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N
CH3
N
烟碱(尼古丁)
含有两个或以上的相同杂原子的单杂环衍生物,编
号从连有取代基(或氢原子)的那个杂原子开始, 顺序定位,使另一个杂原子的位次保持最小:
4
H3C 5
N3
6
2
N
1
5-甲基嘧啶
2.双键氢化产物的命名
NH2
6
1N 5 N 7
2
4
N
3
8
N H
9
6-氨基嘌呤
N H 四氢吡咯
5
2
N
H
2,5-二氢吡咯
N H
六氢吡啶
HC
Fe
CH
N CH N
H3C
CH2 CH2 CH3
CH2 CH2
COOH COOH
(血红素)
( 叶绿素a)
七、一些具有生理活性五元杂环化合物
O
O2N
O CH=N N
O O2N
O
CH=CHCNHCH(CH3)2 O
呋喃唑酮(痢特灵) 呋喃丙胺(抗血吸虫药)
HOOCCH2CH2
CH2COOH
N
CH2NH2
OCH3
利血平
CH2COOH
N H -吲哚乙酸
N H 色氨酸
CH2CHCOOH NH2
青霉素
O RCNH
O
S N
CH3 CH3 COOH
噻唑环
青霉素是噻唑的衍生物。
§17―4六元杂环化合物的化学性质 一、吡啶
吡啶存在于煤焦油及叶岩油中,可溶于水。
亲核试剂进攻部位
γ
δ
δβ
δ Nα
亲电试剂进攻部位
碱性与成盐
A. 吡啶有无芳香性? B. 吡啶是否具有碱性? C. 吡啶盐有无芳香CH3NH2
NH3
N
pkb 3.36
4.75
8.8
9.3
sp3 + HCl N
N + CH3I
N + SO3
sp2
N H
N
+
Cl- ¨ £ßÁ à¤ÑÎ Ëá ÑÎ £©
+
I- ¨ £ßÁ ़¾ ï§ÑÎ £
SP2
H H
H 吡咯
H
符合休克尔规则,具有芳香性。
N H
H H
H
O H 呋喃
H H
H
S H 噻吩
1.06
1.10 N 0.68 H 吡咯 (pyrroe)
富电子的芳杂环,亲电取代易发生, 相当于苯酚或苯胺,取代在α位。
二、六元杂环化合物的结构
N
2P
SP2杂化
P
2S
SP2
N 符合休克尔规则,具有芳香性。
• 实验室采用糠酸加热脱羧制得:
2.化学性质 呋喃具有芳香性,较苯活泼,容易发生取代反应;还 有一定程度的不饱和化合物的性质(发生加成反应)。 (1)取代反应—— 位取代 溴代:
• 硝化(缓和试剂):
• 磺化(缓和试剂):
吡咯与SO3的络合物
傅-克酰基化反应 剂)
(使用缓和路易斯酸催化
并指出具体位置。
4 5
3
6 7
N2 1H
N G(o, p) H
G(o, p) N H
下面四种情况,取代基均进入苯环。进入哪个位置,具体分析。
G(m)
G(o, p, m)
(强o, p)G
N H
N H
N G(m) H
N G(o, p, m) H
CH3O
H
N
N
H
H
H CH3OOC
OCO OCH3
OCH3 OCH3
H
然而,由于氮原子的吸电子作用,使得吡咯会显示
出一定的酸性,但其酸性较弱,需在强碱下方可成盐。
N + KOH(NaNH2) H
+ N K(Na)
H2O (NH3)
(2) 加成反应 吡咯与还原剂作用或催化加氢时,可生 成二氢吡咯或四氢吡咯
2 H2 , Ni
N
200 oC
H
二氢吡咯和四氢吡咯都不是共轭体系,
命名3:根据相应的碳环来命名。把杂环看作相应碳环 中的碳原子被杂原子取代而形成的化合物,命名时 在相应的碳环名称前加上杂原子的名称:
• 在没有误会的情况下,“杂”字可以省去。
§2 杂环化合物的结构 一、五元杂环化合物的结构 以吡咯为例说明它们的结构:
N : 2S22P3
N H
2P
SP2杂化
P
2S
吡啶与苯相比较,吡啶不易发生芳环上的亲电取代反应; 如果吡啶发生芳环上的亲电取代反应,新引入基上m-。
Br2
300℃
Br N
HNO3, H2SO4
NO2
N
300℃
N
H2SO4, HgSO4 220℃
SO3H N
显然,当吡啶环上连有供电子基团时,将有利于亲电取代反 应
的发生;反之,就更加难以进行亲电取代反应。
云密度 -0.10 -0.03 -0.06
0 (不一致)
• 作业第8题:下列化合物哪些具有芳香性?
N有3个键的,如-NH-,则N为SP2(1,1,1),剩余P=2电子(电子) N有2个键的,如-N=,则N为SP2(1,1,2),剩余P=1电子(电子)
电子数=6
有芳香性
电子数=8
反芳香性
CH3
£
£¨ßÁ à¤Èý Ñõ »¯ Áò £¬
N+
ΠºÍ »Ç »¯ ¼Á £©
SO3-
2). 亲电取代
似硝基苯,新引入基上β-。
0.95
0.82
N 0.85
µç ¸º ÐÔ £º N C
可见:
① 氮原子上电子云密度大, 吡啶环上电子云密度小;
② N的m-电子云密度比o-、 p-大。
所以:
吡啶 (pyridine)
0.82 0.95 缺电子的芳杂环,亲电取代难发生, 0.85 相当于硝基苯,取代在β位。
N 1.59 吡啶
芳香性强弱的次序
苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃>吡
离域能:啶152 117
88 67 KJ/mol
取代反应活性的次序
• 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯
位电子
杂环化合物是指组成环的原子中含有除 碳以外的原子(杂原子——常见的是N、O、S 等)的环状化合物。
非芳香杂环 如 杂环化合物
,O O, O
NH ……
芳杂环(符合休克尔规则的杂环)如
,
N
H
N
……
杂环化合物不包括极易开环的含杂原子
的环状化合物,例如:
, O
O O,
O
O,
NH
O
O
本章我们只讨论芳香族杂环化合物。
COCH3 N H
吡咯容易发生亲电取代反应,其反应活性与苯胺类似。如:
(4)吡咯环不如苯环稳定,易被氧化。 五元杂环是富电子的芳杂环,和氧化剂作 用,常导致环的破裂或发生聚合作用得到 焦油状聚合物。
吡咯的反应
NBS
N H
HNO 3, ( CH3C O )2O N H
N , SO3 N H
DMF, PO Cl3 N H
N NHNa
N NH2
N OCH3
CH3O Na NaOH ,
NH3 , ZnCl2
N Cl
220℃
Br Br
N
NH3 , H2O 160℃
NH2 Br
N
N NH2
[问题] 3-氯吡啶和CH3ONa能发生亲核取代反应吗?
4) 氧化与还原
N KMnO4 HOOC
N γ -吡啶甲酸
N HNO3
COOH NH3
• 环系中可含一个、两个或多个相同或不同的杂原子。 •环可以有三元环、四元环、五元环、六元环或更大, 可以是稠合的环。
• 杂环化合物种类繁多,约占全部已知有机化合物的 三分之一。
§1 杂环化合物的分类和命名
一、分类
五员杂环
单杂环
O
环的数目
六员杂环 N
两个单杂环稠合 N
N
稠杂环
H
NH2 N
N
苯与单杂环稠合
CH3 N
CH3
HNO3, H2SO4 100℃
CH3 N
NO2 CH3
吡啶环也象硝基苯一样,不能发生F―C烷基化和酰基化反应。
3). 吡啶环上的亲核取代反应
吡啶环的亲核取代反应主要发生在α-位和γ-位,被取代的可 以是氢原子,也可以是易于离去的基团。如:
Li
NaNH2
H2O
N
N ( - H2 )
方法1
丁烷、丁烯和 丁二烯
方法2 方法3——实验室制法
2. 噻吩的性质
亲电取代发生 在位
傅-克 反应
噻吩的主要反应
NBS S
HNO 3, H2SO 4 S
H2SO 4(95% ) S
DMF, PO Cl3 S
如
Br S
何
除
去
NO 2
苯
S
中
少
量
SO 3H S
噻
吩
?
C HO S
Ac2O ,SnCl4 S
第十七章 杂环化合物
•作业:2(1)3.(1) .4. •5(1.2.4)6(1.4.5.7).
•7.10(2.4).11
学习要求:
1、掌握各类常见杂环化合物的结构和命名。
2、掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、吲哚、喹 啉的化学性质。
4、掌握喹啉的斯克劳普合成法。
3、认识核酸组成中的重要碱基——嘧啶、嘌 呤;了解叶绿素、血红素等卟啉环化合物; 了解生物碱的有关知识。