Transcript 第十八章杂环化合物
第十八章 杂环化合物 N H O 四氢呋喃 N 哌啶 吡啶 CH CH2 O H H NH NH2 N O S ·H2O H3C CH CH2 N N CH3 COOH 头孢氨苄(先锋霉素IV) CH3 Fe N H3C N CH3 HOOCCH2CH2 CH2CH2COOH 血红素(heme) 18.1 杂环化合物的分类、命名和结构 一、 分类和命名 非芳香性杂环 杂环 芳香性杂环 非芳香性杂环: O O O 四氢呋喃 1,4–二氧六环 N N H H 四氢吡咯 N 六氢吡啶 奎宁环 (1–氮杂二环[2.2.2]辛烷) 芳香性杂环化合物 : 五元杂环： O N H S 呋喃 噻吩 吡咯 furan thiophene pyrrole N N N H N O N H 吡唑 pyrazole 唑 噻唑 imidazole oxazole thiazole N 吡啶 S 咪唑 六元杂环： N N N N 哒嗪 N 嘧啶 N N 吡嗪 pyridine pyridazine pyrimidine pyrazine 稠杂环： S O N H 苯并呋喃 苯并噻吩 吲哚(苯并吡咯) benzofuran thionaphthene indole N N N H 苯并咪唑 N N N N O S 苯并 唑 苯并噻唑 N H 嘌呤 benzomidazole benzoxazole benzothiazole purine N 喹啉 N 异喹啉 quinoline isoquinoline N 吖啶 acridine • 杂环的编号一般从杂原子开始，含多个 杂原子时按O、S、N的次序编号。4 4 3 2 5 O1 CH3 N3 4 5 S1 2 CH3CO 5 6 N3 7 O1 2 5–甲基噻唑 6–甲氧基苯并 唑 • 对于含一个杂原子的杂环也可把靠近杂 原子的位置叫做α位，其次为β和γ位。 γ β＇ ᣧ N β α 17.1.2 结构和芳香性 呋喃、噻吩和吡咯：C、N原子均为sp2杂化， 环上的5个原子处于同一平面；5个p轨道都 垂直于环所在的平面且相互平行；p轨道的 相互交盖形成闭合的共轭体系，体系中有6 个π电子。 参与大π键生成 H 的p轨道中的电子 H N H H N H sp2 –杂化 H 图17.1 吡咯的轨道结构 H N 0.140 nm H H 0.139 nm N H N 0.134 nm C–N: 0.147 nm C=N: 0.128 nm H 图17.2 吡啶的轨道结构 N N N N N N N H 偶极矩/C·m: 7.5 ×10–30 6.1 ×10–30 18.2 五元杂环化合物 一、 五元杂环化合物的化学性质 杂原子的给电子 效应，增加了 杂环的亲电取代反应的活性。 X X = NH,O,S 亲电取代反应活性顺序： > N H > > O S 呋喃、吡咯的遇酸或氧化剂容易开环 或聚合。 它们在亲电取代反应中，使用温和的试剂： (1)硝化 一般采用硝酸乙酰脂 CH3COONO2作硝化剂 S NO2 Ac2O¨C AcOH + CH3COONO2 －0℃ NO2 + S S 2¨C 硝基噻吩(66%) 3¨C 硝基噻吩(10%) (2) 磺化 吡咯、呋喃通常采用吡啶与SO3的加合物： N N H + + SO3 100℃ N ·SO3 N N·SO3 HCl SO3 ¡¤ N H 吡咯－2－磺酸吡啶盐 (90£¥) S + H2SO4(浓) 室温 S N SO3 H H SO3H 噻吩－2－磺酸 (~75%) 煤焦油中提取的苯含0.5% 噻吩。这是 制取无噻吩苯的一种方法 (3) 卤化 采用溶剂稀释、低温 O O + Br2 O 0℃ Br O α¨C 溴代߻ૠ(90%) S + Br2 AcOH 室温 (4) Friedel–Crafts酰基化 催化剂： SnCl4, BF3等 O + (CH3CO)2O BF3 Br S α¨C 溴代噻吩 O C CH3 O 2¨C 乙酰基߻ૠ(75%~92%) O N H + (CH3CO)2O 150~200℃ N C CH3 H 2¨C 乙酰基吡咯(60%) 吡咯、呋喃、噻吩亲电取代反应的 区域选择性： 反应主要发生在 2 位上 18.3 六元杂环化合物 一、 吡啶 吡啶的碱性： > N NH2 > N H 亲电取代反应： 类似硝基苯，一般需在 强烈条件下才能发生亲电取代反应。不稳定的 极限结构 亲电试剂主要进入β位 进攻α位 δ N E+ δ N δ δ N N N NO2 N 3¨C 硝基吡啶(22%) H2SO4,HgSO4 230℃ SO3H N 3¨C 吡啶磺酸(70%) E H N E H E H E H N N HNO3,KNO3 H2SO4,Fe,300℃ N E H 进攻β位 (1) 硝化 (2) 磺化 E H N (3) 卤化 N Br2 / 浮石 300℃ Br N 3¨C 溴吡啶(39%) (4) 还原： + H2 N Ni 180℃ Br Br + N 3,5¨C 二溴吡啶 N H 六氢吡啶 (哌啶)