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第十八杂环化合物第十八杂环化合物第1页，此课件共53页哦第十八章第十八章 杂环化合物教学大纲杂环化合物教学大纲（一）、教学要求（一）、教学要求1 1、了解杂环化合物的分类、掌握一般杂环化合物的命名、了解杂环化合物的分类、掌握一般杂环化合物的命名2 2、掌握呋喃、噻吩、吡咯和吡啶的结构与性质的关系、掌握呋喃、噻吩、吡咯和吡啶的结构与性质的关系3 3、了解嘧啶、喹啉、嘌呤及吲哚的结构、了解嘧啶、喹啉、嘌呤及吲哚的结构4 4、了解生物碱的一般概念、了解生物碱的一般概念（二）、重点与难点（二）、重点与难点 本章的重点和难点是：芳杂环化合物的结构特征、芳香性、本章的重点和难点是：芳杂环化合物的结构特征、芳香性、亲电取代反应的活性及所用试剂的选择性。亲电取代反应的活性及所用试剂的选择性。第2页，此课件共53页哦（三）、教学内容（三）、教学内容 1 1、杂环化合物的分类和命名。、杂环化合物的分类和命名。2 2、五元杂环化合物五元杂环化合物：呋喃、噻吩、吡咯、糠醛：呋喃、噻吩、吡咯、糠醛、噻唑噻唑、咪唑和吲哚等化合物的结构与性质。、咪唑和吲哚等化合物的结构与性质。3 3、六元杂环化合物：吡啶、嘧啶、喹啉、嘌呤等六元杂环化合物：吡啶、嘧啶、喹啉、嘌呤等 化合物的结构与性质。化合物的结构与性质。4 4、生物碱的性质与制法。、生物碱的性质与制法。作业作业:1(1、3、5、7、9）、）、4、6、7、8、9（1、2、3、4）、）、10、11，12第3页，此课件共53页哦第十八章第十八章 杂环化合物杂环化合物广义上杂环化合物定义：环上含有杂原子广义上杂环化合物定义：环上含有杂原子(C 除外除外)的环状化合物的环状化合物 常见杂原子：常见杂原子：O、S、N一般所指杂环化合物一般所指杂环化合物 具有芳香结构的含有杂原子的环状化合物及其衍生物具有芳香结构的含有杂原子的环状化合物及其衍生物环醚、环醚、内酐、内酐、内酯内酯等因没有芳香结构，非杂环化合物等因没有芳香结构，非杂环化合物这些都是杂环化合物吗？这些都是杂环化合物吗？第4页，此课件共53页哦 杂环化合物应用范围极其广泛，涉及医药、香杂环化合物应用范围极其广泛，涉及医药、香料、高分子材料等，尤其在生物界中，广义的杂环料、高分子材料等，尤其在生物界中，广义的杂环化合物几乎到处可见。化合物几乎到处可见。杂环化合物种类繁多，约占全部已知有机化合物的杂环化合物种类繁多，约占全部已知有机化合物的三分之三分之一一。本章介绍的是具有本章介绍的是具有芳香性芳香性的杂环化合物的杂环化合物 （简称芳杂化合物）（简称芳杂化合物）第5页，此课件共53页哦命名：音译法：按外文名词音译，命名：音译法：按外文名词音译，用带用带“口口”字旁的同音汉字表示字旁的同音汉字表示 (见表见表18-1)编号：一般从杂原子开始编号：一般从杂原子开始,遵守遵守最低系列最低系列原则，原则，不止一个杂原子时，按不止一个杂原子时，按O S N 顺序编号顺序编号 第一节第一节 杂环化合物的分类和命名杂环化合物的分类和命名第6页，此课件共53页哦特殊编号特殊编号!环环上上只只有有一一个个杂杂原原子子时时，有有时时也也把把靠靠近近杂杂原原子子的的位位置置叫叫 位位，其其次次为为 位位，再再次为次为 位：位：第7页，此课件共53页哦第8页，此课件共53页哦 含含有有两两个个或或以以上上的的相相同同杂杂原原子子的的单单杂杂环环衍衍生生物物，编编号号从从连连有有取取代代基基（或或氢氢原原子子）的的那那个个杂杂原原子子开开始始，顺顺序序定定位位，使另一个杂原子的位次保持最小：使另一个杂原子的位次保持最小：异噁唑异噁唑 噁唑噁唑第9页，此课件共53页哦第二节第二节 五元杂环化合物五元杂环化合物一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构：一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构：芳香性：芳香性：苯苯 噻吩噻吩 吡咯吡咯 呋喃呋喃二、呋喃、噻吩、吡咯的性质二、呋喃、噻吩、吡咯的性质松木片反应；松木片反应；亲电取代反应活性亲电取代反应活性:吡咯吡咯 呋喃呋喃 噻吩噻吩 苯苯 取代基主要进入取代基主要进入-位位 卤代、硝化、磺化时卤代、硝化、磺化时试剂要求试剂要求；加成反应；加成反应；吡咯的弱碱性和弱酸性；吡咯的弱碱性和弱酸性；了解了解糠醛、噻唑、咪唑和吲哚、糠醛、噻唑、咪唑和吲哚、卟啉化合物卟啉化合物 返回教学内容返回教学内容第10页，此课件共53页哦第二节第二节 五元杂环化合物五元杂环化合物 重点讨论呋喃、噻吩、吡咯重点讨论呋喃、噻吩、吡咯一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构：一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构：构构成成六六 电电子子体体系系的的芳芳香香环环结结构构体体系系，符符合合4n+2休休克克尔尔规则规则具有芳香性具有芳香性吡啶的结构吡啶的结构第11页，此课件共53页哦性质上：易起亲电取代反应：硝化、磺化、卤代等；性质上：易起亲电取代反应：硝化、磺化、卤代等；具有类似苯的典型性质具有类似苯的典型性质具芳香性：具芳香性：结构上：符合结构上：符合4n+2规则的闭合共轭体系；规则的闭合共轭体系；键长趋于平均化；键长趋于平均化；（NMR谱谱值值7）呋喃、噻吩、吡咯：呋喃、噻吩、吡咯：问题：它们的芳香性是否一致？与苯环比较如何？问题：它们的芳香性是否一致？与苯环比较如何？第12页，此课件共53页哦 呋喃、噻吩、吡咯具有一定芳香性呋喃、噻吩、吡咯具有一定芳香性，但由于，但由于杂原子的存在，闭合杂原子的存在，闭合电子云没有苯环均匀，稳定性电子云没有苯环均匀，稳定性较苯环小，即芳香性较苯环差：较苯环小，即芳香性较苯环差：杂原子电负性越大杂原子电负性越大,闭合环闭合环电子云分布电子云分布均匀性均匀性越差越差,稳定稳定性越小性越小,即芳香性越小即芳香性越小杂原子电负性：杂原子电负性：S:2.44 N:3.04 O：3.50 芳香性芳香性？稳定化能或共振能稳定化能或共振能第13页，此课件共53页哦二、呋喃、噻吩、吡咯的性质二、呋喃、噻吩、吡咯的性质1 1、物理性质、物理性质 ：都难溶于水中都难溶于水中 呋喃：呋喃：存在于松木焦油中，无色液体，存在于松木焦油中，无色液体，bp.31.36 bp.31.36 噻吩：噻吩：存在于煤焦油中存在于煤焦油中,无色液体无色液体,bp.84.16,bp.84.16 吡咯：吡咯：存在于煤焦油和骨焦油中存在于煤焦油和骨焦油中,无色液体无色液体 bp.130131 bp.130131 2 2、松木片反应松木片反应呋喃、吡咯、噻吩的鉴定反应：呋喃、吡咯、噻吩的鉴定反应：呋喃呋喃:其蒸气遇到盐酸浸湿的松木片其蒸气遇到盐酸浸湿的松木片呈绿色呈绿色 吡咯吡咯:其蒸气遇到盐酸浸湿的松木片其蒸气遇到盐酸浸湿的松木片呈红色呈红色 噻吩噻吩:在浓在浓H H2 2SOSO4 4作用下与松木片反应作用下与松木片反应呈蓝色呈蓝色 (噻吩最好用如下反应鉴定噻吩最好用如下反应鉴定)吲哚的松木片反应吲哚的松木片反应第14页，此课件共53页哦噻吩噻吩 +吲哚醌吲哚醌/浓浓H2SO4 显蓝色反应：显蓝色反应：第15页，此课件共53页哦3、亲电取代反应、亲电取代反应取代基主要进入取代基主要进入-位，若位，若-位有取代基时，则进入位有取代基时，则进入-位位亲电取代反应活性的次序：亲电取代反应活性的次序：吡咯吡咯 呋喃呋喃 噻吩噻吩 苯苯 呋呋喃喃、吡吡咯咯、噻噻吩吩五五元元杂杂为为56共共轭轭体体系系，环环碳碳上上的的电电子子云密度较苯环大云密度较苯环大，故比苯容易发生，故比苯容易发生亲电取代亲电取代反应反应;例如：噻吩溴代比苯快例如：噻吩溴代比苯快109倍倍 吡咯活性类似于苯胺吡咯活性类似于苯胺，呋喃活性类似于苯酚呋喃活性类似于苯酚 第16页，此课件共53页哦 卤代反应：卤代反应：Br四碘代吡咯在医疗中作为伤口的消毒剂四碘代吡咯在医疗中作为伤口的消毒剂1,4-二氧六环二氧六环乙醚乙醚乙醇乙醇第17页，此课件共53页哦硝化和磺化反应：硝化和磺化反应：温和的消化试剂温和的消化试剂用浓硫酸或混酸反应都易使呋喃等开环而成焦油状聚合物用浓硫酸或混酸反应都易使呋喃等开环而成焦油状聚合物第18页，此课件共53页哦70%5%室温下苯与浓硫酸难反应室温下苯与浓硫酸难反应室温下用浓硫酸可以区别苯与噻吩：室温下用浓硫酸可以区别苯与噻吩：第19页，此课件共53页哦噻吩与苯共存于煤焦油中，常在苯中含有少量的噻噻吩与苯共存于煤焦油中，常在苯中含有少量的噻吩，除去少量噻吩可用冷浓硫酸。吩，除去少量噻吩可用冷浓硫酸。与冷浓硫酸反应而溶于与冷浓硫酸反应而溶于冷浓硫酸中冷浓硫酸中不反应不溶于冷浓硫酸不反应不溶于冷浓硫酸偶合反应：（习题偶合反应：（习题4）第20页，此课件共53页哦乙酰化和烷基化反应：乙酰化和烷基化反应：呋喃和吡咯的烷基化呋喃和吡咯的烷基化反应大多生成聚合物反应大多生成聚合物第21页，此课件共53页哦吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应说明：吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应说明：取代基主要进入取代基主要进入-位位对试剂及反应条件必须有所选择和控制：对试剂及反应条件必须有所选择和控制：卤代反应：卤代反应：不需要催化剂，要在较低温度下进行；不需要催化剂，要在较低温度下进行；硝化反应：硝化反应：不能用混酸硝化，一般是用不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯乙酰基硝酸酯 (CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行作硝化试剂，在低温下进行磺化反应：磺化反应：呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊 的磺化试剂的磺化试剂吡啶三氧化硫吡啶三氧化硫的络合物；噻吩可直的络合物；噻吩可直接用浓硫酸磺化；接用浓硫酸磺化；返回第二节返回第二节第22页，此课件共53页哦4、加成反应、加成反应均可催化加氢，生成相应的四氢化物均可催化加氢，生成相应的四氢化物其中：呋喃最容易反应，证明芳香性最差其中：呋喃最容易反应，证明芳香性最差，不饱和性最大，不饱和性最大 呋喃芳香性最差，从而共轭二烯性质较大，最容易进行呋喃芳香性最差，从而共轭二烯性质较大，最容易进行双烯双烯合成；合成；吡咯、噻吩不易进行双烯合成，吡咯、噻吩不易进行双烯合成，要在特定条件下才要在特定条件下才能发生能发生D-A反应。反应。例如：例如：内式内式(90%)外式外式1,4-和和 1,2-加成加成第23页，此课件共53页哦吡咯与卡宾的反应：吡咯与卡宾的反应：第24页，此课件共53页哦5、吡咯的弱碱性和弱酸性、吡咯的弱碱性和弱酸性弱碱性弱碱性:弱酸性弱酸性:第25页，此课件共53页哦吡咯的弱酸性反应实例：吡咯的弱酸性反应实例：说明后者酸性比吡咯的酸性较强说明后者酸性比吡咯的酸性较强吡咯卤化镁吡咯卤化镁吡咯盐吡咯盐第26页，此课件共53页哦吡咯钾盐和吡咯卤化镁的应用：合成吡咯衍生物吡咯钾盐和吡咯卤化镁的应用：合成吡咯衍生物:干乙醚干乙醚第27页，此课件共53页哦三、糠醛（三、糠醛（呋喃甲醛）呋喃甲醛）1、制备（了解）、制备（了解）无色液体，放置容易变色无色液体，放置容易变色工业上：工业上：农副产品如甘蔗渣农副产品如甘蔗渣聚戊糖聚戊糖戊醛糖戊醛糖第28页，此课件共53页哦2、性质和用途（具有与苯甲醛相似的性质）、性质和用途（具有与苯甲醛相似的性质）1）某些方面是良好的溶剂）某些方面是良好的溶剂 2）催化加氢成糠醇）催化加氢成糠醇 3）氧化反应成糠酸）氧化反应成糠酸 4）歧化反应：）歧化反应：CH2OHCOOH或VB15）发生安息香缩合和）发生安息香缩合和Perkin反应反应第29页，此课件共53页哦五、噻唑、咪唑和维生素五、噻唑、咪唑和维生素B1，青霉素，青霉素G（了解）（了解）四、呋喃等的制法四、呋喃等的制法(见见P199帕尔帕尔-诺尔合成法诺尔合成法)(了解了解)噻唑：噻唑：咪唑：咪唑：广泛存在于自然界中，广泛存在于自然界中，具有生理活性具有生理活性用作杀菌剂用作杀菌剂无色固体，无色固体，mp：90易溶于水易溶于水比较：比较：呋喃、噻吩、吡咯难溶于水，噻唑、咪唑易溶于水？为什么？呋喃、噻吩、吡咯难溶于水，噻唑、咪唑易溶于水？为什么？能理解噻唑是液体、而咪唑是固体吗？能理解噻唑是液体、而咪唑是固体吗？第30页，此课件共53页哦维生素B1（VB1）：青霉素青霉素:对糖类的新陈代谢有对糖类的新陈代谢有显著的影响，人体缺显著的影响，人体缺乏时会引起脚气病乏时会引起脚气病第31页，此课件共53页哦六、吲哚（了解）六、吲哚（了解）用于制茉莉型香料、染料、药物等用于制茉莉型香料、染料、药物等吲哚的松木片反应呈红色（与吡咯相同），吲哚的松木片反应呈红色（与吡咯相同），亲电取代在亲电取代在3位发生位发生（见（见P202反应式相当于萘的反应式相当于萘的位位），），吲哚乙酸吲哚乙酸植物生长调节剂：植物生长调节剂：5-羟基色胺羟基色胺哺乳动哺乳动物及人脑中思维活动的物及人脑中思维活动的重要物质：重要物质：松木片反应松木片反应无色结晶无色结晶溶于热水溶于热水第32页，此课件共53页哦七、了解卟啉化合物（吡咯色素）七、了解卟啉化合物（吡咯色素）含卟啉环的化合物称为卟啉化含卟啉环的化合物称为卟啉化合物（合物（卟啉或卟吩卟啉或卟吩）卟啉环本身）卟啉环本身在自然界并不存在，但卟啉化合在自然界并不存在，但卟啉化合物广泛存在于自然界中，同时与物广泛存在于自然界中，同时与金属离子形成络合物；金属离子形成络合物；例如：例如：血红素：血红素：含铁的卟啉化合物含铁的卟啉化合物 叶绿素：叶绿素：含镁的卟啉化合物含镁的卟啉化合物 维生素维生素B12：含钴的卟啉化合物含钴的卟啉化合物 返回教学内容返回教学内容第33页，此课件共53页哦一、吡啶一、吡啶1、吡啶的来源和制造（了解）、吡啶的来源和制造（了解）吡啶存在于煤焦油，页岩油和骨焦油中吡啶存在于煤焦油，页岩油和骨焦油中 吡啶是重要的吡啶是重要的 有机合成原料（合成药物等）有机合成原料（合成药物等）良好的有机溶剂良好的有机溶剂 有机合成催化剂（常作碱性试剂）有机合成催化剂（常作碱性试剂）吡啶可与水、乙醇、乙醚等任意混溶吡啶可与水、乙醇、乙醚等任意混溶（与五员环呋喃等不溶与五员环呋喃等不溶于水不同，为什么？）于水不同，为什么？）有特殊臭味的无色液体，有特殊臭味的无色液体，bp：115.5 密度：密度：0.982第三节第三节 六员环化合物六员环化合物第34页，此课件共53页哦制法（了解）：制法（了解）：1）煤焦油中提取：吡啶和甲基吡啶）煤焦油中提取：吡啶和甲基吡啶 2）从糠醛制备：）从糠醛制备：4）实验室合成法）实验室合成法（见（见P204汉茨施合成法）汉茨施合成法）3）从乙炔制备：）从乙炔制备：第35页，此课件共53页哦2、吡啶的结构、吡啶的结构吡啶吡啶N上上孤电子对外露孤电子对外露于环外，碱性较苯胺强，于环外，碱性较苯胺强，易与水成氢键易与水成氢键易溶于水的主要原因易溶于水的主要原因呋喃、噻吩、吡咯的结构呋喃、噻吩、吡咯的结构第36页，此课件共53页哦3、吡啶的碱性及其盐的性质、吡啶的碱性及其盐的性质第37页，此课件共53页哦由于吡啶环上的由于吡啶环上的N原子，环上的电荷分布不均：原子，环上的电荷分布不均：4、吡啶的化学性质、吡啶的化学性质吡啶的亲电取代反应活性相当于硝基苯吡啶的亲电取代反应活性相当于硝基苯亲电取代活性：亲电取代活性：五员杂环五员杂环 苯苯 吡啶吡啶第38页，此课件共53页哦4、吡啶的化学性质、吡啶的化学性质（1）亲电取代反应）亲电取代反应亲电取代活性：亲电取代活性：五员杂环五员杂环 苯苯 吡啶吡啶卤代：卤代：浮石催化浮石催化第39页，此课件共53页哦（2）吡啶环对氧化剂的稳定性）吡啶环对氧化剂的稳定性比苯环更稳定比苯环更稳定磺化：磺化：硝化：硝化：浓硝酸浓硝酸/浓硫酸浓硫酸第40页，此课件共53页哦吡啶相当于叔胺吡啶相当于叔胺,易氧化成易氧化成 N氧化物：氧化物：90%合成合成4-取代吡啶的方法取代吡啶的方法第41页，此课件共53页哦（3）还原反应和亲核取代）还原反应和亲核取代 （吡啶的亲核取代比苯活泼）（吡啶的亲核取代比苯活泼）六氢吡啶六氢吡啶胡椒啶或哌啶胡椒啶或哌啶属于亲核取代反应属于亲核取代反应第42页，此课件共53页哦二、嘧啶：二、嘧啶：亲电取代反应：苯亲电取代反应：苯 吡啶吡啶 嘧啶嘧啶（相当于间二硝基苯）（相当于间二硝基苯）无色晶体无色晶体易溶于水易溶于水碱性比吡啶弱碱性比吡啶弱 为什么？第43页，此课件共53页哦Biginelli反应反应 二氢嘧啶二氢嘧啶-2-酮酮衍生物衍生物 具有重要的药理活性具有重要的药理活性 用作钙拮抗剂、用作钙拮抗剂、降压剂等，降压剂等，还可以作为研制抗癌药物的先导物还可以作为研制抗癌药物的先导物 第44页，此课件共53页哦 Scheme 1.One-pot synthesis of 4-arylmethylidene-3-phenylisoxazol-5-ones.3-苯基苯基-4-芳亚甲基芳亚甲基异噁唑异噁唑-5-酮酮4H-色色烯类烯类化合物具有很高的抗瘤活性，化合物具有很高的抗瘤活性，是一是一类类极有希望的抗癌极有希望的抗癌药药 5-溴水杨醛溴水杨醛 +2 NCCH2COOEt 第45页，此课件共53页哦2-氨基氨基-3-氰基氰基-4-芳基芳基-4H-苯并苯并h-色烯衍生物色烯衍生物 2-氨基氨基-3-氰基氰基-4-芳基芳基-4H-苯并苯并色烯色烯衍生物衍生物 具有广泛的生物活性和药理活性及光致变色效应具有广泛的生物活性和药理活性及光致变色效应 第46页，此课件共53页哦三、喹啉和异喹啉：三、喹啉和异喹啉：喹啉环类化合物常以生物碱的形式广泛存在于植喹啉环类化合物常以生物碱的形式广泛存在于植物中，许多是重要的药物，如物中，许多是重要的药物，如奎宁；奎宁；亲电取代亲电取代：主要在主要在5、8位（异环取代，相当于位（异环取代，相当于硝基萘的反应）硝基萘的反应）亲核取代：亲核取代：主要在主要在2、4位：位：有恶臭有恶臭无色油状液体无色油状液体对水溶解很小对水溶解很小碱性比吡啶稍弱碱性比吡啶稍弱第47页，此课件共53页哦亲核取代：亲核取代：第48页，此课件共53页哦掌握掌握喹啉及其衍生物的合成喹啉及其衍生物的合成斯克劳普法（斯克劳普法（Skraup法）法）NO2反应历程见反应历程见P211第49页，此课件共53页哦取代苯胺进行斯克劳谱反应选择弱氧化剂时，采用取代苯胺进行斯克劳谱反应选择弱氧化剂时，采用相对应的硝基苯。相对应的硝基苯。可用可用,-不饱和醛或酮代替甘油反应：不饱和醛或酮代替甘油反应：第50页，此课件共53页哦喹啉及其衍生物的合成喹啉及其衍生物的合成佛瑞得兰得尔縮合法佛瑞得兰得尔縮合法 (Friendlandle):第51页，此课件共53页哦异喹啉比较重要的衍生物异喹啉比较重要的衍生物罂粟碱、黄连素罂粟碱、黄连素罂粟花罂粟花第52页，此课件共53页哦四、嘌呤四、嘌呤第53页，此课件共53页哦