1、杂 环 化 学杂环化学与其他学科的关系量子化学无机化学分子生物学有机合成化学医药化学配位化学染料化学高分子化学农药化学脂杂环：饱和环烃芳杂环：非饱和环烃，即不饱和环烃大 环：冠醚、环番、环糊精、杯芳烃和C60等1.1 杂环化合物的分类第一章 概述三元杂环四元杂环五元杂环七元杂环(氮杂环丙烷)(-丙内酯)(-丙内酰胺)(顺丁烯二酸酐)(氧杂)(1H-氮杂)OHN(环氧乙烷)OONHOOOOONH1、脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。小环中环八元杂环十二元杂环大环超大环大于十三元杂环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
2、唑吡啶嘧啶吡喃吲哚喹啉异喹啉嘌呤OSNHNONSNNHNNHNNNONHNNNNNHN3.大环SOOOOOOOOOOOHHOOHOOOHHOOHOOOHOHOHOOOHOHOHOOOHOHHOOOOHOHHOOOOHHOHOO冠醚环糊精杯芳烃环番C601.2 杂环化合物的命名命名原则: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、N顺序依次编号。编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呋喃(furan)噻吩(thiophene)吡咯(pyrrole
3、)苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯吲哚(indole)实例:六元杂环吡啶(pyridine)吡喃(pyran)-吡喃酮(-pyrone)哒嗪(pyridazine)嘧啶(pyrimidine)吡嗪(pyrazine)杂环并杂环喹啉(quinoline)异喹啉(isoquinoline)苯并吡喃(benzopyran)苯并-吡喃酮(benzo-pyrone)嘌呤(purine)六元杂环苯并环系第二章 五元杂环化合物 含有一个杂原子的五元环体系 呋喃、噻吩、吡咯含两个杂原子的五元杂环2.1 含有一个杂原子的五元环体系芳香性：4n+2体系 0.70D0
4、.51D1.81DONHS呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为sp2杂化，故成环的五个原子处在同一平面，杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体系，其电子数符合休克尔规则（电子数=4n+2），故它们都具有芳香性。吡咯的结构孤电子对在p轨道上。吡 咯结构：吡咯N是sp2杂化，孤电子对参与共轭。反应：环易发生亲电取代反应，环上相当 有一个邻对位定位基。共轭效应是给电子的。诱导效应是吸电子的。呋喃、噻吩、吡咯的结构1 电子结构及芳香性物理性质：诱导效应和共轭效应相反 键长未完全平均化都能溶于有机溶剂,水溶解度都小于六元杂环吡啶溶解度顺序为：吡咯呋喃噻吩 吡咯几乎不显碱性,相反具有弱
5、酸性呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为sp2杂化，故成环的五个原子处在同一平面，杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体系，其电子数符合休克尔规则（电子数=4n+2），所以，它们都具有芳香性。化学性质易发生亲电取代反应：反应活性芳香性NHOSSNHO（一）合成方法2.1.1 呋喃及衍生物2.1.1.1呋喃A：1,4-环合法HOOHOOH3PO4-H2O-H2B：Pacl-knorr合成法OORRHORHHOHRORRP2O5-H2O(TsOH)OH HORROORR烯醇式酮式C：1,4-丁二醇衍生物OH HOCOOHHOOCHOOHOHOOHCOOHHOOCORR/H-H2
6、O-H2OD：-卤代羧基化合物-H2O,-HClORClRCOOEtO+NORCH3COOEtROHRClRCOOEtHOH（二）化学反应A：加氢反应OH2CATOB：Anti-pacl-knorr反应ORRH/H2OOORRC：Diels-Alder反应（双稀合成）O+OOOOOOOOO+76%O+O呋喃容易发生Diels-Alder反应D：安息香反应（Aldol缩合）OCHO2OCHCOOOHE：砍尼扎罗反应（歧化反应）OCHO2NaOHOCH2OHOCOOH+OCHO(CH3CO)2OCH3COONaOCHCHCOOHPerkin反应：脂肪酸酐在相应的脂肪酸碱金属盐的催化作用下与杂环芳醛
7、（或不含-H的脂肪醛）缩合生成-芳基丙烯酸类化合物。反应历程：酸酐对醛的亲核取代反应历程G：脱羧反应OCOOHO-CO2H：亲电取代反应X+EXEHXEHXEHXEHXEH23位ONHS亲电反应活性顺序a：硝化反应OAcONO2ONO22呋喃,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化;通常用比较温和的非质子硝化试剂，如：硝酸乙酰酯。反应在低温下进行。CH3COCCH3 +HNO3O OCH3CONO2 +CH3COOHOSAcONO2O oCAc2O/AcOHSNO2SNO2+NHAcONO2O oCAc2O/AcOHNHNO2NHNO2+60%10%51%13%b：磺化反应N+SO3N SO3
8、ON SO3+OSO3HOSO3HHO3S225+吡咯、呋喃不太稳定，所以须用温和的磺化试剂磺化。常用的温和的非质子的磺化试剂有：吡啶与三氧化硫的加合化合物。c：卤化反应：反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代(Cl,Br)产物，要采用低温、溶剂稀释等温和条件。d：F-C反应O+CH3COOCOCH3OCH3O2 OOOClClClCl2-40+OBrOOBr2,0稀释(86%)86%2.1.1.2 呋喃衍生物Oab123Oabc苯并呋喃苯并b呋喃苯并c呋喃（一）合成方法OH+OClHR-HClOROORORHOH-卤代酮A：B：Perkin 重排OCOOHOHCHO(CH3CO)2OAcON
9、aOHCOOHOHBrHCOOHBrHBr2-2HBrO+E23位OEHOHEOE只有一个稳定共振式两个主要共振式二位被取代的呋喃衍生物，发生亲电取代反应是，先进入三位，三位被占时，进入二位，二三为均被占，进入苯环。（二）化学反应2.1.1.3天然存在的活性呋喃及衍生物OCOOHOOCOOHOCH3CH2COCH2CHCH3CH3OCH2SHORRSSORROH3COHOOCH3OOCH3苯并呋喃衍生物呋喃香料面包香料烤肉香料链状呋喃萜-呋喃甲酸2.1.2噻吩及衍生物2.1.2.1噻吩（一）合成方法A：Paal-knorr法OORRP4S6SRRB：Hinsberg法SH3CH2COOCCOO
10、CH2CH3RRROOR+SCOCH2CH3OH3CH2COCO-H2OC：Gewald法机理：O+S8CNY+SNH2YY=-CN,-COR,-CONH2OSHCYN+OSHNYOSNHHYOHSNHHYH-H2OSNHHYOSNHYOHa）H迁移b)SNH2YH迁移D：Fisselmann反应(与Gewald生成物方位相反)OHCNCl2CNClClSHCH2COOEt(-HCl)CNClSCH2COOEtSNH2COOEtCNClSCH2COOEtHCSCH2NCOOEt-HClOHCSCH2NCOOEtCSCHNCOOEtH迁移CSCHNHCOOEtSNH2COOEt（二）化学反应对取
11、代位置的解释 取代在位AE+AEAEAE满满足足八八隅隅体体贡贡献献大大中中间间体体有有三三个个主主要要共共振振式式较较稳稳定定 取取代代H-H+AEAEAE满满足足八八隅隅体体贡贡献献大大AE+-H+AEH中中间间体体只只有有二二个个主主要要共共振振式式较较不不稳稳定定 取代在位A：卤化SSBrSIBr2AcOHI2,HgOC6H6,0(78%)碘不活泼，要用催化剂才能发生一元取代SBrBrSISSO2Cl2SClSBrSBrBrBrSBrBrBrBrSBrBrZn/AcOHSSZn/AcOHSBrBrBrBrSBrSLiBuLiSBrBuLiLDASBrLiSBrBuLiSLiCO2/HS
12、COOHSBrMgSMgBrCO2/HSCOOHSBrMgSMgBrHCOORSCHOSBrBuLiSLiDMFSCHOLiNH2OSCHOHNSCHO-HN(CH3)2B：酰化反应SAc2O 与 AlCl3 的混合体系SCCH3OSAc2O 与 AlCl3 的混合体系SCCH3OAc2O/AlCl3NaBH4SCH3COCCH3 +HNO3O OCH3CONO2 +CH3COOHOSAcONO2O oCAc2O/AcOHSNO2SNO2+NHAcONO2O oCAc2O/AcOHNHNO2NHNO2+60%10%51%13%C：硝化反应22E：还原反应SNO2Zn/AcOHAc2OSNH2S
13、BrBrZn/AcOHSF：脱硫反应SR1R2R3R4Ni/H2R1R2R3R4D：乙腈化反应SBrRCu(CN)2NSCNR260-120SCH3H3C+NC-CC-CN-SSCH3H3CCNCNCH3CNCNCH3此外，噻吩基本上不发生双烯加成，即使在个别情况下生成也是一个不稳定的中间体，直接失硫转化为别的产物。2.1.2.2噻吩衍生物SSNa+ROClSORSHOR-H2OSR苯并噻吩硫代-3-吲哚吩SOSO氨基苯并噻吩衍生物SOYNH2SNH2COORO+CNCOY+SOYNH2CNSH+COORClKOH-HClCNSCOORNaOEtSNH2COORS82.1.2.3天然存在的具有
14、生物活性的噻吩化合物三噻嗯SSS四氢噻吩SSSSS过硫醚香料2.1.3吡咯及衍生物2.1.3.1吡咯及衍生物的合成A：工业合成法ONH3PNHB：Paal-knorr合成法O ORRNH3R-NH2NHRRC：knorr合成法H3COEtOOHNO2H3COEtOONOH3COEtOONOHCH3OOEtOHHCOOEtEtOOCNOCH3H3CHOZn/AcOHAc2OCOOEtEtOOCNH2OCH3H3C-H2OCOOEtEtOOCCH3H3CNNaOH/H2OCOOHHOOCCH3H3CNHNHCH3H3C2,4-二取代吡咯2.1.3.2吡咯及衍生物的反应吡咯的性质与苯酚类似，都具有酸
15、性，但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。吡咯成盐后，使环上电荷密度增高，亲电取代反应更易进行。pKa=10OH-OOHNHNK+Na 或 K或浓NaOHpKa 17.5特殊性：吡咯的N原子上也可以发生亲电取代反应NHEHNHEHNHEH八隅体结构最稳定 取代反应主要发生在-C上NHCHONHCOO-NH4+NHN=N-C6H5NCOOHNMgXHCON(CH3)2 POCl3CHCl3 25%NaOH(NH4)2CO3 130oCC6H5N2+X-C2H5OH-H2O AcONaRMgX1 CO22 H2OCO2 加热 加压RCOClRXNHENHEsp2杂化sp3杂化碳上酰化，正电
16、荷处在离域范围内，较稳定。氮上酰化，正电荷不处在离域范围内。呋喃、噻吩的酰化反应在-C上发生，而吡咯的酰化反应（不用催化剂）既能在-C上发生，又能在N上发生。在-C上发生比在N上发生容易。酰化反应(60%)NH+Ac2O150-200 NHCCH3O(70%)NHNa或 NaOH(浓)PhCClNNa+ONCOPhA：亲电取代反应卤化反应Br2,0NHNHClNHBrBrBrBrEtOHSOCl2(1 mol)Et2O,0(80%)硝化反应CH3COCCH3 +HNO3O OCH3CONO2 +CH3COOHOSAcONO2O oCAc2O/AcOHSNO2SNO2+NHAcONO2O oCA
17、c2O/AcOHNHNO2NHNO2+60%10%51%13%NHAc2O/AcOHAcONO20。CNHNO2NH+NO251%13%磺化反应NH+NSO3100 oCNHSO3-NHHClNHSO3HN+SO3N SO3F-C烷基化反应NHCHCl3KOHNHCHCl2H2ONHCHOHOH-H2ONHCHOB：与金属的反应NHKNKRXNR200。CNHRCO2NHCOOHC：聚合反应NHNHHHNHHHNHNHNHNHR1R2NH2NH2+R2R1ONHNR1R2HNHNHR1R2Cope NHNHR1R2NH2NHR1R2SN2NHNH2R1R2-NH3Cope重排是1,5-二稀及其
18、衍生物在加热条件下的3,3碳迁移反应。是通过环状过渡态的协同反应。对于链状体系，其历程被认为是通过椅式的环状过渡态。2.1.3.3吲哚衍生物3-羟基吲哚的合成NH2+NHHOONaNH2。C200NHOClCOOHNHOHNHOH重要的染料中间体NH2COOH+ClCOOHNHCOOHCOOHNHOCOOH-CO2NHOH路线一：路线二：2.1.3.4天然存在的具有生物活性的吡咯化合物单吡咯化合物NHCOOCH3H3CNHCH2COOHNHCOCH3NCOCH3CH3NCH2ONHCOOH吡咯香料昆虫激素植物激素-吲哚乙酸多吡咯化合物卟啉NNNNFeH3CCH2CH3H3CCH3CHCH3HO
19、OCH2CH2CCH2CH2COOHH2CNNHNHN血红素2.2含有两个杂原子的五元杂环体系NHNNHNONSNSN咪唑吡唑噻唑异噻唑恶恶口口唑异4-咪唑啉 3-咪唑啉 咪唑烷恶恶口口唑烷恶恶口口唑ONNHNHNHNNHNHONH恶恶口口命名：杂环命名按照O、S、N的顺序，含O的称为 含N称为唑，含S称为噻。部分双键的称为啉，饱和的称为烷。结构（1）互变异构NNHNNNNHNHNH3CH3CN-N(单键)N=N(双键)5-甲基咪唑4-甲基咪唑4(5)-甲基咪唑(因为4-甲基咪唑和5-甲基咪唑不可分离)（2）结构NHNNNHNSNO吡咯N(孤电子对参与共轭，所以碱性较弱)吡啶N(孤电子对不参与
20、共轭，所以碱性较强)吡咯N的孤电子对处于p轨道R1NR2R3一般胺中的N是sp3杂化。N 的孤电子对处于sp3杂化轨道sp3轨道碱性：N 的孤电子对处于sp2杂化轨道吡啶N与吡咯N均为sp2杂化。物理性质（2）碱性1.1,2-唑与1,3-唑都有吡啶N，所以都有碱性。2.1,3-唑的碱性比1,2-唑强。因为两个杂原子互相影响大。3.咪唑的碱性噻唑的碱性噁唑的碱性 由综合电子效应决定。(1)熔沸点2.2.1吡唑A：3C+2X（肼和,-不饱和醛酸的反应）CHONH2H2N+NHN-HBrNHNBr2RCCH+RCH2N2RHCNHCNCRNNRRNHNRRB：Pechman反应（佩希曼反应）（一）合
21、成方法NHNNNHNNHBrBr2AcOH-H2O（二）化学反应反应活性：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N，使共轭体系的电子云密度降低，所以亲电试剂不易进攻。进攻位置：亲电取代发生在N原子的间位，亲核取代发生在N原子邻位。A：卤化反应B：硝化反应NHNHNO3NHNO2NH2SO4（三）吡唑衍生物及其应用A：芳基取代的吡唑啉化合物具有优良的光导性质NHNC6H5H2CH2CnB：药物中间体NNCH3OCH3C：颜料中间体NNCH3ON2.2.2 咪唑NHN（一）合成方法A：3C+3X（-卤代酮与脒的反应）BrONH2CNHR+NHNRRCNNH3脒B：-羟基酮与氨基
22、醛的反应OHOH2NCHO+2NHHNCHOCHONNHCHOOHH-H2O-CHONHNC：类Paal-knorr反应PhCHHNCPhOCOPhCH3COONH4CH3COOHPhCHHNCPhOCNH2PhOHNHNHHOPhOHPhPhNHNPhPhPh（二）化学反应A：质子化反应氮原子上的孤对电子易于质子酸成盐B：烷基化反应NHN+CH3INHNCH3NHNCH3INNCH3CH3INNCH3CH3-HC：酰化反应NHN+RCXONNCOR（三）咪唑衍生物及其应用NHN+ClCClOTHFNNCONN二咪唑酮，是实验室常用的酯化反应的催化剂A：N,N-羧基二咪唑NHNCH2NPhCH
23、2PhNHNHONH2H2CNH2H2CH2NCONH2+CC2H5HNONOCH3治疗癫痫病的药物B：氢化咪唑（咪唑啉）C：氢化咪唑酮（咪唑烷酮）D：咪唑烷衍生物2.2.3 噻唑（一）合成方法SNClONH2CSH3C+SOCNHCH3SNH3CCH3H3C2C+3X环合反应（二）化学反应A：卤化反应(63%)NSCH3H3CNSCH3H3CBrBr2CHCl3,硝化、卤化须有给电子取代基B：硝化化应SNH3CHNO2SNH3CO2NC：磺化反应(65%)NSNSHO3S发烟 H2SO4,HgSO4250磺化须强烈条件D：亲核取代反应SNH3CNaNH2SNH3CNH2D：亲核置换反应SNB
24、rSNOCH3CH3ONa（三）咪唑衍生物及其应用SNCH3CH3COOHOHNROSNHCCHSNOSCH2COOH青霉素太阳能电池的一部分2.2.4 恶恶口口唑恶恶口口唑（一）合成方法ONA：类paal-knorr反应H3CCH2NHOCCH3OH2SO4(AcO)2ONH3CCH3C：Fischer 恶恶口口唑合成法RHCOHCN+HOHClONRPh(EtO)2B：-卤代酮与甲酰胺的反应（2C+3X）BrRRO+H2NHOONRR（二）化学反应A：亲电取代反应ONPhCH3Br2CH3OHONPhCH3H3COOCH3B：双稀加成反应ONH3C+CN150。CNOH3CNCNCNH3C
25、（三）衍生物恶恶口口唑ONONONH2-恶恶口口唑啉 3-恶恶口口唑啉 4-恶恶口口唑啉 ONH2OHOCH2CH2NHCHO2.2.5 天然存在的重要生物活性化合物A：咪唑化合物SO2Cl2NHNClH2CNaCCNNHCOCH3COOC2H5NCCCOOC2H5NHCH2H3COCNHN*HOOCNH2NHNH2SO4拆分H2CCOHOH2COH+NH3+HCHONNHOH2CNHNHOH2CB：噻唑化合物 SNCH3CH3SNH3CCH2HOSNCOCH3噻唑香精化合物第三章 六元杂环化合物 含有一个杂原子的六元环体系 含两个杂原子的六元杂环3.1 吡啶共轭效应和诱导效应都是吸电子的孤电
26、子对在sp2杂化轨道上。电子结构结构：吡啶N是sp2杂化，N原子含有两个孤对电子，并且孤对电子不参与杂化反应：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。发生亲电取反应时，环上N其间位定位基的作用。发生亲核取代反应，环上N其邻位对为定位的作用3.1.1 结构与物性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.=2.20D =1.17D吡啶能与水以任意比例混溶,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。碱性吡啶N是sp2杂化，孤电子对不参与共轭，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
27、还可用作催化剂和除酸剂。3.1.2 合成方法A：工业法合成副产物多HCHO+2CH3CHONH3+NHCHO+CH3CHOCHCHOH2CCHCHOH2C+CH3CHONH3+NHCHO+CH3CHOCHCHOH2CCHCHOH2C+CH3CHONH3+N历程：NB：韩奇法(Hantzsch)ROOCOR+CH3CHO+ROOCORNCH2ROOCRRCOORNH3两分子-羰基化合物与一分子醛，在通氨气的条件下反应，生成对称取代的吡啶化合物的反应成为Hantzsch法。ROOCORNaOCH3ROOCORCH3CHOROOCORCH2CH3ROOCOR-H2O-H2OROOCORCOORROC
28、H3NH3ROOCORCOORRHNCH3-H2ONCH3ROOCRRCOOR三次脱水的过程3.1.3 化学反应A：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，而且由于氮原子上有未参与杂化的孤对电子，所以吡啶上的N原子比环上更容易进行亲电取代反应。与苯环上NO2的定位规则类似，其环上的亲电取代反应很不活泼，反应条件要求很高，不起傅-克烷基化和酰基化反应。亲电取代 反应主要在-位上。NCl2,AlCl3100。CNClNBrNNO2HNO3/H2SO4300。C300。CNSO3HH2SO4HgSO4,220。CBr2-位取代 由吡啶的共振式分析:NNNNNN 结论:1.
29、环上带正电,不利于亲电取代 2.位的正电荷密相对较低。原因:由取代反应的中间体稳定性分析取代在位NE 位位NENENEHHH-H+NE正正电电荷荷在在电电负负性性大大的的原原子子上上,不不稳稳定定E 位位NNEHNEHNEH正正电电荷荷在在电电负负性性大大的的原原子子上上,不不稳稳定定 取代在 b 位E 位位NNEHNEHNEH中间体较为稳定取代在 位实验事实：钝化和取代N发发烟烟 H2SO4发发烟烟 HNO3 /无无反反应应发发生生发发烟烟 H2SO4发发烟烟 HNO3 /NNO2取取代代在在 位位N(CH3)3发发烟烟 H2SO4发发烟烟 HNO3 /N(CH3)3NO2起起吸吸电电子子基
30、基作作用用300oC/24h其它反应现象NNSO3HNBr浓浓 H2SO4/HgSO4220oC300oCBr2/浮浮石石无无反反应应发发生生Friedel-Crafts 反反应应环上有给电子基时反应相对较易进行NKNO3/浓浓 H2SO4110oCNNO2H3CCH3H3CCH3NNH220oCBr2/HOAcNNH2BrB：亲核取代反应置换氢的亲核取代反应NNNH2+NaNH2H2NH3 或或 PhNMe2NPhLiNPhO2 or PhNO2,(氧氧化化)置换易离去基团的亲核取代反应NClNOHNaOHNHO-吡吡啶啶酮酮异异构构化化NClNOHCl-ClNOHOHNHO（仍仍有有芳芳香
31、香性性）NNH2(1)NaNO2,HCl(2)H2O,NOHNHO异异构构化化NNaNH2机机理理：其其他他制制备备-吡吡啶啶酮酮的的方方法法B：氧化反应 由于吡啶的性质与硝基苯类似，其不易被氧化开环，其氧化反应主要发生在侧链和N原子上。NCH3KMnO4NCOOHNNCH3NCOOH尼尼古古丁丁(烟烟碱碱)烟烟酸酸HNO3 氧化在侧链上 氧化在N原子上NH2O2HOAcNON-氧氧化化吡吡啶啶 N-氧化吡啶的性质：吡啶被氧化后O负的供电性，使吡啶环比吡啶易与亲电试剂和亲核试剂发生反应，但是反应的位置为，位。NO发发烟烟HNO3发发烟烟H2SO490oCNONO2主主要要产产物物NNO2POC
32、l3+PCl3NO(1)PhMgX(2)H2ONOHPhHAc2ONPh(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N-氧化吡啶既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）NONONONOO有苯氧基负离子特点，环上的 2,4,6 三个位置负电荷密度较大NONONONON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NONOHNO2NOHNO2满满足足八八隅隅体体NONO2-H+NONO2PCl3NNO2+OPCl3NO2PCl3NNO2NNO2HNNO2H对比：吡啶的直接亲电取代不稳定D：侧链-
33、H的酸性NNH2/PtC：还原反应NCH3+ONaNH2NCH2OH2 3.1.4 天然存在的吡啶衍生物A：烟酸NONCH3COOHNNCH3HNO3NCOOH烟碱NCOOC2H5NCH3O+C2H5ONaNONCH3OHClNONHCH3Zn/EtOHNOHNHCH31)HI2)NaOHNNCH3B：维生素B6ClCH2COOC2H5C2H5ONaC2H5OCH2COOC2H5CH3COCH3C2H5OCH2COCH2COCH3CNCH2COOEt氨氨水水NCH2OC2H5CNH3COHHNO3NCH2OC2H5CNH3COHO2NPCl3NCH2OC2H5CNH3CClO2NNCH2OC2
34、H5CNH3CClO2NHNCH2OC2H5CH2NH2H3CH2N1)HCl2)HNO2NCH2OHCH2OHH3CHONCH2OHCH2OHH3CHOC：生物碱NCH3NCH3NCH3CHONNCH3槟榔碱 毒芹碱 石榴皮碱 烟碱arecoline coniine pelletierine nicotine3.2 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉：N喹喹啉啉12345678N12345678异异喹喹啉啉苯并b吡啶 苯并c吡啶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，气味类似于苯甲醛，熔点26，沸点243。物理性质：结构：*杂环部分性质象吡啶(碱性和亲和性、亲电
35、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3.2.1结构与物理性质3.2.2.1喹啉的合成方法A：Skraup法芳胺与醛的Michael加成NCH3NNH3CNO2NOH类似物：B：Combes(康布斯)反应芳胺与-二羰基化合物的缩合NH2+H3COH3COCH3OOH3CNHH3COH3COCH3CH3ONCH3CH3H3COH3COH2SO4类似物：NHOCH3NHCH3OC：Friedlnder反应邻氨基苯甲醛或酮与含有活泼亚甲基醛酮(及其衍生物)在酸或碱催化下的反应NH2OPh+H3CCOCH2CH3CH3C
36、OOH/H2SO4C2H5OH/KOHNCH3PhCH3NC2H5Ph不同催化剂条件下生成的产物结构不同（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C-5与C-8位，而异喹啉以C-5产物为主。NHO3S(54%)N浓H2SO4,220烟 H2SO4,90或发NSO3H浓H2SO4300重排2 化学反应喹啉的化学反应 亲电取代，进入苯环的5，8-位（异环）NEE5-位8-位NENE*两两个个主主要要的的共共振振式式*保保留留一一个个芳芳香香环环NENENE两两中中间间体体稳稳定定性性相相差差不不大大从反应中间体的稳定性解释反应结果：（2）
37、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；NNNNaNH2NNH2(1)n-BuLi(2)H2ONBu-nNPhNaNH2H2OH2ONPhNH2PhNO2NNNH2H2ONLiBu-nH2ONBu-nKNH2NH3PhNO2实例：（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：100NKMnO4 水溶液HOOCHOOCNNHOOCHOOCNCOOHCOOH+KMnO4,OH-*3 喹啉与异喹啉在过酸的作用下均可形成N-氧化物。NRCO3HNORCO3HNNO（4）还原反应H2/NiNNHor
38、I2Hg(OAc)2,130NNH2,Pt,AcOH,40NHNH+HHHH反十氢喹啉顺十氢喹啉(5)光化学反应NO+hvPhHNO3 喹啉及其衍生物的合成 1 斯克劳普(Skraup,Z.H.)反应：苯胺、甘油、硫酸和氧化剂一起作用，生成喹啉的反应称为斯克劳普反应。实 例(73%)NH2+CH2=CHC CH3OZnCl2FeCl3NCH3100浓H2SO4NH2+2CH3CHONCH3(32%)eg 2eg 1eg 4eg 3H+,氧化剂NH2(主)H3CO+CHOHCH2OHCH2OHNH3CO甘油NH2NO2H3CONH3CONO2NHH3CONO2 氧化剂 2 弗里德伦德(Fried
39、lander)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，得到喹啉或它的衍生物，这称为弗里德伦德反应。（2）异喹啉异喹啉比较重要的衍生物罂粟碱、黄连素罂粟花NOMeOMeMeOMeO罂粟碱ONMeHOHO吗啡(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。哒嗪(pyridazine)嘧啶(pyrimidine)吡嗪(pyrazine)1 结构与物理性质二嗪类环上的两个氮
40、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sp2杂化轨道上，能与水经氢键缔合。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.2 化学反应（1）.亲电取代反应NHNCl-+Br2160 oCNNBr66%NNCH3Cl2，CCl440 oCNNClCH367%NNNH2Br280 oC41%NNNH2BrNNNH2NH2NNNH2NNClN2+ClH2ONNOHH3COHHNO3,HOAc20 oCNHNHOOH3CNHNHOOH3CO2N85%反应最易在2位发生，其次是4,6位NNCH3
41、NaNH2130-160NNCH3NNCH3NH2H2N+取代卤素要比取代负氢更容易NNClClNH3100NNNH2NNClCl+NH2NH3160NNNH2NH2（2）.亲核取代反应利用亲核取代反应可制取烃基取代的二嗪。NNKMnO4NLiNHC4H9-n+CH3CH2CH2CH2Li乙醚丙酮NNC4H9-n二嗪不易被氧化。若用过酸氧化，得嘧啶单N-氧化物NNNNOH2O2AcOH（3）氧化（4）侧链-H反应NNCH3H3CCH3NNCH3H3CCH=CHPhPhCHOZnCl2NNCH=CHPhPhCH=CHCH=CHPh2PhCHOZnCl2羟醛缩合型NNCH2CH3H3CCH3CH3
42、I烷基化反应PhLiNNCH2LiH3CCH3NNCH3H3CCH3二嗪的制备OOR1R2H2NNH22H2OONNR2R1OOR4R3HR2NH2HNR1-2H2ONNR2R3R4R1OR2R2OR1H2NHR1H2NH-2H2OONNR2R2R1R1OR1HR2NH2HR2H2NR1O-2H2OONNR1R2R1R2NNROMe食品的香味成分NHNHNNEtMe(CH2)3NHONH2NH赛普里啶赞光素NNMeEtMe蚁粽信息素NN(CH2)3CH(NH2)CO2HH2NOCCl哒嗪玛新（链霉菌属的真菌代谢物）NNNH2NH2MeOMeOOMe三甲氧苄二胺嘧啶（抗菌）良好的离去基团被取代N
43、NXNNXNNXNNXNNXNXNXNNClPhCH2CN,NaNH2NNCHCNPhNNClOKDMFNNONNClClNH3NNClNH2NNNH2Cl2:3H2ONHNNH2O胞嘧啶NNClClClMeONaNNOMeClClH2,Pd/CNNOMeNNIIMe2NHNNIMe2NPhB(OH)2Pd(PPh3)4NNPhMe2N氧代二嗪的反应NHNHOONHNHOOMeNHNNH2O尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶NHNHOOClH2C(CH2O)nHClNHNHOOBr2,H2ONHNHOOHHOBrH-H2ONHNHOOBr1.与亲电试剂反应2.与亲核试剂反应NMeNMeOOBrPhCH2CN
44、EtONaNMeNMeOOBrPhHNCNMeNMeOOPhNC 3.氧的取代NHNOHOSOCl2,MeSO3HNNClClNNHOOEtP4S10NHNHSO 4.过渡金属催化的反应NNBrOBu-tOBu-tOB(OH)2Pd(PPh3)4NaHCO3NNOBu-tOBu-tOHClNHNHOOOOTrONTrONHOOICF3I,CuOTrONTrONHOOF3C5.电环化反应NMeNMeOMeO2CMeCNNNMeOMeMeO2CHNNMeOMeO2CH2CNMeNMeOOCH2=CHCOCNONMeNMeOONCHCl,MeCNNMeNMeOONCO含两个以上杂原子的杂环化合物NN
45、NClMePhSNNAcHNSO2NH2OHOHOOHNNNONH2OHOHOOHNNNCONH2NNNNH2NH2ClClNNNNH2NH2H2N甲基三唑安定乙酰唑胺5-氮杂胞啶病毒唑lamotrigine密胺(焦虑）（青光眼)(抗真菌）（婴儿肺感染）（癫痫）（三聚氰胺）五元杂环化合物 1.唑类1.1 1,2,3-三唑NHNNPhPhCH2N2Et2ONMeNNPhPhNNMeNPhPh2:7NMeNNBr2,CCl4NMeNNBr1.2 1，2，4-三唑NHNNAcCl,PhHMeI,NaOMeNAcNNNMeNNNHNNH2NNaNO2,H2SO4NHNNN2NaNO2NHNNO2NNa
46、NO2,HBrNHNNBrNHNNBrBrBr2,NaOHNHNNKHCO3NClNNCl(CH2)2ClNHNNClCl21.3 四唑NMeNNNII2,AcOHNMeNNNMe2NH,HCl,CH2ONMeNNNMe2NNHNNNH2NC5H11ONONHNNNN2NNNNNNC3N24 吲哚的反应和合成 色氨酸 5-羟基色胺 褪黑激素NHNH2CO2HHNHNH2HONHNH2HO4.1 与亲电试剂的反应 4.1.1 硝化反应NBnHNO3,Ac2ONBnNO2NSO2PhHNO3,Ac2ONSO2PhNO2 4.1.2 酰基化反应NHClHNMe2DMF,POCl3NHClNMe2H-
47、ClNHNMe2HNNMe2HClNaOHNCHONHOBn(COCl)2NHOBnClOOLiAlH4NHOBnBnNH2NH2 4.1.3 烷基化反应NHMeINHMeHINHMeNHMeMeNHMeMeHNHMeMeNMeMeMeIMe 4.1.4 与醛和酮的反应NHMeMe2CONHMeMeMeHSO4NHEtO2CCO2EtONHEtO2COHCO2EtNHCH2ONHOH+HNHCH2NHNHNHOMeAc2ONHOMeNHCO2MeNPhPhNHCO2MeNPhPhHClNaOHNHCO2HNH2 4.1.4 与亚胺离子的反应NHCH2O,Me2NHNCH2NMe2NHNMe24
48、.2 与氧化剂的反应NHMeNaIO4NHOMeOH杂环化合物的应用 1.固相合成ONHNNNClClONNNNClClBnNH2ONNNNNHBnClHO(CH2)2NH2HO(H2C)2HNNNNNHBnCl固相合成的优势：纯化、无需萃取，色谱或中间体的分离，产物最终从载体上分离，夹带的杂质少。OHNHODEADPh3PONPhCOClONCOPhMeMgBr,THFONCOPhHMeTFANCOPhOMeOONO2OONHOO2NOMeH2NO2NOMeBnBrSnCl2ONHOH2NOMeHC(OMe)3NHBn(OMe)2HCHNOMeBnNNomESHNNClCF3CO2EtEt3NNNSCF3CO2EtOHHNNSCF3CO2H(COCl)2n-BuNH2m-CPBANNSCF3CONHn-BuOOONH2ONHNNCF3CONHn-Bu2.医药工业中的杂环化合物NHONHHNNHOHNnNHHNNHHNHNNHm3.电子工业中的应用感谢下感谢下载载
