杂环化合物杂环化合物内容第一节杂环化合物的分类和命名课件.ppt

1、 主要内容主要内容第一节第一节 杂环化合物的分类和命名杂环化合物的分类和命名第二节第二节 六元杂环化合物六元杂环化合物第三节第三节 五元杂环化合物五元杂环化合物 第一节第一节 杂环化合物的分类和命名杂环化合物的分类和命名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（一）分类（一）分类2、芳杂环、芳杂环 具有芳香特征的

2、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命名原则命名原则:杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口口”字旁的同音汉字。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,(或或,)编号。编号。编号编号从杂原子

3、开始。遇两相同杂原子从杂原子开始。遇两相同杂原子,则由带取代基则由带取代基(或或H)的的 杂原子开始。含多个不同杂原子杂原子开始。含多个不同杂原子,则按则按 O、S、-NH-,-N=顺序依顺序依次编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小次编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小。咪唑咪唑 噻唑噻唑 噁唑噁唑 嘧啶嘧啶 ONSNNNNHN123451234512345123456五元杂环五元杂环呋喃呋喃(furan)噻吩噻吩(thiophene)吡咯吡咯(pyrrole)O12345S123455NH1234N123456O123456123456OO123456OONN123456123456NN

4、123456NN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)OO2NCHONC-N(C2H5)2ONNOOH3CCH3NNCH35-硝基硝基-2-呋喃甲醛呋喃甲醛 N,N-二乙基二乙基-3-吡啶甲酰胺吡啶甲酰胺1,3,7-三甲基嘌呤三甲基嘌呤-2,6-二酮二酮 将取代基名称连同位号置杂环名前或名后。将取代基名称连同位号置杂环名前或名后。环上有取代基的杂环环上有取代基的杂环N,N-二乙基烟酰胺二乙基烟酰胺咖啡因咖啡因12

5、345123123456789N12345678N1234567812345678OOO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)六元杂环苯并环系六元杂环苯并环系五元杂环苯并环系五元杂环苯并环系O1234567S1234567NH1234567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)123458679NH12345861079N12346975810NN咔唑咔唑carbazole吖啶吖啶ac

6、ridine吩嗪吩嗪phenazine吩噻嗪吩噻嗪phenothiazine12346975810SHN盐酸氯丙嗪结构和命名 2-氯-10H-吩噻嗪-10-N，N-二甲基-丙胺-盐酸盐2-Chloro-10H-henothazine 10-N,N-dimethyl-propanamine临床应用临床应用 多方面的药理作用，安定作用较强治疗精神分裂症和狂躁症12345678910NNNHN123456789杂环并杂环杂环并杂环嘌呤嘌呤(purine)NNNHN1234567987H-嘌呤嘌呤(purine)NNNN123458蝶啶蝶啶pteridine 有特定名称稠杂环的编号有特定名称稠杂环的编

7、号NHNNNNHN123456712345678912345678 吲哚吲哚 嘌呤嘌呤 喹啉喹啉稠杂环编号原则稠杂环编号原则没有特定名称稠杂环母环命名规则没有特定名称稠杂环母环命名规则HNSONSNPh 噻吩并吡咯噻吩并吡咯 萘并呋喃萘并呋喃 5-苯基咪唑并噻唑苯基咪唑并噻唑1，基本环选择原则，基本环选择原则按按N,O,S顺序；最大环；杂原子数目及种类最多环；都相同顺序；最大环；杂原子数目及种类最多环；都相同时稠合前编号最低的时稠合前编号最低的命名：附加环并基本环命名：附加环并基本环2，稠合边的表示方法，稠合边的表示方法按照单环时对每个环编号保证稠合原子序数较小，如下图黑色按照单环时对每个环编

8、号保证稠合原子序数较小，如下图黑色和红色编号。基本环和红色编号。基本环1-2号称为号称为a边边;2-3号位为号位为b.,附加环用附加环用1、2、3等表示原子位置等表示原子位置4-甲基噻吩并甲基噻吩并2,3-b呋喃呋喃SO1234512345abcde1234566-甲基噻吩并甲基噻吩并3,2-b呋喃呋喃SO1234512345abcde1234563，周边编号方法，周边编号方法将整个分子作为一个整体编号，从基本环将整个分子作为一个整体编号，从基本环1号开始将基本环编号号开始将基本环编号完再到附加环完再到附加环;稠原子不是杂原子不编号，如上面紫红色编号稠原子不是杂原子不编号，如上面紫红色编号NN

9、S1234512345abcde123456Ph75-苯基咪唑并苯基咪唑并2,1-b噻唑噻唑HNSONSNPh噻吩并噻吩并3,2-b吡咯吡咯 萘并萘并1,2-b呋喃呋喃 5-苯基咪唑并苯基咪唑并2,1-b噻唑噻唑 噻吩并吡咯噻吩并吡咯 萘并呋喃萘并呋喃 5-苯基咪唑并噻唑苯基咪唑并噻唑卡马西平卡马西平Carbamazepine酰胺咪嗪结构和命名结构和命名 5H-二苯并b，f氮杂卓-5-甲酰胺 5H-Dibenzb，fazepine-5-carboxamide抗癫痫药物12345678910111234567n5-乙基-5-（3-甲基丁基）-2，4，6-（1H，3H，5H）嘧啶三酮n5-Ethy

10、l-5-(3-methylbutyl)-2，4，6-（1H，3H，5H）-pyrimidinetrione镇静催眠药物异戊巴比妥sp2杂化未共用电子对占据sp2杂化轨道，与环共平面，不能参与环系的共轭p轨道与环平面垂直，相互重叠形成六个原子在内的闭合共轭体系N.N.第二节第二节 六元杂环化合物六元杂环化合物(一一)吡啶吡啶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吡啶的结构动画结构：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亲反应：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

11、代反应时，环上核取代反应。发生亲电取代反应时，环上N起间位定起间位定位基的作用。发生亲核取代反应时，环上位基的作用。发生亲核取代反应时，环上N起邻对位起邻对位定位基的作用。定位基的作用。N原子在环上原子在环上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2 物理性质物理性质氮原子的电负性较大氮原子的电负性较大,使吡啶有较大极性使吡啶有较大极性,其偶极距数值较大其偶极距数值较大.NNH吡啶能与水以任意比例混溶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又能溶解大多数极性或非极性有机化合物有机化合物,甚至许多无机盐类甚至许多无机盐类,是一个良好的溶剂。是一个良好的溶剂。3 化

12、学反应化学反应(1)氮原子上的反应氮原子上的反应碱性和成盐碱性和成盐N+HClN HClNNH3N+SO3CH2Cl2N SO3(90%)此反应常用于在反应中吸收生成的气态酸室温吡啶三氧化硫络合物是常用的缓和磺化剂吡啶吡啶N是是sp2杂化，孤电子对不参与共轭，可以与质子结合或给杂化，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，在化学反应中还可用作催化剂和除酸剂。化合物，在化学反应中还可用作催化剂和除酸剂。N0.871.010.84相对电子云密度 比较三甲基胺、吡啶、苯胺和吡咯的碱性大小

13、比较三甲基胺、吡啶、苯胺和吡咯的碱性大小CH3NH2NH3NNH2pKb3.384.768.809.42脂肪胺（脂肪胺（213）氨氨芳香胺芳香胺(A)(A)吡啶吡啶N N的亲核性：的亲核性：与亲电试剂生成吡啶鎓盐或络合物与亲电试剂生成吡啶鎓盐或络合物（2 2）吡啶的亲电取代反应吡啶的亲电取代反应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+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

14、用来做温和的磺化、硝化、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)2NNOCHHRNCH3INCH3INCH3IHNCH3IHNC6H5COClNCOC6H5Cl+-.+-封管300石油醚20良好的酰化剂(B)(B)在在C C上发生亲电取代反应上发生亲电取代反应 N N吸电子，类似硝基苯，环上碳反应活性低，在吸电子，类似硝基苯，环上碳反应活性低，在 位位上即上即3-3-位碳上反应。位碳上反应。N浓HNO3，H2SO4300 oC，1dNNO26%

15、N浓 H2SO4，HgSO4220 oCNSO3H70%NH3CCH3浓 H2SO4，KNO3100 oCNNO2CH3H3C66%NBr2，浮石300 oCNBr66%NNBrNBrBrNSO3HNNO2Br2H2SO4+300350混酸30024h3-溴吡啶3，5二溴吡啶3吡啶磺酸3-硝基吡啶反反 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，亲电反应活性增高；吡啶环上有给电子基团时，亲电反应活性增高；*4 吡啶吡啶N可以看作是一个

16、间位定位基。可以看作是一个间位定位基。N NN NN NN NN NN NN N+H HE E+H HE EH HE E+H HE EE EH H+N N+N NH HE EH HE E+H HE EH HE E2 23 34 4进攻进攻2位位进攻进攻3位位进攻进攻4位位更稳定更稳定正电荷在电负性大的正电荷在电负性大的原子上不稳定原子上不稳定正电荷在电负性大的正电荷在电负性大的原子上不稳定原子上不稳定 由吡啶的共振式分析由吡啶的共振式分析:NNNNNN 结论结论:1.环上带正电环上带正电,不利于亲电取代不利于亲电取代 2.位的正电荷密相对较低位的正电荷密相对较低解释原因解释原因:1.取代在取代

17、在 a a 位位NEa a 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,不不稳稳定定由取代反应的中间体稳定性分析由取代反应的中间体稳定性分析2.取代在取代在 位位E 位位NNEHNEHNEH3.取代在取代在 位位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,不不稳稳定定中间体较为稳定中间体较为稳定实验事实：钝化和实验事实：钝化和 取代取代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

18、(CH3)3NO2起起吸吸电电子子基基作作用用300oC/24h其它反应现象其它反应现象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环上有给电子基时反应相对较易进行NKNO3/浓浓 H2SO4110oCNNO2H3CCH3H3CCH3NNH220oCBr2/HOAcNNH2Br（A A）置换易离去基团的亲核取代反应置换易离去基团的亲核取代反应 如在如在a a,位有好的离去基团，如位有好的离去基团，如ClCl、-NO-NO2 2、BrBr，可，可以与氨（或胺）、烷氧化物

19、、水等亲核试剂发生亲核取代以与氨（或胺）、烷氧化物、水等亲核试剂发生亲核取代反应（在亲核取代反应中，吡啶反应（在亲核取代反应中，吡啶N N对邻、对位活化）。对邻、对位活化）。H2O60(95%)NNO2NOHNHO（3）吡啶的亲核取代反应吡啶的亲核取代反应4-吡啶酮吡啶酮N NClNOHNaOHNHOa a-吡吡啶啶酮酮异异构构化化NClNOHCl-ClNOHOHNHO（仍仍有有芳芳香香性性）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a a-吡吡啶啶酮酮的的方方法法NClCH3ONaCH3OHNOCH3NClC6H5NH2NNH

20、C6H5（B B）置换氢的亲核取代反应置换氢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 1 负氢不易离去，亲核试剂要是强碱，一般需要一个氧化剂负氢不易离去，亲核试剂要是强碱，一般需要一个氧化剂作为负氢的接受体；作为负氢的接受体；*2 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 位上有取代基，则位上有取代基，则 反应在反应在 位上发生。位上发生。实例：齐齐巴宾实例：齐齐巴宾(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2-2-氨基吡啶的反应称氨基吡啶的反应称为齐

21、齐巴宾反应。为齐齐巴宾反应。NNNH-Na+NNH2H2O+NaNH2100oCC6H5N(CH3)2吡啶环本身不易被氧化，但它的侧链很容易被氧化成醛或羧酸。吡啶环本身不易被氧化，但它的侧链很容易被氧化成醛或羧酸。NCH3SeO2NCHONNCH3HNO3NCOOHNKMnO4NCOOHCOOHN30%H2O2-HOAcNO(吡啶氧化物吡啶氧化物)NNHH2,Pt,25,3atmor Na+C2H5OHNCH3NCOOHO2,DMFt-BuOK,室温还原反应还原反应(4)氧化和还原反应氧化和还原反应NCH3KMnO4NCOOHNNCH3NCOOH尼尼古古丁丁(烟烟碱碱)烟烟酸酸HNO3 氧化在

22、侧链上氧化在侧链上氧化在氧化在 N 上上复习：叔胺的氧化复习：叔胺的氧化R3NH2O2R3NO胺氧化合物NH2O2HOAcNON-氧氧化化吡吡啶啶吡啶的类似反应吡啶的类似反应 N-氧化吡啶的性质：比吡啶易与亲电试剂或亲核试剂反应氧化吡啶的性质：比吡啶易与亲电试剂或亲核试剂反应NO发发烟烟HNO3发发烟烟H2SO490oCNONO2主主要要产产物物NNO2POCl3+PCl3NO(1)PhMgX(2)H2ONOHPhHAc2ONPh(a)与亲电试剂的亲电取代与亲电试剂的亲电取代(b)与亲核试剂的亲核加成与亲核试剂的亲核加成由反应过程分析（中间体的稳定性分析）由反应过程分析（中间体的稳定性分析）亲

23、电取代及进一步的反应过程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+OPCl3NO2PCl3(二）二）喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉：喹啉和异喹啉：N喹喹啉啉12345678N12345678异异喹喹啉啉1 结构与物理性质：结构与物理性质：结构：结构：*杂环部分性质象吡啶杂环部分性质象吡啶(碱性和亲核性、亲电取代、碱性和亲核性、亲电取代、亲核取代、氧化反应、还原反应、支链上的反应亲核取代、氧化反应、还原反应、支链上的反应)*碳环部分性质象萘碳环部分性质象萘(亲电取代及其取代定位作用亲电取代及其取代定位作用)碱性强弱

24、：喹啉吡啶异喹啉碱性强弱：喹啉吡啶异喹啉喹啉在常温时是无色油状液体，有类似吡啶的恶臭，喹啉在常温时是无色油状液体，有类似吡啶的恶臭，沸点沸点238，异喹啉为低熔点的固体，气味类似于，异喹啉为低熔点的固体，气味类似于苯甲醛，熔点苯甲醛，熔点26，沸点，沸点243。物理性质：物理性质：（1）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，取代主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。喹啉主要发生在要在苯环上发生。喹啉主要发生在C-5与与C-8位，而异喹啉以位，而异喹啉以C-5产物为主。产物为主。NHO3S(54%)N浓H2SO4,220烟 H2S

25、O4,90或发NSO3H浓H2SO4300重排2 化学反应化学反应（2）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，喹啉的反应位置亲核取代反应主要在吡啶环上发生，喹啉的反应位置 在在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；NNNNaNH2NNH2(1)n-BuLi(2)H2ONBu-nNPhNaNH2H2OH2ONPhNH2PhNO2NNNH2H2ONLiBu-nH2ONBu-nKNH2NH3PhNO2实例：实例：NNNNNNNO2NO2BrBrNSO3HNHNaNNH2+H2O浓HNO3H2SO4浓浓+H2SO4浓+Br2Ag2SO4H2SO4,220K

26、NH2.二甲苯1000（3）氧化反应氧化反应*1 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；*2 与高锰酸钾能发生反应：与高锰酸钾能发生反应：100NKMnO4 水溶液HOOCHOOCN*3 喹啉与异喹啉在过酸的作用下均可形成喹啉与异喹啉在过酸的作用下均可形成N-氧化物。氧化物。NRCO3HNORCO3HNNO（4）还原反应还原反应H2/NiNNHor I2Hg(OAc)2,130NNH2,Pt,AcOH,40NHNH+HHHH反十氢喹啉反十氢喹啉顺十氢喹啉顺十氢喹啉3 喹啉及其衍生物的合成喹啉及其衍生物的合成 1 斯克劳普斯克劳普(Skraup,Z.H.

27、)反应：苯胺、甘油、硫酸反应：苯胺、甘油、硫酸和硝基苯等氧化剂一起作用，生成喹啉的反应称为斯克劳和硝基苯等氧化剂一起作用，生成喹啉的反应称为斯克劳普反应。普反应。实实 例例(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CH2OHCHOHCH2OHCHOCHCH2NCH2HCH2CHONCH2HCH2CHHO NHNH2SO4OH2C6H5NH2H

28、2SO4OH2OC6H5NO2浓 2 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，得到喹啉或它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。的衍生物，这称为弗里德伦德反应。喹啉的衍生物在自然界存在很多，如奎宁、氯喹、罂粟碱、吗啡等。NCH3OCHHONCH CH2奎宁（金鸡钠碱）存在于金鸡钠树皮中，有抗疟疾疗效NNClNHCHHO(CH2)3-NC2H5C2H5CH2OC

29、H3OCH3CH3OCH3O氯喹（合成抗疟疾药）罂粟碱HOOOHNCH312345678吗啡含一个被还原了的异喹啉环，是从鸦片中提取出来的。吗啡的盐酸盐是很强的镇痛药，能持续6小时，也能镇咳，但易上瘾。将羟基上的氢换成乙酰基，即为海洛因，不存在于自然界。海洛因比吗啡更易上瘾，可用来解除晚期癌症患者的痛苦。(三）三）含二个氮原子的六元杂环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、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。嘧啶、吡嗪。NN1234561234

30、56NN哒嗪哒嗪(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)吡嗪吡嗪(pyrazine)123456NNNNOHOHNHNHOONNNH2OHNHNNH2ONNOHOHNHNHOOH3CH3C尿嘧啶尿嘧啶(U)胞嘧啶胞嘧啶(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)1 结构与物理性质结构与物理性质 二嗪类环上的两个氮原子，其电子构形与吡啶中的氮原子二嗪类环上的两个氮原子，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，位于相同，各有一对未共用电子对，位于sp2杂化轨道上，能与杂化轨道上，能与水经氢键缔合。水经氢键缔合。哒嗪与嘧啶因结构的不对称性，分子有一哒嗪与嘧啶因结构的不对称性，分子有一定

31、的极性，可与水混溶，吡嗪因分子极性小而水溶性略小。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二嗪类化合物都是一元碱,而且碱性都比吡啶弱而且碱性都比吡啶弱.2 化学反应化学反应（1）.亲电取代反应亲电取代反应NHNCl-+Br2160 oCNNBr66%NNCH3Cl2，CCl440 oCNNClCH367%NNNH2Br280 oC41%NNNH2BrNNNH2NH2NNNH2NNClN2+ClH2ONNOHH3COHHNO3,HOAc20 oCNHNHOOH3CNHNHOOH3CO2N85%NH2反应最易在反应最易在2位发生，其次是位发生，其次是4,6位位NN

32、CH3NaNH2130-160NNCH3NNCH3NH2H2N+取代卤素要比取代负氢更容易取代卤素要比取代负氢更容易NNClClNH3100NNNH2NNClCl+NH2NH3160NNNH2NH2（2）.亲核取代反应亲核取代反应利用亲核取代反应可制取烃基取代的二嗪。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，得嘧啶单二嗪不易被氧化。若用过酸氧化，得嘧啶单N-氧化物氧化物NNNNOH2O2AcOH（3）氧化氧化2,4,6-2,4,6-位烷基的位烷基的a a -H-H与羰基与羰基a

33、a -H-H相似相似NCH3+CO(1)NaNH2(2)H2O羟醛缩羟醛缩合型合型CH2COHC6H5C6H5NNCH2CH3CH3NaNH2NCH2CH3CH2NCH2CH3CH2CH3CH3I烷基化(80%)（4）侧链侧链-H反应反应N-烷基吡啶盐的侧链烷基吡啶盐的侧链a a-H更活泼更活泼羟醛缩合型羟醛缩合型NCH3CH3NCH3CH2+OHCCHOHNH25由由-二羰基化合物（或类似物）与二羰基化合物（或类似物）与1,1-二胺类化合物合成二胺类化合物合成常用的常用的1,1-二胺类化合物：二胺类化合物：H2NH2NOH2NH2NSH2NH2NNHHNH2NRHNH2NHHNH2NCH3尿

34、素尿素硫脲硫脲胍胍脒脒甲脒甲脒乙脒乙脒5 嘧啶的合成嘧啶的合成实例一实例一实例二实例二OOH2NNH2O+HCl,C2H5OHNNHOHOHHHOHNHNONNOH-2H2O+CONOEtH2NNH HClMeNHNOEtHOHNMe-EtOHMeONaMeOH,NNHMeNHNMeOHNOH2N互变异构实例三实例三OOMeMe+H2NNH2SNaOEtNHNHOHMeMeHOS-2H2ONHNSMeMeNNSHMeMeNNMeMeRaney Ni 吡喃环系吡喃环系H+OOOOH吡喃及其衍生物无芳香特性吡喃及其衍生物无芳香特性吡喃酮的钅吡喃酮的钅 羊盐是芳香体系。羊盐是芳香体系。(四四)含氧原

35、子的六元杂环含氧原子的六元杂环(一一)呋喃、噻吩、吡咯的结构呋喃、噻吩、吡咯的结构(二二)吲哚吲哚(三三)含两个杂原子的五元杂环含两个杂原子的五元杂环第三节第三节 五元杂环化合物五元杂环化合物呋喃、噻吩和吡咯组成环的五个原子都位于同一平面上，四个碳原子和一个杂原子都为sp2杂化状态，彼此以键相连接；每个碳原子还有一个电子在p轨道上，杂原子的未共用电子对也是在p轨道上，这五个p轨道垂直于环所在的平面并相互重叠形成闭合共轭体系。这个共轭体系是由五个原子上的六个p电子组成的，其p电子数符合休克尔4n2规则。因此具有芳香性。(一一)呋喃、噻吩、吡咯的结构呋喃、噻吩、吡咯的结构1 电子结构及芳香性电子结

36、构及芳香性呋喃、噻吩和吡咯的原子轨道示意图：呋喃、噻吩和吡咯的原子轨道示意图：OSNHOSNH.杂原子为杂原子为sp2杂化杂化芳香性大小：苯噻吩吡咯呋喃共轭效应是给电子的。诱共轭效应是给电子的。诱导效应是吸电子的。导效应是吸电子的。孤电子对在孤电子对在p轨道上。轨道上。环上电子云密度2、5(位)的电子云密度大于3、4位(位)：O O的电负性最大的电负性最大,故故O O对对电子云电子云吸引力最大，吸引力最大，削弱了电子的削弱了电子的离域化，故芳离域化，故芳香性最小，并香性最小，并表现出共轭二表现出共轭二烯的性质。烯的性质。O O的电负性最的电负性最大大,S,S对对电子电子云吸引力最小，云吸引力最

37、小，噻吩环中电子噻吩环中电子云密度较均匀，云密度较均匀，故有较强的芳故有较强的芳香性。香性。SNOH离域能离域能/kJmol-16788117150N N的电负性的电负性介于介于O O与与S S之之间，故吡咯间，故吡咯的芳香性也的芳香性也介于呋喃与介于呋喃与噻吩之间。噻吩之间。呋喃、噻吩和吡咯的结构动画孤对电子在孤对电子在sp2杂化轨道上杂化轨道上孤对电子在孤对电子在p轨道上轨道上2 物理性质物理性质都能溶于有机溶剂都能溶于有机溶剂,水溶解度都小于六元杂环吡啶水溶解度都小于六元杂环吡啶溶解度顺序为：吡咯呋喃噻吩溶解度顺序为：吡咯呋喃噻吩 吡咯几乎不显碱性吡咯几乎不显碱性,相反具有弱酸性相反具有

38、弱酸性3 呋喃、噻吩、吡咯化学反应呋喃、噻吩、吡咯化学反应分子接受一个质子的反应称为质子化反应分子接受一个质子的反应称为质子化反应.（1）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；（2）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-质子化质子化质子化反应质子化反应（3）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；（4）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

39、。上发生并导致水解开环。OOHHOOHOH2OHOHOOH2SO4-H2OHOAc,90%H2O-H+三种杂环化合物对碱是稳定的，但对酸的稳定性则不同，噻吩对酸较稳定，吡咯与浓酸作用可聚合成树脂状物。呋喃对酸很不稳定，稀酸就可使其破坏生成不稳定的二醛，然后聚合成树脂状物。呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应*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ONHSNHEHNHEHNHEH电子密度电子密度-络合物络合物八隅体结构最稳定八隅

40、体结构最稳定（1）概述）概述*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，选择试剂时需吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试剂时需要注意；要注意；*4 噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易 加成；呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数加成；呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数 亲电试剂发生亲电取代，但在强亲亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核核试剂存在试剂存在 下，能发生亲下，能发生亲核核加成。加成。离域能：噻吩：离域能：噻吩：121.3 kJmol-1吡咯：吡咯：87.8 kJmol-1呋喃：呋喃：66.9 kJ

41、mol-1（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。为了得一卤代反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代(Cl,Br)产物，产物，要采用低温、溶剂稀释等温和条件。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 mol)Et2O,0(80%)（2）呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应 呋喃呋喃,

42、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化一般不用硝酸直接硝化;通常用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。进行。CH3COCCH3 +HNO3O OCH3CONO2 +CH3COOHOSAcONO2O oCAc2O/AcOHSNO2SNO2+NHAcONO2O oCAc2O/AcOHNHNO2NHNO2+60%10%51%13%呋喃比较特殊呋喃比较特殊,先生成稳定的或不稳定的先生成稳定的或不稳定的2,5加成产物加成产物,然后加热或用吡啶除去乙酸然后加热或用吡啶除去乙酸,得到硝化产物。得到硝化产物。O

43、ONO2OOHNO2HNO2HAcOAcONO2-5-30oC+Pyridine（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，所以须用温和的磺化试剂磺化。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。化合物。噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），也可噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），也可以用温和的磺化试剂磺化。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+NSO3ClCH2CH2Clr.t.

44、3 daysOSO3-NHOSO3-O3SNHNHS+NSO3ClCH2CH2Clr.t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+NH+NSO3100 oCNHSO3-NHHClNHSO3H（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 NHCCH3O(70%)NHNa或 NaOH(浓)PhCClNNa+ONCOPhSAc2O 与 AlCl3 的混合体系SCCH3OEg 1Eg 4Eg 3Eg 2OBF3+Ac2OOCCH3O(75%-92%)NHENHEN sp2杂杂化化N sp3杂杂化化碳上酰化，正电荷处在离碳上酰化，正电荷处在离域范

45、围内，较稳定。域范围内，较稳定。氮上酰化，正电荷不处在氮上酰化，正电荷不处在离域范围内。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a a-C上发生，而吡咯的酰化反应上发生，而吡咯的酰化反应（不用催化剂）既能在（不用催化剂）既能在a a-C上发生，又能在上发生，又能在N上发生。在上发生。在a a-C上上发生比在发生比在N上发生容易。上发生容易。定位效应：定位效应：对取代位置的解释（对反应中间体的相对稳定性对取代位置的解释（对反应中间体的相对稳定性的分析）的分析）取代在取代在a a位位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

46、稳定定a a 取取代代H-H+AE 取代在取代在 位位AEAE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（5）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，但吡咯的酸性比苯吡咯的性质与苯酚类似，都具有酸性，但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。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。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 17.5NHNK+Na 或 K或浓NaOHpKa 17

47、.5(1)(2)NHCHONHCOO-NH4+NHN=N-C6H5NHCOOHNCOOHNMgXNRNCORHCON(CH3)2 POCl3CHCl3 25%NaOH(NH4)2CO3 130oCC6H5N2+X-C2H5OH-H2O AcONaRMgX1 CO22 H2OCO2 加热加热 加压加压RCOClRX(6)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（2）Diels-Alder反应反应呋喃最易发生呋喃最易发生Diels-Alder反应反应90%OOOO+OOOO76%O+O+NCH3H3CCOCH3COOCH3COOCH3NCOCH3CH3H3CCOO

48、CH3COOCH3AlCl3A lC l3N H C C H3H3CC O O C H3C O O C H3OCH360-120SCH3H3C+NC-CC-CN-SSCH3H3CCNCNCH3CNCNCH3 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。(二二)吲哚吲哚三种五员杂环苯并体系三种五员杂环苯并体系NHOS吲吲哚哚苯苯并并呋呋喃喃苯苯并并噻噻吩吩123456712345671234567AEE进进入入五五员员杂杂环环，那那个个位位置置?芳芳香香

49、性性比比苯苯环环差差负负电电荷荷密密度度比比苯苯环环大大易易发发生生亲亲电电取取代代亲电取代反应：亲电取代反应：从反应的中间体分析：从反应的中间体分析：AEAEAE苄苄基基型型正正碳碳离离子子一一个个主主要要共共振振式式HAEAEAEHHAE-H+-H+满满足足八八隅隅体体有有两两个个主主要要共共振振式式2 2-位位3 3-位位 进攻进攻3-位位,反应易于进行反应易于进行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衍生物的反应称为费歇尔苯肼与醛、酮类化合物在酸性条件下加热生成吲哚衍生物的反应称为费歇尔(Fischer,E.)合成法。合成法。NHNH2+CH3COOHOHO

50、AcNHCOOH250-CO2NHNHCH2CHCOOHNH2NHCH3色 氨 酸构 成 蛋 白 质 的 重 要 成 分甲 基 吲 哚（粪 臭 素）很 稀 时 有 茉 莉 香 味分 解NHCH2CH2NH2HO5 羟基色氨动物激素，参与神经思维的物质。NHCH2CH2NHAcCH3O脑白金MelatonineNHCH2COOH 吲哚乙酸植物激素，少量能调节植物生长，量大则杀伤植物。如在侧链多一个 就失去生理效能。CH2（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