第12章芳香雜環(huán)化合物2016

第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類與命名熟悉與掌握第二節(jié)五元雜環(huán)化合物

一、結(jié)構(gòu)（掌握）二、化學(xué)性質(zhì)（掌握）第三節(jié)六元雜環(huán)化合物一、結(jié)構(gòu)（掌握）二、化學(xué)性質(zhì)（掌握）第四節(jié)重要的芳香雜環(huán)化合物（了解）第十二章芳香雜環(huán)化合物雜環(huán)化合物定義：

構(gòu)成環(huán)的原子除碳原子外，還含有一個或多個非碳原子的有機(jī)化合物。

常見雜原子O、S、N

前面學(xué)過的環(huán)氧化合物、內(nèi)酯、內(nèi)酸酐等:

因環(huán)不穩(wěn)定，易開環(huán)，其性質(zhì)與開鏈化合物相似，所以不把它們列為雜環(huán)化合物中。環(huán)氧乙烷γ-丁內(nèi)酯丁二酸酐

本章討論的雜環(huán)化合物是指環(huán)系較穩(wěn)定，并具有一定芳香性的雜環(huán)化合物，被稱為芳(香)雜環(huán)化合物。不易加成、不易氧化、易親電取代雜環(huán)化合物與人類生活關(guān)系密切氯丙嗪:主要用于抗精神病、加強(qiáng)催眠、麻醉、鎮(zhèn)痛及抗驚厥等。又可用于對嘔吐和頑固性呃逆的鎮(zhèn)吐及引起人工冬眠等。

血紅素：運(yùn)載氧，還可與CO2、CO、CN-結(jié)合，CO、CN-和血紅素結(jié)合后很難離開，引起煤氣中毒和氰化物中毒。一、分類雜稠雜環(huán)六元雜環(huán)雜環(huán)苯稠雜環(huán)第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類和命名骨架分類法：按環(huán)的結(jié)構(gòu)、形狀分類。單雜環(huán)稠雜環(huán)五元雜環(huán)

二、命名（掌握）

呋喃

噻吩

吡咯

1.雜環(huán)命名通常用音譯法

按照英文名稱的譯音，選用近似的同音漢字，左邊加“口”旁。吡啶吲哚嘌呤

P207表12.1

常見雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)和名稱

2.雜環(huán)衍生物的命名

多數(shù)以雜環(huán)為母體，將取代基的位次、名稱寫在雜環(huán)母體名稱前。

雜環(huán)的編號原則：

①當(dāng)環(huán)上只有一個雜原子時，從雜原子開始沿著環(huán)編號，也可從臨近雜原子的碳開始用α、β、γ編號。

②當(dāng)環(huán)上有幾個相同的雜原子時，應(yīng)從連有H（或取代基）的雜原子開始編號，并盡可使雜原子編號最小。

③如果環(huán)上有不同的雜原子時，則按O、S、N順序依次編號。

④少數(shù)稠雜環(huán)按特定的順序編號(如嘌呤）。

2-甲基呋喃（α-甲基呋喃）

3-硝基吡咯（β-硝基吡咯）

4-乙基吡啶（γ-乙基吡啶）例題含一個雜原子

4-甲基咪唑

5-甲基噻唑

6-氨基嘌呤含兩個相同雜原子含多個不同雜原子特定編號

2-呋喃甲醛（α-呋喃甲醛）

糠醛

4-吡啶甲酸（γ-吡啶甲酸）環(huán)上連有羧基、磺酸基、醛基時，把雜環(huán)作取代基一、五元雜環(huán)的結(jié)構(gòu)第二節(jié)五元雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.成環(huán)原子都是sp2雜化2.碳和雜原子的p軌道相互平行重疊形成6π電子環(huán)狀大π鍵,3.有芳香性(富芳雜環(huán))。吡咯的結(jié)構(gòu)示意圖吡咯、呋喃、噻吩的結(jié)構(gòu)分析：環(huán)狀大π56鍵,為“富芳雜環(huán)”。

呋喃O(噻吩S)的這個sp2雜化軌道上有一對電子(孤對電子）。O呋喃的結(jié)構(gòu)示意圖吡咯、呋喃、噻吩都是環(huán)狀大π56鍵，環(huán)碳π電子密度比苯環(huán)大，均為“富π芳雜環(huán)”，故比苯易發(fā)生親電取代。親電取代活性：穩(wěn)定性：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃吡咯（呋喃，噻吩）＞苯

吡咯N上的電子對參與了大π鍵的形成:①比苯易發(fā)生親電取代，主要發(fā)生在α-位。②N上的電子云密度降低，N-H的極性增強(qiáng)，顯弱酸性，能與固體KOH加熱生成鹽。二、五元雜環(huán)的化學(xué)性質(zhì)（掌握前2類）1.吡咯的酸堿性2.親電取代反應(yīng)

吡咯、呋喃、噻吩的親電取代反應(yīng)都比苯易，主要發(fā)生在位。（1）鹵代五元芳雜環(huán)化合物與鹵素反應(yīng)激烈，若鹵素過量常得多鹵代物。（2）硝化通常采用弱硝化劑——硝酸乙酰酯。

83％

17％

70％

5％（3）磺化吡咯、呋喃在強(qiáng)酸條件下，雜原子能質(zhì)子化，會破壞環(huán)的共軛體系，環(huán)本身被破壞生成焦油，所以不能直接用硫酸進(jìn)行磺化反應(yīng)，通常采用一種溫和磺化試劑——吡啶磺酸。（4）傅－克?；磻?yīng)150~200℃H3PO4最重要的呋喃衍生物是呋喃甲醛，俗稱糠醛。用3%~5%H2SO4水解玉米芯、糠皮、花生皮等農(nóng)副產(chǎn)物制備。以糠醛為原料制備呋喃蒸汽3.加成反應(yīng)（了解）呋喃催化加氫則得四氫呋喃（THF）

第二節(jié)六元雜環(huán)化合物一、六元雜環(huán)的結(jié)構(gòu)

吡啶的結(jié)構(gòu)與苯相似，也是平面六邊形分子(但不是正六邊形)。（鍵長不均等）（鍵長均等）

環(huán)中的5C和1N均以sp2雜化軌道形成鍵。p軌道相互平行重疊形成環(huán)狀大66鍵，具有芳香性,為“缺芳雜環(huán)”。HHHHHN的孤對電子處于sp2雜化軌道上，與環(huán)共平面，未參與大π鍵的形成。吡啶的結(jié)構(gòu)示意圖

吡啶環(huán)上電子云向電負(fù)性大的N轉(zhuǎn)移，使Nδ-、Cδ+。環(huán)上各原子電子云密度：

苯電子云均勻分布

吡啶環(huán)碳電子密度比苯低

“缺芳雜環(huán)”HHHHH吡咯與吡啶結(jié)構(gòu)的區(qū)別：吡啶的結(jié)構(gòu)吡咯的結(jié)構(gòu)

吡咯、苯、吡啶三者比較：

吡啶“缺芳雜環(huán)”

吡咯“富芳雜環(huán)”

苯

電子云均勻親電取代反應(yīng)活性：吡咯＞苯＞吡啶從結(jié)構(gòu)分析，吡啶比苯

①難親電取代(主要在β位)；②易親核取代(主要在α、γ位)；③難被氧化；④易被還原。

二、六元雜環(huán)的化學(xué)性質(zhì)（4條掌握）

1.吡啶的堿性吡啶是弱堿，只能與強(qiáng)無機(jī)酸成鹽。氮為SP2雜化，束縛電子能力較強(qiáng)，不易給出孤對電子堿性強(qiáng)弱順序：脂肪胺＞氨＞吡啶＞苯胺＞吡咯

吡啶苯胺吡咯pKb8.89.313.6實(shí)驗(yàn)測得：2.取代反應(yīng)

(1)親電取代

吡啶與硝基苯相似，難發(fā)生親電取代。①鹵代②硝化③磺化(2)親核取代-氨基吡啶(70%)主要在電子云密度較小的和位

當(dāng)α或γ位上有易離去基團(tuán)(Cl、Br)時，較弱的親核試劑（如NH3,H2O等）也能發(fā)生親核取代反應(yīng)。-羥基吡啶-氨基吡啶

吡啶環(huán)對氧化劑較苯環(huán)穩(wěn)定，而對還原劑比苯活潑。3.氧化與還原反應(yīng)六氫吡啶(pKb=2.8)屬仲胺類化合物，其堿性比吡啶強(qiáng)1061.吡咯衍生物

吡咯的衍生物在自然界中分布很廣。例如葉綠素、血紅素、維生素B12都是吡咯衍生物(含卟吩環(huán))，它們都具有重要的生理活性。

卟吩的結(jié)構(gòu)三、重要的雜環(huán)衍生物

血紅素的結(jié)構(gòu)

維生素B12的結(jié)構(gòu)葉綠素a(R=-CH3)葉綠素b(R=-CHO)

葉綠素的結(jié)構(gòu)

2.吡啶衍生物吡啶的重要衍生物維生素PP，包括β-吡啶甲酸和β-吡啶甲酰胺，在醫(yī)藥上有重要的作用。

維生素PP是B族維生素之一，它能促進(jìn)組織新陳代謝，體內(nèi)缺乏時能引起粗皮病，米糠、牛乳、肉類和花生中含量較多。β-吡啶甲酸

（煙酸）β-吡啶甲酰胺

（煙酰胺）環(huán)狀大p鍵3.嘧啶及其衍生物嘧啶2個N的吸電子作用，使C上π電子云密度比吡啶還低，故嘧啶比吡啶更難發(fā)生親電取代反應(yīng)。

嘧啶本身在自然界并不存在，但其衍生物在自然界中很多。如核酸是含有嘧啶衍生物（稱為堿基）的重要生物大分子。

核酸中的堿基分為兩類：嘧啶堿和嘌呤堿嘧啶堿有三類：4.喹啉及其衍生物根據(jù)N在環(huán)上的位置不同分為：喹啉是苯與吡啶的稠合體。通常情況下，喹啉親電取代反應(yīng)總是優(yōu)先發(fā)生在苯環(huán)上，而且像萘一樣主要在5和8位生成取代產(chǎn)物。

喹啉、異喹啉氧化或還原都比苯容易。氧化易發(fā)生在苯環(huán)上(失去苯環(huán))，而還原則發(fā)生在吡啶環(huán)上(保留苯環(huán))。5.吲哚及其衍生物β-吲哚乙酸，最初是從尿中取得。少量β-吲哚乙酸能促進(jìn)植物生長，用量大時則對植物有殺傷作用，側(cè)鏈上如果再多一個CH2就會失去生理效能。6.嘌呤及其衍生物嘌呤堿主要有兩類：第四節(jié)生物堿一、生物堿的概念一般指含氮的堿性有機(jī)化合物，多是含氮雜環(huán)衍生物，也有少數(shù)為非雜環(huán)衍生物，由于是從生物體（主要是植物）內(nèi)取得，所以稱為生物堿。二、生物堿的一般性質(zhì)1、物理性質(zhì)：一般為無色結(jié)晶，味苦，不溶或難溶于水，能溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑。2、化學(xué)性質(zhì)（1）生物堿的沉淀反應(yīng)生物堿的中性或酸性水溶液可與某種或多種試劑作用生成沉淀，如碘化鉍鉀，磷鎢酸等。應(yīng)用：（2）生物堿的顏色反應(yīng)生物堿的結(jié)構(gòu)不同與顯色劑作用，顏色有所區(qū)別，常見顯色劑有釩酸－硫酸試劑，鉬酸鉀等。檢驗(yàn)生物堿的存在煙堿（尼古?。?/p>

存在于煙葉中，有劇毒。少量對中樞神經(jīng)有興奮作用，大量則抑制中樞神經(jīng)，出現(xiàn)惡心、嘔吐,使心肌麻痹以至死亡。1978年美國報(bào)告，1支煙含煙堿0.05-2.5mg.三、重要常見生物堿及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有興奮交感神經(jīng)、增高血壓、擴(kuò)張氣管的作用，用于治療支氣管哮喘，療效持久。麻黃堿（麻黃素）仲胺去氧麻黃素

為無味透明晶體，俗稱冰毒，對人體的損害甚于海洛因

冰毒是嚴(yán)禁的毒品。它對人體的損害更甚于海洛因，吸、食或注射0.2g即可致死。吸、食1～2周，便產(chǎn)生嚴(yán)重的依賴性而成癮，對心、肺、肝、腎及神經(jīng)系統(tǒng)有嚴(yán)重毒害作用。近幾年又有N-甲基苯丙胺以商品名“搖頭丸”、“藍(lán)精靈”或“忘我”等出現(xiàn)在青少年中，造成極大的危害。嗎啡、可待因、海洛因R=R1=H

嗎啡R=CH3R1=H

可待因R=R1=-COCH3

海洛因叔胺

嗎啡味苦，對中樞神經(jīng)有麻痹作用，有極快的鎮(zhèn)痛效力，但易成癮。臨床上一般使用嗎啡的鹽酸鹽及其制劑。可待因與嗎啡有相同的生理作用，臨床一般使用其磷酸鹽，主要作為鎮(zhèn)咳劑。其鎮(zhèn)痛作用較小，強(qiáng)度為嗎啡的1/4，亦不象嗎啡易成癮。海洛因即二乙酰嗎啡，不存在于自然界，其成癮性為嗎啡的3-5倍，它從不作為藥用，是對人類危害很大的毒品之一。本章要點(diǎn)1.雜環(huán)的命名譯音＋“口”旁2.吡咯、呋喃、噻吩結(jié)構(gòu)：環(huán)狀大56鍵/富芳雜環(huán)

性質(zhì)：親電取代比苯容易，主要發(fā)生在α位

親電取代活性：吡咯>呋喃>噻吩>苯>

吡啶3