1、精品文檔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 .掌握吠喃、曝吩、口比咯、口比咤、呻喙、唾咻的化學性質。3.認識核酸組成中的重要堿基一一喀咤、喋吟；了解葉綠素、血紅素等嚇咻環化合物；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（雜原子一一常見的是N、O、S等）的環狀化合物。非芳香雜環如O，02O，,NH雜環化合物O一1芳雜環（符合休克爾規則的雜環）如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：LTI0,NH00本章我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

2、。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。 17.117.1環化合物的分類和命名17.1.117.1.1分類（略）精品文檔H精品文檔17.1.217.1.2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。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a,0,丫）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 17.217.2元雜環化合物含一個雜原子的典型五元

3、雜環化合物是吠喃、曝吩和比咯。含兩個雜原子的有曝嘎、咪嘎和口比嘎。本節重點討論吠喃、曝吩和比咯，簡單介紹一下曝嚏、咪嚏和口比嚏。17.2.1吠喃、曝吩、口比咯雜環的結構2吠喃、曝吩、比咯在結構上具有共同點，即構成環的五個原子都為sp雜化，故成環的五個原子處在同一平面，雜原子上的孤對電子參與共知形成共知體系，其71電子數符合休克爾規則（n電子數=4n+2）,所以，它們都具有芳香性。為n5共輾體系式電子=6口比咯(furan)吠喃S(thiophene)曝吩(pyridine)(pyrimidine)(quinoline)喀嚏唾咻IIH(indole)口引喋NNNNH(purine)喋吟H(pyr

4、role)符合4n+2具有芳性富電子芳環精品文檔17.2.2吠喃、曝吩、叱咯的性質（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，五元雜環為口56共知體系，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:000l0五元雜環有芳香性，但其芳香性不如苯環，因環上的71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：口比咯吠喃曝吩苯，主要進入a-位。五元雜環口比咯、吠喃、曝吩的反應實例見P555556說明：比咯、吠喃、曝吩的親電取代反應，對試劑及反應條件必須有所

5、選擇和控制。鹵代反應不需要催化劑，要在較低溫度和進行。硝化反應不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯（CH3COONO2）作硝化試劑，精品文檔精品文檔在低溫下進行。磺化反應吠喃、口比咯不能用濃硫酸磺化，要用特殊的磺化試劑一一口比咤三氧化硫的絡合物，曝吩可直接用濃硫酸磺化。四氫吠喃(THF)四氫口比咯不能用Pd催化因曝吩能Pd使中毒3.吠喃、口比咯的特性反應(1)吠喃易起D-A反應口比咯、曝吩要在特定條件下才能發生D-A反應(2)口比咯的弱酸性和弱堿性口比咯雖然是一個仲胺，但堿性很弱精品文檔30C+H2,NiorPdKb3.8x10-10-42x104原因：N上的未共用電子對參與了環的共軻體系，減

6、弱了與H+的結合力。NH2H17.2.3重要的五元雜環衍生物（一）糠醛（a-吠喃甲醛）精品文檔精品文檔口比咯具有弱酸性,（其酸性介與乙醇和苯酚之間。OHCH3CH2OH-10Ka=1.3X10/“-151X10-181X10故口比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而生成口比咯鹵化鎂。比咯鉀鹽和口比咯鹵化鎂都可用來合成口比咯衍生物。+H2O+H2O精品文檔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。(1)氧化還原反應LOJ-CHO(2)歧化反應I濃堿j_jl+jICHO%ACOOH+LOCH20H(3)羥醛縮合反應(4)安息香縮合反應精品文檔CH

7、O+CH3CHO稀堿ACH=CHCHOO(C5H8O4)n35%H2so4多聚戊糖HO-CHCH-OHiiCH2CH-CHOIIOHOH戊糖稀H2SO4iALCHO吠喃甲醛2.糠醛的性質同有a-H的醛的一般性質。CuO,Cr2O3150c,10MPaKMnO4弱堿性V2O5-MoOO2,320C,+H2O精品文檔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燒等。可用精制松香，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）口比咯的重要衍生物最重要的口比咯衍生物是含有四個比咯環和四個次甲基）化合物。其取代物稱為嚇咻族化合物。嚇咻族化合物廣泛分布與自然界

8、。血紅素，葉綠素都是含環的嚇咻族化合物。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。Woodward20歲獲博士學位，30歲當教授，48歲時（1965年）獲諾貝爾化學獎。17.2.417.2.4曝陛和咪陛1.1.曝嘎曝嘎是含一個硫原子和一個氮原子的五元雜環，無色，有口比咤臭味的液體，沸點精品文檔（-CH=）交替相連組成的大環2581NH精

9、品文檔117C,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曝n坐結構，如青霉素、維生素Bi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曝嚏環和B-內酰胺環。HOOCNC二OCH3kcCH-NH-C-RSCH3O青霉素具有強酸性(pKa-2.7),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B(VB)對糖類的新陳代謝有顯著的影響，人體缺乏時可以引起腳氣病 17.317.3元雜環化合物六元雜環化合物中最重要的有口比咤、喀咤和口比喃等。RH2-二R=-CH2-O-R=-CH=CH-C

10、H2-S-CH3為青霉素G)為青霉素V,常用青霉素為青霉素OJ精品文檔喀咤CH3CH2CH20H曝嚏環N叱喃精品文檔口比咤是重要的有機堿試劑，噴咤是組成核糖核酸的重要生物堿母體。17.3.117.3.1口比咤（一）來源、制法和應用口比咤存在于煤焦油頁巖油和骨焦油中，口比咤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口比咤環結構，維生素PP、維生素B6、輔酶I及輔酶n也含有口比咤環。口比咤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合成催化劑。口比咤的工業制法可由糠醇與氨共熱（500C）制得，也可從乙煥制備（P565）。口比咤為有特殊臭味的無色液體，沸點115.5C,相對

11、密度0.982,可與水、乙醇、乙醴等任意混和。（二）口比咤的結構由于此咤環的N上在環外有一孤對電子，故口比咤環上的電荷分布不均。電荷分布親電取代親核取代精品文檔N上的孤電子對在P軌道上，參與環內共軻，為富電子芳環。N上的孤電子對在2sp軌道上，在環外未參與環內共輾。1.010.841.43精品文檔(三)口比咤的性質1 .堿性與成鹽口比咤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。口比咤的堿性小于氨大于苯胺。口比咤易與酸和活潑的鹵代物成鹽。Q+HCI-GNHCl-吧3Q此反應常用于*在反應中吸收(0+SO3CH2c匕GN-SO3(90%)生成的氣態酸N室溫叱嚏三氧化硫絡合物是常

12、用的緩和磺化劑制取烷基叱咤的一種方法2 .親電取代反應口比咤環上氮原子為吸電子基，故口比咤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。親電取代精品文檔CH3NH2NH3pKb3.384.768.80精品文檔精品文檔反應主要在B-位上。Cl2,AlCl3100CBr2,浮石催化300c氣相濃H2SO4HgSO4催化，220C混酸A300C3.氧化還原反應（1）氧化反應口比咤環對氧化劑穩定，一般不被酸性高鎰酸鉀、酸性重銘酸鉀氧化，通常是側鏈燒基被氧化成較酸。jjVCH3KMnO4/H+ye。0HNN3-口比咤甲酸（煙酸）HNO3口比咤

13、易被過氧化物（過氧乙酸、過氧化氫等）氧化生成氧化口比咤。氧化此咤在有機合成中用于合成4-取代口比咤化合物3一氯口比咤3-澳口比咤3-硝基口比咤口比咤-3-磺酸a一口比咤甲酸NOCH3C-OOH精品文檔(2)還原反應口比咤比苯易還原，用鈉加乙醇、催化加氫均使此咤還原為六氫口比咤(即胡椒咤)4.親核取代由于口比咤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：NaNH2_H2O(N一中一/)向、公NHjNHNaN一甲本胺中回流N17.3.2喀噬及其衍生物喀咤本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很廣，服喀咤、胞喀咤、胸腺喀咤是遺傳物質核酸的重要組成部分，微生素Bi也含有喀咤環。合成藥

14、物的磺胺喀咤也含這種結構。OHOHNN人產3火JHON胞喀咤(C)HONHON尿喀咤(U)胸腺喀咤(T)精品文檔uracilthyminecytosine5-羥基色氨動物激素，參與神經思維的物質。CH2CH2NHACMelatonine腦白金精品文檔 17.417.4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。常見的有唾咻、呻噪和喋吟。61N5N728N4N93H喋吟(Purine)17.4.1口引喋呻喙是白色結晶，熔點52.5Co極稀溶液有香味，可用作香料，濃的呻喙溶液有糞臭味。素馨花、柑桔花中含有呻噪。呻噪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

15、的關系。I分解CvCH33一甲基口引喋（糞臭素）N很稀時有茉莉香味H色氨酸構成蛋白質的重要成分唾咻(Quioline)精品文檔呻喙的性質與口比咯相似，也可發生親電取代反應，取代基進入B-位。見Br2,0-OA0cC6H5COONO2ACH3CN,0cN.SO317.4.2唾咻唯咻存在于煤焦油中，為無色油狀液體，放置時逐漸變成黃色，沸點惡臭味，難溶于水。能與大多數有機溶劑混溶，是一種高沸點溶劑。1 .唯咻的性質(1)取代反應唾咻是有口比咤稠合而成的，由于此咤環的電子云 0.980.770.96 密酸低于與之并聯的苯環，所以唾咻的親電取代反應0.95.0.79iccN發生在電子云密度較大的苯環上，

16、取代基主要進入5或精品文檔P563。238.05C,有3-澳口引喋70%3-硝基口引喋35%3-口引喋磺酸8位。而親核取代則主要發生在口比咤環的2或4位.(2)氧化還原反應唾咻用高鎰酸鉀氧化時，苯環發生破裂，用鈉和乙醇還原是其口比咤環被還原，這說明在喳咻分子中口比咤環比苯環難氧化，易還原。2.唾咻環的合成法一一斯克勞普(Skraup)法:唾咻的合成方法有多種，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。精品文檔Ag2SO4濃H2SO4,220KNH2.二甲苯100cBrBr2+濃H2SO4SO3H+BrNHNaH2O精品文檔CH2-CH-CH2OHOHOH8491

17、%精品文檔其反應過程見1。3 .唯咻的衍生物唯咻的衍生物在自然界存在很多，如奎寧、氯峰、罌粟堿、嗎啡等。奎寧（金雞鈉堿）存在于金雞鈉樹皮中，有抗瘧疾療效含一個被還原了的異峰咻環，是從鴉片中提取出來的。嗎啡的鹽酸鹽是很強的鎮痛藥， 能持續6小時，也能鎮咳，但易上癮。將羥基上的氫換成乙酰基，即為海洛因，不存在于自然界。海洛因比嗎啡更易上癮，可用來解除晚期癌癥患者的痛苦。17.4.3喋吟NnNHNN(n)7H-喋吟HO-CH-(CH2)3-N1C2H5NHC2H5ClN氯唾（合成抗瘧疾藥）罌粟堿CH=CH2N精品文檔CH3OHOCH精品文檔喋吟為無色晶體，m.p216217C,易溶于水，其水溶液呈中性，但能與酸或堿成鹽。純喋吟環在自然界