第13章杂环化合物3课件.ppt

1、第第13章章 杂环化合物杂环化合物杂环化合物：组成环的原子除碳外，还杂环化合物：组成环的原子除碳外，还有有O、S、N等的环状化合物。等的环状化合物。芳杂环：即具有芳香性的杂环化合物。芳杂环：即具有芳香性的杂环化合物。杂环化合物非芳香杂环芳杂环（符合休克尔规则的杂环）如如OONHNNHO,杂环化合物不包括极易开环的含杂杂环化合物不包括极易开环的含杂原子的环状化合物，例如：原子的环状化合物，例如：NHO,OOOOOO一、分类和命名一、分类和命名（一）分类（一）分类五元杂环五元杂环六元杂环六元杂环稠杂环稠杂环 五元杂环五元杂环NHSO吡咯吡咯(pyrrole)呋喃呋喃(furan)噻吩噻吩(thio

2、phene)六元杂环六元杂环N吡啶吡啶(pyridine)吡喃吡喃(pyran)嘧啶嘧啶(pyrimidine)ONN稠杂环稠杂环嘌呤嘌呤 (purine)NNNNH（二）命名：（二）命名：音译法：音译法：1、译音、译音+“口口”字旁。字旁。2、编号：从杂原子开始。、编号：从杂原子开始。a.相同杂原子数相同杂原子数2，使杂原子编号最小；，使杂原子编号最小；从连有从连有H的杂原子开始编号。的杂原子开始编号。b.如有不同杂原子，按如有不同杂原子，按O、S、N顺序排顺序排列，嘌呤较特殊。列，嘌呤较特殊。3硝基吡咯硝基吡咯2-呋喃甲醛呋喃甲醛4-嘧啶甲酸嘧啶甲酸 OCHONNCOOHNHNO21321

3、3416-氨基嘌呤氨基嘌呤(A)ONH四氢呋喃四氢呋喃六氢吡啶六氢吡啶NNNNHNH2123456789二、二、吡咯、呋喃和噻吩结构和性质吡咯、呋喃和噻吩结构和性质（一）结构（一）结构所有环上原子都是所有环上原子都是sp2杂化，每个碳原子杂化，每个碳原子的未杂化的未杂化P轨道与有两个孤电子的氮原子未轨道与有两个孤电子的氮原子未杂化杂化P轨道相互重叠形成闭合的轨道相互重叠形成闭合的p-共轭体共轭体系，系，形成闭合的共轭体系。形成闭合的共轭体系。电子数为电子数为6，具有芳香性。具有芳香性。是芳杂环。是芳杂环。N原子sp2NHNH环稳定性的顺序：苯环稳定性的顺序：苯噻吩噻吩吡咯吡咯呋喃呋喃N HHH

4、NHOHHOSHHSHHH其他五元杂环也有类似的结构其他五元杂环也有类似的结构（二）化学性质（二）化学性质2、吡咯的酸碱性、吡咯的酸碱性1、亲电取代反应、亲电取代反应1、亲电取代反应、亲电取代反应（1 1）呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应）呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应（2 2）呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应）呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应（3 3）呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应）呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应（4 4）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（1）呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应 反应强烈，易得多卤取代物。为得一卤代反应强烈，易得多卤取代物。为得一卤代产物

5、，要采用低温、溶剂稀释等温和条件产物，要采用低温、溶剂稀释等温和条件。OOOClClClCl2-40+OBrOOBr2,0稀释(86%)SSBrSIBr2AcOHI2,HgOC6H6,0(78%)碘不活泼，要用催化碘不活泼，要用催化剂才能发生一元取代剂才能发生一元取代Br2,0NHNHClNHBrBrBrBrEtOHSOCl2(1 mol)Et2O,0(80%)因环的电子云密度比苯大，故因环的电子云密度比苯大，故比苯活比苯活泼泼。取代基进入。取代基进入位。位。吡咯吡咯呋喃呋喃噻吩噻吩苯苯不同五元杂环化合物亲电取代反应活性：不同五元杂环化合物亲电取代反应活性：CH3COCCH3 +HNO3OOC

6、H3CONO2 +CH3COOHOSAcONO2O oCAc2O/AcOHSNO2SNO2+NHAcONO2O oCAc2O/AcOHNHNO2NHNO2+60%10%51%13%呋喃呋喃,噻吩和吡咯易氧化噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝一般不用硝酸直接硝化化;通常用比较温和的非质子硝化试剂，如：硝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。酸乙酰酯。反应在低温下进行。（2）呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应（3）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，所以须用温吡咯、呋喃不太稳定，所以须用温和的磺化试剂磺化。常用的

7、温和的非质和的磺化试剂磺化。常用的温和的非质子的磺化试剂有：吡啶磺酸。子的磺化试剂有：吡啶磺酸。噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），也可以用温和的磺化试剂磺化。低），也可以用温和的磺化试剂磺化。N+SO3CH2Cl2室温NSO3(固体，含量固体，含量90%)O+SO3OSO3H吡啶-呋喃磺酸呋喃磺酸（90%90%）S+SSO3HH2SO4室温（4）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(60%)NH+Ac2O150-200 NHCCH3OSAc2O 与 AlCl3 的混合体系SCCH3OOBF3+Ac2OOCCH3O(75%-

8、92%)0-吡咯乙酮吡咯乙酮-呋喃乙酮呋喃乙酮-噻吩乙酮噻吩乙酮（2）吡咯的特殊反应吡咯的特殊反应 吡咯的性质与苯酚类似，都具有酸性，吡咯吡咯的性质与苯酚类似，都具有酸性，吡咯的酸性比苯酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。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，吡咯成盐后，使环上电荷密度增高，亲电取代反应更易进行。亲电取代反应更易进行。pKa=10OH-OOHNHNK+Na 或 K或浓NaOHpKa 17.5酸性酸性:苯酚吡咯醇苯酚吡咯醇NHOHKa=1.3 10-101 10-181 10-15CH3CH2OH碱性碱性:四氢吡咯苯胺吡咯四氢吡咯苯胺吡咯NHNHNH2

9、Kb3.8 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 三、吡啶的结构和性质三、吡啶的结构和性质环上氮原子和碳原子以环上氮原子和碳原子以sp2杂化轨道重叠杂化轨道重叠形成形成键，各有一个电子的键，各有一个电子的p轨道相互重叠，轨道相互重叠，形成一个闭合的共轭体系形成一个闭合的共轭体系,电子数电子数6,吡吡啶中的氮原子令环上电子云密码降低，形啶中的氮原子令环上电子云密码降低，形成成“缺缺”芳杂环芳杂环（一）结构：Nsp2轨道 （二）性质（二）性质1、碱性、碱性因吡啶氮原子上的孤对电子不参与共轭因吡啶氮原子上的孤对电子不参与共轭碱性：

10、脂肪胺吡啶苯胺吡咯碱性：脂肪胺吡啶苯胺吡咯NNH2NHpKb:8.8 9.4 13.6N+HClN.HCl实验室实验室常利用吡啶洗涤反应体系中的酸2、亲电取代反应、亲电取代反应N+Br23000 CNBr+HBr因氮原子的电负性比碳大，故因氮原子的电负性比碳大，故亲电取代反亲电取代反应比苯难应比苯难。取代基进入。取代基进入位。位。33%NNNO2HNO3,H2SO4KNO3,30020%3、吡啶的亲核取代反应、吡啶的亲核取代反应用强碱性的亲核试剂用强碱性的亲核试剂(氨基钠氨基钠NaNH2、有、有机锂（机锂（RLi）)，能在吡啶的，能在吡啶的位直接发生亲位直接发生亲核取代核取代N+NaNH2NN

11、H2100150吡啶中氮原子的吸电子作用，使吡啶环可吡啶中氮原子的吸电子作用，使吡啶环可发生亲核取代反应，发生在发生亲核取代反应，发生在位或位或位位当吡啶当吡啶-位位(或或-位位)具有优良的离去基团具有优良的离去基团（如：卤素）时，较弱的亲核试剂也可取代（如：卤素）时，较弱的亲核试剂也可取代NClNNH2NH3NBrNOHNaOH/H2O1802004、吡啶的氧化与还原反应、吡啶的氧化与还原反应（1）烷基吡啶的氧化）烷基吡啶的氧化NCH3KMnO4H+NCOOH吡啶甲酸吡啶甲酸NHOOCH+KMnO4N吡啶甲酸吡啶甲酸吡啶比苯难氧化吡啶比苯难氧化NNa+C2H5OHPt/H2N或25，0.3M

12、Pa哌啶哌啶（六氢吡啶）（六氢吡啶）由于吡啶分子中氮原子的吸电子作由于吡啶分子中氮原子的吸电子作用，造成分子的对称性降低，及分子偶用，造成分子的对称性降低，及分子偶极增加等一系列分子结构上的不均匀性，极增加等一系列分子结构上的不均匀性，吡啶比苯易加氢还原吡啶比苯易加氢还原H 四、嘌呤及其衍生物四、嘌呤及其衍生物 嘌呤由嘧啶和咪唑稠合而成。水溶液嘌呤由嘧啶和咪唑稠合而成。水溶液中发生互变异构，平衡偏向于中发生互变异构，平衡偏向于9 9H H形式形式9H-嘌呤（生物体内）嘌呤（生物体内）7H-嘌呤嘌呤(药物中药物中)NNNNH123456789987654321NNNNH 嘌呤的衍生物腺嘌呤和鸟嘌呤是核酸嘌呤的衍生物腺嘌呤和鸟嘌呤是核酸的碱基。的碱基。腺嘌呤（腺嘌呤（A A）6-6-氨基嘌呤氨基嘌呤2-2-氨基氨基-6-6-氧嘌呤氧嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤(G)(G)NNNNHOH2NHNNNNHNH2酮式和烯醇式互变异构酮式和烯醇式互变异构尿酸尿酸NNNNHOH3COOHNNNNHOH3CHOOHH