第12章.杂环化合物

N ＞ S
N ＞ O
N
25
亲电取代反应
O N
HNO3,H2SO4
O2 N O H O3 S S N
浓H2SO4,SO3
N
S
Br
N
1，2-唑取代 ， 唑取代 在4-位 位
N H N N H
N
Br2 AcOH-H2O O2N
N H N N H
N O2N
HNO3,H2SO4 ∆
NH N
N S
发烟H2SO4 HgSO4, 250℃
NH4OAc-HOAc NH Ph O O Ph H2SO4 Ph 120oC Ph N N H N O Ph Ph
NH H3C O O CH3
P2S5 120 C
o
N H3C S CH3
3、咪唑、噻唑的重要衍生物 咪唑、
H N N S HCl
盐酸左旋咪唑
S OH Cl- HCl CH3
H3C N
Y H3C N H3C H CH2 H CH2 COO O COOCH3 CH2 N Mg N CH3
2+
Y = CH3 Y = CHO
叶 绿素 a 叶 绿素 b
N
22
（3）含吡咯、呋喃、和噻吩的稠环化合物 ）含吡咯、呋喃、
4 5 2 6 7
3
N1 H
O
S
苯并噻吩 Benzothiophene
吲哚 Indole
N
NH2 N
维生素B1 维生素B1
咪唑安定
第二节
一、吡啶(Pyridine)
1. 吡啶的结构
六元杂环化合物
氮原子以不等性sp 杂化轨道成键。 氮原子以不等性 2杂化轨道成键。
Sp2 轨道
1.01 0.84
N
0.87
N
1.43
2 .2 2 D
P轨道
氮原子杂化情况
吡啶分子结构
吡啶
30
2. 吡啶的性质
第十二章 杂环化合物 Heterocyclic Compounds
内容提纲： 内容提纲：
Ⅰ 杂环化合物的命名 Ⅱ 杂环化合物的结构特点* 杂环化合物的结构特点* Ⅲ 杂环的反应* 杂环的反应* Ⅳ 杂环的合成 V 生物碱简介
重点： 重点：
Ⅰ杂环化合物的命名 杂环化合物的命名 Ⅱ杂环化合物的结构特点* 杂环化合物的结构特点* Ⅲ杂环的反应* 杂环的反应*
S
Br
Br
N H
Br
因为中间体的稳定性： 因为中间体的稳定性：
E N H H ＞ O E H ＞ S E H E ＞ H
吡咯在2-或3-位取代的共振式如下： 吡咯在 或 位取代的共振式如下： 位取代的共振式如下
+ N H
..
E H E N H
..
+
..
N H
E H E H + N H
+ N H
E H
d) 付—克酰基化 克酰基化
(CH3CO)2O,BF 3
O
O
COCH3
(CH3CO)2O,SnCl4
S
(CH3CO)2O,150~ 200 ℃
S
COCH3
N H
N H
COCH3
小结： 活性顺序：吡咯＞呋喃＞噻吩＞ 小结： a. 活性顺序：吡咯＞呋喃＞噻吩＞苯 b.亲电取代通常主要发生在 位（α- 位） 亲电取代通常主要发生在2位 亲电取代通常主要发生在
4
O
CHO
5
N3 2 S 1 噻唑
COOH
N
NH2
N
呋喃-2-甲醛（糠醛） 呋喃 甲醛（糠醛） 甲醛
2-氨基吡啶 氨基吡啶
吡啶-3-甲酸（烟酸） 吡啶 甲酸（烟酸） 甲酸
4 5
N3
7
CH3 1N 2 H
N OH
8-羟基喹啉 羟基喹啉
6 5 4
H N1 2 3 CH2COOH
3 H N 4 N9 2 8 1N 5 N 6 7 NH2
难点： 难点：
杂环的反应， 杂环的反应，杂环的合成
课时及讨论安排： 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） 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）
6-氨基嘌呤（腺嘌呤） 氨基嘌呤（腺嘌呤） 氨基嘌呤 6
2-甲基咪唑 甲基咪唑
3-吲哚乙酸 吲哚乙酸
4 5
N 3 O1
2
5
4
N3 S1
2
5
4
N3 N1 H
2
噁唑 Oxazole
N C2H5 S
噻唑 Thiazole
NH2 N N
咪唑 Imidazole
N H5C6 O CH3
5-乙基噻唑
5-ethylthiazole
2
杂环分类： 杂环分类：
含一个杂原子
O S N H
五元杂环
含二个杂原子
呋喃 Furan
噻吩 thiophene
N
吡咯 pyrrole
N S
N N H N H
单杂环
含一个杂原子
吡唑 Pyrazole
咪唑 imidazole
噻唑 thiazole
N
O
六元杂环
含二个杂原子
吡啶 Pyridine
N N 嘧啶 Pyrimidine
P2O5 H2C R C O CH2 C R O (NH4)2SO4 或 NH3， R N H R P2S 5 R S R R O R
H3C
C H2C
O + NH2
H2C COOC2H5 C O CH3
H3C
H+
COOC2H5 CH3
N H
α－氨基酮 －
β－二羰基化合物 －
18
4、 呋喃、吡咯的重要衍生物 、 呋喃、 （1） 糠醛 Furfural) ） 糠醛(
N (quinoline) 喹啉
N H (indole) 吲哚
5
2、命名的编号规则 、 a、从杂原子开始编号，兼顾取代基； 、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； 、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。 、有不同的杂原子，则按照 、 、 原子顺序 原子顺序。 例如： 例如：
4-氨基嘧啶
4-aminopyrimidine
2-甲基-5苯基噁唑 2-methyl-5-phenyloxazole
7
II
1、休克尔规则 、
杂环化合物的结构
2、苯系芳烃与非苯系芳烃 、 3、吡咯、呋喃、噻吩、吡啶的结构 、吡咯、呋喃、噻吩、
N
O
SS S S
N
比较吡咯、吡啶和苯胺的碱性！ 比较吡咯、吡啶和苯胺的碱性！
吡喃 pyran
N N 吡嗪 pyrazine
3
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
六元杂环与 苯环稠合
喹啉 quinoline 异喹啉 isoquinoline
杂环与杂 环稠合
嘌呤 purine 蝶啶 pteridine 4
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。 我国一般采用音译法，即按英文名称音译。如：
N H (pyrrole) 吡咯 N N (pyrimidine) 嘧啶
O (furan) 呋喃
S (thiophene) 噻吩
N (pyridine) 吡啶 N N N N H (purine) 嘌呤
e) 吡咯的特征反应： 吡咯的特征反应： 吡 咯 具 有 较 弱 的 酸 性 和 碱 性
N H
KNH2 ,液NH3
C2H5MgBr 干醚 1.CO2 2.H3O+ RX
RCOCl
△
（2） 加成反应 （Addition Reaction） ） ）
H2 , Pd
顺丁烯二酸酐
苯炔
y
H2, Pd
H2 , MoS2 H2 , Ni
四氢呋喃（THF） 20
（2） 卟啉及衍生物 ）
由四个吡咯环和四个次甲基(－ 由四个吡咯环和四个次甲基 －CH= )交替相连组成的大环叫 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。 又称为卟吩)， 卟啉环 又称为卟吩 ，卟啉的化合物广泛存在于自然界中。
卟啉环
血红素
21
N HO3S S
26
唑的烷基化或酰基化通常发生在氮原子上。 唑的烷基化或酰基化通常发生在氮原子上。
N S CH3I S N CH3 I S N I CH3
N N H
CH3I N H
N CH3 I
H+ N
N
CH3I N
N CH3 I
CH3
CH3
N N H
(CH3CO)2O N H
N
COCH3
H CH3COO-
+
N I H
31
吡啶可以发生卤化、硝化和磺化， （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 β 苯难以反应，取代位置通常在 位(β-位)。 。
Cl2 200 ℃
s £
Br2 300℃ ℃
KNO3 , H2SO4 300~350℃ ℃
HgSO4 , H2SO4 220 ℃ 32