第十八章-杂环化合物.ppt

血红素是高等动物体内的重要色素，常与蛋白质结合形成血红蛋白，血红蛋白在高等动物体内起着输送二氧化碳的功能。 人类于1853年首次得到血红素结晶，1929年H. Fisher等人实现了血红素的人工合成，由于血红素中络合离子为铁离子，其配位数为6，即在血红素中，铁的配位数只有4，故还可以与二分子氧结合而具有携氧功能。当空气中都有CO时，由于CO与Fe的结合力比O2大，故CO与Fe结合使得血红蛋白失去携氧功能而发生煤气中毒事件。 叶绿素不稳定，若用Cu代替Mg，则很稳定且颜色更为鲜艳，可以用来保存植物的绿色。用铜盐和氢氧化钠处理叶绿色后得到叶绿素铜钠，可用作食品着色剂（0.5g/kg）。 R. Willstatter和H. Fisher由于对叶绿色结构的研究，分别于1915,1930年获得诺贝尔化学奖。 R. B. Woodward于1960年实现了叶绿素的全合成，为此他于1965年获得诺贝尔化学奖。 (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： 选择不同的苯胺衍生物为原料，可以合成不同的喹啉衍生物。 用不同的α,β-不饱和醛、酮代替甘油，也能合成不同的喹啉衍生物。 这一反应称为Doebner-Miller反应。 以苯乙胺为原料，将苯乙胺酰化后用P2O5脱水成环，再用钯脱氢。 异喹啉的合成 唑的反应（主要讨论亲电取代反应） 1. 反应性 　　唑的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差，这是因为分子中多了一个吡啶N，使共轭体系的电子云密度降低，所以亲电试剂不易进攻。 2. 1,2-、1,3-唑的硝化、磺化、卤化 （1） 进入环的位置及活性顺序 （2） 反应试剂：一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。 eg 1 eg 2 5-硝基咪唑 异噻唑 eg 3 4-硝基咪唑 eg 4 磺化须强烈条件 eg 5 硝化、卤化须有给电子取代基 1,2唑一般是在4位发生，而噻唑环以5位发生取代为主。 （与呋喃、噻吩、吡咯相区别！） 六元杂环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 吡啶是重要的有机碱试剂，嘧啶是组成核糖核酸的重要生物碱母体。 1 吡啶的来源和制法 许多生物碱、维生素、辅酶I及辅酶II都含有吡啶环。 吡啶的工业制法： 吡啶是重要的有机合成原料、良好的有机溶剂。 实验室制取吡啶，可用乙酰乙酸乙酯、醛、氨缩合。 反应称为Hantzsch合成法。 反应是分步进行的，历程如下（缩合-加成-缩合） 2 吡啶的结构和物理性质 吡啶是含有一个氮原子的六元杂环化合物，分子中的成键情况和苯相似： 2p轨道 sp2杂化轨道 结构特点：杂原子的共轭效应和诱导效应都是吸电子的；未成键电子对在sp2杂化轨道上，不参与共轭。 由于环上氮原子的吸电子作用，使吡啶成为缺电子芳环。 物理性质：吡啶为有特殊臭味的无色液体。 可以和水混溶，能溶解许多有机物和无机物。 熔点-42℃，沸点115.5℃，相对密度0.982。 由于吡啶的性质比较稳定，在有机合成中常用作溶剂和反应介质。 3 吡啶的化学性质 吡啶碱性较强，可看作叔胺。 (1) 亲电取代反应 吡啶环上氮原子为吸电子基，故吡啶环属于缺电子的芳杂环。 亲电取代反应活性较低，和硝基苯相似。 环不易发生亲电取代反应但易发生亲核取代反应。 吡啶环的π电子密度： 吡啶亲电取代反应的特点： 吡啶环上杂原子N的定位效应和硝基相似，可以看作是一个间位定位基，亲电取代反应主要在β-位上。 硝化、磺化、卤化必须在强烈条件下才能发生： 反应比苯难，条件要求很高；不能发生傅-克烷基化、酰基化反应。 吡啶氯代要用AlCl3催化且要加热，苯氯代用FeCl3催化不用加热。 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