第十二章杂环化合物 第一节 杂环化合物:在环状化合物中,组成环的原子除碳原子外还有其他元素的原子时,称 为杂环化合物。 、分类和命名 1.分类 五元 含O 环大小 六兀 杂原子 含N 稠杂环 含S 2.命名:按外文名词译音,并以口做偏旁,表示环状化合物。例如:呋喃,读作“夫 南 杂环编号:(1)单杂环编号时,总是以杂原子为”1”位 (2)环中有相同的原子则由带取代基的一个杂原子开始(或从离取代基最近的一个杂原 子开始) (3)如果环中有两个或几个不同的杂原子,则按照O-S--N的顺序编号 例如:I五元环 H 呋喃 噻吩 吡咯 咪唑 吡唑 五元环中含多个杂原子的,其中有一个为氮原子的叫做唑 Ⅱl六元环 5 5 吡喃 啶 咪啶 吡嗪 Ⅲ稠杂环 吲哚 苯并吡喃
第十二章 杂环化合物 第一节 杂环化合物：在环状化合物中，组成环的原子除碳原子外还有其他元素的原子时，称 为杂环化合物。 一、 分类和命名 1． 分类： 五元 含 O 环大小 六元 杂原子 含 N 稠杂环 含 S 2． 命名：按外文名词译音，并以口做偏旁，表示环状化合物。例如：呋喃，读作“夫 南” 杂环编号：⑴ 单杂环编号时,总是以杂原子为”1”位. ⑵ 环中有相同的原子则由带取代基的一个杂原子开始.(或从离取代基最近的一个杂原 子开始.) ⑶ 如果环中有两个或几个不同的杂原子,则按照 O---S----N 的顺序编号. 例如:Ⅰ 五元环: N H O S N N H N N H N S 呋喃 噻吩 吡咯 咪唑 吡唑 噻唑 五元环中含多个杂原子的,其中有一个为氮原子的叫做唑. Ⅱ 六元环: O N 6 2 1 3 4 5 N N 6 2 1 3 4 5 N N 6 2 1 3 4 5 吡喃 吡啶 咪啶 吡嗪 Ⅲ 稠杂环 N H N N N N H 1 O 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 9 吲哚 嘌呤 苯并吡喃
4 6 36 3 8 喹啉 异喹啉 喋啶 二、结构与芳香性: 1.呋喃:有芳香性 2.噻吩:有芳香性。 3.吡咯:有芳香性 4.吡啶:有芳香性
N N N N N N 1 1 1 2 2 2 3 3 3 5 4 5 4 4 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 喹啉 异喹啉 喋啶 二、结构与芳香性： 1． 呋喃：有芳香性。 2． 噻吩：有芳香性。 S ：： 3． 吡咯：有芳香性。 N H ：： 4． 吡啶：有芳香性。 N N H N ． ． ． ． ． ． ． ． ． ： ． O ： ：
三、性质:(呋喃、噻吩、吡咯、吡啶) 1.亲电取代反应: 同芳环一样:可以发生卤代、硝化、磺化及傅氏反应。呋喃、噻吩、吡咯等富电子杂环 的亲电取代反应主要发生在a位,当两个a位被占时才可能进入β位:反应的活性比苯大。 吡啶等缺电子杂环的亲电取代反应主要发生在B位:反应的活性比苯小。 (1)卤代反应 -·又。 HCI a-氯代呋喃 HBr 0° α-溴代呋喃 CH3COOH HBr a-溴代噻吩 吡咯极易被卤代: + NaOH 2,3,4,5四碘吡咯 HasO HBr 300°C β-溴代吡啶
三、性质：（呋喃、噻吩、吡咯、吡啶） 1． 亲电取代反应： 同芳环一样：可以发生卤代、硝化、磺化及傅氏反应。呋喃、噻吩、吡咯等富电子杂环 的亲电取代反应主要发生在α位，当两个α位被占时才可能进入β位；反应的活性比苯大。 吡啶等缺电子杂环的亲电取代反应主要发生在β位；反应的活性比苯小。 ⑴ 卤代反应： O - 40℃ Cl2 O Cl + HCl α -氯代呋喃 O 0 ℃ HBr O Br + HBr α -溴代呋喃 S CH3COOH S Br + HBr α -溴代噻吩 吡咯极易被卤代： N H NaOH N H I I I I + HI 2，3，4，5-四碘吡咯 + I2 4 N H2SO4 + Br2 N Br + HBr ~300℃ β -溴代吡啶
(2)硝化反应:硝化试剂-乙酰基硝酸酯(CH3 COON2)低温下反应。 5~30°C t CH3 COoN 2 十 CH COOH 硝基呋喃 CH3CO)20 t CH3COONO t CHCOOH -10°C a-硝基噻吩 (CH3 CO)20 +CH3 COON2”A t CH, COOH 10℃ a-硝基吡咯 浓H2S 浓 300°C β-硝基吡啶
⑵ 硝化反应：硝化试剂-乙酰基硝酸酯（CH3COONO2）低温下反应。 O + CH3COONO 2 + -5~30℃ O NO2 CH3COOH α -硝基呋喃 S + CH3COONO 2 + -10℃ S NO2 CH3COOH α -硝基噻吩 (CH3CO) 2O N H + CH3COONO 2 + -10℃ N H NO2 CH3COOH α -硝基吡咯 (CH3CO) 2O + HNO3 ~300℃ H2SO4 N 浓 浓 N NO2 β -硝基吡啶
(3)磺化反应:吡咯呋喃对酸很敏感,强酸能使它们开环聚合,常用温和的非质子磺化 试剂:吡啶与SO3的加成物 十 SOaH a-呋喃磺酸 H α-吡咯磺酸 HgSo +发烟H2SO4 β-吡啶磺酸 (4)傅氏酰基化:吡啶不发生此反应 +(CH3 CO)2O CH3 COOH COCH3 a-乙酰基呋喃 200°C +(CH3 CO)2O t CH3 COOH H a-乙酰基吡咯 +(CH3 CO)2O CH3COOH α-乙酰基噻吩
⑶ 磺化反应：吡咯呋喃对酸很敏感，强酸能使它们开环聚合，常用温和的非质子磺化 试剂：吡啶与 SO3 的加成物。 O + + O SO3H α -呋喃磺酸 N H + N + SO3 N + N H SO3H α -吡咯磺酸 N + SO3 N + H2SO4 HgSO4 N N SO3H β -吡啶磺酸 发烟 △ ⑷ 傅氏酰基化：吡啶不发生此反应 O + + O COCH3 α -乙酰基呋喃 N H + + N H COCH3 α -乙酰基吡咯 CH3COOH CH3COOH (CH3CO) 2O (CH3CO) 2O BF3 ~200℃ S + + S COCH3 α -乙酰基噻吩 (CH CH3COOH 3CO) 2O SnCl 4
(5)傅氏烷基化 BuLi Br(CH 2)3Br O”(H2)3Br 2.氧化 (1)呋喃、噻吩、吡咯非常活波,容易发生氧化反应,甚至在空气中也可氧化。但产物 复杂。 (2)吡啶稳定难于氧化 KMno HOOC 4-吡啶甲酸 CH3 O2/ DMe t-BuOK室温 3-吡啶甲酸 KMnO4 2-吡啶甲酸
⑸ 傅氏烷基化： H3C O + O (CH2 )3Br H3C Br(CH2 ) BuLi 3Br 2． 氧化： ⑴ 呋喃、噻吩、吡咯非常活波，容易发生氧化反应，甚至在空气中也可氧化。但产物 复杂。 ⑵ 吡啶稳定难于氧化： N HOOC N KMnO4 N CH3 N COOH N CH3 N COOH KMnO4 O2/ DMF t-BuOK室温 3-吡啶甲酸 2-吡啶甲酸 4-吡啶甲酸
3.还原 (1)吡咯、呋喃、噻吩容易被还原,产物为饱和环系 H2/Pb 四氢呋喃 H/ Pb H H 四氢吡咯 H2/ pb 催化剂中毒 Na/ CHsOH 2)吡啶难于被还原 H2/Pt 六氢吡啶 4.吡咯与吡啶的碱性: (1)吡咯:弱酸性 原因:共轭给电子作用 「与NaOH,KOH成盐,而不与HCl及弱酸成盐
3． 还原： ⑴ 吡咯、呋喃、噻吩容易被还原，产物为饱和环系。 O O N H S H2 / Pb 四氢呋喃 H2 / Pb N H 四氢吡咯 H2 / Pb 催化剂中毒 S Na / CH5OH S S + ⑵ 吡啶难于被还原 N N H H2 / Pt 六氢吡啶 4． 吡咯与吡啶的碱性： ⑴ 吡咯：弱酸性 N H ：： 原因：共轭给电子作用。 可与 NaOH，KOH 成盐，而不与 HCl 及弱酸成盐
(2)吡啶:显碱性 原因:诱导吸电子作用 可与酸成盐(相当于叔胺) 四、杂环化合物及其衍生物 (1)呋喃及a-呋喃甲醛 呋喃是一种无色易挥发的液体,沸点为32℃,不溶于水,易溶于乙醇、乙醚等有机溶 剂。α-呋喃甲醛俗名叫做糠醛,是由米糠、玉米芯、花生壳等农产品废料进行酸性水解得 到 + CH2OH 鉴别反应:苯胺醋酸盐与糠醛作用,显深红色,可以用于糠醛或戊糖的鉴别 (2)吡咯 存在于煤焦油和骨焦油中,是无色液体,沸点为131℃,难溶与水,易溶于乙醇,乙醚 苯等有机溶剂。易被氧化,在空气中即可被氧化,而变为褐色。 鉴别:少量的吡咯蒸汽遇到蘸有盐酸的松木片,显红色,称为松木片反应 衍生物自学 (3)吡啶:叔胺,弱碱性,好的溶剂,可与水混溶,可溶于乙醇、乙醚、苯等有机溶剂 衍生物: β-吡啶甲酸 吡啶甲酰胺 烟酸 烟酸胺
⑵ 吡啶：显碱性 N 原因：诱导吸电子作用。 可与酸成盐（相当于叔胺） N H N ． ． ． ． ． ． ． ． ． ： ． 四、 杂环化合物及其衍生物 ⑴ 呋喃及α-呋喃甲醛 呋喃是一种无色易挥发的液体，沸点为 32℃，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶 剂。α-呋喃甲醛俗名叫做糠醛，是由米糠、玉米芯、花生壳等农产品废料进行酸性水解得 到。 O CHO 浓碱 O CH2OH O COO + - 鉴别反应：苯胺醋酸盐与糠醛作用，显深红色，可以用于糠醛或戊糖的鉴别。 ⑵ 吡咯： 存在于煤焦油和骨焦油中，是无色液体，沸点为 131℃，难溶与水，易溶于乙醇，乙醚、 苯等有机溶剂。易被氧化，在空气中即可被氧化，而变为褐色。 鉴别：少量的吡咯蒸汽遇到蘸有盐酸的松木片，显红色，称为松木片反应。 衍生物自学。 ⑶ 吡啶：叔胺，弱碱性，好的溶剂，可与水混溶，可溶于乙醇、乙醚、苯等有机溶剂 中。 衍生物： N COOH N C NH2 O β-吡啶甲酸 β-吡啶甲酰胺 烟酸 烟酸胺
(4)吲哚 吲哚是吡咯环与苯环稠和而成,为白色晶体,熔点52.25℃,沸点254℃可溶于热水、 易溶于醇醚等有机溶剂。弱酸性,有松木片反应。 吲哚 β-吲哚乙酸 β-吲哚乙酸为植物生长调节剂。 (5)嘌呤、核酸、嘧啶 互变异构 8 嘌呤是由嘧啶和咪唑环并联得到。为无色结晶,易溶于水,中性,可分别与酸碱成盐。 互变异构 烯醇式 酮式 尿酸(2.6,8-三羟基嘌呤)
⑷ 吲哚： 吲哚是吡咯环与苯环稠和而成，为白色晶体，熔点 52.25℃，沸点 254℃可溶于热水、 易溶于醇醚等有机溶剂。弱酸性，有松木片反应。 N H N H CH2COOH 1 2 3 4 5 6 7 吲哚 β -吲哚乙酸 β-吲哚乙酸为植物生长调节剂。 ⑸ 嘌呤、核酸、嘧啶 N N N H N N N N N H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 互变异构 嘌呤是由嘧啶和咪唑环并联得到。为无色结晶，易溶于水，中性，可分别与酸碱成盐。 N N N H N HO HO OH N H HN N H N H O O O 互变异构 烯醇式 酮式 尿酸 (2,6,8-三羟基嘌呤)
互变异构 H 腺嘌呤 互变异构 H2N 鸟嘌呤 互变异构 尿嘧啶 互变异构 胞嘧啶 OH H3C 互变异构 胸腺嘧啶
N N N H N NH2 N HN N N H NH 互变异构 N HN N H N O H2N N N N N H H2N HO 互变异构 腺嘌呤 鸟嘌呤 NH N H O O 互变异构 N N OH OH 尿嘧啶 N N H NH2 O 互变异构 N N NH2 OH 胞嘧啶 NH N H O O H3C 互变异构 N N OH OH H3C 胸腺嘧啶