第十四章雜環(huán)化合物

第十四章

雜環(huán)化合物主要內(nèi)容第一節(jié) 雜環(huán)化合物的分類第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物第五節(jié) 六元雜環(huán)化合物在環(huán)狀化合物中，構(gòu)成環(huán)的原子除了碳原子外還有其他原子的，這種環(huán)狀化合物稱為雜環(huán)化合物。組成雜環(huán)的原子除碳原子外都叫做雜原子。最常見(jiàn)的雜原子有氮、氧、硫。前面一些章節(jié)中學(xué)習(xí)過(guò)的一些化合物雖然含有雜原子組成的雜環(huán)，但是由于其性質(zhì)與其相應(yīng)的鏈狀化(β-丙內(nèi)酯)(β-丙內(nèi)酰胺)(順丁烯二酸酐)(氧雜

)O(環(huán)氧乙烷)OONH合物類似，因此在有關(guān)章節(jié)中，不在這里學(xué)習(xí)。OOOOONH(1H-氮雜

)本章主要討論的雜環(huán)化合物，其環(huán)系穩(wěn)定并具有一定程度的芳香性，它們統(tǒng)稱為芳雜環(huán)化合物。O呋喃N吡啶第一節(jié) 雜環(huán)化合物的分類雜環(huán)化合物種類繁多，數(shù)量龐大，在自然界中分布很廣。雜環(huán)化合物單雜環(huán)五元雜環(huán),如ONHS六元雜環(huán),如N稠雜環(huán)苯環(huán)與單雜環(huán)稠并,如NHN兩個(gè)以上單雜環(huán)稠并第二節(jié) 雜環(huán)化合物的分類雜環(huán)化合物的命名包括基本母環(huán)的命名和環(huán)上取代基的命名，取代基的命名與前面學(xué)習(xí)的有機(jī)化合物的命名一致。而對(duì)于雜環(huán)母環(huán)的命名比較復(fù)雜。第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名一、雜環(huán)母環(huán)的命名IUPAC的Hantzch-Widman引伸命名法基本內(nèi)容：在保留常見(jiàn)基本雜環(huán)母體基礎(chǔ)上，其它雜環(huán)母體按照下列原則：以指定詞干代表成環(huán)原子數(shù)目；以指定詞首代表雜原子的類別；以指定詞尾代表環(huán)的不飽和程度。NHNSaziridine1,3-thiazole第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名一、雜環(huán)母環(huán)的命名2.

中國(guó)化學(xué)會(huì)命名原則目前采用的音譯法。即根據(jù)IUPAC保留的基本雜環(huán)母環(huán)的外文俗名和半俗名的讀音，選擇兩個(gè)或三個(gè)口字旁同音漢字為名（口字旁作為雜環(huán)的標(biāo)志）。例如，呋喃，吡啶。一些常見(jiàn)雜環(huán)母環(huán)的名稱見(jiàn)教材。第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名NH1H-吡咯N3H-吡咯一、雜環(huán)母環(huán)的命名3.

標(biāo)氫（額外氫）雜環(huán)母環(huán)在具有最高非累計(jì)雙鍵前提下，仍存在異構(gòu)體。為了區(qū)別，標(biāo)示環(huán)上飽和原

子上氫原子所在位置，命名時(shí)在母體名稱前

加上標(biāo)位的阿拉伯?dāng)?shù)字和斜體字H，這種氫原子稱為標(biāo)氫（額外氫）。第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名2H-吡喃4H-吡喃OO一、雜環(huán)母環(huán)的命名3.

標(biāo)氫（額外氫）第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名一、雜環(huán)母環(huán)的命名雜環(huán)母環(huán)的命名原則從雜原子開(kāi)始編號(hào)；如有不止一個(gè)相同雜原子時(shí)，則使它們有盡可能低的編號(hào)；如有不同雜原子時(shí)，則按照O、S、NH、N順序先后進(jìn)行編號(hào)；具有特定名稱的稠雜環(huán)母環(huán)的編號(hào)，按照稠芳環(huán)編號(hào)原則進(jìn)行編號(hào)；個(gè)別具有特定名稱的稠雜環(huán)母環(huán)有其獨(dú)特編號(hào)的例外。例如：嘌呤含有雜環(huán)母環(huán)的化合物命名第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)的命名在稠雜環(huán)中只有少數(shù)雜環(huán)母環(huán)具有特定名稱，其余的依據(jù)IUPAC原則進(jìn)行命名，得到能夠反映其結(jié)構(gòu)的名稱。1.

基本環(huán)和附加環(huán)以含氮雜環(huán)為母體，仍有選擇余地，選擇環(huán)數(shù)較多，且有特定名稱的芳環(huán)為基本環(huán)；第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則2.

基本環(huán)的確定(1)

以含氮雜環(huán)為母體，仍有選擇余地，選擇環(huán)數(shù)較多，且有特定名稱的芳環(huán)為基本環(huán)；NHO呋喃并吡咯N苯并喹啉不是：萘并吡啶第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則2.

基本環(huán)的確定(2)

如果沒(méi)有含氮雜環(huán)，則按照含有優(yōu)先雜原子的雜環(huán)為基本環(huán)；雜原子的優(yōu)先次序：O，S，Se，Te，P，As，Sb，Si，Ge，Sn，Pb，B，Al，Ga，In，TlSO噻吩并呋喃SO噻吩并呋喃第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則2.

基本環(huán)的確定(3)

選擇較大的雜環(huán)為基本環(huán)；NNH吡咯并吡啶不是：吡啶并吡咯第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名N二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則2.

基本環(huán)的確定(4)

選擇雜原子數(shù)目較多的雜環(huán)為基本環(huán)；NN吡啶并嘧啶第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則2.

基本環(huán)的確定(5)

選擇雜原子種類較多的雜環(huán)為基本環(huán)；N

NNH

S咪唑并噻唑第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名N二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則2.

基本環(huán)的確定(6)

若環(huán)系大小和環(huán)上雜原子數(shù)目、種類均相同，則選擇兩個(gè)環(huán)系稠合前雜原子編號(hào)較低的雜環(huán)為基本環(huán)；N

NN吡嗪并嘧啶第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則2.

基本環(huán)的確定(7)

若含有共用雜原子，則視兩個(gè)稠合環(huán)均含有該雜原子來(lái)選擇基本環(huán)。N

SN咪唑并噻唑第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則稠合位置的表示基本環(huán)按照稠合以前原雜環(huán)編號(hào)將各邊分別編為a，b，c，d，……；附加環(huán)仍按照稠合以前原雜環(huán)編號(hào)1，2，3，……進(jìn)行編號(hào)；將基本環(huán)稠合邊的置于后面，附加環(huán)編號(hào)置于前面，兩者用短線“-”隔開(kāi)，將稠合邊編號(hào)置于方括號(hào)[

]內(nèi)，列在母體名稱中“并”字后面。第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則3.

稠合位置的表示O噻吩并[3,2-b]呋喃S

12345abcdeSO噻吩并[2,3-b]呋喃12345abcde第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則3.

稠合位置的表示吡咯并[1,2-a]吡嗪12345abcdeNNf第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則4.

稠雜環(huán)體系的周邊編號(hào)從右上角最遠(yuǎn)自由角開(kāi)始，按照順時(shí)針依次編號(hào)，共用碳原子不編號(hào)，共用雜原子參與編號(hào)。按照上述原則仍有選擇余地，按照下列原則來(lái)決定：(1)使所有雜原子編號(hào)最低；

(2)使優(yōu)先雜原子編號(hào)最低；(3)使共用碳原子和標(biāo)氫標(biāo)號(hào)盡可能低。第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則4.

稠雜環(huán)體系的周邊編號(hào)134吡咯并[1,2-a]吡嗪5678NN

2第二節(jié) 雜環(huán)化合物的命名N二、無(wú)特定名稱稠雜環(huán)母環(huán)的命名原則5.書(shū)寫(xiě)化合物名稱ONCH3COCH36-乙酰基-2-甲基-3,4-二氫-1H-吡咯并[2,1-c]吡嗪-1-酮第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性一、五元雜環(huán)化合物ZZ=O、NH、SZC234C2

C3C3

C4呋喃0.136(0.143)0.13610.1430吡咯0.1370(0.147)0.13830.1417噻吩0.1714(0.182)0.13700.1423C

C0.154C

=C0.134第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性CCCOC未參與共軛CCCNCHπ

65富電子體系第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性呋喃環(huán)上四個(gè)碳原子為sp2雜化，三個(gè)sp2雜化軌道與其它三個(gè)原子形成σ－鍵，還有一個(gè)未參與雜化的p軌道，O也是sp2雜化，六個(gè)價(jià)電子分布情況是兩個(gè)在兩個(gè)sp2雜化軌道上，與相鄰的碳成σ鍵，兩個(gè)在另一個(gè)sp2雜化軌道上，還有兩個(gè)價(jià)電子在未雜化的p軌道上。四個(gè)碳和一個(gè)氧原子的P軌道側(cè)面交蓋形成共軛體系（封閉π鍵），π電子數(shù)為6。符合Huckel規(guī)則，具有芳香性。噻吩結(jié)構(gòu)與呋喃相同。吡咯的氮原子為五個(gè)價(jià)電子，三個(gè)在三個(gè)sp2雜化軌道，與其它原子形成三個(gè)σ－鍵，未雜化的P軌道上也是兩個(gè)價(jià)電子，組成封閉π鍵，π電子數(shù)為6

，具有芳香性。呋喃、噻吩、吡咯在結(jié)構(gòu)上具有共同點(diǎn)，即構(gòu)成環(huán)的五個(gè)原子都為sp2雜化，故成環(huán)的五個(gè)原子處在同一平面，雜原子上的孤對(duì)電子參與共軛形成共軛體系，其π電子數(shù)符合休克爾規(guī)則（π電子數(shù)=4n+2），所以，它們都具有芳香性。(1)苯分子中的鍵長(zhǎng)完全平均化，而五元雜環(huán)化合物分子中的鍵長(zhǎng)只是有一定程度的平均化。因此，五元雜環(huán)化合物的芳香性比苯差。其芳香性次序是：SO離域能：

150.5117NH8867 kj/mol第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性(2)五元雜環(huán)化合物是富電子體系，而苯環(huán)為等電子體系，故環(huán)上的電子云密度比苯高，其親電取代反應(yīng)比苯容易，尤其易發(fā)生在α-位。雜原子的存在相當(dāng)于在環(huán)上引入了―

NH2、―OH、―SH

等活化基團(tuán)而使環(huán)活化，故進(jìn)行親電取代反應(yīng)的活潑順序是：第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性SNHO第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性吡唑NO噁唑NS噻唑NNH咪唑NNH第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性N320.139二、六元雜環(huán)化合物0.14040.1340.147

單0.128

雙第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性C

CNC

CCπ

66等電子體系未參與共軛第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性二、六元雜環(huán)化合物吡啶環(huán)的鍵長(zhǎng)也發(fā)生了較大程度的平均化，

C―C鍵雖與苯相似，但C―N鍵變化很大，因此，其芳香性也比苯差。吡啶和苯雖然都屬等電子體系，但因氮原子的電負(fù)性較大，從而使環(huán)上的電子云密度降低，故其親電取代反應(yīng)性能不但比苯差，且親電取代反應(yīng)發(fā)生在電子云密度較高的β-位。這一特性很類似于硝基苯。第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性吲哚喹啉異喹啉N嘧啶NO吡喃(無(wú)芳香性)NHNN第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性嘌呤NNNHN綜上所述，五元、六元雜環(huán)化合物雖然都具有芳香性，但其環(huán)上的電子云的密度是不同的，其電子云密度由高到低的順序是：SNHON第三節(jié) 雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)與芳香性第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物一、呋喃、噻吩、吡咯CCCNCHCCCOCCCCSCO1.021.031.041.061.061.10NHS第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物一、呋喃、噻吩、吡咯（一）物理性質(zhì)呋喃、噻吩、吡咯都能溶于有機(jī)溶劑，水溶解度都小于六元雜環(huán)吡啶。吡咯幾乎不顯堿性,相反具有弱酸性第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物一、呋喃、噻吩、吡咯（二）化學(xué)性質(zhì)1.

親電取代反應(yīng)親電取代反應(yīng)主要發(fā)生在α-C上；吡咯、呋喃對(duì)酸及氧化劑比較敏感，選擇試劑時(shí)需要注意；噻吩、吡咯的芳香性較強(qiáng)，所以易取代而不易加成；呋喃的芳香性較弱，雖然也能與大多數(shù)親電試劑發(fā)生親電取代，但在強(qiáng)親核試劑存在下，能發(fā)生親核加成。對(duì)取代位置的解釋（對(duì)反應(yīng)中間體的相對(duì)穩(wěn)定性的分析）取代在a位AE+AEAEA滿足八隅體貢獻(xiàn)大中間體有三個(gè)主要共振式較穩(wěn)定a-取代HE-

H+AE取代在b位AEAE滿足八隅體貢獻(xiàn)大AE+-

H+AEH中間體只有二個(gè)主要共振式較不穩(wěn)定第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（1）鹵代反應(yīng)鹵化反應(yīng)反應(yīng)強(qiáng)烈，易得多鹵取代物。為了得一鹵代(Cl,Br)產(chǎn)物，要采用低溫、溶劑稀釋等溫和條件。OOOClClClCl2-40℃+OBrO

OBr2,

0℃稀釋(86

%)O第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（1）鹵代反應(yīng)SSSIBr2AcOHI2,

HgOC6H6,

0℃Br

(78

%)NHNHSOCl2

(1

mol)Et2O,

0℃Cl

(80

%)Br2,

0℃NHNHBrBrBrBrEtOH第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（1）鹵代反應(yīng)NHNHSO2Cl2

(1

mol)Et2O,

0℃Cl

(80

%)Br2,

0℃NHNHBrBrBrBrEtOH第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（2）硝化反應(yīng)呋喃,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化；通常用比較溫和的非質(zhì)子硝化試劑，如：硝酸乙酰酯，反應(yīng)在低溫下進(jìn)行。第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（2）硝化反應(yīng)O

OCH3COCCH3

+

HNO3OCH3CONO2SAcONO2

O

oC2Ac

O/AcOHNO2+

CH3COOHNO2+NHAcONO2

O

oC2Ac

O/AcOHNO2+S60

%S10

%

NO2NH51

%NH13

%第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（2）硝化反應(yīng)ONHNO2OHNO2HAcONO

2

-5

-

-30oC

AcOPyridine第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（3）磺化反應(yīng)吡咯、呋喃不太穩(wěn)定，所以須用溫和的磺化試劑磺化。常用的溫和的非質(zhì)子的磺化試劑有：吡啶與三氧化硫的加合化合物。N+

SO3CH2Cl2室溫NSO3第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（3）磺化反應(yīng)O+NSO3ClCH2CH2Clr.

t.

3

daysOSO3-NHOSO3--O3SNHNH第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（3）磺化反應(yīng)NH+NSO3100

oCNHSO3-

NHHClNHSO3H第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（3）磺化反應(yīng)噻吩比較穩(wěn)定，既可以直接磺化（產(chǎn)率稍低），也可以用溫和的磺化試劑磺化。S+NSO3ClCH2CH2Clr.

t.S3SO

-Ba(OH)22Ba2+S+H2SO4SSO3Hr.

t.第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物1.

親電取代反應(yīng)（4）F-C?；磻?yīng)(60%)NH2+

Ac

O 150

-

200

℃

NH3OCCH(70

%)NHNa或NaOH(濃)NNa+OPhCClNCOPhSAc2O

與AlCl3

的混合體系S3OCCHOBF3+

Ac2OOCCH3O(75%-92

%)第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物90

%OOOO

+OOOO76

%O

+O加成反應(yīng)加氫反應(yīng)Diels-Alder反應(yīng)呋喃最易發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物2.

加成反應(yīng)（2）

Diels-Alder反應(yīng)NCH3

+H3CCOCH3COOCH3COOCH3NH3CCOCH3CH3COOCH3COOCH3AlCl3Al

C3lH3CC

OOC

3HONH

CC

H

3C

OOC

3HCH3第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物2.

加成反應(yīng)（2）

Diels-Alder反應(yīng)噻吩基本上不發(fā)生雙烯加成，即使在個(gè)別情況下生成也是一個(gè)不穩(wěn)定的中間體，直接失硫轉(zhuǎn)化為別的產(chǎn)物。S+CNCNSCNCNCNCNS60-120℃第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物pKa=10OH-3.

吡咯的特殊反應(yīng)吡咯的性質(zhì)與苯酚類似，都具有酸性，但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯與苯胺也有類似性質(zhì)。OH

ONHKN+Na

或K或濃NaOHpKa≈

17.5吡咯成鹽后，使環(huán)上電荷密度增高，親電取代反應(yīng)更易進(jìn)行。NHCHONHCOO-NH4+NHN=N-C6H5NCOOHNMgXHCON(CH3)2POCl3CHCl325%NaOH(NH4)2CO3130oC2C6H5N

+X-C2H5OH-H2O

AcONaRMgXCO2H2OCO2加熱加壓RCOClRXNK+Na

?ò

K?ò?¨NaOHNH(1)pKa??17.5(2)NHCOOHNCORNR第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物二、吲哚親電取代反應(yīng)主要發(fā)生在3位。AEAA芐基型正碳離子一個(gè)主要共振式HEAEAEAEHEHAE-

H+-

H+滿足八隅體有兩個(gè)主要共振式2-位3-位第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物二、吲哚吲哚的合成：苯肼與醛、酮類化合物在酸性條件下加熱生成吲哚及其衍生物的反應(yīng)稱為費(fèi)歇爾(Fischer,E.)合成法。NHNH2+CH3COOHO

HOAc

NHCOOH~250℃-CO2NH第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物三、唑類化合物1.

結(jié)構(gòu)NHNNHNSNO<

<吡咯N(孤電子對(duì)參與共軛，所以堿性較弱)吡啶N(孤電子對(duì)不參與共軛，所以堿性較強(qiáng))N第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物三、唑類化合物1.

結(jié)構(gòu)吡咯N的孤電子對(duì)處于p軌道R1NR2R3一般胺中的N是sp3雜化。N

的孤電子對(duì)處于sp3雜化軌道sp3軌道N

的孤電子對(duì)處于sp2雜化軌道吡啶N與吡咯N均為sp2雜化。第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物三、唑類化合物1.

結(jié)構(gòu)互變異構(gòu)NNHNNN-N(單鍵)N=N(雙鍵)NNHNHNH3CH3C4-甲基咪唑

5-甲基咪唑4(5)-甲基咪唑(因?yàn)?-甲基咪唑和5-甲基咪唑不可分離)第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物3.

化學(xué)性質(zhì)（1）堿性1,2-唑與1,3-唑都有吡啶N，所以都有堿性。1,3-唑的堿性比1,2-唑強(qiáng)。因?yàn)閮蓚€(gè)雜原子互相影響大。咪唑的堿性＞噻唑的堿性＞噁唑的堿性。由綜合電子效應(yīng)決定。三、唑類化合物2.

物理性質(zhì)沸點(diǎn)第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物三、唑類化合物3.

化學(xué)性質(zhì)（2）親電取代反應(yīng)唑的反應(yīng)性比呋喃、噻吩、吡咯差，這是因?yàn)榉肿又卸嗔艘粋€(gè)吡啶N，使共軛體系的電子云密度降低，所以親電試劑不易進(jìn)攻。1,2-、1,3-唑的硝化、磺化、鹵化第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物NO3H

CCH3NO3H

CCH3O2N濃HNO3濃H

SO2

4(56

%)NNHNNHBrBr2AcOH

-

H2ONNHNO2NO2N1NH2N

3HNO3H

SO2

41:400(90%)NSNSNHHO3SSO3

+濃H2SO4三、唑類化合物（2）親電取代反應(yīng)(65%)NSNS3HO

S發(fā)煙H2SO4

,HgSO4250℃磺化須強(qiáng)烈條件NSCH3H3CNSCH

(63%)3H3CBrBr2CHCl3

,硝化、鹵化須有給電子取代基四、嘌呤第四節(jié) 五元雜環(huán)化合物H1

N2N34675

N8N

9N1

N24567N8N

93

HH1

N2N3456N

78N

9NN

OHOHNHNHOONN

NH2OHNHNNH2ONNOHOHNHNHOOH3CH3C

尿嘧啶(U)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)嘌呤是一對(duì)互變異構(gòu)體的平衡體系NHN1

N2N345NH26NHN1

N245OH6H2N

N3腺嘌呤(A)鳥(niǎo)嘌呤(G)(6-氨基嘌呤)(2-氨基-6-羥基嘌呤)第五節(jié) 六元雜環(huán)化合物一、吡啶共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)都是吸電子的孤電子對(duì)在sp2雜化軌道上。結(jié)構(gòu)：吡啶N是sp2雜化，孤電子對(duì)不參與共軛。性質(zhì)：堿性較強(qiáng)。環(huán)不易發(fā)生親電取代反應(yīng)但易發(fā)生親核取代反應(yīng)。發(fā)生親電取代反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N起間位定位基的作用。發(fā)生親核取代反應(yīng)時(shí)，環(huán)上N起鄰對(duì)位定位基的作用。第五節(jié) 六元雜環(huán)化合物一、吡啶1.

物理性質(zhì)氮原子的電負(fù)性較大,使吡啶有較大極性,其偶極距數(shù)值較大。m=2.20D

m=1.17D吡啶能與水以任意比例混溶,又能溶解大多數(shù)極性或非極性有機(jī)化合物,甚至許多無(wú)機(jī)鹽類,是一個(gè)良好的溶劑。NNH第五節(jié) 六元雜環(huán)化合物一、吡啶2.

化學(xué)性質(zhì)（1）堿性吡啶N是sp2雜化，孤電子對(duì)不參與共軛，可以與質(zhì)子結(jié)合或給出電子，顯弱堿性。利用它的堿性，可從混合物中分離吡啶類化合物，在化學(xué)反應(yīng)中還可用作催化劑和除酸劑。第五節(jié) 六元雜環(huán)化合物一、吡啶2.

化學(xué)性質(zhì)（1）堿性N+

HCl

N

HClNNH3N+

SO33

N SO

(90%)此反應(yīng)常用于在反應(yīng)中吸收生成的氣態(tài)酸CH2Cl2室溫吡啶三氧化硫絡(luò)合物是常用的緩和磺化劑第五節(jié) 六元雜環(huán)化合物一、吡啶2.

化學(xué)性質(zhì)（2）作為親核試劑N

RINR

I300

℃NINI+RROHNNRROH制取烷基吡啶的一種方法(3)親電取代反應(yīng)吡啶環(huán)上氮原子為吸電子基，故吡啶環(huán)屬于缺電子的芳雜環(huán)，和硝基苯相似。其親電取代反應(yīng)很不活潑，反應(yīng)條件要求很高，不起傅-克烷基化和?；磻?yīng)。親電取代反應(yīng)主要在β-位上。NNClNBrNNO2NSO3HCl2,

AlCl3100

℃Br2,浮石催化300

℃

氣相濃H2SO4HgSO4

催化，220

℃混酸300

℃氯吡啶溴吡啶硝基吡啶吡啶磺酸3333由吡啶的共振式分析:NNNNNNdddd結(jié)論:

1.

環(huán)上帶正電,

不利于親電取代2.

b

位的正電荷密相對(duì)較低解釋原因:i.

取代在a

位NEa

位NENENEHHH-H+NE正電荷在電負(fù)性大的原子上,不穩(wěn)定由取代反應(yīng)的中間體穩(wěn)定性分析ii.

取代在b

位Eg位NNEHNEHNEH正電荷在電負(fù)性大的原子上,不穩(wěn)定中間體較為穩(wěn)定3.

取代在g位實(shí)驗(yàn)事實(shí)：鈍化和b取代N發(fā)煙

HNO3

/

發(fā)煙

H2SO4無(wú)反應(yīng)發(fā)生NNO2取代在b

位發(fā)煙

HNO3

/

發(fā)煙

H2SO4N(CH3)3N(CH3)3NO2起吸電子基作用發(fā)煙

HNO3

/

發(fā)煙

H2SO4300oC

/

24h其它反應(yīng)現(xiàn)象NNSO3HNBr濃H2SO4

/HgSO4220oC300oCBr2

/浮石無(wú)反應(yīng)發(fā)生Friedel-Crafts

反應(yīng)環(huán)上有給電子基時(shí)反應(yīng)相對(duì)較易進(jìn)行(4)親核取代反應(yīng)NNNH2+H2NaNH2NH3

或PhNMe2NPhLiNPhO2

or

PhNO2,(氧化)取代主要發(fā)生在a

位當(dāng)a

或g位有其它離去基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)易發(fā)生NClNOHNaOHNHOa-吡啶酮異構(gòu)化NClNOHCl-ClNOHOHNHO（仍有芳香性）NNH2(1)NaNO2,

HCl(2)H2O,NOHNHO異構(gòu)化NNaNH2機(jī)理：其他制備a-吡啶酮的方法(5)

氧化和還原反應(yīng)i.

氧化在側(cè)鏈上ii.

氧化在N

上復(fù)習(xí)：叔胺的氧化吡啶的類似反應(yīng)NO發(fā)煙HNO3發(fā)煙H2SO490oCNNO2O主要產(chǎn)物NNO2POCl3+PCl3N-氧化吡啶的性質(zhì)：比吡啶易與親電試劑或親核試劑反應(yīng)(a)與親電試劑的親電取代(b)與親核試劑的親核加成為什么N-氧化吡啶既有親電性又有親核性(a)由共振結(jié)構(gòu)分析（有兩種形式的共振式）NONONONOO有苯氧基負(fù)離子特點(diǎn)，環(huán)上的2,4,6

三個(gè)位置負(fù)電荷密度較大保留吡啶的特點(diǎn)，氧負(fù)離子使環(huán)上的正電荷密度增大(b)

由反應(yīng)過(guò)程分析（中間體的穩(wěn)定性分析）NONO親電取代及進(jìn)一步的反應(yīng)過(guò)程H

NO2NHNO2O滿足八隅體NONO2-H+NNO2O

PCl3NNO2+O

PCl3NO2PCl3對(duì)比：吡啶的直接親電取代不穩(wěn)定二、喹啉和異喹啉喹啉和異喹啉：喹啉N123456781N

2345678異喹啉1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：*雜環(huán)部分性質(zhì)象吡啶(堿性和親和性、親電取代、親核取代、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、支鏈上的反應(yīng))*碳環(huán)部分性質(zhì)象萘(親電取代及其取代定位作用)堿性強(qiáng)弱：喹啉＜吡啶＜異喹啉喹啉在常溫時(shí)是無(wú)色油狀液體，有類似吡啶的惡臭，沸點(diǎn)238℃，異喹啉為低熔點(diǎn)的固體，氣溫類似于

苯甲醛，熔點(diǎn)26℃，沸點(diǎn)243℃。2.

物理性質(zhì)：（1）親電取代反應(yīng):反應(yīng)產(chǎn)物受介質(zhì)的影響。若反應(yīng)在酸性介質(zhì)中進(jìn)行，取代主要在苯環(huán)上發(fā)生。喹啉主要發(fā)生在C-5與C-8位，而異喹啉以C-5產(chǎn)物為主。NHO3SN濃H2SO4,220℃或發(fā)煙H2SO4,90℃NSO3H(54%)濃H2SO4300℃

重排若反應(yīng)在有機(jī)溶劑中進(jìn)行，取代在雜環(huán)上發(fā)生。3.

化學(xué)性質(zhì)NEE5-位8-位NENE兩個(gè)主要的共振式保留一個(gè)芳香環(huán)NENENE兩中間體穩(wěn)定性相差不大從反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性解釋反應(yīng)結(jié)果：（2）親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)主要在吡啶環(huán)上發(fā)生，喹啉的反應(yīng)位置在2位和4位(2位為主)，異喹啉在1位；NN實(shí)例：（3）氧化反應(yīng)*i.

喹啉和異喹啉與絕大多數(shù)氧化劑不發(fā)生反應(yīng)；*ii.

與高錳酸鉀能發(fā)生反應(yīng)：NCH2

[O]

?100℃NHOOCHOOCKMnO4

水溶液NNH4KMnO

水溶液OONHOOCHOOCNCOOHCOOH+4

KMnO

,

OH-*iii.

喹啉與異喹啉在過(guò)酸的作用下均可形成N-氧化物。NRCO3HNORCO3HNNO（4）還原反應(yīng)H2

/

NiNNHorI2Hg(OAc)2,

130℃NNH2,Pt,AcOH,

40℃NH+HHNH

HH反十氫喹啉順十氫喹啉4.

喹啉及其衍生物的合成(73%)NH2+CH3OCH2=CHCZnCl2FeCl3NCH3100℃濃H2SO4NH23+

2CH

CHON

CH3(32

%)(1)斯克勞普(Skraup,Z.H.)反應(yīng)：苯胺、甘油、硫酸和基苯等氧化劑一起作用，生成喹啉的反應(yīng)稱為斯克勞普反應(yīng)。+

H

,氧化劑

NH2(主)H3COCH2OH+

CHOHCH2OHNH3CO甘油NH2NO2H3CONH3CONO2NHH3CONO2氧化劑(2)

弗里德倫德(Friedlander)反應(yīng)：

哌啶

180℃(80%)NH2CH3C

O+OPhHHNCH3Ph100~110℃(90%)CH3