第十五章雜環化合物（3學時）本章要點：掌握雜環化合物的分類和命名掌握吡啶的結構和化學性質掌握吡咯的結構和化學性質熟悉與臨床相關的含氮雜環化合物掌握喹啉的結構和化學性質喹啉的Skraup合成法熟悉二嗪類和唑類的結構及酸堿性相關概念：a.雜環化合物：環中含有雜原子的環狀化合物。常見雜原子：O、N、S等b.芳香雜環化合物：環穩定，結構上具有芳香性；化學性能上具有芳香有機化合物的一般特性。例：OOOδ-戊內酯丁二酸酐嘧啶呋喃一般雜環化合物芳香雜環化合物含芳香雜環的藥物：維生素B1（治療神經痛）（含嘧啶環和噻唑環）茶堿（利尿劑）（嘌呤衍生物）利血平（降壓藥）（含吲哚環）異煙肼（治療結核病）（含吡啶環）一、雜環化合物的分類和命名1、按環的大小分類：五元環六元環2、按環中雜原子數目分類：含1個雜原子的雜環含2個或多個雜原子的雜環3、按分子中所含的環數目分類：單雜環稠雜環（一）雜環化合物的分類（二）雜環化合物的命名1、母核的命名（復雜）——有特定名稱雜環化合物的命名五元單雜環類：（音譯法）呋喃吡咯噻吩吡唑咪唑噻唑噁唑異噁唑唑類：六元單雜環類：嘧啶吡啶稠雜環類：異喹啉喹啉吲哚嘌呤吡嗪噠嗪二嗪類吡喃非芳香雜環化合物呋喃吡咯噻吩吡唑咪唑噻唑噁唑異噁唑嘧啶吡啶1234512345123451234512345123451234512345123456123456αβαβαβαβγ噠嗪123456吡嗪123456吡喃1234562-氯吡咯1,4-二甲基-2-羥基咪唑4-氨基-2-羥基嘧啶2-乙酰基-4-甲氧基吡啶α-氯代吡咯ClOCH3CH3H3COHOHNH2（胞嘧啶）COCH3（C）2-甲酰基呋喃COOHCHOCH2CHCOOHNH23-吡啶甲酸β-吡啶甲酸（α-呋喃甲醛）3-(5-咪唑基)-2-氨基丙酸（異煙肼，抗結核藥）4-吡啶甲酰肼γ-吡啶甲酰肼CONHNH2（組氨酸）1-乙基-6-氯異喹啉7-甲基喹啉2-氨基-6-羥基嘌呤H3CC2H5ClH2NOH（鳥嘌呤）2-(3-吲哚基)丙酸CHCOOHCH3（G）二、六元雜環化合物1、吡啶的結構特點（一）吡啶C5H5N（1）雜化方式：C：sp2N：psp2p（2）成鍵方式：●●●●●●N●●●e（3）吡啶環具有芳香性。（4）N原子的特點：a.相當于吸電基，使芳環eb.N上有1對未成鍵的孤電子對，有給電子能力（芳香性低于苯）2、吡啶的化學性質（1）吡啶的堿性：特點：N上存在一對未成鍵的孤電子對，有給電子能力，呈現一定的堿性。pKa：11.29.245.194.62（哌啶）NH2NH3∴

堿性：

脂肪胺

＞氨

＞

吡啶

＞

苯胺

說明：吡啶環上的取代基對吡啶堿性強弱的影響與取代苯胺類似。（3）吡啶芳環的親電取代反應反應特點：反應活性：苯＞

吡啶吡啶N相當于吸電子的致鈍基反應部位：主要發生在β-位（相當于間位）反應：300℃

Br2

300℃

HNO3/H2SO4230℃

發煙H2SO4BrNO2SO3H鹵代硝化磺化注：吡啶不發生傅-克反應。（與硝基苯相當）（4）吡啶的氧化與還原反應①氧化反應：a.吡啶環比苯環難氧化；氧化特點：b.與苯類似，吡啶主要是側鏈氧化。氧化條件：吡啶環上存在芳基側鏈或

含α-H的烷基側鏈。氧化結果：α-C-COOH常用氧化劑：KMnO4/Δ

或

KMnO4/H2SO4例：COOH

KMnO4H2SO4CH(CH3)2COOH

KMnO4H2SO4COOH

KMnO4ΔCOOHC(CH3)3（—）

KMnO4Δ3、重要的吡啶衍生物——維生素pp結構：COOHβ-吡啶甲酸（煙酸）CONH2β-吡啶甲酰胺（煙酰胺）用途：屬于B族維生素。能促進組織的新陳代謝，體內缺乏時能引起糙皮病。（尼克酸）（尼克酰胺）CONH2NADR+-（輔酶）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸1、結構特點（二）喹啉和異喹啉（2）芳香性：平面型結構且存在10π電子的閉合大π鍵，是芳香性化合物。（3）N原子的特點：a.相當于吸電基，使芳環eb.N上存在孤電子對，有給電子能力（與吡啶相同）喹啉異喹啉（1）N原子的成鍵方式：sp2p（與萘環類似）（與吡啶類似）2、喹啉和異喹啉的化學性質（1）堿性：特點：N上存在一對未成鍵的孤電子對，有給電子能力，呈現一定的堿性。pKa：5.194.945.42結論：喹啉和異喹啉的堿性與吡啶相當。（3）氧化反應（∵吡啶環比苯環難氧化）氧化特點：苯環首先氧化。例：常用氧化劑：KMnO4/Δ

KMnO4

Δ

COOHCOOHKMnO4

Δ

COOHCOOH（4）還原反應

吡啶環首先被還原還原特點：常用還原劑：H2/Ni

H2Ni四氫喹啉（∵吡啶環比苯環更易還原）

H2Ni十氫喹啉

H2Ni四氫異喹啉

H2Ni十氫異喹啉NO2+

質子化的醛對苯環進行親電取代，再脫水形成1,2-二氫喹啉NH+

-H2O1,2-二氫喹啉脫氫氧化為喹啉，硝基苯同時被還原為苯胺HO（傅-克反應）c.NHO-H+OHHHHNH2+

d.H+

原料的選擇：d.濃H2SO4

（2）喹啉衍生物的合成NH2NO2濃H2SO4

+

a.α,β-不飽和醛酮b.芳香伯胺

c.芳香硝基化合物（ArNH2）-C=C-C-O（氧化劑，Ar-結構與芳胺匹配）（催化劑）CH2=CH-C-CH3CH3例：（ArNO2）O4-甲基喹啉反應過程：NH2+

NCH2=CH-C-CH3CH3O‥O（1,4-親核加成）HH+

-H2O+OHHH+

NCH3OHH-

H3CCH3CH3NO2+

NH2+

CH3（傅-克反應）（氧化反應）①②③αβαβ合成NH2NO2濃H2SO4

+

CH3-CH=CH-C-HCH3例1：O2,6-二甲基喹啉H3C原料應選擇：CH3CH3H3CH3C合成NH2NO2濃H2SO4

+

CH2=C-C-HCH3例2：O3-甲基-8-甲氧基喹啉H3CO原料應選擇：OCH3CH3H3COOCH3CH3αβαβαβαβNH2NO2濃H2SO4

+

CH2=CH-C-CH3CH3例3：O4-甲基-6-甲氧基喹啉H3CO合成原料應選擇：OCH3CH3H3COH3COH3CO奎寧（抗瘧疾藥）奎寧酯高部奎寧COOEtH3COαβαβC6H5例4：HOOC以苯為起始物合成：合成路線：NO2KMnO4HNO3H2SO4NO2H2SO4CH3ClAlCl3CH3CH3COOHNH2Fe

HClCOOEtEtOHH2SO4NO2COOEtMnO2H2SO4CHOCH3CHO

OH-/ΔCH=CH-CHO,H2SO4CH=CH-CHOO2NCOOEtEtOOCH3O+

TM1、結構特點（三）二嗪類化合物（2）芳香性：平面型結構且存在6π電子的閉合大π鍵，是芳香性化合物。（3）N原子的特點：a.相當于吸電基，使芳環eb.N上存在孤電子對，有給電子能力（與吡啶相同）噠嗪嘧啶（1）N原子的成鍵方式：sp2p（與苯環類似）（與吡啶類似）吡嗪●●●●●N●●●N●●●N:2、二嗪類化合物的化學性質（1）堿性：特點：2個N均存在孤電子對，但給電子能力弱于吡啶且僅呈現一元堿性。pKa：5.192.331.300.65解釋：相互的吸電子效應使N的給電子能力下降；a.質子化的氮正離子吸電性大增，使第2個N無給電子能力。b.（2）嘧啶的親電取代反應反應活性：吡啶＞嘧啶例：（難硝化、難磺化）反應特點：130℃

BrBr2/phNO2123456親電取代活性很低，C5-位（N的β-位）是唯一取代位置

；3、重要的嘧啶衍生物胞嘧啶：HO4-氨基-2-羥基嘧啶NH2NH2O尿嘧啶：HO2,4-羥基嘧啶OHOO胸腺嘧啶：HO5-甲基-2,4-羥基嘧啶OHOOCH3CH3（C）（U）（T）磺胺嘧啶H2N5-氟尿嘧啶維生素B1（抗菌藥）OOSO2NHFNH2CH2CH2OHCH3H3C（抗腫瘤藥）（治療神經痛）HOOHF三、五元雜環化合物1、吡咯的結構特點（一）吡咯C4H5N（1）雜化方式：吡啶吡咯同：成環的C、N原子均為sp2雜化異：吡啶N：吡咯N：孤電子對處于sp2雜化軌道中孤電子對處于未雜化的p軌道中C：sp2

pN：sp2

pC：sp2

pN：sp2

p（2）成鍵方式：吡啶：吡咯：●●●●●●N●●●●●●●●NH●（3）芳香性：兩者均形成有6π電子的芳香化合物。（4）N原子的特點：①對芳環的影響吡啶N：吡咯N：相當于吸電基，使芳環e相當于推電基，使芳環e②吡啶N：吡咯N：存在一對未成鍵孤電子對，有給電子能力所有價電子全部參與成鍵，無給電子能力ee（芳香性均低于苯）2、吡咯的化學性質（1）酸堿性：特點：吡咯N無給電子能力，呈弱酸性。pKa：11.29.245.194.60.4NH2NH3

堿性：

脂肪胺

＞

氨

＞

吡啶

＞

苯胺

＞

吡咯反應：+KOH（S）K+-+H2OΔ

（∵

給電子作用使N本身缺電子，σN-H鍵極性）（2）親電取代反應反應活性：吡咯＞苯＞吡啶∵吡啶N：吡咯N：相當于吸電子的致鈍基相當于推電子的致活基反應部位：吡啶：吡咯：主要發生在β-位主要發生在α-位（相當于間位）（相當于鄰位）①鹵代反應：BrBr2

/Fe

Br3Br300℃

Br2

Br0℃

Br2

/C2H5OH

55~60℃

BrBrBr②硝化反應：300℃

5℃

55~60℃

HNO3/H2SO4NO2HNO3/H2SO4NO2HNO3/Ac2ONO2(HNO3+(CH3CO)2O)CH3C-O-NOOO硝乙酐③磺化反應：230℃

55~60℃

發煙H2SO4SO3H濃H2SO4SO3H（非質子磺化劑）SO3HSO3/吡啶另：吡咯環能發生傅-克反應而吡啶不行。?

SO3例：NO2NO2NO2NO2等摩爾的吡啶和吡咯混合物，低溫下進行硝化反應的主產物是：（）ACBDC3、重要的吡咯衍生物——卟吩及其衍生物結構特點：卟吩4個吡咯環

+

4個次甲基卟啉M=Fe2+血紅素M=Mg2+葉綠素M=Co2+維生素B121、咪唑的結構特點（二）咪唑C3H4N2（1）N的成鍵方式：雙鍵氮=N-：與吡啶相同與吡咯相同單鍵氮N-

：（2）芳香性：含6π電子的芳香化合物。（3）N原子的特點：雙鍵N：單鍵N：相當于吸電基；有給電子能力相當于推電基；無給電子能力●●●●NH●N●●●2、咪唑的化學性質

（1）酸堿性——兩性化合物

堿性：

咪唑＞吡啶