第12章杂环化合物.ppt
第十二章 杂环化合物 Heterocyclic Compounds,内容提纲： 杂环化合物的命名 杂环化合物的结构特点* 杂环的反应* 杂环的合成 V 生物碱简介,重点： 杂环化合物的命名 杂环化合物的结构特点* 杂环的反应* 难点： 杂环的反应，杂环的合成,2,课时及讨论安排：,第一次课（4.20） 一、杂环化合物的命名（第六组） 二、杂环化合物的结构（第五组） 三、五元杂环化合物的亲电取代反应（第五组） 四、五元杂环化合物的加成反应（第三组） 第二次课（4.22） 五、唑的结构与反应（第四组） 六、吡啶、稠杂环的取代反应（第四组） 七、杂环化合物的氧化及其它反应（第四组） 八、杂环化合物的合成（第二组）,3,含一个杂原子,含二个杂原子,杂环分类：,呋喃 噻吩 吡咯 Furan thiophene pyrrole,吡唑 咪唑 噻唑 Pyrazole imidazole thiazole,单杂环,4,五元杂环与 苯环稠合,苯并呋喃 benzofunan,吲哚 indole,苯并噻唑 benzothiophene,稠杂环,5,I 杂环化合物命名,我国一般采用音译法，即按英文名称音译。如：,6,2、命名的编号规则,a、从杂原子开始编号，兼顾取代基； b、稠环从大环的杂原子开始编号； c、有不同的杂原子，则按照O、S、N原子顺序。,例如：,呋喃-2-甲醛（糠醛）,2-甲基咪唑,噻唑,2-氨基吡啶,吡啶-3-甲酸（烟酸）,6-氨基嘌呤（腺嘌呤）,8-羟基喹啉,3-吲哚乙酸,7,噁唑 噻唑 咪唑 Oxazole Thiazole Imidazole,5-乙基噻唑 4-氨基嘧啶 2-甲基-5苯基噁唑 5-ethylthiazole 4-aminopyrimidine 2-methyl-5-phenyloxazole,8,II 杂环化合物的结构,3、吡咯、呋喃、噻吩、吡啶的结构,2、苯系芳烃与非苯系芳烃,1、休克尔规则,比较吡咯、吡啶和苯胺的碱性！,9,偶极矩,0.70D 0.51D 1.81D 2.22D,1.73D 1.90D 1.58D,键长,芳香性：苯 噻吩 吡咯 呋喃 吡啶,2、吡咯、呋喃、噻吩的化学性质,a) 卤代：,（1） 亲电取代反应（Electrophilic Substitution）,反应活性：噻吩 、 吡咯 、 呋喃苯 单取代位置：-位,11,因为中间体的稳定性：,吡咯在2-或3-位取代的共振式如下：,b) 硝化,c) 磺化,a. 活性顺序：吡咯呋喃噻吩苯 b.亲电取代通常主要发生在2位（- 位）,d) 付克酰基化,小结：,e) 吡咯的特征反应：,吡咯具有较弱的酸性和碱性,16,（2） 加成反应 （Addition Reaction）,H2 , Pd,H2 , MoS2,H2 , Ni,（3） 水解反应,17,(三) 呋喃、吡咯和噻吩环的制法 呋喃容易从糠醛去羰基得到：,噻吩可以用丁烷或丁烯与硫磺加热反应得到：,以氧化铝为催化剂，可以实现呋喃、吡咯和噻吩环的互变（Yuyev反应）,18,实验室制法-帕尔克诺尔( Paal-Knorr)法。,4、 呋喃、吡咯的重要衍生物,（1） 糠醛( Furfural),制法：由玉米芯、高粱杆、棉籽壳、燕麦壳、谷糠等农副产品经稀硫酸处理而制得。,(C5H8O4)n + nH2O,nC5H10O5,聚戊糖,戊糖,HOCHCHOH | | HCH CH CHO | | OH OH,3H2O,糠醛（b.p. 162）,20,性质：,浓NaOH,2-呋喃甲酸 2-呋喃甲醇,糠醛,Cannizaro歧化反应,氧化反应,还原反应,脱羧反应,21,（2） 卟啉及衍生物,卟啉环,血红素,由四个吡咯环和四个次甲基(CH= )交替相连组成的大环叫卟啉环(又称为卟吩)，卟啉的化合物广泛存在于自然界中。,22,23,（3）含吡咯、呋喃、和噻吩的稠环化合物,吲哚 Indole,2,1,3,4,5,6,7,苯并呋喃 Benzofuran,苯并噻吩 Benzothiophene,24,二. 含两个杂原子的五元杂环(azole),1,2-唑,异噁唑 异噻唑 吡唑 isoxazole isothiazole pyrazole,1,3-唑,噁唑 噻唑 咪唑 Oxazole Thiazole Imidazole,25,碱性：,1 结构和化学性质,26,亲电取代反应,27,唑的烷基化或酰基化通常发生在氮原子上。,2、1，2-唑与1，3-唑的合成,1，2-唑可用1，3-二羰基化合物合成,1，3-唑可用含有杂原子的1，4-二羰基化合物合成,3、咪唑、噻唑的重要衍生物,维生素B1,盐酸左旋咪唑,咪唑安定,30,第二节 六元杂环化合物,一、吡啶(Pyridine),1. 吡啶的结构,氮原子杂化情况,吡啶分子结构,P轨道,Sp2 轨道,吡啶,氮原子以不等性sp2杂化轨道成键。,31,2. 吡啶的性质 碱性：吡啶为一弱碱，pKb8.75，其碱性比脂肪胺弱，但比苯胺强。吡啶能与质子酸和非质子酸形成盐。,32,（1）亲电取代 ： 吡啶可以发生卤化、硝化和磺化，但比苯难以反应，取代位置通常在3-位(-位)。,33,E+进攻3位 E+进攻2位 E+进攻4位,中间体的稳定性,不稳定共振杂合体,（2）亲核取代 ： 吡啶环的一个特点是能发生亲核取代反应，主要形成 2位 (-位)取代产物。,LiC6H5,35,吡啶环的2-位和4-位比较容易进行亲核取代，这与形成碳负离子的稳定性有关。亲核试剂在2-位和4-位进攻，有负电荷在电负性较大的氮上的共振式参与共振，比较稳定。,2-位进攻：,3-位进攻：,4-位进攻：,36,（3）氧化与还原 ：吡啶环不容易被氧化，但吡啶环上的烷基取代基容易氧化成羧基。,KMnO4,H+, 加热,吡啶比苯容易还原，可用催化氢化或化学试剂还原为六氢吡啶。,37,（4）侧链-H的反应：吡啶2,4,6-位的烷基侧链-H比较活波，在强碱催化下可进行缩合反应。,N-烷基吡啶盐的侧链-H更活波，在弱碱和室温就能反应。,38,3. 吡啶的合成 汉奇(Hantzsch)合成法:,反应过程可能是：一分子醛与一分子-酮酸酯先发生缩合反应，然后与另一分子-酮酸酯加成，再与氨发生缩合。,39,二. 喹啉、异喹啉,喹啉(quinoline),异喹啉(isoquinoline),喹啉与异喹啉都是苯并吡啶，它们存在于煤焦油中，一些天然的生物碱中含有它们的结构。喹啉从氮原子开始编号。,8-羟基喹啉 5-喹啉磺酸 4-溴异喹啉,40,1. 化学反应,取代 ：喹啉亲电取代主要发生在苯环（5或8位）， 而亲核取代主要发生在吡啶环（2或4位）。,HNO3 , H2SO4,52%,48%,51%,49%,41,氧化与还原 ：喹啉经强氧化时，苯环氧化开环； 还原时，通常吡啶环容易被还原。,H2 , Pd,42,喹啉的制备 Skraup反应：芳香伯胺、甘油、浓硫酸共热缩合，再经氧化 即得喹啉环。,反应过程：,43,氯喹 扑疟喹啉,喹啉有很多重要的衍生物，天然存在的金鸡纳碱又称为奎宁，是治疗疟疾病的良药。,在奎宁结构的基础上，人们又合成出了不少抗疟的药物，其中最重要的有氯喹、朴疟喹啉等。,(quinine)q,44,三. 嘧啶、嘌呤,嘧啶是含二个氮原子的六元杂环中最重要的一种，胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶是核酸的组成成分.,5-氟尿嘧啶是一种抗癌药物。,5-氟尿嘧啶,45,嘌呤的衍生物非常重要，在生物体中广泛存在着嘌呤的衍生物，如腺嘌呤、鸟嘌呤是核酸的组成部分。,腺嘌呤,鸟嘌呤,9H - 嘌呤,7H - 嘌呤,嘌呤是由一个嘧啶环与咪唑环稠合而成，它是由二个互变异构体组成的平衡体系。,46,咖啡碱,茶碱,存在于咖啡、可可和茶叶中的咖啡碱、可可碱与茶碱中都含有黄嘌呤的结构，它们有刺激神经中枢作用。,存在于血液和尿中的尿酸是2,6,8-三羟基嘌呤，有两种互变异构体，通常情况下以酮式较多。,可可碱,
