18杂环化合物精读.ppt

第十八章 杂环化合物 本章重难点 ?杂环化合物的分类和命名； ?五元、六元杂环化合物的结构和性质； ?稠杂环化合物，喹啉的制法； ?了解生物碱；了解毒品的种类与危害。 ?呋喃、吡咯、噻吩的结构和性质； ?吡啶、喹啉的结构和性质。 吡啶环上有供电子基团时，反应活性增高。 吡啶磺化要用发烟H2SO4并要加热，苯磺化用浓H2SO4即可顺利进行； 吡啶用混酸硝化也需要加热。 2. 氧化和还原 吡啶环对氧化剂稳定，一般不被酸性高锰酸钾或重铬酸钾氧化。 和氧化剂作用时，通常是侧链烃基被氧化成羧基。 用过氧化氢氧化，可得N-氧化吡啶，N-氧化吡啶较容易发生亲电取代，取代基主要进入4-位。 吡啶比苯容易还原，用钠加乙醇、催化加氢均使吡啶还原为六氢吡啶。 3. 亲核取代： 亲核取代反应是吡啶环特有的反应，取代基进入α-位。 原因：吡啶环电子几率密度低 和苯相比 。 吡啶与固体氨基钠一起加热，生成2-氨基吡啶。 称为 吡啶氨基化反应。 4. 吡啶的碱性 吡啶分子中氮原子上有一对未共用电子没有参加共轭，可以和质子结合，碱性比苯胺稍强，但比氨弱。 碱性强弱的顺序： 吡啶可以和无机酸生成盐。 吡啶在结构上属于环状叔胺，因此可以和卤代烃作用生成季铵盐，加热到290~300℃后，可发生重排反应。 有时，N-烷基化可用活泼亚甲基化合物与I2来完成。 氮上的未共用电子对还可以结合SO3，生成吡啶三氧化硫。 β-吡啶甲酸 烟酰胺，维生素B3 四、吡啶的衍生物 β-吡啶甲酸，俗名烟酸，维生素B3是烟酸的酰胺，可以用于防治口舌糜烂等症，也可用作血管扩张药。 维生素B6，是蛋白质代谢中所需酶的组成部分。 γ-吡啶甲酸 异烟肼 γ-吡啶甲酸，俗名异烟酸，与水合肼缩合生成异烟肼。 异烟肼是一种抗结核药，药名雷米封 Rimifon 。 五、嘧啶及其衍生物 嘧啶是1,3-位各为一个氮原子的六元杂环化合物，是低熔点晶体，能溶于水，也能吸水。 嘧啶的碱性比吡啶弱，一般只能与1mol酸生成盐，第二个氮原子在非常强的酸性溶液中才能质子化。 嘧啶 pyrimidine 亲电取代反应也比吡啶更难，反应很难发生。 嘧啶容易与卤代烷生成季铵盐，但只能用活性非常高的三烷基钅 羊盐，使它转变为二季铵盐。 原因：环上增加了一个氮原子，氮原子的吸电子作用使环上的电子密度更低。 嘧啶的衍生物在自然界分布很广： 脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶是核酸的重要组成部分。维生素B1也含有嘧啶环。 脲嘧啶 胸腺嘧啶 胞嘧啶 维生素B1 喹啉 吲哚 嘌呤 quinoline indole purine 稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合，或杂环与杂环稠合在一起的化合物。 异喹啉 isoquinoline 第四节 稠杂环化合物 一、吲哚 色氨酸 β-甲基吲哚 吲哚的衍生物广泛存在于动植物体内，与人类的生命、生活有密切的关系。 吲哚是白色结晶，熔点52.5℃，沸点254℃。具有强烈的粪臭味，高度稀释的溶液有花香气味。 色氨酸是构成蛋白质的重要成分。 5-羟基色胺 β-吲哚乙酸 5-羟基色胺是动物激素，是参与神经思维的物质。 β-吲哚乙酸，是植物体内的生长激素，存在于植物的生长点。 吲哚的化学性质和吡咯相似，具有极弱的碱性。 吲哚的亲电取代反应发生在吡咯环，取代基进入β-位，这一点与吡咯不同。 由于吲哚环对酸和氧化剂敏感，在进行取代反应时应采用适当的试剂和反应条件。 卤代反应： 硝化反应： Vilsmeier甲酰化反应： 磺化反应： 二、喹啉和异喹啉 分子中所有原子都在同一平面内，具有芳香性。 喹啉为无色油状液体，沸点238℃，常用作高沸点溶剂；异喹啉为低熔点固体，熔点26℃。 喹啉和异喹啉都是由一个苯环和一个吡啶环稠和而成的。 喹啉衍生物以生物碱形式广泛存在于植物界。 许多生物碱和药物分子中含有喹啉和异喹啉环。 奎宁 quinine 罂粟碱 papaverine 1. 主要化学性质 喹啉的亲电取代反应发生在电子云密度较大的苯环上，取代基主要进入5-或8-位。 亲核取代则主要发生在吡啶环的2-或4-位。 喹啉分子中吡啶环上碳原子的电子云密度，低于与之并联的苯环，异喹啉也存在类似情况。 喹啉π电子密度分布： 受到并联的苯环影响，喹啉的碱性比吡啶稍弱。 亲电取代：反应比吡啶容易，取代基进入5,8-位。 亲核取代：取代基进入α-位。 氧化反应：用强氧化剂氧化喹啉时，苯环破裂。 还原反应：发生在吡啶环上。 2. 喹啉和异喹啉的合成 喹啉及其衍生物的合成，常用Skraup法。 原料为苯胺和甘油，将原料与脱水剂浓硫酸、氧化剂硝基苯共热制得。 实际操作为一次投料，但反应是分步进行的。 反应历程为： 选择不同