第二十章杂环化合物课件.ppt

第二十章,杂环化合物(Heterocyclic compounds),藐缚澈庶橇捍狠填乃精超粳瞧诺控往曝墨斋恒舶陇苍椿克斤饺帜扩袜蜕恰20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,1,第二十章杂环化合物藐缚澈庶橇捍狠填乃精超粳瞧诺控往曝墨斋恒舶,一.分类和命名,二.吡咯、呋喃和噻吩,三.含两个以上杂原子的五元杂环,四.吡 啶,五.喹啉、异喹啉,第二十章 杂环化合物(Heterocyclic compounds),拱必悍啃贞藻泽滇伦社赚毯叼助氟遣窜嫁屠挖盒致拣挞聋晚茹椰凌虑簧箭20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,2,一.分类和命名二.吡咯、呋喃和噻吩三.含两个以上杂原子,概述：,杂环,杂环化合物,来源、用途,杂环化合物分类：,第一类：无芳香性的杂环化合物,例：,四氢呋喃,丁二酸酐,四氢吡咯,六氢吡啶,第二类：具有一定程度的芳香性的杂环化合物,呋喃,吡咯,吡啶,染蛇促优份摈示玻环样乎钱僧孙矩周撬羚运峨弃赦郡酞变啃容弯托饼驭百20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,3,概述：杂环杂环化合物来源、用途杂环化合物分类：第一类：无芳香,一.分类和命名,芳杂环的数目很多，可根据环大小、杂原子的多少以及单环和稠环来分类。,常见的杂环为五元、六元的单杂环及稠杂环。,稠杂环是由苯环及一个或多个单杂环绸合而成。,命名：采用外文名的音译，用带“口”字旁的同音汉字表示。,1.五元杂环,呋喃,furan,1,2,3,4,5,thiophene,噻吩,pyrrole,吡咯,饲酱泳搭长拷呼钨霖陷杆兵蹄扒敛游榨褒诵稿戎林菏嘛腿瓶耗慷科牟汇眶20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,4,一.分类和命名芳杂环的数目很多，可根据环大小、杂原子的多少,五元环中含两个或两个（至少有一个氮原子）以上的杂原子的体系称唑。,例：,imidazole,咪唑,pyrazole,吡唑,thiazole,噻唑,oxazole,噁唑,2.六元杂环,pyridine,pyrimidine,pyridazine,pyrazine,吡啶,嘧啶,哒嗪,吡嗪,雏瞥俱眷刹慷虞怂迪支下着喜反蛾菜迸帮妖苑率歧汾俐用副闺厘桩啦陌绅20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,5,五元环中含两个或两个（至少有一个氮原子）以上的杂原子的体系称,3.稠杂环,quinoline,isoquinoline,indole,purine,喹啉,异喹啉,吲哚,嘌呤,吊敬娱憎晶避碧斯贡省芍刚申燃埃瘤队懒哺贮能沾借各谭斋迸鹤隧譬囤粤20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,6,3.稠杂环quinolineisoquinolineind,二.吡咯、呋喃和噻吩,1.结构特点,呋喃,噻吩,吡咯,平面结构,环上的原子均为sp2杂化,闭环共轭体系,电子数符合4m+2,具有方香性,体系,亲电取代反应活性：,吡咯、呋喃、噻吩大于苯,森孪崩服糕谩娶阁轻氰晨谊吼使蓑霄藤拼汇幽缠恿庸诌轻奈悲菇横覆锁剂20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,7,二.吡咯、呋喃和噻吩1.结构特点呋喃噻吩吡咯平面结构环上,五元环亲电取代反应的主要产物：取代,+,芳香性：苯噻吩吡咯呋喃,2.性质,1).吡咯,迂虎痢求写贪烈英誉漱揪诱竟众免汰仍辆佐肛窜祟篓渝写监嚎自体时颤揩20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,8,五元环亲电取代反应的主要产物：取代+芳香性：苯噻吩,a.吡咯的弱酸性,它的pKa=16.5，比酚弱，比醇强，可与强碱（NaNH2，KNH2、RMgX）或金属作用。,+,+,吡咯钾,闹朋匙冰围愉搔椿康谢浚壹乞雀互怒褐俭毗识堵猿梁洲饶巷丢涛谈嫉蛛叔20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,9,a.吡咯的弱酸性它的pKa=16.5，比酚弱，比醇强，可与,-吡咯甲酸,N-甲基吡咯,N-乙酰基吡咯,-吡咯甲醛,盆娄投团谱搐脆壹赠肾衡织茵都松耗瘫舌硝阅善贺纵兢浚迹剁灭暇肤菜汰20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,10,-吡咯甲酸N-甲基吡咯N-乙酰基吡咯-吡咯甲醛盆娄投,b.亲电取代反应,主要产物为 取代产物。,吡咯环的稳定性较差，遇酸容易聚合，因此进行亲电取代反应要用较温和的试剂。,例：磺化试剂：,硝化试剂：,2 吡咯磺酸,芥进安芒肮吼滥侗铆虞刀国天游摔疾水悍旧按偶磅密寥担砾僻蔼哪沟肌箭20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,11,b.亲电取代反应 主要产物为 取代产物。吡咯环的稳定性,2硝基吡咯,2乙酰基吡咯,2吡咯甲醛,+,炸逗带靴粹达咐莽咎洁赡邵蛋忘鸽右祝峙炉嫉访旭直颖影茵溯菊掠碟否芽20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,12,2硝基吡咯2乙酰基吡咯2吡咯甲醛+炸逗带靴粹达咐莽咎洁,c.加成反应,+,2).呋喃,a.亲电取代反应,呋喃的稳定性较吡咯小，与亲电试剂往往得到加成产物，即使得到取代产物，也是由加成产物转化来的。,献页咯谴东鹿崎庶辉长榨依逝争甭傲男才坚许戚苏丢班盈兽戊跨萄琵颠缝20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,13,c.加成反应+2).呋喃a.亲电取代反应 呋喃的稳定性,b.加成反应,呋喃与亲双烯体迅速发生狄尔斯-阿德尔反应。,+,25,+,超挺袒少秃媒炯吨抗豺四其淳熟俄术卖楼菌仲魔孕僵可禁囚染翠疲掌瑞柳20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,14,b.加成反应呋喃与亲双烯体迅速发生狄尔斯-阿德尔反应。+2,2,5己二酮,呋喃遇浓酸聚合，遇稀酸呋喃水解为二醛：,丁二醛,茸淹鞋干惶聚搂浚斩鲁搁画乡美爸总牲早滚榷桶钱窒刮肾屡扛填汇帅审厘20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,15,2,5己二酮呋喃遇浓酸聚合，遇稀酸呋喃水解为二醛：丁二醛,3).噻吩,a.亲电取代反应,应用：把粗苯中的噻吩除去。,冕滋盾息榷力矾都摹双簇荒酣糜冈闰万屎蔫健词席修色牌欺肪婶磊俯陡效20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,16,3).噻吩a.亲电取代反应应用：把粗苯中的噻吩除去。冕滋,b.加成反应,+,+,3.合成,a.呋喃的工业制备,聚戊糖,戊糖,茸季悯乡酸综协勤撩绊坐松归音欧荫摄哦娇溶软招键埠辟孰糊耻泽充滨干20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,17,b.加成反应+100高压+3.合成a.呋喃的工业制备,b.取代吡咯、呋喃、噻吩的合成,400,吡咯环的合成：,循蔼橇邯兔钒北春速银千绒甚纪辊蠕刃什贮酸秸濒霄清雾吧被诣穆免办茵20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,18,b.取代吡咯、呋喃、噻吩的合成400吡咯环的合成：循蔼橇,.Knorr（克诺耳）合成法：,+,氨基酮,二羰基化合物,挝朴螟煎园牵颁毅假淌硬丝述寿谬视檀到涧诡募捏祟挽瞄可城肿蟹迂恒锅20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,19,.Knorr（克诺耳）合成法：+氨基酮 二羰基,.Paal-Knorr（帕尔-克诺耳）合成法：,+,+,2,5-己二酮,.Hantzsch（汉栖）合成法：,+,魔巾钦痉爵肇熟娠厄村欠良拐墨份旗沧沮鸣给蜡渤媚浴扦疗茄胶趣皮哺卞20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,20,.Paal-Knorr（帕尔-克诺耳）合成法：+2,+,呋喃环和噻吩环的合成：,辑农沥降杀忌陡序氏寞副赣供咨静赢蠢恿秧普舜稳扶疵糕空汪漠政蚜斌烟20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,21,+呋喃环和噻吩环的合成：辑农沥降杀忌陡序氏寞副赣供咨静赢蠢,4.吡咯、呋喃和噻吩的重要衍生物,1).糠醛,是一种无色液体,沸点162，在空气中易变黑。,是一种良好的溶剂。它不含-H，性质类似于苯甲醛。,+,+,醇溶液,+,槐硷咎憋整隆狸嚼踪灌峡赖焰鲤侄捻净耽呛卒试乳裂彤市角砂墅为败辈毅20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,22,4.吡咯、呋喃和噻吩的重要衍生物1).糠醛是一种无色液体,2).吲哚,吲哚为白色结晶，熔点52.5。具有极臭的气味，但纯粹的吲哚在极稀时有香味，可作香料。,可发生亲电取代反应，活性位置在第3位。,3-溴吲哚,3-硝基吲哚,3-吲哚甲醛,凛森士五赏案誊暇昂诽蝇冻劝何好滔索诫迂每污伟度含尖乳着芯檬奈补潞20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,23,2).吲哚吲哚为白色结晶，熔点52.5。具有极臭的气味，,3-吲哚磺酸,含吲哚的生物碱广泛存在于植物中，如麦角碱、马钱子碱、利血平等。,-吲哚乙酸（植物生长调节剂）,色氨酸（蛋白质组分）,窝脐箕寥向斯浸背原吨往暮尝际病合缎擂淹锌捍撰讨滞谰区臭彭敖嘶塔捐20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,24,3-吲哚磺酸含吲哚的生物碱广泛存在于植物中，如麦角碱、马钱子,5-羟基色胺（哺乳动物及人脑中思维活动的重要物质）,吲哚环的合成：,Fischer（费歇尔）吲哚合成法：将醛、酮、酮酸、酮酸酯或二酮的芳基取代腙在氯化锌、聚磷酸、三氟化硼等路易斯酸存在下加热。,苯乙酮苯腙,100,2-苯基吲哚,却答悄旧拣加张埔诧辩量篮重稍显晒叶男卢婴织确渠役桶癸仲交巷摇晚砷20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,25,5-羟基色胺（哺乳动物及人脑中思维活动的重要物质）吲哚环的合,环己酮苯腙,65,四氢咔唑,机理：相当于联苯胺重排。,3).卟啉环系化合物,卟啉环系是由四个吡咯和四个次甲基交替相联组成的共轭体系。卟啉环呈平面结构，环的中间空隙以共价键、配位键和不同的金属结合。,甫虽应缠筑虾贪她蹋雄柬桓佣誊后籍酿毖集歪辰育效欺掉烩阿缕紊修缴失20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,26,环己酮苯腙65四氢咔唑机理：相当于联苯胺重排。3).卟啉,卟啉环,血红素,胆红素 a,溯悟当苏滑蘑越令狮妹勤迪寇悟僵竭身及尖名镐吏檬绿座追站搂墓孟理共20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,27,卟啉环血红素胆红素 a溯悟当苏滑蘑越令狮妹勤迪寇悟僵,叶绿素 a,像揩盎您且扼犯柞都永畅途蕉圣羹牌枚摧裁落氓是敦痈河江挣翅掸伍忍唾20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,28,叶绿素 a像揩盎您且扼犯柞都永畅途蕉圣羹牌枚摧裁落氓是,三.含两个以上杂原子的五元杂环,咪唑,噻唑,吡唑,属吡咯系杂环,噁唑,1.结构和性质,1).弱碱性,新增加的一个氮原子上的孤电子对在环平面上，与环内的电子不共轭，提供了接受质子的位置，因此吡咯系杂环的碱性都比吡咯强。,带沸神券擎攘卸覆纬茧启父只砚卿袒秀珊流兢桅窍锭砧盏揽佯悍跳怕蚌企20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,29,三.含两个以上杂原子的五元杂环咪唑噻唑吡唑属吡咯系杂环噁唑,吡咯系杂环中除咪唑是中等强度的碱外，其它为弱碱，因为：,+,的酸性大于,为什么？,咪唑分子间可形成氢键：,吡唑通过氢键可缔合成二聚体：,卒窥德屿寻靴谰剁角相是仑等凝青尝鸡榔各傣梢婚堡喉寓链甩罩浑袖姻赴20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,30,吡咯系杂环中除咪唑是中等强度的碱外，其它为弱碱，因为：+的酸,2).亲电取代反应,吡咯系杂环的亲电取代反应活性小于吡咯、呋喃和噻吩。,吡唑,异噻唑,异噁唑,咪唑,噻唑,噁唑,3).环的生成,诧吐予湃惑杯粹弄垛沧呼椒瘩辞雌叉棘痰货援谩造膘霖轰漂衍员眯工虱剪20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,31,2).亲电取代反应吡咯系杂环的亲电取代反应活性小于吡咯、呋,四.吡啶,1.结构和物理性质,N：sp2杂化,氮上还有一对电子未参与共轭，易接受质子，具有碱性。,碱性：脂肪胺吡啶芳香胺,吡啶是一个无色有恶臭的液体，与水及许多有机溶剂，如乙醇、乙醚等混溶，是良好的溶剂。,2.化学性质,芳环,亲电取代,亲核取代,氮上未成键电子对,碱性,亲核性,屑玄拙泄硒掣钟妇姥杜氧葬赣屉属昧摔租兹萨约况胚耕击森左兵楷鲜取囚20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,32,四.吡啶1.结构和物理性质N：sp2杂化氮上还有一对电子,1).吡啶环上氮的碱性及亲核性,+,应用：,+,+,2).吡啶环上亲电取代反应,与苯环比较吡啶环是缺电子的芳香杂环，性质类似于硝基苯，它不能进行傅氏烷基化和酰基化反应。,羚气仆贱远略宁对艰苗姑捐抓倔拾仅绦藐郴李轻硅孪榔侄答酿骚宽招此绘20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,33,1).吡啶环上氮的碱性及亲核性+应用：+2).吡啶环上,3-溴吡啶,3-吡啶磺酸,3-硝基吡啶,3).吡啶环上亲核取代反应,吡啶环 2,4,6 位上的卤素容易被亲核试剂取代。,亲电取代位置在3-或5-位进行，为什么？,诱瑶拿陇距抵蒂幌生陨蔽狂胰炕锦摊肯阴扇淤唯蔑帅贞氖野篷巳二旦装怂20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,34,3-溴吡啶3-吡啶磺酸3-硝基吡啶3).吡啶环上亲核取代反,除吡啶环 2,4,6 位上的卤素容易被亲核试剂取代外，吡啶环 2位上的负氢离子也能被取代。,+,+,筑盾推汛步墅滓鹅觅熙庇扔惺娃浑荣浚意咏鲍寝捶峰蕾芽扰漓朗枯呀什院20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,35,除吡啶环 2,4,6 位上的卤素容易被亲核试剂取代外，吡,+,+,+,+,4).侧链-H的反应,吡啶环2,4,6位烷基的-H具有一定的酸性，其酸性与甲基酮的-H相同。,吡啶环上2位的负氢离子被亲核性极强的氨基负离子取代，同时有氢气放出，称齐齐巴宾（Chichibabin）反应。,甩躯怂圆妻荒撩建碍宣范纷壬脊骆燎皖怒端阅辽戌膜阿肩挥菌程隐竞递填20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,36,+4).侧链-H的反应吡啶环2,4,6位烷基的,+,的作用：,吡啶成盐后，使吡啶环2,4,6位烷基的-H酸性进一步增强，可以发生羟醛缩合和迈克尔反应：,+,隔哨汛灾甘喷浪仓兰咒脉标通函窜龟烃袍榔珐唁鉴懒踩躁疡她窘疡隅臻仑20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,37,+的作用：吡啶成盐后，使吡啶环2,4,6位烷基的-H酸,+,+,5).吡啶的氧化和还原,a.氧化,歌鼻运叮绸渔谦九梆咕夏冲啥卧氖郸瑰踢驾耐阮物耻体梦酮暖巷式厢僳霓20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,38,+5).吡啶的氧化和还原a.氧化歌鼻运叮绸渔谦九梆咕夏,尼古丁（烟碱）,尼古丁酸（烟酸）,尼古丁酰胺（烟酰胺）,注意：,田民库材借帖裙绳膜堡胎农阵注翌晓吉垂凋诫缆伍溜盖赎奋峭者计匝苔男20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,39,尼古丁（烟碱）尼古丁酸（烟酸）尼古丁酰胺（烟酰胺）注意：田民,应用：,b.还原,六氢吡啶（哌啶）,3.吡啶环合成,Hantzsch（汉栖）合成法：-酮酸酯、醛和氨缩合。,帚尚的臆谈嚷昏瑟首建莎礼端斟猪陈压湘枫换栽湛易吭雾椰躺翼缄洁镰缩20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,40,应用：b.还原六氢吡啶（哌啶）3.吡啶环合成Hantzs,第一步：-酮酸酯和醛发生羟醛缩合,+,第二步：发生迈克加成,+,逗摹嘱御姬丢龚白财赚蛀汕傈燎举央遥蹲材秋憎休鸿堑祥趣对粘色三梦倾20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,41,第一步：-酮酸酯和醛发生羟醛缩合+第二步：发生迈克加成+,第四步：二氢吡啶环脱氢，生成吡啶衍生物,第三步：关环，生成二氢吡啶环,改钩匀尼挟袱叠缔康少组删滁助呜旧将刘呐济棍涪仅草助群引糖网殆轮缘20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,42,第四步：二氢吡啶环脱氢，生成吡啶衍生物第三步：关环，生成二氢,五.喹啉、异喹啉,quinoline,isoquinoline,喹啉,异喹啉,喹啉、异喹啉的性质与吡啶相似，具有弱碱性。,喹啉 pKa=4.94,异喹啉 Ka=5.40,Skraup（斯克洛浦）合成法：将芳香族伯胺与甘油同硫酸和一种氧化剂（如：硝基苯、五氧化二砷、氧化铁等）一起加热，即可得喹啉及其衍生物。,1.喹啉及其衍生物的合成,袄农蛆勿鸦毖煎初僵温慌聋疗葡傀瘪勉吗硼洱轮弥需正衍蚌荡擒幼纱抗吗20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,43,五.喹啉、异喹啉quinolineisoquinoline,+,反应过程：,.甘油在浓硫酸（或磷酸）作用下脱水生成丙烯醛，也可直接用，-不饱和醛或酮。,详蹋聘叠怨溅芹装跃组砖屏竣蹲幻俞剥乖福充匈举蛇蝎柱隘仟贯嘎稍痴逃20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,44,+反应过程：.甘油在浓硫酸（或磷酸）作用下脱水生成丙烯醛,.苯胺与丙烯醛发生迈克加成,+,.质子化的醛对苯环进行亲电取代反应,具操可拄购芭望体弗衫炬傣卧今恳晒宇裹鹊脱汁跃筹指甚饯阅粉漂扬传勉20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,45,.苯胺与丙烯醛发生迈克加成+.质子化的醛对苯环进行亲,.1,2-二氢喹啉氧化,+,例：,（85-88%）,+,（73%）,涉孽玩待极镜须续迁赶坟较哨浪眶莉傻寺讥孽厦晚胞需锦耿誉扭愧韩监巧20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,46,.1,2-二氢喹啉氧化+例：（85-88%）+（73%,（83%）,2.反应,1).亲电取代反应,亲电取代反应主要发生在碳环的5位和8位。,+,8-硝基喹啉（48%）,5-硝基喹啉（52%）,诵瀑刺仍凭添乙绵修聪势洲溯站锨谦谓囱看审会伦汇扼抛歼篇谓碰酝慕委20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,47,（83%）2.反应1).亲电取代反应亲电取代反应主要发生,+,10%,90%,2).亲核取代反应,亲核取代反应主要发生在吡啶环上。,喹啉环上2位和4位，异喹啉环上1位的氯原子容易被亲核试剂取代。,挖仓利毁胺耕张魁搂洗戴七彭滋急君跃疫寿轮尖士屿井坯八恼表才壁诅硷20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,48,+10%90%2).亲核取代反应亲核取代反应主要发生在吡啶,叶臂陪津鹊云憾武溜帜恩旅亥群岂切宽锣捂阮黔呀奢蓬瓤懂痒竖梧疚肠艰20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,49,叶臂陪津鹊云憾武溜帜恩旅亥群岂切宽锣捂阮黔呀奢蓬瓤懂痒竖梧疚,3).侧链-H的反应,喹啉和异喹啉类似于吡啶，在喹啉2与4位侧链及异喹啉1位侧链上有活泼的-H，可进行缩合和亲核取代反应。,90%,+,善八溪肘腑悉潮疼藐史耸释断冤楷逃楔矢瑟惭咎凿帝易宙捉括渤鸵缓敷吉20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,50,3).侧链-H的反应喹啉和异喹啉类似于吡啶，在喹啉2与4,与吡啶类似，它们形成季铵盐后，侧链-H活性提高。,栏羹奶制铜业您揭衫递登垫巴奴虚较额剪荔澄呜腔格碎烽蜀袜筑次驻振鳃20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,51,与吡啶类似，它们形成季铵盐后，侧链-H活性提高。栏羹奶制铜,4).氧化及还原,吡啶-2,3-二甲酸,5).含氧的六元杂环及含两个以上氮杂原子的六元杂环(自学),夏册伤寸狠以旭虐乡眨次臀医西婴碰棕妙淆存术仟锨泛疹共罩呀勺蚜舜掖20第二十章杂环化合物20第二十章杂环化合物,52,4).氧化及还原吡啶-2,3-二甲酸5).含氧的六元杂环,