1、      第十七章 雜環化合物 學習要求： 1掌握各類常見雜環化合物的結構和命名。 2掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、吲哚、喹啉的化學性質。 3認識核酸組成中的重要堿基嘧啶、嘌呤；了解葉綠素、血紅素等卟啉環化合物；了解生物堿的有關知識。    雜環化合物是指組成環的原子中含有除碳以外的原子(雜原子常見的是N、O、S等)的環狀化合物。    雜環化合物不包括極易開環的含雜原子的環狀化合物，例如：     本章我

2、們只討論芳香族雜環化合物。    雜環化合物是一大類有機物，占已知有機物的三分之一。雜環化合物在自然界分布很廣、功用很多。例如，中草藥的有效成分生物堿大多是雜環化合物；動植物體內起重要生理作用的血紅素、葉綠素、核酸的堿基都是含氮雜環；部分維生素，抗菌素；一些植物色素、植物染料、合成染料都含有雜環。 §17.1  雜環化合物的分類和命名  分類   （略）  命名   雜環的命名常用音譯法，是按外文名詞音譯成帶“口”字旁的同音漢字。    

3、;  當環上有取代基時，取代基的位次從雜原子算起依次用1,2,3, (或,)編號。如雜環上不止一個雜原子時，則從O、S、N順序依次編號。編號時雜原子的位次數字之和應最小。例見P552   §17.2 五元雜環化合物   含一個雜原子的典型五元雜環化合物是呋喃、噻吩和吡咯。含兩個雜原子的有噻唑、咪唑和吡唑。本節重點討論呋喃、噻吩和吡咯，簡單介紹一下噻唑、咪唑和吡唑。  呋喃、噻吩、吡咯雜環的結構  呋喃、噻吩、吡咯在結構上具有共同點，即構成環的五個原子都為sp2雜化，故成環的五個原子處在同一平面，

4、雜原子上的孤對電子參與共軛形成共軛體系，其電子數符合休克爾規則（電子數 = 4n+2），所以，它們都具有芳香性。   呋喃、噻吩、吡咯的性質 （一）存在與物理性質   P554   （二）光譜性質  P554 （三）化學性質 1親電取代反應    從結構上分析，五元雜環為56共軛體系，電荷密度比苯大，如以苯環上碳原子的電荷密度為標準（作為0），則五元雜環化合物的有效電荷分布為：     五元雜環有芳香性，但其芳香性不如苯環，因

5、環上的電子云密度比苯環大，且分布不勻，它們在親電取代反應中的速率也比要苯快得多。親電取代反應的活性為：     吡咯>  呋喃  > 噻吩  > 苯，主要進入-位。    五元雜環吡咯、呋喃、噻吩的反應實例見P555556說明：吡咯、呋喃、噻吩的親電取代反應，對試劑及反應條件必須有所選擇和控制。    鹵代反應    不需要催化劑，要在較低溫度和進行。    硝化反應  

6、;  不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯(CH3COONO2)作硝化試劑，在低溫下進行。    磺化反應    呋喃、吡咯不能用濃硫酸磺化，要用特殊的磺化試劑吡啶三氧化硫的絡合物，噻吩可直接用濃硫酸磺化。 2加氫反應     3呋喃、吡咯的特性反應 （1） 呋喃易起D-A反應       吡咯、噻吩要在特定條件下才能發生D-A反應。 （2）吡咯的弱酸性和弱堿性 &#

7、160;  吡咯雖然是一個仲胺，但堿性很弱。     吡咯具有弱酸性，（其酸性介與乙醇和苯酚之間。    故吡咯能與固體氫氧化鉀加熱成為鉀鹽，與格式試劑作用放出RH而生成吡咯鹵化鎂。     吡咯鉀鹽和吡咯鹵化鎂都可用來合成吡咯衍生物。   重要的五元雜環衍生物 （一）糠醛（- 呋喃甲醛） 1制備由農副產品如甘蔗雜渣、花生殼、高粱桿、棉子殼用稀酸加熱蒸煮制取。  2糠醛的性質    同有

8、-H的醛的一般性質。 （1）氧化還原反應 （2）歧化反應  （3）羥醛縮合反應 （4）安息香縮合反應 3糠醛的用途  糠醛是良好的溶劑，常用作精練石油的溶劑，以溶解含硫物質及環烷烴等。可用于精制松香，脫出色素，溶解硝酸纖維素等。糠醛廣泛用于油漆及樹脂工業。 （二）吡咯的重要衍生物  最重要的吡咯衍生物是含有四個吡咯環和四個次甲基(-CH= )交替相連組成的大環(   ）化合物。其取代物稱為卟啉族化合物。      卟

9、啉族化合物廣泛分布與自然界。血紅素，葉綠素都是含  環的卟啉族化合物。在血紅素中環絡合的是Fe，葉綠素環絡合的是Mg。血紅素的功能是運載輸送氧氣（P564）葉綠素是植物光合作用的能源。  1964年，Woodward用55步合成了葉綠素。1965年接著合成VB12，用11年時間完成了全合成。 Woodward一生人工合成了20多種結構復雜的有機化合物，是當之無愧的有機合成大師。Woodward 20歲獲博士學位，30歲當教授，48歲時（1965年）獲諾貝爾化學獎。  噻唑和咪唑 1噻唑   噻唑是含一個硫原子和一個

10、氮原子的五元雜環，無色，有吡啶臭味的液體，沸點117，與水互溶，有弱堿性。是穩定的化合物。一些重要的天然產物幾合成藥物含有噻唑結構，如青霉素、維生素B1等。    青霉素是一類抗菌素的總稱，已知的青霉素大一百多種，它們的結構很相似，均具有稠合在一起的四氫噻唑環和- 內酰胺環。       青霉素具有強酸性(pKa2.7),在游離狀態下不穩定(青霉素O例外)，故常將它們變成鈉鹽、鉀鹽或有機堿鹽用于臨床。    維生素B1（VB1）    

11、§17.3  六元雜環化合物   六元雜環化合物中最重要的有吡啶、嘧啶和吡喃等。           吡啶是重要的有機堿試劑，嘧啶是組成核糖核酸的重要生物堿母體。  吡啶 (一)  來源、制法和應用    吡啶存在于煤焦油頁巖油和骨焦油中，吡啶衍生物廣泛存在于自然界，例如，植物所含的生物堿不少都具有吡啶環結構，維生素PP、維生素B6、輔酶及輔酶也含有吡啶環。吡啶是重要的有機合成原料（如合成藥物）、良好的有機溶劑和有機

12、合成催化劑。   吡啶的工業制法可由糠醇與氨共熱（500）制得，也可從乙炔制備（P565）。吡啶為有特殊臭味的無色液體，沸點115.5，相對密度0.982，可與水、乙醇、乙醚等任意混和。 （二）吡啶的結構         由于吡啶環的N上在環外有一孤對電子，故吡啶環上的電荷分布不均。  （三）吡啶的性質 1堿性與成鹽   吡啶的環外有一對未作用的孤對電子，具有堿性，易接受親電試劑而成鹽。吡啶的堿性小于氨大于苯胺。  

13、  吡啶易與酸和活潑的鹵代物成鹽。  2親電取代反應  吡啶環上氮原子為吸電子基，故吡啶環屬于缺電子的芳雜環，和硝基苯相似。其親電取代反應很不活潑，反應條件要求很高，不起傅-克烷基化和酰基化反應。親電取代反應主要在-位上。 3氧化還原反應（1）氧化反應    吡啶環對氧化劑穩定，一般不被酸性高錳酸鉀、酸性重鉻酸鉀氧化，通常是側鏈烴基被氧化成羧酸。    吡啶易被過氧化物（過氧乙酸、過氧化氫等）氧化生成氧化吡啶。     氧化吡啶在有機合

14、成中用于合成4-取代吡啶化合物。 （2）還原反應    吡啶比苯易還原，用鈉加乙醇、催化加氫均使吡啶還原為六氫吡啶（即胡椒啶） 4親核取代   由于吡啶環上的電荷密度降低，且分布不均，故可發生親核取代反應。例如：   嘧啶及其衍生物    嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很廣，脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶是遺傳物質核酸的重要組成部分，微生素B1也含有嘧啶環。合成藥物的磺胺嘧啶也含這種結構。      

15、;     uracil             thymine               cytosine §17.4  稠雜環化合物    稠雜環化合物是指苯環與雜環稠合或雜環與雜環稠合在一起的化合物。常見的有喹啉、吲哚和嘌呤。

16、60;       吲哚    吲哚是白色結晶，熔點52.5。極稀溶液有香味，可用作香料，濃的吲哚溶液有糞臭味。素馨花、柑桔花中含有吲哚。吲哚環的衍生物廣泛存在于動植物體內，與人類的生命、生活有密切的關系。              吲哚的性質與吡咯相似，也可發生親電取代反應，取代基進入-位。見P563。   喹啉  喹啉存在于煤焦油中，為無色油狀

17、液體，放置時逐漸變成黃色，沸點238.05，有惡臭味，難溶于水。能與大多數有機溶劑混溶，是一種高沸點溶劑。 1喹啉的性質（1）取代反應                            喹啉是有吡啶稠合而成的，由于吡啶環的電子云       &#

18、160;                密度低于與之并聯的苯環，所以喹啉的親電取代反應                        發生在電子云密度較大的苯環上，取代基主要進入5或   &

19、#160;                  8位。而親核取代則主要發生在吡啶環的2或4位.（2）氧化還原反應    喹啉用高錳酸鉀氧化時，苯環發生破裂，用鈉和乙醇還原是其吡啶環被還原，這說明在喹啉分子中吡啶環比苯環難氧化，易還原。  2喹啉環的合成法斯克勞普（Skraup）法：  喹啉的合成方法有多種，常用的是斯克勞普法。是用苯胺與甘油、濃硫酸及一種氧化劑如硝基苯共熱而生成。   其反應過程見P571。 3喹啉的衍生物  喹啉的衍生物在自然界存在很多，如奎寧、氯喹、罌粟堿、嗎啡等。   嘌呤     嘌呤為無色晶體，m.p216217，易溶于水，其水溶液呈中性，但能與酸或堿成鹽。純嘌呤環在自然界不存在，嘌呤的衍生物廣泛存在于動植物體內。 1尿酸   存在于鳥類及爬蟲類的