第十五章杂环化合物和生物碱 §151杂环化合物的定义、分类和命名 定义: 具有①环状;②环上有杂原子③具有芳香结构和一定程度的稳定性的化合物 加这个条件是为了与二元酸酐、内酯、环醚、内酰胺相区别 常见的杂原子是氮、硫、氧 分类 五元杂环 单杂环按环小分 六元杂环 杂环按环数目分 稠杂环按稠合环类别分 /苯稠单杂环 单杂环裯单杂环等
§15.1 杂环化合物的定义、分类和命名 一 定义： 第十五章 ③ 的化合物 加这个条件是为了与 相区别 二 分类：
杂环的结构和名称 的分类环的母核 B王4 BB 环度二烯 咪唑 ∠N 达 p比 N 异斗 莱并吡响拉娠壁 人人 3 門啶 2≈N/4Na/8 票呤
三命名: 杂环的命名常用音译法,即外文名词译音加“口”旁,例如: WWWMVWWWWwAAAMw S N H N (furan) (Thiophene) (Pyrrole) (Pyridine) NN/ 八N N H (Pyrimidine) (Quinoline) (Indole) 嘧啶 喹啉 吲哚 缺点 不难看出:有些翻译名称反映不了结构特点,为初学者便于记忆,不妨再细剖析一下: 与上述前三个杂环相应的碳环是环戊二烯(又叫茂),因此呋喃是氧杂茂、噻吩是硫杂茂、吡 咯是氮杂茂.类似地,吡啶是氮杂苯、嘧啶是1,3-二氮杂苯,喹啉是1-氮杂茶(或2,3苯 并吡啶),吲哚是氮杂茚(或2,3-苯并吡咯).这些虽不是命名的原则,但与烃类对比 下.会便干记忆 有取代基的杂环化合物的命名,常用“取代基(位置、数目、名称〕加杂环母核名称”, 或将杂环作取代基.编号从杂原子开始依次用1,2,3…或从杂原子相邻碳开始依次用 a、、y……表示.不止一种杂原子时,按O→S→N顺序由小到大编号.编号时还应兼顾 使杂原子位次数字之和最小的原则。例如:
三 命名： 缺点：
β41-3 CH 3 -Ch, COOH a52a S N N 2 a CH 1-甲基吡略3-甲噻吩 2-氨基嘧啶3-吲哚乙酸 N-甲基吡咯或甲基噻吩 或-吲哚乙酸 还霈注意:不少杂环有特定编号,例如异喹啉、嘌呤、蝶啶、吖啶等. 2N/4M.6/NA3 M/4N/8 10 5104 异啡 蝶啶 啶 嚥票呤 §152含有一个杂原子的五元杂环体系—呋喃噹吩、呲咯环系 结构 H 呋( furan) 噻吩( thiophene) 吡咯( pyrrole) 氧杂茂 硫杂茂 氮杂茂 bp316"0 bp4. 10 bpl29°0
§15.2 一 结构：
物理方法证实:呋嘀、噻吩、吡咯是-平面结构,环上每个Sp2杂化碳原子的φ轨道上有一个电子 sp2杂化杂原子的轨道上有两个电子,P轨道垂直于五元环的平面,相互侧而交盖构成六电子 闭环共轭体系,氧、硫的sp2杂化轨道上还有一对电子 轨追上 Q-对 P轨蘧上 P轨這 一对电子 对子 5P来化孰道 界P染化就道 上对电子 上一对电子 呋哺的分子结构 噻吩的分予结构 吡咯的分子结构 具有芳香性. 二性质: (一)物性: 呋嘀存在于松木焦油中,是无色液体,沸点31.36℃,有氯仿气咪 噻吩与苯垬存于煤焦油中,山煤焦油驭得的苯约含0.5哂的噻吩.噻吩是无色而冇特殊 气味的液体,沸点84.16℃, 吡咯存在于煤焦油和骨焦油中,为无色液体,沸点130--131℃,略有苯胺气味, (二)化性 亲电取代反应 活性
二 性质： （一）物性： （二）化性 1 亲电取代反应： 活性：
亲电取代位置:亲电蒸团主要进入这些杂环2位(即a位) 攻以位 H E 人!≡时 三个价鍵式其兼,正密 荷分做在个原子上 攻卜-位: 个价鍵式共撤,正电仅分 散在两个原子上,较不定 呋嘲和吡咯强酸及氧化剂绺易使环破坏因此进行亲电取代反应需在较温和的条件下进行。 (1)卤代 Br. Br2,0° 吡咯卤化常得四卤化物 EtOH H H 2,3,4,5-四溴吡嘻 SO: Cl2(I mol) 人唯一能直接卤化制得的是2氯吃啥。 Et2O,0°O H 2-氯吡略 %
亲电取代位置： （1）卤代
Cls 0-400cC1 2-氯呋嘲2,5-二氯呋囀 Bra, 0'C 2-溴呋喃 80% HAc Br2-溴噻吩 S 不活泼的碘则需在催化剂作用下进行 Is, Hg 8/ CH,, ci S-I 2-吩 70% (2)硝化 呋喃、噻吩、吡咯很易被氧化,甚至也能被空气氧化。硝酸是强氬化剂,因此一般 不用硝酸直接硝化。通常用比较温和的非质子的硝化试剂——硝酸乙酰酯一进行硝化,反应 还需在低温进行
Br2 （2）硝化
AcONO,-10°0 NO, N Ac,O H NO 3-硝基吡咯2-硝基吡咯 13% 呋喃比较特殊,在此反应中首先生成稳定的或不稳定的2,5-加成产物,然后加热或用吡贩 除去乙酸,得硝化产物 AcGNOx H AcO- h H吡啶 0-5~-30°0o 35% ACONO, 0C NO, s> Ac:0-AcOH S 3-硝甚噻吩2-鹬荔临呀 10% 60% 制备: CH, COCCH,+HNOS ->CH, CONO2 +CH, COH 硝酸乙酰酯 (3)磺牝:呋嘲、噻吩、吡咯也需避免直接用硫酸进行磺化,常用温和的非质子的殲化试 剂,如用吡啶与三氧化硫加合代合物作为磺化剂进行反应 CH CI, sO室温 90%
制备： （ 3 ）
100C N H SO: H H SO,H SO3 90% 2-吡咯磺酸 们B+「 C,hClz N温三天O^So;W 再酸化 oS o/sO3 H 41% C2H,Cl2 Ba(OH) s′丶N 室温 再酸化 So:/baz SO3 由于噻吩比较稳定,可以直接用硫酸进行磺化,但产率不如上述试剂所得到的高。煤焦油中 的苯通常含有少量噻吩,可在室温下反复用硫酸提取,由于噻吩比苯容易磺化,磺化的噻吩溶于 浓硫酸内,可以与苯分离,然后水解,将磺酸基去掉,可得到噻吩: s+H1SO28℃ H2O +H2SO SOH 2-噻吩酸 68%~76 常用此法除去苯内含有少量的噻吩
再酸化 再酸化
(4)付克反应 2-乙酰吡咯 N CH3 (CHa CO)20BF 室温 C 乙酰呋嘀 CHs Has 2-乙酰噻吩 2加成反应 环的稳定性:苯>噻吩>吡咯>呋帽 催化加氢H 氢呋喃氢呋喃 呋喃较易氢化,并很快生成四氢呋喃, H 呋喃 Br B 顺丁烯二酸酐 双烯合成,30℃ J加成很容易, H H 内式(90%) 外式
（4）付-克反应 2 加成反应 环的稳定性：
