第三章四元杂环课件.ppt

1、第三章第三章四元杂环化合物四元杂环化合物 3 3 四元杂环化合物四元杂环化合物3.1 3.1 四元杂环化合物的简介四元杂环化合物的简介3.2 3.2 含一个杂原子的饱和三元杂环含一个杂原子的饱和三元杂环 3.2.1 3.2.1 通论通论 3.2.2 3.2.2 氧杂环丙烷氧杂环丙烷 3.2.3 3.2.3 氮杂环丙烷氮杂环丙烷 3.3 3.3 天然存在的一些三元杂环化合物天然存在的一些三元杂环化合物3.1 3.1 四元杂环化合物的简介四元杂环化合物的简介l18991899年，人们就合成了氮杂环丁烷。年，人们就合成了氮杂环丁烷。l19421942年以后，青霉素的结构测定发现年以后，青霉素的结构测

2、定发现-内内酰胺对于青霉素的活性起着十分重要的作用。酰胺对于青霉素的活性起着十分重要的作用。3.2 3.2 含一个杂原子的饱和四元杂含一个杂原子的饱和四元杂环环3.2.1 3.2.1 通论通论一一.结构和物理性质结构和物理性质n四元杂环的四个成环原子不在一个平面上，四元杂环的四个成环原子不在一个平面上，是是Y Y形。两种可能的形。两种可能的V V形容易互相转换。形容易互相转换。n 四员杂环的环张力要三员杂环的小，比四员杂环的环张力要三员杂环的小，比相应的五元杂环大。相应的五元杂环大。n四元杂环的主要反应也是开环反应，亲电四元杂环的主要反应也是开环反应，亲电试剂和亲核试剂都容易与它们反应。试剂和

3、亲核试剂都容易与它们反应。二二.化学性质和反应化学性质和反应 1.1.酸催化开环反应酸催化开环反应n2.2.碱催化开环反应碱催化开环反应 CH3NH2CH3NH CH2CH2CH2OH三、一般合成方法三、一般合成方法1.1.链状化合物的环化反应链状化合物的环化反应 l直链分子直接环化来合成还是很困难的。直链分子直接环化来合成还是很困难的。2.22.2十十22型的环加成反应型的环加成反应 一个含碳一个含碳-碳双键碳双键(或叁键或叁键)的化合物，与一含杂的化合物，与一含杂原子的不饱和分子发生环化反应，以很好的产率生成原子的不饱和分子发生环化反应，以很好的产率生成四员杂环。四员杂环。3.2.2 3.

4、2.2 氧杂丁丙烷氧杂丁丙烷一结构一结构 氧杂环丁烷是一个稍微扭曲的正方氧杂环丁烷是一个稍微扭曲的正方形。形。l碱性，由氧原子的非成键碱性，由氧原子的非成键 电子对所致。电子对所致。l具有较强张力，容易发生开环具有较强张力，容易发生开环 反应。反应。化学性质的特点化学性质的特点 氧杂环烷的张力能氧杂环烷的张力能/kJ.mo1-1/kJ.mo1-1 氧杂环丙烷氧杂环丙烷 114.3114.3 氧杂环丁烷氧杂环丁烷 106.7106.7 氧杂环戊烧氧杂环戊烧 23.623.6二氧杂环丁烷的化学性质二氧杂环丁烷的化学性质1 1酸催化的亲核开环反应酸催化的亲核开环反应 酸催化水解生成酸催化水解生成1,

5、3-1,3-二醇。二醇。n氧杂环丁烷类化合物与卤化氢反应生成氧杂环丁烷类化合物与卤化氢反应生成3 3一一卤代醇。卤代醇。n此反应的第二步开环反应是亲核反应。此反应的第二步开环反应是亲核反应。l亲核试剂一般优先进攻空间阻碍小的、少取代的、亲核试剂一般优先进攻空间阻碍小的、少取代的、“酸性酸性”较强的碳；较强的碳；l先发生先发生C-OC-O断裂，生成正碳离子，此时带苯基的碳容易断裂，生成正碳离子，此时带苯基的碳容易 生成正碳离子，所以得生成正碳离子，所以得3 3一氮苯丙醇。一氮苯丙醇。n2 2环化低聚和多聚反应环化低聚和多聚反应 LewisLewis酸，如三氟化硼，能与氧原子的非键电子对加合。酸，

6、如三氟化硼，能与氧原子的非键电子对加合。三氧杂环丁烷的合成方法三氧杂环丁烷的合成方法n-取代醇的环化取代醇的环化2.Paterno-Bchi2.Paterno-Bchi反应反应 l 羰基化合物与烯烃的光化羰基化合物与烯烃的光化22十十22环加成反应环加成反应称为称为Paterno-BchiPaterno-Bchi反应。反应。l反应一定是立体选择性的。反应一定是立体选择性的。l在与连有给电子取代基的烯烃反应时经过在与连有给电子取代基的烯烃反应时经过的是自由基中间体的是自由基中间体 ；3.2.3 3.2.3 氮杂环丁烷氮杂环丁烷一结构一结构 氮杂环丁烷是环亚胺，其结构参氮杂环丁烷是环亚胺，其结构参

7、数如下数如下(电子衍射法侧定电子衍射法侧定):):化学性质的特点化学性质的特点l 氮杂环丁烷类化合物是热力学稳定的，氮杂环丁烷类化合物是热力学稳定的，比氮杂环丙烷类化合物的反应活性低。比氮杂环丙烷类化合物的反应活性低。它们的反应性能与脂肪族仲胺很相似。它们的反应性能与脂肪族仲胺很相似。l 氮杂环丁烷的氮杂环丁烷的pKapKa值为值为11.2911.29，碱性强于，碱性强于氮杂环丙烷氮杂环丙烷(PKa=7.98)(PKa=7.98)，甚至强于二甲，甚至强于二甲胺胺(PKa=10.73)(PKa=10.73)。l 在酸催化下发生亲核开环反应。在酸催化下发生亲核开环反应。二氮杂环丁烷的合成方法二氮杂

8、环丁烷的合成方法n-取代胺的环化取代胺的环化l反应收率很低，产品不易分离，没有制备价值。反应收率很低，产品不易分离，没有制备价值。2.2.对甲苯磺酰胺在碱作用下与对甲苯磺酰胺在碱作用下与1,3-1,3-二卤代烃反应二卤代烃反应三三-内酰胺的合成方法内酰胺的合成方法1.-1.-氨基酸环化脱水制得氨基酸环化脱水制得 2.2.【2+22+2】环加成反应环加成反应（1 1）亚胺十烯酮）亚胺十烯酮(2)(2)亚胺十活化的羧酸亚胺十活化的羧酸 亚胺与酰氯在三乙胺存在下反应生成亚胺与酰氯在三乙胺存在下反应生成-内酰胺类化合物。中间体烯酮由酰氯与胺反应形内酰胺类化合物。中间体烯酮由酰氯与胺反应形成成:(3)(3)氯磺酰基乙氰酸酯十烯烃氯磺酰基乙氰酸酯十烯烃氯磺酰基乙氰酸酯由氯化氰与三氧化硫反应制得。氯磺酰基乙氰酸酯由氯化氰与三氧化硫反应制得。3.3 3.3-内酞胺类抗生素内酞胺类抗生素 -内酰胺骨架存在于青霉素和头抱菌索类药物内酰胺骨架存在于青霉素和头抱菌索类药物的结构中，这类天然产物被称为的结构中，这类天然产物被称为-内酞胺类抗生素。内酞胺类抗生素。头孢菌素头孢菌素