會計學1大學有機化學之雜環化合物2有機化學第十八章雜環化合物第十三章雜環化合物

在環狀有機化合物中，構成環的原子除碳原子外還有其它原子，并具有芳香結構的化合物雜環化合物雜原子O、N、S第一節雜環化合物的分類和命名1、分類雜環化合物環的大小環的數目五元雜環六元雜環單雜環稠雜環第1頁/共51頁3有機化學第十八章雜環化合物第2頁/共51頁4有機化學第十八章雜環化合物2、命名（音譯法）按雜環的外文名字音譯，并以“口”字旁作為雜環的標志。詳見課本P552頁表18–1。＊補充說明：

1、雜環中各原子的編號，一般從雜原子開始（異喹啉除外），用1，2，3……表示。

2、如果環上有兩個以上相同的雜原子，應從連有氫原子或取代基的那個雜原子開始編號，并使另一個雜原子的位次盡可能的小。H4–甲基咪唑5-甲基噻唑1122334455第3頁/共51頁5有機化學第十八章雜環化合物5-甲基噻唑12345

3、如果雜環上有兩個以上不同的雜原子，則按O—S—N的順序依次編號。

4、稠雜環中共用的碳原子一般不編號，但是嘌呤的編號例外。OH8–羥基喹啉12345678NH26–氨基嘌呤（腺嘌呤）1234567H89第4頁/共51頁6有機化學第十八章雜環化合物5、雜環的母核有時也可當作取代基來命名。CHOCH2COOH2–呋喃甲醛3–吲哚乙酸【課堂練習】1、命名下列雜環化合物：（1）NO2Br(2)CH32–硝基–4–溴呋喃3–甲基吡啶第5頁/共51頁7有機化學第十八章雜環化合物（3）SO3H（4）CH3Cl(5)NH2OH(6)CH3CH3(7)COOH2–噻吩磺酸3-甲基–5–氯喹啉6–氨基–8–羥基嘌呤1，4–二甲基異喹啉3–吡啶羧酸第6頁/共51頁8有機化學第十八章雜環化合物2、寫出下列化合物的結構式：（1）2，3–二氫呋喃6–甲基–8–溴喹啉（3）N–乙基--溴--吡咯甲醛（4）-吡啶甲酸甲酯HHHHBrCH3CHOCH3C2H5COOCH3第7頁/共51頁9有機化學第十八章雜環化合物第二節雜環化合物的結構與芳香性呋喃噻吩吡咯★結構特點1、平面結構：呋喃、噻吩、吡咯都是平面結構，環上所有原子都是SP2雜化，各原子均以SP2

雜化軌道重疊形成鍵。·······················HH一、五元單雜環第8頁/共51頁10有機化學第十八章雜環化合物2、閉合共軛體系：碳未雜化的P軌道中有一個電子，雜原子的P軌道中有一對電子，P軌道互相平行重疊，形成閉合的共軛體系。形成五中心六電子的大鍵，體系中的電子數為6，具有一定芳香性。電負性：ONS＞＞芳香性大小：呋喃噻吩吡咯苯＞＞＞H第9頁/共51頁11有機化學第十八章雜環化合物二、六元單雜環吡啶吡啶的結構······：·平面閉合的共軛體系（6），具有芳香性；·堿性：Pka=5.2,比脂肪胺弱，但比芳香胺強；·偶極矩：吡啶的偶極矩與吡咯相反；6H2.26D1.18D吡啶吡咯第10頁/共51頁12有機化學第十八章雜環化合物呋喃、噻吩、吡咯的化學性質1、親電取代反應實驗證明：※親電取代反應活性順序為：吡咯＞呋喃＞噻吩＞苯靜態時，雜環上各原子的電子云密度位：呋喃噻吩吡咯H+0.32-0.10-0.06+0.10-0.03-0.02+0.20-0.06-0.04※親電取代反應一般優先進入位第三節重要的五元雜環化合物第11頁/共51頁13有機化學第十八章雜環化合物呋喃、噻吩、吡咯的親電取代反應詳見課本第378～383頁。第12頁/共51頁14有機化學第十八章雜環化合物呋喃、噻吩、吡咯的親電取代反應詳見課本第378～383頁。【課堂練習】1、噻吩+濃H2SO4SO3H噻吩–2–磺酸2、噻吩Br2MgCO2COOH噻吩–2–甲酸HOAc3、NO2Br2NO2Br4–硝基–2–溴噻吩

第13頁/共51頁15有機化學第十八章雜環化合物CH34、HNO3H2SO45、CH3O2NHNO3H2SO46、COOHBr2100℃7、H+HO3SN2ClCH3NO2CH3O2NNO2COOHBrHN=NSO3H第14頁/共51頁16有機化學第十八章雜環化合物2、加成反應1）呋喃、噻吩、吡咯在一定條件下都可以加氫生成相應的四氫化合物2）呋喃由于芳香性最小，具有環狀共軛二烯的性質，能發生雙烯合成。3）而噻吩、吡咯則較難發生雙烯合成反應。通常要用更強的親二烯試劑如苯炔、碳烯等才能反應。第15頁/共51頁17有機化學第十八章雜環化合物3、吡咯的弱堿性、弱酸性1）堿性很弱（比苯胺弱），它只能慢慢地溶解在冷的稀酸溶液中。2）吡咯還具有弱的酸性（比醇的強，比酚的弱），它可與強堿或金屬作用成鹽。與格氏試劑作用放出烴（RH）而生成吡咯鹵化鎂。H+KOH（固體）K-++H2OH+KK-++H2第16頁/共51頁18有機化學第十八章雜環化合物H+CH3MgIMgI+CH4吡咯鉀鹽及吡咯鹵化鎂都可以用來合成吡咯衍生物。K-+CH3COClCOCH3＞150℃HCOCH3N-乙酰基吡咯-乙酰基吡咯CH3I△CH3＞150℃HCH3第17頁/共51頁19有機化學第十八章雜環化合物K-+1）CO22）H2OHCOOH-吡咯甲酸CHCl3KOHHCHO-吡咯甲醛4、呋喃、噻吩、吡咯的鑒定呋喃鹽酸松木片顯綠色吡咯鹽酸松木片顯紅色噻吩靛紅/濃硫酸顯藍色第18頁/共51頁20有機化學第十八章雜環化合物三、糠醛（-呋喃甲醛）四、呋喃、噻吩、吡咯的制法【課堂練習】※帕爾-諾爾合成法：從1，4-二酮出發制備呋喃、噻吩、吡咯的取代衍生物1、試用“三乙”為原料合成2，5-己二酮。CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaBrCH2COCH3CH3COCHCOOC2H5CH2COCH3NaOHH2OH△CH3COCH2CH2COCH3第19頁/共51頁21有機化學第十八章雜環化合物2、完成下列反應1）CHO+CH3COCH3NaOHCHO+CH3COOC2H5NaOH2)CHO+Cl2濃HaOHCH=CHCOCH3CH=CHCOOC2H5CHOClCH2OHClCOOHCl+3）第20頁/共51頁22有機化學第十八章雜環化合物4）CHOHNO3H2SO4CH3COOC2H54、完成下列合成：O2NCOOH+Ac2OBF3COCH3HNO3O2NCOCH3NaOClH+O2NCOOHCHOO2NCH=CHCOOC2H5O2N第21頁/共51頁23有機化學第十八章雜環化合物五、噻唑和咪唑唑(azole)可以看成呋喃、噻吩、吡咯環上2位或是3位上的CH換成N原子。H噻唑咪唑COCHNHCOCH2C6H5HOOC青霉素G第22頁/共51頁24有機化學第十八章雜環化合物六、吲哚H吲哚由吡咯與苯環稠合而成，可以看成是吡咯的烴基衍生物，化學性質與吡咯相似：1）具有弱堿性；2）松木片反應呈紅色；3）N原子上的H能被活潑金屬取代；4）吲哚環也能起親電取代反應，所不同的是取代基進入-位，而吡咯則優先進入-位。第23頁/共51頁25有機化學第十八章雜環化合物七、口口口口族化合物四個吡咯環和四個次甲基（—CH=）交替相聯組成的大環叫環，含環的化合物稱為族化合物。口口口口口口口口口口口口在人體或動植物體內起重要作用的血紅素、葉綠素、維生素B12都屬于族化合物。口口口口第24頁/共51頁26有機化學第十八章雜環化合物七、口口口口族化合物四個吡咯環和四個次甲基（—CH=）交替相聯組成的大環叫環，含環的化合物稱為族化合物。口口口口口口口口口口口口在人體或動植物體內起重要作用的血紅素、葉綠素、維生素B12都屬于族化合物。口口口口【課堂練習】1、為什么咪唑比吡咯穩定？親電取代活性卻不如吡咯？

答：這是因為唑上的二個N，只有一個N上的P電子參與共軛，而N的電負性比碳大，另一個N不僅不給電子，還要吸電子，使環變穩定，與吡咯相比，吡咯上N的P電子參與共軛，起了給電子作用，因此咪唑比吡咯穩定，親電取代反應活性低。第25頁/共51頁27有機化學第十八章雜環化合物(一)弱堿性吡啶及其同系物是弱堿。（CH3）N＞NH3＞＞NH2PKb4.24.88.89.4+HClHCl-+第四節重要的六元雜環化合物第26頁/共51頁28有機化學第十八章雜環化合物吡啶與鹵代烷和某些活潑的鹵代物反應生成季銨鹽。+CH3ICH3ICH3+CH3HH-I-高溫I-（二）親電取代反應：比苯困難，取代基主要進入-位。（三）氧化與還原：比苯難氧化。CH3KMnO4H2SO4COOHHNO3,△COOHCOOH第27頁/共51頁29有機化學第十八章雜環化合物★還原反應：比苯易還原。*而苯在同樣條件下不被還原Na+C2H5OHH六氫吡啶（哌啶）胡椒啶★親核取代：吡啶環由于電子出現的幾率密度低，易進行親核取代反應。主要生成-取代物。NaNH2△,回流NH2C6H5LiC6H5-氨基吡啶-苯基吡啶第28頁/共51頁30有機化學第十八章雜環化合物二、嘧啶

嘧啶中的氮是SP雜化的，都以一個P電子參與共軛，性質與吡啶類似。由于兩個N原子的吸電子作用它的堿性比吡啶弱得多，其親電取代反應比吡啶的困難，親核取代則比較容易。反應主要發生在2，4，6位。Cln-C4H9NH2室溫NH-C4H9-n第29頁/共51頁31有機化學第十八章雜環化合物OHHOOHHOCH3NH2HOUracilThymineCytosine尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶OHHOOOHH這三種化合物都存在酮式和烯醇式的互變異構現象。第30頁/共51頁32有機化學第十八章雜環化合物【課堂練習】1、為什么吡啶的溴化不能用FeBr3來催化，加FeBr3會使反應變慢。答：吡啶環上的N是吸電子的，具有堿性，與路易斯酸FeBr3結合后，N的吸電子作用更為加強，反應變慢。2、為什么吡啶的堿性比六氫吡啶的小？3、為什么鄰溴吡啶的親核反應比吡啶的快？答：-溴代吡啶親核取代離去基團為堿性小的負離子（Br),而吡啶離去基團為堿性大的負離子（H）。--答：吡啶環上的N為SP雜化，六氫吡啶環上的N為SP雜化。相比之下吡啶環上的N對未共用電子束縛緊，因此堿性小。23第31頁/共51頁33有機化學第十八章雜環化合物三、喹啉

喹啉是由吡啶與苯環并合而成，它的化學性質與吡啶相似，由于吡啶環的電子云密度低于苯環，因此親電取代反應發生在苯環上，取代基主要進入8-位和5-位。而親核取代則發生在吡啶環（2或4位）H2SO4200℃NaOH熔融OHONaH+8-羥基喹啉＊親電反應第32頁/共51頁34有機化學第十八章雜環化合物＊喹啉環合成法——斯克勞普法（Skraup)KNH2二甲苯，100℃NH2HOOCHOOCKMnO4,H+2,3-吡啶二甲酸＊氧化反應＊親核取代NH2+CH2-CH-CH2OHOHOH濃H2SO4硝基苯，△第33頁/共51頁35有機化學第十八章雜環化合物

喹啉的衍生物一般不是通過喹啉的取代反應制取，二是用取代的芳胺為原料合成。NH2Cl甘油，濃H2SO4硝基苯，△間氯苯胺+ClCl7-氯喹啉5-氯喹啉【課堂練習】寫出下列化合物與甘油、濃硝酸、硝基苯的反應產物：1）NH2第34頁/共51頁36有機化學第十八章雜環化合物2）NH2NH23）NH2CH34）NH2CH3NH2NaNO2HClH3PO2NN+CH3+CH3CH3CH3NH2第35頁/共51頁37有機化學第十八章雜環化合物2、CH3BrFe/HClCH3HNO3H2SO4CH3COClCH3NHCOCH3Br2/FeH+H2O甘油，濃硫酸C6H5NO2CH3H2NBrCH3Br第36頁/共51頁38有機化學第十八章雜環化合物2、以苯、甲苯及必要化合物為原料合成下列化合物1）NO2HOOCCH3HNO3H2SO4CH3NO2CH3COClFe/HClCH3NHCOCH3混酸H+H2OCH3NH2NO2甘油，濃硫酸As2O5NO2CH3KMnO4NO2HOOC第37頁/共51頁39有機化學第十八章雜環化合物四、嘌呤NNNNH7H-嘌呤9H-嘌呤123456789

嘌呤由嘧啶環與咪唑環并聯而成的稠雜環化合物，它存在兩種互變異構體。NNNNHNNNNHNH2NNNNHH2NOH腺嘌呤（6-氨基嘌呤）鳥嘌呤（2-氨基-6-羥基嘌呤）第38頁/共51頁40有機化學第十八章雜環化合物第四節生物堿

生物堿是指一類從生物體內取得，對人和動物有強烈生理作用的堿性含氮有機物。*生物堿的分類，多以所含的雜環為依據，如吡啶類、吲朵類、喹晽類、嘌呤類等。*生物堿的命名常根據來源的植物命名。如麻黃堿是由中藥麻黃提取的。*也有采用國際通用名稱的譯音命名的。如煙堿叫尼古丁。

生物堿的結構一般比較復雜，具有環狀或開鏈胺的結構。第39頁/共51頁41有機化學第十八章雜環化合物一、生物堿的一般性質*生物堿多為固體，難溶于水，而易溶于乙醇等有機溶劑。*生物堿能與無機酸或有機酸結合成鹽，這種鹽一般易溶于水。*生物堿大多有旋光性，自然界存在的多是左旋體。左旋體和右旋體的生理作用往往差別很大，一般具有療效的是左旋體。*生物堿在植物體內是由氨基轉化來的。一種植物可以含有多種生物堿，同一科的植物所含生物堿的結構通常是相似的。第40頁/共51頁42有機化學第十八章雜環化合物*生物堿的沉淀反應*生物堿的顏色反應二、生物堿的提取方法1、有機溶劑提取法

用有機溶劑提取，得到的生物堿與酸成鹽溶于水中，用堿中和，析出產物。生物堿有機溶劑酸堿成鹽中和析出產物第41頁/共51頁43有機化學第十八章雜環化合物2、稀酸提取—離子交換法

用稀酸浸泡或加熱提取，所得溶液經過陽離子交換樹脂層，生物堿留于交換樹脂上，用堿性氫氧化鈉溶液洗脫，再用有機溶劑提取。生物堿稀酸浸泡陽離子交換樹脂層NaOH洗脫有機溶劑提取產物*提純生物堿的一般方法：是把初步得到的生物堿粗制品與合適的試劑作用，生成不易溶解的鹽，再用分步結晶、色譜分離、離子交換或其它吸附方法進行提純。第42頁/共51頁44有機化學第十八章雜環化合物三、幾種重要的生物堿

生物堿的數量很多，到目前為止，以知結構的就超過了兩千種，而且結構復雜多樣，生理作用千差萬別，不能詳細討論。這里只能選擇幾種有代表性的作簡單介紹。1）麻黃堿CH—CH—NHCH3OHCH3**﹡分子中有兩個手性碳，左旋的麻黃鹼具有生理作用。*麻黃堿為仲胺，是一個不含雜環的生物堿，所以不能和生物堿試劑發生沉淀反應。*結構與腎上腺素相似，有興奮交感神經、收縮血管、擴張支起管的作用。第43頁/共51頁45有機化學第十八章雜環化合物2）煙堿**煙堿又名尼古丁，以檸檬酸或蘋果酸鹽的形式存在于煙草中。國產煙葉約含煙堿1—4%。*煙堿為無色油狀液體，堿性，能溶于水，有揮發性，煙葉的氣味便來自煙堿。*煙堿有旋光性，天然存在的為左旋體，在空氣中易被氧化成煙酸。NNCH3*NCOOHO第44頁/共51頁46有機化學第十八章雜環化合物**煙堿有劇毒，少量有興奮中樞神經、增高血壓的作用，大量則抑制中樞神經系統，使心臟