第十六章杂环化合物课件.ppt

1、主讲人：王碧主讲人：王碧教授教授1、掌握杂环化合物的含义，分类和简单杂环化合物的命名；、掌握杂环化合物的含义，分类和简单杂环化合物的命名；2、掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、喹啉（包括喹啉的合成法、掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、喹啉（包括喹啉的合成法-Skraup法）的结构和性质；法）的结构和性质；3、掌握糠醛的性质和用途；、掌握糠醛的性质和用途；4、了解喹啉、噻唑及其衍生物，吡啶、嘧啶衍生物；吲哚、了解喹啉、噻唑及其衍生物，吡啶、嘧啶衍生物；吲哚、嘌啉及其衍生物的结构、性质；嘌啉及其衍生物的结构、性质；5、了解生物碱的一般知识。、了解生物碱的一般知识。重点：重点：五员杂环和六员杂环的亲电取代反应和

2、亲核取代反应，五员杂环和六员杂环的亲电取代反应和亲核取代反应，糠醛、喹啉的合成及性质用途。糠醛、喹啉的合成及性质用途。难点：难点：对呋喃、噻吩、吡咯、吡啶的结构与芳香性和亲电取对呋喃、噻吩、吡咯、吡啶的结构与芳香性和亲电取代活性的影响等知识的理解。代活性的影响等知识的理解。教学目的要求：教学目的要求：16.1 杂环化合物的分类和命名杂环化合物的分类和命名在环上含有杂原子（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。一一 、分类、分类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。非芳香性杂环化合物具有与相应脂肪族化合

3、物相类似的性质。非芳香性杂环化合物具有与相应脂肪族化合物相类似的性质。例如：例如：ONOONHNH四氢呋喃1,4-二氧六环四氢吡咯六氢吡啶奎宁环 通常，通常，杂环化合物杂环化合物是指含有杂原子构成环的、有一定芳香是指含有杂原子构成环的、有一定芳香性的环状化合物。性的环状化合物。1、 脂杂环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芳杂环：单杂环（五元杂环、六元杂环），芳杂环：单杂环（五元杂环、六元杂

4、环）， 稠杂环（苯并杂环、杂环并杂环等。稠杂环（苯并杂环、杂环并杂环等。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OSNHNONSNNHNNHNNNONHNNNNNHN单单杂杂环环稠稠杂杂环环稠杂环是由苯环与单杂环或有两个以上单杂环稠并而成稠杂环是由苯环与单杂环或有两个以上单杂环稠并而成.命名：杂环的命名命名：杂环的命名常用音译法，是按外文名称的

5、音译，并加口字常用音译法，是按外文名称的音译，并加口字旁，表示为环状化合物。如杂环上有取代基时，旁，表示为环状化合物。如杂环上有取代基时，取代基的位次从取代基的位次从杂原子算起用杂原子算起用1，2，3，4，5（或可将杂原子旁的碳原子依（或可将杂原子旁的碳原子依次编为次编为 , , ） 来编号来编号 二二 、杂环化合物的命名、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)

6、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：当两个杂原子不相同时，编号的次序是：按按O,S,N顺序顺序依依次次编号编号 , 编号时杂原子的位次数字之和应最小。编号时杂原子的位次数字之和应最小。 NSNH2H3C512432-氨基-4-甲基噻唑NHN12345NN12345CH3吡唑1-甲基咪唑12345NO12345NSNNH12345异噻唑异噻唑(isoth

7、iazole)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 六六元杂环元杂环吡啶吡啶(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

8、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16.2 含有一个杂原子的五元杂环体系含有一个杂原子的五元杂环体系一、一、 呋喃、噻吩、吡咯的结构呋喃、噻吩、吡咯的结构三个化合物在结构上的共同点：三个化合物在结构上的共同点：构成环的碳原子和杂原子构成环的碳原子和杂原子（N、S、O）均以）均以sp2杂化轨道互相连接成杂化轨道互相连接成健，并且在一个健，并且在一个平面上，每个碳原子及杂原子上均有一个平面上，每个碳原子及杂原子上均有一个p轨道互相平行，轨道互相平行，在碳原子的在碳原子的p轨道中有一个轨道中有一个p电子，在杂原子的电子，在杂原子的p轨道中

9、有两轨道中有两个个p电子，电子，形成一个环形的封闭的形成一个环形的封闭的电子的共轭体系，电子的共轭体系， 电子电子数为数为4n+2 ，符合休克尔规则，符合休克尔规则，因此这些杂环或多或少的具有，因此这些杂环或多或少的具有与苯类似的性质，故称之为与苯类似的性质，故称之为芳香杂环化合物芳香杂环化合物。孤电子对在孤电子对在p轨道上。轨道上。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。56共轭体系共轭体系富电子芳环富电子芳环同理：呋喃、噻吩：同理：呋喃、噻吩：56共轭体系共轭体系电子为电子为6，符，符合合4n+2，具有，具有芳香性。芳香性。富电子芳环富电子芳环芳香性

10、大小芳香性大小,试验结果表明试验结果表明: 离域能：离域能：150.5 121.3 87.8 66.9（kJ/mol）二、呋喃、噻吩、吡咯的性质二、呋喃、噻吩、吡咯的性质（一）存在与物理性质（一）存在与物理性质 见见教材教材p554 （二）光谱性质（二）光谱性质 1. IR c-H = 30773003cm-1,N-H = 35003200 cm-1 (在非极性溶剂在非极性溶剂的稀溶液中，在的稀溶液中，在3495 cm-1，有一尖峰。在浓溶液中则于，有一尖峰。在浓溶液中则于3400 cm-1,有一尖峰。在浓和淡的中间浓度时，两种谱带都有有一尖峰。在浓和淡的中间浓度时，两种谱带都有),杂环杂环C

11、C伸缩振动伸缩振动:16001300 cm-1 （有二至四个谱带）（有二至四个谱带）。这些杂环化合物形成封闭的芳香封闭体系，与苯环类似，在核这些杂环化合物形成封闭的芳香封闭体系，与苯环类似，在核磁共振谱上，由于外磁场的作用而诱导出一个绕环转的环电流，磁共振谱上，由于外磁场的作用而诱导出一个绕环转的环电流，此环电流可产生一个和外界磁场方向相反的感应磁场，在环外此环电流可产生一个和外界磁场方向相反的感应磁场，在环外的质子，处在感应磁场回来的磁力线上，和外界磁场方向一致，的质子，处在感应磁场回来的磁力线上，和外界磁场方向一致，在去屏蔽区域，故环上氢吸收峰移向低场。化学位移一般在在去屏蔽区域，故环上氢

12、吸收峰移向低场。化学位移一般在7ppm左右。左右。2. NMR呋喃：呋喃：H =7.42ppm H =6.37ppm 噻吩：噻吩：H =7.30ppm H =7.10ppm 吡咯：吡咯：H =6.68ppm H =6.22ppm（三）呋喃，噻吩，吡咯的化学性质（三）呋喃，噻吩，吡咯的化学性质 1.亲电取代反应亲电取代反应 2.吡咯的弱碱性和弱酸性吡咯的弱碱性和弱酸性 3.加成反应加成反应 1.亲电取代反应：亲电取代反应：三三类类反反应应（1）呋喃，噻吩，吡咯亲电取代活泼顺序）呋喃，噻吩，吡咯亲电取代活泼顺序 呋喃，噻吩，吡咯亲电取代反应很容易进行。这是由于环上呋喃，噻吩，吡咯亲电取代反应很容易

13、进行。这是由于环上五个原子共有六个五个原子共有六个电子，故电子，故 电子出现的几率密度比苯环电子出现的几率密度比苯环大。换句话说，环上的杂原子有给电子的共轭效应，能使杂大。换句话说，环上的杂原子有给电子的共轭效应，能使杂环活化。所以，在环活化。所以，在亲电取代反应中的速度比苯环快的多。亲电取代反应中的速度比苯环快的多。OSNH000000+ 0.1- 0.03- 0.02+ 0.20- 0.06- 0.04+ 0.32- 0.10- 0.06 从结构上分析，五元杂环为从结构上分析，五元杂环为56共轭体系，电荷密度比苯大，共轭体系，电荷密度比苯大，如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为如以苯环上

14、碳原子的电荷密度为标准（作为0），则五元杂环），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：化合物的有效电荷分布为：杂原子给电子共轭效应愈强，环上电子云密度愈大，亲电取杂原子给电子共轭效应愈强，环上电子云密度愈大，亲电取代愈易进行。代愈易进行。 N 电负性电负性3.0, O 电负性电负性 3.5, S 电负性电负性 2.4,N、O与碳在同一周与碳在同一周期，期，S在第三周期，其在第三周期，其p轨道与碳的轨道与碳的p轨道重叠较小。轨道重叠较小。 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。

15、最少。电子密度电子密度-络合物络合物亲电取代反应活泼顺序为：亲电取代反应活泼顺序为： （2） 亲电基团容易进入杂环的亲电基团容易进入杂环的2，5 位（即位（即, 位），若杂环位），若杂环的的2，5位已有基团存在，则进入位已有基团存在，则进入3位。位。 位比较活泼的原因是因为在反应中形成的中间体正离子有位比较活泼的原因是因为在反应中形成的中间体正离子有3个个共振式参与共振。共振式参与共振。如果在如果在位发生反应，形成的中间体正离位发生反应，形成的中间体正离子只有子只有2个个共振式参与共振，参与共振的共阵式愈多，杂化体共振式参与共振，参与共振的共阵式愈多，杂化体愈稳定，故在愈稳定，故在位发生反应的

16、中间体正离子比较稳定，稳定的位发生反应的中间体正离子比较稳定，稳定的中间体正离子的过渡态能量低，反应速度快中间体正离子的过渡态能量低，反应速度快。因此亲电取代反。因此亲电取代反应容易在应容易在位发生。位发生。 NHEHNHEHNHEH（3）吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应，对试剂及反应条件必）吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应，对试剂及反应条件必须有所选择和控制，进行取代反应须在较温和的条件下进行。须有所选择和控制，进行取代反应须在较温和的条件下进行。 尤其是吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试剂时需要注意；尤其是吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试剂时需要注意；呋喃，噻吩，吡咯，遇强酸及氧化剂

17、很容易使环破坏，因此呋喃，噻吩，吡咯，遇强酸及氧化剂很容易使环破坏，因此 噻吩、吡咯的芳香性较强，噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易加成；所以易取代而不易加成；呋呋喃的芳香性较弱喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数亲电试剂发生亲电取代，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下，能发生亲核加成。但在强亲核试剂存在下，能发生亲核加成。（4）亲电取代反应）亲电取代反应A.硝化硝化 呋喃，噻吩，吡咯很容易被氧化，甚至也能被空气氧化。呋喃，噻吩，吡咯很容易被氧化，甚至也能被空气氧化。因此一般不用硝酸直接氧化。通常用比较温和的非质子的硝化因此一般不用硝酸直接氧化。通常用比较温和的非质子

18、的硝化试剂试剂硝酸乙酰酯硝酸乙酰酯(CH3COONO2)进行硝化，反应还须在低温进行硝化，反应还须在低温进行。进行。乙酐乙酐 乙酰基硝酸酯（硝酸乙酰酯）乙酰基硝酸酯（硝酸乙酰酯） 杂环亲电取代反应的活泼性越强，反应温度控制的越低。杂环亲电取代反应的活泼性越强，反应温度控制的越低。 呋喃比较特殊，在此反应中首先生成稳定的或不稳定的呋喃比较特殊，在此反应中首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，得硝化产物加成产物，然后加热或用吡啶除去乙酸，得硝化产物.呋喃易生成呋喃易生成2，5加成物，与反应物的离域能大小有关加成物，与反应物的离域能大小有关。离域能。离域能大，反应活化能小

19、，容易发生亲电取代反应。大，反应活化能小，容易发生亲电取代反应。呋喃的离域能较小呋喃的离域能较小（呋喃（呋喃66.9kJ/mol，噻吩，噻吩121.3 kJ/mol，吡咯，吡咯87.8 kJ/mol），因此），因此易与乙酰氧基负离子发生亲核加成反应易与乙酰氧基负离子发生亲核加成反应，而吡咯具有较高的芳香，而吡咯具有较高的芳香性，因此，易于失去质子发生亲电取代反应。但必须注意到呋喃性，因此，易于失去质子发生亲电取代反应。但必须注意到呋喃与大多数亲电试剂发生亲电取代反应，只有在强的亲核试剂存在与大多数亲电试剂发生亲电取代反应，只有在强的亲核试剂存在时，才发生亲核加成反应。时，才发生亲核加成反应。B

20、、 呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应 吡咯、呋喃不太稳定，所以须用温和的磺化试剂吡咯、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。氧化硫的加合化合物。N+ SO3CH2Cl2室温NSO3(固体，含量固体，含量90 %)S+ NSO3ClCH2CH2Clr. t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+NH+ NSO3100 oCNHSO3-NHHClNHSO3H常温常温反应反应首先首先得到得到吡啶吡啶的磺的磺酸盐，酸盐，再用再用无机无机酸转酸转为游为游离的离的磺酸磺酸 噻吩比较

21、稳定，既可以直接磺化（产率稍低），也可以用噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），也可以用温和的磺化试剂磺化温和的磺化试剂磺化,也可直接用浓硫酸磺化也可直接用浓硫酸磺化 。 从煤焦油中得到的苯通常含有少量的噻吩。可在室温下反复从煤焦油中得到的苯通常含有少量的噻吩。可在室温下反复用硫酸提取，用硫酸提取，由于噻吩比苯容易磺化，磺化的噻吩溶于浓硫酸由于噻吩比苯容易磺化，磺化的噻吩溶于浓硫酸内，可以与苯分离内，可以与苯分离。然后水解，将磺酸基去掉，可得到噻吩：。然后水解，将磺酸基去掉，可得到噻吩： 噻吩噻吩2磺酸磺酸 6976%（溶于浓（溶于浓H2SO4）C、 呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应呋喃、噻吩、

22、吡咯的卤化反应呋喃，噻吩在室温与氯或溴反应很强烈，反应强烈，易得多呋喃，噻吩在室温与氯或溴反应很强烈，反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代卤取代物。为了得一卤代(Cl, Br)产物，要采用低温、溶剂产物，要采用低温、溶剂稀释等温和条件。不活泼的碘则须在催化剂作用下进行：稀释等温和条件。不活泼的碘则须在催化剂作用下进行：OOOClClClCl2-40+OBrOOBr2, 0稀释(86 %)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Br2, 0NHNHClNHBrBrBrBrEtOHSOCl2 (1

23、mol)Et2O, 0(80 %)唯一能直接卤化制得的唯一能直接卤化制得的2卤吡咯卤吡咯 (60 %)NH+ Ac2O150 - 200 NHCCH3O(70 %)NHNa或 NaOH(浓)PhCClNNa+ONCOPhOBF3+ Ac2OOCCH3O(75%-92 %)D、 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反应呋喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反应NHENHEsp2杂化杂化sp3杂化杂化碳上酰化，正电荷处在碳上酰化，正电荷处在离域范围内，较稳定。离域范围内，较稳定。氮上酰化，正电荷氮上酰化，正电荷不处在离域范围内。不处在离域范围内。 呋喃、噻吩的酰化反应在呋喃、噻吩的酰化反应在 -C-C上发生，而吡咯

24、的酰化反应上发生，而吡咯的酰化反应（不用催化剂）既能在（不用催化剂）既能在 -C -C上发生，又能在上发生，又能在N N上发生。在上发生。在 -C -C上发生比在上发生比在N N上发生容易。上发生容易。 呋喃，吡咯，噻吩亲电取代反应小结：呋喃，吡咯，噻吩亲电取代反应小结：呋喃，吡咯遇强酸容呋喃，吡咯遇强酸容易开环或产生聚合物。故所使用的亲电试剂一般比较温和易开环或产生聚合物。故所使用的亲电试剂一般比较温和。噻吩很稳定，与酸不发生上述反应。噻吩很稳定，与酸不发生上述反应。噻吩傅氏酰基化反应非常有用，但需要小心控制反应条件噻吩傅氏酰基化反应非常有用，但需要小心控制反应条件，如，如用无水三氯化铝，氯

25、化锡等催化剂易与噻吩产生树脂状物质。用无水三氯化铝，氯化锡等催化剂易与噻吩产生树脂状物质。必须将三氯化铝等先与酰化试剂反应生成活泼的亲电试剂，然必须将三氯化铝等先与酰化试剂反应生成活泼的亲电试剂，然后在与噻吩反应。后在与噻吩反应。 NHOO+ H2SO4 +S墨绿色E、 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反应呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反应 0SCH2ClS+ CH2O + HClZnCl2呋喃，噻吩，吡咯进行烷基化反应很难得到一烷基取代的产呋喃，噻吩，吡咯进行烷基化反应很难得到一烷基取代的产物。常得到混合的多烷基取代物。甚至不可避免的产生树脂物。常得到混合的多烷基取代物。甚至不可避免的产生树脂状物

26、质，因此总体看，在合成上无实用价值。状物质，因此总体看，在合成上无实用价值。CH2O + HClZnCl2, 25oCSCH2ClClH2C总结：总结：五员杂环化合物亲电取代第一取代基进入到杂原子的五员杂环化合物亲电取代第一取代基进入到杂原子的-位位。*F、 含取代基的含取代基的五员杂环化合物五员杂环化合物定位效应定位效应ZG (o, p)ZG (m)3 位上有取代基时，呋喃、吡咯、噻吩的定位效应一致。位上有取代基时，呋喃、吡咯、噻吩的定位效应一致。2位上有取代基时，吡咯、噻吩的定位效应一致，情况如下：位上有取代基时，吡咯、噻吩的定位效应一致，情况如下：ZG (o,p)(主)(次)ZG (m)

27、(主)(次)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：OG (o, p, m)2.呋喃、噻吩、吡咯的呋喃、噻吩、吡咯的质子化反应和吡咯的弱碱质子化反应和吡咯的弱碱性和弱酸性性和弱酸性 （1）质子化反应）质子化反应 分子接受一个质子的反应称为分子接受一个质子的反应称为呋喃、噻吩、吡呋喃、噻吩、吡 咯咯的的质子化反应质子化反应.NHHHNHNHHHNHHH+H+H+-C质子化质子化-C质子化质子化N-质子化质子化B、 质子化反应主要发生在质子化反应主要发生在C-2上；上；A、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

28、下可质子化；C、 由于由于 -C的质子化反应，吡咯在强酸作用的质子化反应，吡咯在强酸作用 下会因聚合而被破坏下会因聚合而被破坏；D、 在稀的酸性水溶液中，呋喃的质子化在氧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。上发生并导致水解开环。OOHHOOHOH2OHOHOOH2SO4 - H2OHOAc, 90 %H2O-H+（2 2）吡咯的弱碱性和弱酸性）吡咯的弱碱性和弱酸性吡咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。吡咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。NHNHNH2Kb3.8 10-102 10-42.5 10-14原因： 上的未共用电子对参与了环的共轭体系，减弱了与 的结合力。NH吡咯具有弱酸

29、性，其酸性介与乙醇和苯酚之间。吡咯具有弱酸性，其酸性介与乙醇和苯酚之间。NHOHKa =1.3 10-101 10-181 10-15CH3CH2OH吡咯成盐后，使环上电荷密度增高，亲电取代反应更易进行。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 KpKa17.5吡咯也能与格氏试剂作用放出烃（吡咯也能与格氏试剂作用放出烃（RH）而成吡咯卤化镁）而成吡咯卤化镁： 吡咯卤化镁吡咯卤化镁 吡咯钾盐及吡咯卤化镁都可以用来合成吡咯衍生物。吡咯钾盐及吡咯卤化镁都可以用来合成吡咯衍生物。N苯甲酰基吡咯苯甲酰基吡咯 70% 3. 吡咯的其它反应吡咯的其它反

30、应吡咯的性质与酚很类似，可发生下列反应：吡咯的性质与酚很类似，可发生下列反应： 2吡咯甲醛（瑞穆尔吡咯甲醛（瑞穆尔梯曼反应）梯曼反应）2吡咯甲酸铵盐（柯尔柏反应）吡咯甲酸铵盐（柯尔柏反应） NK+NHCOOHCO2加热、加压4. 呋喃、吡咯、噻吩的加成反应呋喃、吡咯、噻吩的加成反应（1） 加氢反应加氢反应ONHSH2, Ni or PdH2, Ni or PdH2, NiONHS四氢呋喃四氢吡咯( THF )不能用 催化因噻吩能 使中毒PdPd呋喃最易发生呋喃最易发生Diels-Alder反应反应76 %O+O（2） Diels-Alder反应反应OOOO+30OOOOOOOO+内式外式(90

31、%)+NCH3H3CCOCH3COOCH3COOCH3NCOCH3CH3H3CCOOCH3COOCH3AlCl3AlCl3COOCH3COOCH3CH3H3CNHCOCH3 噻吩基本上不发生双烯加成，即使在个别情况下生成也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。是一个不稳定的中间体，直接失硫转化为别的产物。60 - 120SCH3H3C+ NC-CC-CN-SSCH3H3CCNCNCH3CNCNCH3三呋喃，噻吩，吡咯的制备三呋喃，噻吩，吡咯的制备1、呋喃的制备、呋喃的制备玉米心，稻糠，花生壳，大麦壳，高粱秆等用稀硫酸处理得戊玉米心，稻糠，

32、花生壳，大麦壳，高粱秆等用稀硫酸处理得戊糖，戊糖失水得糠醛，再在糖，戊糖失水得糠醛，再在400下加热，同时在催化剂下加热，同时在催化剂ZnO,Cr2O3存在下，失去一氧化碳而得呋喃。存在下，失去一氧化碳而得呋喃。2.噻吩的制备噻吩的制备工业上制备噻吩是用丁烷，丁烯或丁二烯与硫磺混合，在工业上制备噻吩是用丁烷，丁烯或丁二烯与硫磺混合，在600反应得到：反应得到： 噻吩也可用琥珀酸钠盐与五硫化二磷一起加热反应制得：噻吩也可用琥珀酸钠盐与五硫化二磷一起加热反应制得：3.吡咯的制备吡咯的制备（1）帕尔）帕尔克诺尔（克诺尔（C.PaalL.Knorr）合成法）合成法 （2）取代吡咯的另一个一般的合成法，

33、称为克诺尔合成法，取代吡咯的另一个一般的合成法，称为克诺尔合成法，即用氨基酮与有即用氨基酮与有亚甲基的酮进行缩合。例如用氨基酮酸亚甲基的酮进行缩合。例如用氨基酮酸酯与酮酸酯或酯与酮酸酯或1，3二酮缩合，氨基酮酸脂由相应的二酮缩合，氨基酮酸脂由相应的羰基羰基酯制得酯制得 。氨基酮氨基酮 亚甲基酮亚甲基酮 四、呋喃，吡咯的衍生物四、呋喃，吡咯的衍生物 （一）糠醛（一）糠醛（呋喃甲醛）呋喃甲醛）1. 制备制备 糠醛是无色透明液体，糠醛在工业上由农副产物如甘蔗渣，糠醛是无色透明液体，糠醛在工业上由农副产物如甘蔗渣，花生壳，高粱秆，棉子壳等用稀酸加热蒸煮制取。花生壳，高粱秆，棉子壳等用稀酸加热蒸煮制取。

34、 (C5H8O4)n35%H2SO4HO CHCH OHCH2OHCH CHOOHH2SO4稀CHO多聚戊糖戊糖呋喃甲醛水蒸气OCHO弱碱性CuO, Cr2O3150,V2O5 - MoO320 ,O2,OCH2OHOCOOHOOO+ CO2 + H2O KMnO410MPa良好的溶剂，是合良好的溶剂，是合成糠醇树脂的单体成糠醇树脂的单体2. 糠醛的性质糠醛的性质 同有同有-H的醛的一般性质的醛的一般性质（1）氧化还原反应）氧化还原反应OCHOOCH2OHOCOOH+浓碱OCHOOCH=CHCHO+稀碱CH3CHOOCHOOCH醇溶液KOHCOOHO（2）歧化反应）歧化反应（3）羟醛缩合反应）

35、羟醛缩合反应（4）安息香缩合反应）安息香缩合反应3糠醛的用途糠醛的用途 糠醛是良好的溶剂，常用作精练石油的溶剂，以溶解含糠醛是良好的溶剂，常用作精练石油的溶剂，以溶解含硫物质及环烷烃等。可用于精制松香，脱出色素，溶解硝硫物质及环烷烃等。可用于精制松香，脱出色素，溶解硝酸纤维素等。糠醛广泛用于油漆及树脂工业。酸纤维素等。糠醛广泛用于油漆及树脂工业。（二）吡咯的重要衍生物（二）吡咯的重要衍生物 最重要的吡咯衍生物是含有四个吡咯环和四个次甲基最重要的吡咯衍生物是含有四个吡咯环和四个次甲基(-CH= )交替相连组成的大环（称为交替相连组成的大环（称为卟吩环卟吩环 ）化合物）化合物。含卟吩环的化合含卟吩

36、环的化合物称卟啉化合物称卟啉化合物物 ，其取代物，其取代物称为卟啉族化合称为卟啉族化合物。物。卟啉族化合物广泛分布与自然界。血红素，叶绿素都是含环的卟啉族化合物广泛分布与自然界。血红素，叶绿素都是含环的卟啉族化合物。在血红素中卟啉族化合物。在血红素中 环络合的是环络合的是Fe，叶绿素，叶绿素 环络合的环络合的是是Mg。血红素见教材血红素见教材叶绿素与蛋白质结合存在于植物的叶和绿色的茎中。植物光合叶绿素与蛋白质结合存在于植物的叶和绿色的茎中。植物光合作用时，叶绿素吸收太阳能转变为化学能，是植物进行光合作作用时，叶绿素吸收太阳能转变为化学能，是植物进行光合作用时必需的催化剂。自然界的叶绿素不是一个

37、单纯的化合物，用时必需的催化剂。自然界的叶绿素不是一个单纯的化合物，而是由两种叶绿素组合而成，即蓝绿色的叶绿素而是由两种叶绿素组合而成，即蓝绿色的叶绿素a（熔点：（熔点：117120 ）和黄绿色的叶绿素）和黄绿色的叶绿素b（熔点：（熔点：120130 ） ，两，两者的比例为：者的比例为：3a：4b,叶绿素叶绿素 环中含镁。叶绿素环中含镁。叶绿素a已经被合成已经被合成（1960年）年） 卟吩环碳上氢原子被取代及部分或全部取代后形成的化合物，叫卟吩环碳上氢原子被取代及部分或全部取代后形成的化合物，叫做做 卟啉卟啉。 卟吩化合物广泛分布于自然界，例如血红素和叶绿素。卟吩化合物广泛分布于自然界，例如血

38、红素和叶绿素。血红素存在于哺乳动物的红血球中，它与蛋白质合成为血红蛋白血红素存在于哺乳动物的红血球中，它与蛋白质合成为血红蛋白质。血红蛋白质的功能是运载氧气及二氧化碳。质。血红蛋白质的功能是运载氧气及二氧化碳。CHO为叶绿素b叶绿素叶绿素a的结构如下：的结构如下：维生素维生素B12,是含钴的类似卟啉环化合物是含钴的类似卟啉环化合物。但其卟啉环在但其卟啉环在位位少一个碳原子。它具有强的医治贫血的功能。少一个碳原子。它具有强的医治贫血的功能。苯与呋喃，噻吩，吡咯共用两个碳原子而成的苯并体系，苯与呋喃，噻吩，吡咯共用两个碳原子而成的苯并体系，成为苯并呋喃，苯并噻吩，吲哚。成为苯并呋喃，苯并噻吩，吲哚

39、。五含有一个杂原子的五元杂环苯并体系五含有一个杂原子的五元杂环苯并体系这三类化合物中，以吲哚环系比较重要，因此主要对吲哚环系进这三类化合物中，以吲哚环系比较重要，因此主要对吲哚环系进行一些介绍。行一些介绍。吲哚本身为线状结晶，具有极臭的气味，但在其稀吲哚本身为线状结晶，具有极臭的气味，但在其稀薄时则有香味，可以当作香料用薄时则有香味，可以当作香料用。含吲哚环的生物碱广泛存在于。含吲哚环的生物碱广泛存在于植物中，如麦角碱，马钱子碱，植物中，如麦角碱，马钱子碱， 利血平等。植物生长调节剂利血平等。植物生长调节剂吲哚乙酸，哺乳动物及人脑中思维活动的重要物质吲哚乙酸，哺乳动物及人脑中思维活动的重要物质

40、5羟基色胺，羟基色胺，植物染料靛蓝以及蛋白质组分的色氨酸都会有吲哚环。植物染料靛蓝以及蛋白质组分的色氨酸都会有吲哚环。 （一）（一） 合成合成费歇尔吲哚合成法是吲哚环系一个重要的广泛应用的合成方法，费歇尔吲哚合成法是吲哚环系一个重要的广泛应用的合成方法，它是用苯腙在酸催化下加热重排消除一分子氨得到它是用苯腙在酸催化下加热重排消除一分子氨得到2取代或取代或3取代吲哚衍生物。取代吲哚衍生物。例如：例如：（二）化学反应（二）化学反应五元杂环与苯并和后，仍具芳香性，但亲电取代反应的五元杂环与苯并和后，仍具芳香性，但亲电取代反应的活泼性比未并和的五元杂环低，比苯高，故亲电取代反活泼性比未并和的五元杂环低

41、，比苯高，故亲电取代反应在杂环上进行。这些环系遇浓硫酸易树脂化，需避免应在杂环上进行。这些环系遇浓硫酸易树脂化，需避免在浓硫酸存在下进行反应：在浓硫酸存在下进行反应：吲哚的亲电取代主要发生在杂环的吲哚的亲电取代主要发生在杂环的3位位吲哚的化学性质与吡咯相似吲哚的化学性质与吡咯相似。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。定定 位位 规规 律律吲哚的亲电取代主要发生在杂环的吲哚的亲电取代主要发生在杂

42、环的3位位 这与反应中间体正离子的稳定性有关。亲电试剂在这与反应中间体正离子的稳定性有关。亲电试剂在C2位进攻，位进攻，带有完整苯环的稳定共振式只有一个；而在带有完整苯环的稳定共振式只有一个；而在C3位进攻，带有位进攻，带有完整苯环的稳定共振式有两个。完整苯环的稳定共振式有两个。在在C2位进攻：位进攻： 在在C3位进攻：位进攻：参与的稳定的共振式视愈多，中间体正离子愈稳定。参与的稳定的共振式视愈多，中间体正离子愈稳定。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

43、和甲基咪唑和5-甲基咪唑不可分离甲基咪唑不可分离)（一）、唑的结构（一）、唑的结构六六 含有两个杂原子的五元杂环体系含有两个杂原子的五元杂环体系五元杂环中含有两个杂原子，其中一个杂原子为氮的体系叫唑五元杂环中含有两个杂原子，其中一个杂原子为氮的体系叫唑（azole），根据杂原子在环中的位置不同，又可分为，根据杂原子在环中的位置不同，又可分为1，2唑与唑与1，3唑两类唑两类。2.结构结构NHNNNHNSNO吡咯吡咯N(孤电子对参与孤电子对参与共轭，所以碱性较弱共轭，所以碱性较弱)N(孤电子对不参与共轭，孤电子对不参与共轭，所以碱性较强所以碱性较强)吡咯吡咯N的孤电子的孤电子对处于对处于p轨道轨道

44、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轨道轨道碱性：碱性：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均为均为sp2杂化杂化。3. 碱性碱性（1）. 1,2-唑与唑与1,3-唑都有带孤对电子唑都有带孤对电子N，所以都有碱性。，所以都有碱性。 （2）. 1,3-唑的碱性比唑的碱性比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）. 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。它的碱性较噻唑强，它的

45、碱性较噻唑强，3位上的氮原子能与氢离子结合，故与强位上的氮原子能与氢离子结合，故与强酸生成稳定的盐。酸生成稳定的盐。它也有微弱的酸性，像吡咯一样它也有微弱的酸性，像吡咯一样 NH上的氢原子可被碱上的氢原子可被碱金属原子置换而成盐。金属原子置换而成盐。 青霉素是噻唑的衍生物。青霉素是噻唑的衍生物。青霉素青霉素G疗效最好疗效最好。青霉素青霉素噻唑环噻唑环NSOCH3CH3COOHRCNHO（二）含两个杂原子的重要五员杂环化合物（二）含两个杂原子的重要五员杂环化合物R =CH2CH2OCH CH CH2S CH3R =R =GVO常用青霉素为青霉素为青霉素为青霉素NNCH2NSCH3CH2CH2OH

46、NH3ClCH3Cl噻唑环对糖类的新陈代谢有显著的影响，人体缺乏时可以引起脚气病16.3 六元杂环化合物六元杂环化合物1.吡啶来源与制备吡啶来源与制备2.吡啶的结构吡啶的结构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. 吡啶的氧化还原反应吡啶的氧化还原反应一一 吡啶环系吡啶环系（一）吡啶的来源与制备（一）吡啶的来源与制备、来源：、来源： 苯环的一个苯环的一个CH换成一个氮原子就是吡啶。吡啶环广泛存在于换成一个氮原子就是吡啶。吡啶环广泛存在于生物碱中，在煤焦油和岩页油中也能分离得到吡啶和许多简生物碱中，在煤焦油和岩页油中也能分离得到吡啶和许多简单的烷基

47、吡啶：单的烷基吡啶：、吡啶环系的合成、吡啶环系的合成最重要的吡啶同系物的合成方法是韩奇最重要的吡啶同系物的合成方法是韩奇（A.Hantzsch）合成合成法，是用两分子的法，是用两分子的羰基酸酯（如乙酰乙酸乙酯），一分羰基酸酯（如乙酰乙酸乙酯），一分子的醛和一分子的氨发生缩合反应（类似羟醛缩合反应），子的醛和一分子的氨发生缩合反应（类似羟醛缩合反应），先生成，先生成，二氢吡啶衍生物，再氧化而成吡啶环。二氢吡啶衍生物，再氧化而成吡啶环。利用不同的醛及利用不同的醛及羧酸酯即产生各种不同取代的吡啶。羧酸酯即产生各种不同取代的吡啶。 RCCH2COOR + NH3 + RCHOOHAcHNO3碱NRCO

48、ORROOCRROH-H2OH+NRRR（二）（二）. 吡啶的结构吡啶的结构 吡啶环上的碳原子与氮原子均以吡啶环上的碳原子与氮原子均以sp2杂化轨道成健，每杂化轨道成健，每个原子上有一个个原子上有一个p轨道，轨道，p轨道中有一个轨道中有一个p电子，形成电子，形成6个个p电子的环闭共轭体系，具有芳香性。氮原子上还有一个电子的环闭共轭体系，具有芳香性。氮原子上还有一个sp2杂化轨道，被一对电子占据（孤电子对不参与共轭），可杂化轨道，被一对电子占据（孤电子对不参与共轭），可以与质子结合，具有碱性。以与质子结合，具有碱性。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

49、sp2杂杂化轨道上。化轨道上。 =2.20D =1.17D （三）吡啶环系的性质（三）吡啶环系的性质1、物理性质：、物理性质：吡啶为有特殊臭味的无色液体，沸点吡啶为有特殊臭味的无色液体，沸点115.5， 相相 对密度对密度0.982，可与水、乙醇、乙醚等任意混和，可与水、乙醇、乙醚等任意混和2.化学性质：碱性较强。环不易发生亲电取代反应但易发生亲核化学性质：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，环上取代反应。发生亲电取代反应时，环上N起间位定位起间位定位 基的作用。发生亲核取代反应时，环上基的作用。发生亲核取代反应时，环上N起邻对位定起邻对位定 位基的作用

50、。位基的作用。（1）碱性与成盐）碱性与成盐 吡啶是一个三级胺，很像三级脂肪胺，环外有一对未作用的吡啶是一个三级胺，很像三级脂肪胺，环外有一对未作用的孤对电子，具有碱性，易接受亲电试剂而成盐。由于氮原子孤对电子，具有碱性，易接受亲电试剂而成盐。由于氮原子用用s2杂化轨道进行反应，成分较多（与杂化轨道进行反应，成分较多（与s3杂化轨道比杂化轨道比较），靠近核，是较弱的碱。较），靠近核，是较弱的碱。 吡啶的碱性小于氨大于苯胺。吡啶的碱性小于氨大于苯胺。环上如有给电子基团，则可使碱性增强：环上如有给电子基团，则可使碱性增强：CH3NH2NH3NNH2pKb3.384.768.809.42NCH38.0