有機化學-雜環(huán)化合物

有機化學(OrganicChemistry)雜環(huán)化合物教學目標雜環(huán)化合物的分類和命名；五元、六元雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)和芳香性及化學性質(zhì)；*稠雜環(huán)化合物，喹啉的制法；了解生物堿、毒品的種類與危害。教學重點雜環(huán)化合物的命名原則；呋喃、糠醛、吡咯、噻吩、吡啶、吲哚的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。教學難點雜環(huán)化合物的命名原則；五元、六元雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)與芳香性。非芳香雜環(huán)：

常見的雜原子：O、S

、N

。芳香雜環(huán)：１分類

單雜環(huán)：呋喃

furan

吡咯

pyrrole

噻吩

thiophene

噻唑

thiazole

咪唑

imidazole

吡啶

pyridine

嘧啶

pyrimidine

稠雜環(huán)：喹啉

quinoline

吲哚

indole

嘌呤

purine

苯并吡喃鹽

benzopyran(1)

雜環(huán)母核２命名

音譯法：按照IUPAC推薦的普通名稱，用2~3個漢字音譯，使用帶口字旁的同音漢字。系統(tǒng)命名法：根據(jù)相應的碳環(huán)命名。

氧雜-2,4-環(huán)戊二烯（茂）oxacyclopent-2,4-diene

呋喃(2)

編號3-甲基吡啶

β3-methylpyridine

2-呋喃甲醛α

2-furaldehyde

含有一個雜原子的單雜環(huán)，讓雜原子的位號盡可能小，其次考慮取代基；編號也可使用希臘字母。含有兩種以上雜原子時：123451,2,3-噁二唑

1,2,3-oxadiazole

①讓雜原子的位號盡可能?。?/p>

②當兩個雜原子不相同時，按O,S,NH(NR),N順序依次編號4-甲基咪唑

4-methylimidazole

有些稠雜環(huán)化合物的原子編號是固定的。異喹啉

isoquinoline

嘌呤

purine

(3)

取代基與母體當環(huán)上連有烷基、硝基、鹵素、羥基、氨基等基團時，以雜環(huán)為母體；當環(huán)上連有羰基、羧基、磺酸基時，雜環(huán)做取代基。

吲哚

Indole

N-甲基吡咯

2-呋喃甲醛

命名或?qū)懗鼋Y(jié)構(gòu)式

３-甲基吡咯

１

２

３

４６３-吡啶甲酸

2-噻吩磺酸

５β-羥基吡啶１呋喃、吡咯、噻吩的結(jié)構(gòu)sp2雜化

六元環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：①雜原子共軛效應是供電子的，誘導效應是吸電子的。②雜原子是sp2雜化，未成鍵電子對在2p軌道上，參與共軛。由于6個π電子分布于5個原子上，整個環(huán)的π電子幾率密度比苯大，是富電子芳環(huán)，因而比苯環(huán)活潑，親電取代反應比苯快得多。芳香性順序：電負性：S2.6噻吩>吡咯>

呋喃N3.0O3.5離域能/kJ·mol-1：苯噻吩吡咯150.311787.8呋喃66.9具有共軛二烯烴結(jié)構(gòu)，呋喃可以進行雙烯合成反應。２呋喃、吡咯、噻吩的性質(zhì)

(1)

主要物理性質(zhì)和鑒別呋喃：與鹽酸浸過的松木片反應，顯綠色。吡咯：與鹽酸浸過的松木片反應，顯紅色。噻吩：在硫酸存在下和吲哚醌作用，顯藍色。吲哚醌

(3)親電取代反應π電子云密度比苯環(huán)大。親電取代反應的活性為：吡咯>呋喃>噻吩>苯；吸電子誘導-I：O(3.5)>N(3.0)>S(2.6)，取代反應主要發(fā)生在α-位上。

供電子共軛+C：N>O>S，綜合：貢獻電子N最多，O其次，S最少。噻吩、吡咯的芳香性較強，所以易取代而不易加成；呋喃的芳香性較弱，雖然也能與大多數(shù)親電試劑發(fā)生親電取代，但在強親核試劑存在下，能發(fā)生親核加成；吡咯、呋喃對酸及氧化劑比較敏感；

由于這些五元雜環(huán)容易被破壞，穩(wěn)定性差，因而對試劑及反應條件應有所控制。

鹵代：硝化：

由于環(huán)的穩(wěn)定性差，在強酸或強氧化劑的作用下環(huán)被破壞，不能用混酸硝化。因此，應在較低的溫度下，使用溫和的硝化劑乙酰硝酸酯。

呋喃比較特殊，先生成穩(wěn)定的或不穩(wěn)定的2,5加成產(chǎn)物，然后加熱或用吡啶除去乙酸，得到硝化產(chǎn)物?；腔乎；?/p>

(4)

加成反應

催化加氫：

雙烯合成：

呋喃與順丁烯二酸酐很容易加成，噻吩較難，吡咯一般不發(fā)生雙烯合成。(5)

吡咯的弱酸性和弱堿性堿性：苯胺>吡咯酸性：苯酚>吡咯>醇

３糠醛及其衍生物

(1)

制法(2)

主要性質(zhì)(3)

應用良好的溶劑；許多藥物和工業(yè)產(chǎn)品的原料。１吲哚

色氨酸

β-甲基吲哚吲哚環(huán)的衍生物廣泛存在于動植物體內(nèi)，與人類的生命、生活有密切的關(guān)系。

5-羥基色胺

β-吲哚乙酸腦白金

吲哚的化學性質(zhì)和吡咯相似，具有極弱的堿性，吡咯環(huán)比苯環(huán)活潑，親電取代反應發(fā)生在β-位。80轉(zhuǎn)吡啶藥學轉(zhuǎn)４呋喃、吡咯、噻吩的制法

實驗室合成，Paal-Knorr合成法：５卟啉化合物

卟吩

prophine

血紅素葉綠素aR=CH3葉綠素bR=CHO維生素B12藥學轉(zhuǎn)６噻唑和咪唑噻唑

thiazole咪唑

imidazole噻唑易與水混溶，具有弱堿性，它的許多衍生物是重要的藥物或生理活性物質(zhì)。青霉素G咪唑易溶于水，堿性比噻唑強，也有弱酸性，它氮上的氫像吡咯一樣，能和堿金屬作用生成鹽。藥學轉(zhuǎn)六元雜環(huán)化合物中重要的有吡啶、嘧啶和吡喃等。吡啶

pyridine

嘧啶

pyrimidine

吡喃

pyran

１吡啶的來源和制法

許多生物堿、維生素、輔酶Ⅰ及輔酶Ⅱ都含有吡啶環(huán)。工業(yè)制法：80轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)實驗室制法：Hantzsch合成法。反應過程：

２

吡啶的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)特點：雜原子的共軛效應和誘導效應都是吸電子的；未成鍵電子對在sp2雜化軌道上，不參與共軛。sp2雜化五元環(huán)的結(jié)構(gòu)下列化合物哪些具有芳香性

３吡啶的化學性質(zhì)

(1)

親電取代反應特點：

反應比苯難，不能發(fā)生傅氏烷基化、?；磻?/p>

硝化、磺化、鹵化必須在強烈條件下才能發(fā)生；

吡啶環(huán)上有供電子基團時，反應活性增高；吡啶N原子可以看作是一個間位定位基。

反應特點：堿性較強；環(huán)不易發(fā)生親電取代反應但易發(fā)生親核取代反應；發(fā)生親電取代反應時，環(huán)上N起間位定位基的作用。用箭頭表示下列化合物起反應時的位置

(2)

氧化和還原

吡啶環(huán)對氧化劑穩(wěn)定，比苯環(huán)難氧化。用過氧化氫氧化，可得N-氧化吡啶，N-氧化吡啶較易發(fā)生親電取代，取代基主要進入對位。吡啶比苯易還原。(3)親核取代：

(4)弱堿性

堿性強弱的順序：

下列化合物哪個酸性，哪個堿性，或既是酸也是堿γ-吡啶甲酸

異煙肼

４吡啶的衍生物

維生素B6

：(orCHOorCH2NH2)藥學轉(zhuǎn)

５嘧啶及其衍生物

嘧啶是1,3-位各為一個氮原子的六元雜環(huán)化合物。嘧啶的堿性比吡啶弱得多，親電取代反應也比吡啶更難，原因是氮原子的吸電子作用。

脲嘧啶

胸腺嘧啶

胞嘧啶嘧啶本身不存在于自然界，但它的衍生物在自然界分布很廣，脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶是遺傳物質(zhì)核酸的重要組成部分。喹啉

吲哚嘌呤quinoline

indolepurine

２喹啉

(1)

結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

喹啉的親電取代反應發(fā)生在電子云密度較大的苯環(huán)上，取代基主要進入5或8位。

親核取代主要發(fā)生在吡啶環(huán)的2或4位。

親電取代：

親核取代：

氧化反應：還原反應：80完藥學轉(zhuǎn)(2)合成

喹啉及其衍生物的合成，常用Skraup法。原料：苯胺和甘油；脫水劑：濃硫酸；氧化劑：硝基苯。實際操作為一次投料，但反應是分步進行的。反應的過程為：

選擇不同的苯胺衍生物為原料，可以合成不同的喹啉衍生物。

用不同的α