1、有機化學第十六章雜環化合物學案16.3.1 吡啶和嘧啶(1) 硝化(2) 磺化(3) 鹵化 16.3.2 喹啉和異喹啉 16.3.3 嘌呤雜環化合物(heterocyclic compounds)： 構成環的原子除碳原子外還有其它原子的一類環狀化合物 ，常見的雜原子是O,N,S。 頭孢氨芐(先鋒霉素IV)血紅素(heme)四氫呋喃 哌啶 吡啶16.1 雜環化合物的分類、命名和結構16.1.1 分類和命名 雜環非芳香性雜環 芳香性雜環 非芳香性雜環:四氫吡咯 六氫吡啶 奎寧環 四氫呋喃 1,4二氧六環(1氮雜二環2.2.2辛烷) 芳雜環化合物 :五元雜環： 呋喃 噻吩 吡咯furan thiop

2、hene pyrrole 吡唑 咪唑 唑 噻唑pyrazole imidazole oxazole thiazole 六元雜環： 吡啶pyridine 噠嗪 嘧啶 吡嗪pyridazine pyrimidine pyrazine 苯并呋喃 苯并噻吩 吲哚(苯并吡咯)benzofuran thionaphthene indole 稠雜環：苯并咪唑 苯并 唑 苯并噻唑 嘌呤benzomidazole benzoxazole benzothiazole purine 喹啉 異喹啉 吖啶quinoline isoquinoline acridine 雜環的編號一般從雜原子開始，含多個雜原子時按O、S、

3、N的次序編號。 5甲基噻唑 6甲氧基苯并 唑 對于含一個雜原子的雜環也可把靠近雜 原子的位置叫做位，其次為和位。 16.1.2 結構和芳香性 呋喃、噻吩和吡咯：C、N原子均為sp2雜化，環上的5個原子處于同一平面；5個p軌道都垂直于環所在的平面且相互平行；p軌道的相互交蓋形成閉合的共軛體系，體系中有6個電子。sp2 雜化參與大鍵生成的p軌道中的電子圖16.1 吡咯的軌道結構 呋喃、吡咯和噻吩的芳香性： 共振能分別為66、88和 116 kJ/mol。 容易發生親電取代反應 鍵長趨于平均化 表16.1 呋喃、噻吩、吡咯及環戊二烯的鍵長/nmXC1(單鍵) C2C3 C3C4 呋喃 0.1362(

4、0.143) 0.1361 0.1430噻吩 0.1614(0.182) 0.1360 0.1423吡咯 0.1360(0.146) 0.1382 0.1416 環戊二烯 0.1502 0.1341 0.1455 鍵長/nm0.1540.134圖16.2 吡啶的軌道結構 CN: 0.146 nmC=N: 0.128 nm 核磁共振信號大都出現在較低場 6.24 6.29 6.18 6.99 6.68 6.22 6.28 6.43吡啶是典型的芳香雜環化合物 芳香性：苯 噻吩 吡咯 呋喃 偶極矩/Cm: 6.5 1030 6.1 1030 16.2 五元雜環化合物16.2.1 五元雜環化合物的化學

5、性質 呋喃、吡咯的遇酸或氧化劑容易開環或聚合。它們在親電取代反應中，使用溫和的試劑：硝化 一般采用硝酸乙酰脂 CH3COONO2作硝化劑 雜原子的C 效應，增加了雜環的親電取代反應的活性。親電取代反應活性順序： 煤焦油中提取的苯含0.5% 噻吩。這是制取無噻吩苯的一種方法(3) 鹵化 采用溶劑稀釋、低溫(2) 磺化 吡咯、呋喃通常采用吡啶與SO3的加合物：(4) FriedelCrafts?；?催化劑： SnCl4, BF3等 呋喃、噻吩、吡咯的制備PaalKnorr合成法 二羰基化合物 酸催化下脫水或與氨或硫化物作用 吡咯、呋喃、噻吩親電取代反應的區域選擇性：反應主要發生在 2 位上 雜環

6、上有兩種不同位置的取代：親電試劑進攻 2 位的中間體穩定聚戊糖 戊糖 糠醛 16.2.2 常見的五元雜環化合物c. Diels-Alder反應d. 加氫還原e. 吡咯的酸堿性p- 共軛，堿性極弱，pKb13.6N上的H有酸性，pKa15吡咯特有的反應與重氮鹽的反應16.3 六元雜環化合物16.3.1 吡啶和嘧啶 生物堿一般是指從動植物中得來的、具有堿性的、有強烈生理作用的一類有機含氮化合物： 吡啶的堿性：不穩定的極限結構親電取代反應： 類似硝基苯，一般需在強烈條件下才能發生親電取代反應。 親電試劑主要進入位 (1) 硝化 (2) 磺化 (3) 鹵化 芳環上的親核取代反應： 吡啶更容易發生親核取

7、代反應，反應的部位是在環上的位和 4 位：環上氮原子的性質：親核性： 吡啶能與鹵代烷作用生成相當于季銨鹽的產物吡啶 鹽： 堿性： 還原：有機堿催化劑、環氧樹脂的固化劑氧化： 吡啶與過氧化氫作用生成吡啶N氧化物： 含有吡啶環的藥物分子： 含兩個雜原子的雜環化合物 五元雙雜環化合物a. 物理性質分子間形成氫鍵，b.p.(m.p.)高b. 結構與反應性電負性較大，吸電子，環上電子 云密度降低，親電取代變難，主要 發生在該N的間位 引入的N，電子結構與吡啶中相 同未共用電子對在sp2雜化軌道上不 參與環的共軛，也有堿性 環上電子云密度降低，對酸、 氧化劑的穩定性增大以咪唑為例：引入一個Ni. 堿性跟引

8、入的N原子與另一雜原子的相對位置和性質有關：1,3-唑：另一雜原子在間位，誘導吸電子弱，堿性較強。1,2-唑：另一雜原子在鄰位，誘導吸電子大得多，堿性較1,3-唑弱，但比吡咯強。ii. 親電取代反應活性比相應的但雜化合物差。反應條件要求比較劇烈。1,3唑5位，1,2唑4位，唑的間位定位效應。1,2唑：1,3唑：iii. 側鏈的氧化（環的穩定性）iv. 互變異構的現象含兩個N原子的雜環化合物，這兩個雜原子的電子結構不同，在一定的條件下可以互變：雙雜六元雜環化合物食用香精20多種結構與反應性環上引入第二個N原子，相當于一個NO2的吸電子效應。使另一個N上的電子云密度降低堿性變弱 環上電子云密度降低親電取代變難（不能發生硝化、磺化，只發生鹵代）pKb12.7親核取代變易：穩定性增加:（嘧啶空氣中不氧化，而吡啶則變色）稠雜環化合物和生物堿1.