六元杂环化合物的命名六元杂环化合物的命名六元杂环六元杂环吡啶吡啶(pyridine)吡喃吡喃(pyran)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)哒嗪哒嗪(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)吡嗪吡嗪(pyrazine)杂环并杂环杂环并杂环喹啉喹啉(quinoline)异喹啉异喹啉(isoquinoline)苯并吡喃苯并吡喃(benzopyran)苯并苯并-吡喃酮吡喃酮(benzo-pyrone)嘌呤嘌呤(purine)六元杂环苯并环系六元杂环苯并环系一、
7、一、呋喃、噻吩、吡咯的结构呋喃、噻吩、吡咯的结构二、二、呋喃、噻吩、吡咯的制备呋喃、噻吩、吡咯的制备三、三、呋喃、噻吩、吡咯的反应呋喃、噻吩、吡咯的反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩吡咯的结构吡咯的结构孤电子对在孤电子对在p轨道上。轨道上。吡吡 咯咯结构：吡咯结构：吡咯N是是sp2杂化，孤电子对参与共轭。杂化，孤电子对参与共轭。反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上相当反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上相当 有一个邻对位定位基。有一个邻对位定位基。共轭效应是给电子的。共轭效应是给电子的。诱导效应是吸电子的。诱导效应是吸电子的。20.1.1 结构结构呋喃、噻吩的
8、结构请同学自己分析。呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩20.1.2 物理性质物理性质20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩都有偶极距：吡咯、呋喃和噻吩都有偶极距：OSNOSN1.73D1.90D1.58D1.81D0.51D0.70D非芳香性的杂环化合物只有诱导效应。芳香体系的杂环化合物有诱导效应和共轭效应。吡咯分子中氮原子上的氢可以被金属吡咯分子中氮原子上的氢可以被金属取代，吡咯环容易起亲电取代反应，也能取代，吡咯环容易起亲电取代反应，也能够起加成反应。够起加成反应。20.1.3 吡咯的化学反应吡咯的化学反应20
9、.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩20.1.3 吡咯的化学反应吡咯的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩20.1.3.1 氮原子上的取代反应氮原子上的取代反应吡咯为弱碱，吡咯为弱碱，pKa为为16.5，相当于低级醇。，相当于低级醇。NH+K NH2液氨NK+NH3+_NH+C2H5MgBrNMgBr+C2H6 (C2H5)2O20.1.3 吡咯的化学反应吡咯的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩20.1.3.1 氮原子上的取代反应氮原子上的取代反应NKNKNH(1)CO2+RXNR(2)H2OCO2HNKNCORRCOClNHCOR
10、20.1.3 吡咯的化学反应吡咯的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩20.1.3.1 氮原子上的取代反应氮原子上的取代反应NMgBr+RXNHNH+RR溴化吡咯镁与卤代烃生成溴化吡咯镁与卤代烃生成2-和和3-烃基吡咯烃基吡咯20.1.3 吡咯的化学反应吡咯的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩20.1.3.2 碳原子上的取代反应碳原子上的取代反应 吡咯是富有电子的芳香环，与亲电试剂的反吡咯是富有电子的芳香环，与亲电试剂的反应很顺利进行。主要生成应很顺利进行。主要生成 2-位取代产物，但也有位取代产物，但也有3-位取代产物和多位取代产物。位取代产
11、物和多位取代产物。NHEHNHEHNHEHEHEHEH八隅体结构最稳定八隅体结构最稳定无最稳定结构无最稳定结构20.1.3 吡咯的化学反应吡咯的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩20.1.3.2 碳原子上的取代反应碳原子上的取代反应卤代：NHNHBr硝化:NBSNHNHNO2HNO3(CH3CO)2ONHNO214 :1+由于吡咯在酸中容易聚合，所以卤化、由于吡咯在酸中容易聚合，所以卤化、硝化、磺化反应中都使用特殊试剂。硝化、磺化反应中都使用特殊试剂。20.1.3 吡咯的化学反应吡咯的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩20.1.3.2 碳原子
12、上的取代反应碳原子上的取代反应酰化:磺化:NH+N SO3100CHClNHSO390NHDMF,POCl3NHCHONHC6H5N2ClNHN=N-C6H520.1.3 吡咯的化学反应吡咯的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩20.1.3.3 加成反应加成反应NHCH2=CHCO2CH3NHCH2CH2CO2CH3+NHCHONHCOO-NH4+NHN=N-C6H5NCOOHNMgXHCON(CH3)2 POCl3CHCl3 25%NaOH(NH4)2CO3 130oCC6H5N2+X-C2H5OH-H2O AcONaRMgX1 CO22 H2OCO2 加热加热 加压
13、加压RCOClRX 呋喃的芳香性比吡咯小，与亲核试剂往往得呋喃的芳香性比吡咯小，与亲核试剂往往得到加成产物，及时得到的是取代产物，也很有可能到加成产物，及时得到的是取代产物，也很有可能是由加成产物转变得来的。是由加成产物转变得来的。20.1.4 呋喃的化学反应呋喃的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩ONHBrOOHBrHBr2,CS2-50oCHBrBrHBr-HBr20.1.4 呋喃的化学反应呋喃的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩 呋喃比较特殊,先生成稳定的或不稳定的2,5加成产物,然后加热或用吡啶除去乙酸,得到硝化产物。ONHNO2OO
14、HNO2HNO2HAcOAcONO2-5-30oC+Pyridine20.1.4 呋喃的化学反应呋喃的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩OOHHOOHOH2OHOHOOHOAc,90%H2O-H+H2SO4-H2O 浓酸使呋喃聚合，在稀的酸性水溶液中，浓酸使呋喃聚合，在稀的酸性水溶液中，呋喃的质子化在氧上发生并导致水解开环呋喃的质子化在氧上发生并导致水解开环。20.1.4 呋喃的化学反应呋喃的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩呋喃与亲二烯体作用，迅速生成加成产物呋喃与亲二烯体作用，迅速生成加成产物。90%OOOO+OOOO76%O+O20.1
15、.5 噻吩的化学反应噻吩的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩 噻吩的亲电取代反应活性小于吡咯和呋喃，噻吩的亲电取代反应活性小于吡咯和呋喃，但是大于苯环。主要生成但是大于苯环。主要生成 2-位取代产物，位取代产物，3-位取位取代产物极少。代产物极少。SSBrSIBr2AcOHI2,HgOC6H6,0(78%)碘不活泼，要用催化剂才能发生一元取代碘不活泼，要用催化剂才能发生一元取代20.1.5 噻吩的化学反应噻吩的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩SSCCH3OSSSO3HSHNO3,H2SO4SNO2H2SO4Ac2O,SnCl420.1.5
16、噻吩的化学反应噻吩的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩 噻吩基本上不发生双烯加成，但在剧烈条件下，噻吩基本上不发生双烯加成，但在剧烈条件下，仍能发生加成反应。仍能发生加成反应。SOOO+SOOOHH100高压20.1.5 噻吩的化学反应噻吩的化学反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩60-120SCH3H3C+NC-CC-CN-SSCH3H3CCNCNCH3CNCNCH3 与丁炔二酸二甲酯加成，生成一个不稳定的中与丁炔二酸二甲酯加成，生成一个不稳定的中间体，直接失硫转化为别的产物。间体，直接失硫转化为别的产物。20.1.5 噻吩的化学反应噻吩的化学反
17、应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩 噻吩在催化剂作用下加氢，生成烷烃或其它加噻吩在催化剂作用下加氢，生成烷烃或其它加成产物。成产物。SH2/Ni,RtCH3CH2CH2CH3 +H2SH2/MoS3Na+C2H5SSS+（1）诺尔合成法）诺尔合成法ROEtOOCROEtOOCNOHROEtOOCNH2ROCOOEtROEtOOCNH2NHCOOEtRREtOOCHNO2Zn-HOAc+氨基酮酸酯20.1.6 制备制备20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩(2)帕尔帕尔-诺尔诺尔(Paal,C.-Knorr,L.)合成法合成法O OBu-tt-BuOH OBu-
18、tt-BuH2SO4-H2O,HAcTsOH,甲苯,SBu-tt-BuP2S5,170(1)NH2R (2)NH3(NH4)2CO3,100(40%)Bu-tt-BuOHOHOBu-tt-Bu-H2OBu-tt-BuNHOHHOOBu-tt-BuHONH2NHBu-tt-Bu-2H2O20.1.6 制备制备20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩三种化合物的相互转化三种化合物的相互转化(有氧化铝存在的情况下有氧化铝存在的情况下)ONHSH2ONH3H2SNH3H2OH2S20.1.6 制备制备20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩20.1.7 呋喃、噻吩、吡咯的质子化
19、反应呋喃、噻吩、吡咯的质子化反应20.1 20.1 吡咯、呋喃和噻吩吡咯、呋喃和噻吩 呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可质子化呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可质子化，质子化反应主要发生在质子化反应主要发生在C-2上；上；NHHHNHNHHHNHHH+H+H+-C质子化质子化-C质子化质子化N-质子化质子化呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应总结呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应总结*1、亲电取代反应的活性顺序为：亲电取代反应的活性顺序为：吸电子诱导吸电子诱导：O(3.5)N(3.0)S(2.6)给电子共轭给电子共轭：N O S综合：综合：N贡献电子最多，贡献电子最多，O其次，其次，S最少最少ONHSNHEHN
20、HEHNHEHEHEHEH电子密度电子密度-络合物络合物八隅体结构最稳定八隅体结构最稳定无最稳定结构无最稳定结构*2、取代反应主要发生在取代反应主要发生在-C上；上；*3、吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试 剂时需要注意；剂时需要注意；*4、噻吩、吡咯的芳香性较强，噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易所以易取代而不易 加成；加成；呋喃的芳香性较弱，呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数虽然也能与大多数 亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核试剂存在亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核试剂存在 下，能发生亲核加成。下，能发生亲核加成。离域能：离域能：噻吩：噻吩：1
21、21.3 kJmol-1吡咯：吡咯：87.8 kJmol-1呋喃：呋喃：66.9 kJmol-1呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应总结呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应总结*5 杂原子和取代基的定位效应杂原子和取代基的定位效应A 杂原子的定位效应：杂原子的定位效应：B 取代基的定位效应：取代基的定位效应：第一取代基进入到杂原子的第一取代基进入到杂原子的-位。位。3位上有取代基时，呋喃、吡咯、位上有取代基时，呋喃、吡咯、噻吩的定位效应一致。噻吩的定位效应一致。ZG(o,p)ZG(m)呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应总结呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应总结2位上有取代基时，吡咯、噻吩的定位效应一致，情况如下：
22、位上有取代基时，吡咯、噻吩的定位效应一致，情况如下：2-取代呋喃在强亲电试剂的作用下易发生取代呋喃在强亲电试剂的作用下易发生2,5-加成反应：加成反应：ZG(o,p)(主)(次)ZG(m)(主)(次)OG(o,p,m)呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应总结呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应总结第二十章第二十章20.2 吲哚吲哚反应：反应：常用的亲电试剂常用的亲电试剂硝化：硝化：(HNO3+HOAc)磺化：磺化：卤化：卤化：(低温、稀释条件下进行，常用，低温、稀释条件下进行，常用，HOAc稀释，稀释，试剂为试剂为X2)酰基化：酰基化：(酸酐、酰卤。酸酐、酰卤。AlCl3,ZnCl2 为催化剂为催化剂)氯
23、甲基化氯甲基化：(CH2O,HCl,ZnCl2)醛基化：醛基化：+POCl3NSO3OOHCN(CH3)2O避免用强酸避免用强酸定定 位位 规规 律律NHNHG(o,p)NHG(o,p)NH(强o,p)GNHG(m)NHG(m)NHG(o,p,m)G(o,p,m)下面四种情况，取代基均进入苯环。进入哪个位置，具体分析。下面四种情况，取代基均进入苯环。进入哪个位置，具体分析。第二十章第二十章20.2 吲哚吲哚吲哚的合成吲哚的合成 苯肼与醛、酮类化合物在酸性条件下加热生成吲哚苯肼与醛、酮类化合物在酸性条件下加热生成吲哚及其衍生物的反应称为及其衍生物的反应称为费歇尔费歇尔(Fischer,E.)合成
24、法合成法。NHNH2+CH3COOHOHOAcNHCOOH250-CO2NH第二十章第二十章20.2 吲哚吲哚一、一、唑的命名唑的命名二、二、唑的结构唑的结构三、三、唑的合成唑的合成四、四、唑的反应唑的反应20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环20.3.1 命名命名 含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是氮，则该杂环化合物称为唑。氮，则该杂环化合物称为唑。命名时的编号原则是：命名时的编号原则是：1）让杂原子的位号尽可能小；让杂原子的位号尽可能小；2）当两个杂原子不相同时，编号的次序是：价数小的在前，当两个杂原子不相同时，
25、编号的次序是：价数小的在前，大的在后；大的在后；3）价数相等时，原子序数小的在前，大的在后。）价数相等时，原子序数小的在前，大的在后。OS N2价价3价价原子序数小原子序数小原子序数大原子序数大O、S、N的的次序如左：次序如左：第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环12345NO12345NSNNH12345异噻唑异噻唑(isothiazole)吡唑吡唑(pyrazole)异噁唑异噁唑(isoxazole)1,2-唑唑NO12345NS12345NNH12345噁唑噁唑(oxazole)噻唑噻唑(thiazole)咪唑咪唑(inidazole)1,3-唑唑第
26、二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环（1）互变异构）互变异构NNHNNNNHNHNH3CH3CN-N(单键单键)N=N(双键双键)5-甲基咪唑甲基咪唑4-甲基咪唑甲基咪唑4(5)-甲基咪唑甲基咪唑(因为因为4-甲基咪唑和甲基咪唑和5-甲基咪唑不可分离甲基咪唑不可分离)20.3.2 结构性质结构性质第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环（2）结构）结构NHNNNHNSNO吡咯吡咯N(孤电子对参与共孤电子对参与共轭，所以碱性较弱轭，所以碱性较弱)吡啶吡啶N(孤电子对不参与共孤电子对不参与共轭，所以碱性较强轭，所以碱性较强)碱性
27、：碱性：20.3.2 结构性质结构性质第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环吡咯吡咯N的孤电子对的孤电子对处于处于p轨道轨道R1NR2R3一般胺中的一般胺中的N是是sp3杂化。杂化。N 的孤电子对处于的孤电子对处于sp3杂化轨道杂化轨道sp3轨道轨道N 的孤电子对处于的孤电子对处于sp2杂化轨道杂化轨道吡啶吡啶N与吡咯与吡咯N均均为为sp2杂化杂化。（2）结构）结构20.3.2 结构性质结构性质第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环（3）碱性）碱性1.1,2-1.1,2-唑与唑与1,3-1,3-唑都有吡啶唑都有吡啶N N，
28、所以都有碱性。，所以都有碱性。2.1,3-2.1,3-唑的碱性比唑的碱性比1,2-1,2-唑强。唑强。因为两个杂原子互相影响大因为两个杂原子互相影响大。3.3.咪唑的碱性噻唑的碱性噁唑的碱性咪唑的碱性噻唑的碱性噁唑的碱性 由综合电子效应决定由综合电子效应决定。20.3.2 结构性质结构性质第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环（4）唑的反应唑的反应：唑的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差，这是因唑的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差，这是因为分子中多了一个吡啶为分子中多了一个吡啶N，使共轭体系的电子云，使共轭体系的电子云密度降低，所以亲电试剂不易进攻。密度降低，所以亲电试剂
29、不易进攻。主要讨论亲电取代反应主要讨论亲电取代反应第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环20.3.2 结构性质结构性质1,2-、1,3-唑的硝化、磺化、卤化唑的硝化、磺化、卤化（1）进入环的位置及活性顺序：进入环的位置及活性顺序：1,2-位时：位时：吡唑吡唑 异噻唑异噻唑 异噁唑异噁唑 1,3-位时：位时：咪唑咪唑 噻唑噻唑 噁唑噁唑（2）反应试剂：一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。反应试剂：一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环（4）唑的反应唑的反应：20.3.2 结构性质结构性质实实 例例
30、eg 1NOH3CCH3NOH3CCH3O2N浓 HNO3浓 H2SO4(56%)第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环（4）唑的反应唑的反应：20.3.2 结构性质结构性质NNHNNHBrBr2AcOH-H2Oeg 2NNHNNHO2NNHNO2N123HNO3H2SO41:4005-硝基咪唑硝基咪唑4-硝基咪唑硝基咪唑第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环（4）唑的反应唑的反应：20.3.2 结构性质结构性质(90%)NSNSHO3SSO3+浓 H2SO4eg 3第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两
31、个杂原子的五元杂环（4）唑的反应唑的反应：20.3.2 结构性质结构性质(65%)NSNSHO3S发烟 H2SO4,HgSO4250eg 4磺化须强烈条件磺化须强烈条件第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环（4）唑的反应唑的反应：20.3.2 结构性质结构性质(63%)NSCH3H3CNSCH3H3CBrBr2CHCl3,eg 5硝化、卤化须有给电子取代基硝化、卤化须有给电子取代基第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环（4）唑的反应唑的反应：20.3.2 结构性质结构性质1.1.1,2-1,2-唑的合成唑的合成(只介绍吡唑
32、与异噁唑的合成只介绍吡唑与异噁唑的合成)(1)用用1,3-二羰基化合物合成吡唑和异噁唑二羰基化合物合成吡唑和异噁唑(2)用用1,3-偶极环加成反应制吡唑和异噁唑偶极环加成反应制吡唑和异噁唑（5）唑的合成唑的合成第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环实例：用腈类氧化物制异噁唑实例：用腈类氧化物制异噁唑C6H5CCHOOCCNC6H5O+ONC6H5C6H5HOOCC6H5CHNOHC6H5CClNOHNaOHC6H5CNOCl2氧化苯甲腈氧化苯甲腈苯甲醛肟苯甲醛肟氧化苯甲腈氧化苯甲腈（5）唑的合成唑的合成第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两
33、个杂原子的五元杂环2.1,3-唑的合成唑的合成RCNHCH2CROONSRRNORRNNHRRP2S5,120,H2SO4(用无水P2O5,TsOH更好)(NH4)2OAc,HOAc or RNH2噁唑类噁唑类咪唑类咪唑类噻唑类噻唑类（5）唑的合成唑的合成第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环RCCH2ClORCCH2NH2ORCCH2NHCROON-K+OOH2O(RCO)2O2.1,3-唑的合成唑的合成（5）唑的合成唑的合成第二十章第二十章20.3 含有两个杂原子的五元杂环含有两个杂原子的五元杂环青霉素青霉素噻唑环噻唑环青霉素是噻唑的衍生物。青霉素是噻唑
34、的衍生物。青霉素青霉素G疗效最好疗效最好。NSOCH3CH3COOHRCNHO1.吡啶的结构和物理性质吡啶的结构和物理性质2.碱性和亲和性碱性和亲和性3.吡啶的亲电取代反应吡啶的亲电取代反应 4.吡啶的亲核取代反应吡啶的亲核取代反应 5.吡啶环的合成吡啶环的合成 6.吡啶衍生物吡啶衍生物20.4 吡啶吡啶20.4.1 吡啶的结构吡啶的结构共轭效应和诱导效应都是吸电子的共轭效应和诱导效应都是吸电子的孤电子对孤电子对在在sp2杂化杂化轨道上。轨道上。结构：吡啶结构：吡啶N是是sp2杂化，孤电子对不参与共轭。杂化，孤电子对不参与共轭。反应：碱性较强。环不易发生亲电取代反应但易发生反应：碱性较强。环不
35、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，环上亲核取代反应。发生亲电取代反应时，环上N起起 间位定位基的作用。发生亲核取代反应时，环间位定位基的作用。发生亲核取代反应时，环 上上N起邻对位定位基的作用。起邻对位定位基的作用。=2.20D =1.17D 20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章20.4.2 吡啶的碱性和亲和性吡啶的碱性和亲和性20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章 吡啶为一弱碱，其共轭酸的吡啶为一弱碱，其共轭酸的pKa=5.23，只能，只能与强酸生成盐。与强酸生成盐。吡啶环氮原子上的氢具有良好的离去性，所以吡啶环氮原子上的氢具有良好的离去性，所以作为亲和试剂与卤代烃、酰
36、氯、酸生成吡啶鎓盐。作为亲和试剂与卤代烃、酰氯、酸生成吡啶鎓盐。吡啶与许多路易斯酸生成络合物。吡啶与许多路易斯酸生成络合物。吡啶用过氧乙酸作用生成氧化吡啶。吡啶用过氧乙酸作用生成氧化吡啶。NNH+N+CORN+CH3I-N+BrBr-N+SO3-N+NO2 BF4-NO2+BF4+乙醚乙醚 室温室温CH3IRCOClH+SO3Br2 CCl4石油醚石油醚20.4.2 吡啶的碱性和亲核性吡啶的碱性和亲核性20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章+NSO3+NSO3H吡啶盐的两个十分重要的用途吡啶盐的两个十分重要的用途：*1 可用来做温和的磺化、硝化、卤化、烷基化、酰基化的试剂可用来做温和的磺化、硝化、
37、卤化、烷基化、酰基化的试剂*2 利用吡啶利用吡啶N的烷基化反应制备醛的烷基化反应制备醛(H3C)2NNONCH2R(H3C)2NNOCHRH+H2O(H3C)2NNHOH +RCHO(H3C)2NNOCHHR20.4.3 吡啶环上的亲电取代反应吡啶环上的亲电取代反应20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章NNHENHEE+NHENHENHENHENHENHENHE在温和条件下，亲电试剂主要与在温和条件下，亲电试剂主要与N反应；反应；在强烈条件下，在强烈条件下，C取代为主。取代为主。有不稳定结构有不稳定结构没有不稳定结构N浓HNO3，H2SO4300 oC，1dNNO26%N浓 H2SO4，HgSO4
38、220 oCNSO3H70%NH3CCH3浓 H2SO4，KNO3100 oCNNO2CH3H3C66%NBr2，浮石300 oCNBr66%20.4.3 吡啶环上的亲电取代反应吡啶环上的亲电取代反应20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章反反 应应 特特 点点*1 不能发生傅氏烷基化、酰基化反应。不能发生傅氏烷基化、酰基化反应。*2 硝化、磺化、卤化必须在强烈条件下才能发生；硝化、磺化、卤化必须在强烈条件下才能发生；*3 吡啶环上有给电子基团时，反应活性增高；吡啶环上有给电子基团时，反应活性增高；*4 吡啶吡啶N可以看作是一个间位定位基。可以看作是一个间位定位基。20.4.3 吡啶环上的亲电取代反
39、应吡啶环上的亲电取代反应20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章20.4.4 吡啶的亲核取代反应吡啶的亲核取代反应一般机制：一般机制：NNu-(亲核取代)NNHNuNuZ (负氢接受体)+ZH-20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章20.4.4 吡啶的亲核取代反应吡啶的亲核取代反应20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章 氯代吡啶对亲核取代反应的活性小于硝基氯苯氯代吡啶对亲核取代反应的活性小于硝基氯苯而大于氯苯，而而大于氯苯，而N-甲基氯代吡啶鎓离子必硝基氯苯甲基氯代吡啶鎓离子必硝基氯苯更容易发生亲核取代反应。更容易发生亲核取代反应。NNu-(亲核取代)NNHNuNuZ (负氢接受体)+ZH-20.4.4 吡
40、啶的亲核取代反应吡啶的亲核取代反应一般机制：一般机制：NNu-(亲核取代)NNHNuNuZ (负氢接受体)+ZH-*1 负氢不易离去，一般需要一个氧化剂作为负氢的负氢不易离去，一般需要一个氧化剂作为负氢的接受体；接受体；*2 亲核取代优先在亲核取代优先在位上发生，如果位上发生，如果位上有取代位上有取代基，则反应在基，则反应在位上发生。位上发生。20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章20.4.4 吡啶的亲核取代反应吡啶的亲核取代反应20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章NNNNuNuClNNNNNNNClClClClClClClClNuNuNuNuNuNuNuNu-Cl-稳定稳定不稳定齐齐巴宾齐齐巴宾(
41、Chichibabin,A.E.)反应反应氨化氨化 定义：吡啶与氨基钠作用生成定义：吡啶与氨基钠作用生成2-氨基吡啶的反氨基吡啶的反应称为应称为齐齐巴宾反应。齐齐巴宾反应。NNNH-Na+NNH2H2O+NaNH2100oCC6H5N(CH3)220.4.4 吡啶的亲核取代反应吡啶的亲核取代反应20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章20.4.5 吡啶环的合成吡啶环的合成（1）韩奇韩奇(Hantzsch,A.)合成法合成法 由二分子由二分子-羰基酸酯、一分子醛、一分子氨经缩羰基酸酯、一分子醛、一分子氨经缩合反应制备吡啶同系物的方法称为合反应制备吡啶同系物的方法称为韩奇合成法韩奇合成法。RCCH2CO
42、OR +NH3 +RCHOOHAcHNO3碱NRCOORROOCRROH-H2OH+NRRR20.4 吡啶吡啶第二十章第二十章（2）-二羰基化合物与氰乙酰胺合成法二羰基化合物与氰乙酰胺合成法互变异构NCH3CNCH3CH3OOCH3HHNH2 CCNOHHNHor RONa-ROHNHCH3CNOCH3+NCH3CNClCH3H2/Ni还原NCH3CNOHCH3POCl3取代第二十章第二十章20.4.5 吡啶环的合成吡啶环的合成（3）-二羰基化合物和二羰基化合物和-氨基氨基-,-不饱和羰基不饱和羰基 化合物合成法化合物合成法+EtOOCOOEtOOCOHOHH2 NCOOC2H5CH3NCOO
43、C2H5COOC2H5CH3CH3第二十章第二十章20.4.5 吡啶环的合成吡啶环的合成一、一、喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应二、二、喹啉和异喹啉的合成喹啉和异喹啉的合成 20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章20.5.1 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应1.成盐：成盐：碱性强弱：喹啉吡啶异喹啉碱性强弱：喹啉吡啶异喹啉成盐反应：成盐反应：H+NNH20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章2.亲电取代反应亲电取代反应: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主要在苯环上
44、发生（5-和和8-位取代）位取代）。20.5.1 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章(52%)NHNO3,H2SO4,0,30min或发NNO2(48%)NNO2+(90%)NHNO3,H2SO4,0,30min或发NNO2(10%)NNO2+2.亲电取代反应亲电取代反应:NHO3S(54%)N浓H2SO4,220烟 H2SO4,90或发NSO3H浓H2SO4300重排若反应在有机溶剂中进行，取代在杂环上发生。若反应在有机溶剂中进行，取代在杂环上发生。20.5.1 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应20.5 20.5 喹啉和异喹啉
45、喹啉和异喹啉第二十章第二十章3.氧化反应氧化反应*喹啉和异喹啉与绝大多数氧化剂不发生反应喹啉和异喹啉与绝大多数氧化剂不发生反应；NCH2O?20.5.1 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章3.氧化反应氧化反应*与高锰酸钾能发生反应：与高锰酸钾能发生反应：100NKMnO4 水溶液HOOCHOOCNNHKMnO4 水溶液OONHOOCHOOCNCOOHCOOH+KMnO4,OH-20.5.1 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章*喹啉与异喹啉在过酸的作用下均可形成喹啉与异喹啉
46、在过酸的作用下均可形成N-氧化物。氧化物。NRCO3HNORCO3HNNO3.氧化反应氧化反应20.5.1 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章4.亲核取代反应亲核取代反应*亲核取代反应主要在吡啶环上发生，喹啉的反亲核取代反应主要在吡啶环上发生，喹啉的反应位置在应位置在2位和位和4位位(2位为主位为主)，异喹啉在，异喹啉在1位；位；NN20.5.1 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章*常用的亲核试剂有常用的亲核试剂有RLi,ArLi,RMgX,NaNH2,RONa等。等。负
47、氢比较难以取代。负氢比较难以取代。Cl,NO2等基因较易取代。等基因较易取代。甲苯,室温n-BuLiNNLiHBu-nNHHBu-nH2ONBu-n硝基苯20.5.1 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章4.亲核取代反应亲核取代反应(83%)N浓NH3,25,加压H2OKNH2NNH220.5.1 喹啉和异喹啉的反应喹啉和异喹啉的反应20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章C2H5OH,C2H5ONaNClNOC2H54.亲核取代反应亲核取代反应 斯克劳普斯克劳普(Skraup,Z.H.)反应：反应：苯胺、甘油、硫
48、酸苯胺、甘油、硫酸和硝基苯等氧化剂一起作用，生成喹啉的反应称和硝基苯等氧化剂一起作用，生成喹啉的反应称为为斯克劳普反应斯克劳普反应。实实 例例20.5.1 喹啉和异喹啉的合成喹啉和异喹啉的合成20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章H+,氧化剂NH2(主)H3CO+CHOHCH2OHCH2OHNH3COeg 1实实 例例(73%)NH2+CH2=CHC CH3OZnCl2FeCl3NCH3100浓H2SO4NH2+2CH3CHONCH3(32%)eg 3eg 220.5.1 喹啉和异喹啉的合成喹啉和异喹啉的合成20.5 20.5 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉第二十章第二十章 2
49、 弗里德伦德弗里德伦德(Friedlander)反应：反应：180哌啶(80%)N H2CCH3O+OPhHHNCH3Ph100110(90%)N H2CCH3OHClOHH+NCH3eg 1eg 2 芳香族邻氨基羰基化合物发生缩合反应，得到喹啉或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。它的衍生物，这称为弗里德伦德反应。苯乙胺与羧酸或酰氯形成酰胺，然后在失水剂苯乙胺与羧酸或酰氯形成酰胺，然后在失水剂作用下失水关环，再脱氢得作用下失水关环，再脱氢得1-取代异喹啉化合物。取代异喹啉化合物。HCHOHCl,ZnCl2CH2ClKCNCH2CNLiAlH4or
50、H2/NiNH2CH3CClONHCOCH3P2O5,四氢合萘NCH3Pd-C,190NCH3NCH3HO互变异构分子内烷基化*3 毕歇尔毕歇尔-纳皮尔拉斯基纳皮尔拉斯基(Bischler,A.Napieralski,B.)反应：反应：20.6 20.6 含氧的六元杂环含氧的六元杂环第二十章第二十章20.6.1 吡喃鎓盐吡喃鎓盐吡喃及其衍生物无芳香特性，但吡喃鎓盐有芳香性。吡喃及其衍生物无芳香特性，但吡喃鎓盐有芳香性。OO20.7 20.7 嘧啶和咪唑的并环体系嘧啶和咪唑的并环体系-嘌呤环系嘌呤环系哒嗪哒嗪(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)吡嗪吡嗪(pyrazine)第二
