基础化学 赵玉娥 王传胜 徐雅君 编第16章 杂环化合物.ppt

16.1 杂环化合物的分类和命名 16.3 五元杂环化合物 16.4 六元杂环化合物 16.1.1杂环化合物的分类 杂环化合物按照环的数目可分为单杂环和稠杂环两大类。单杂环中最常见的是五元杂环和六元杂环。稠杂环是由苯环与单杂环或由两个以上的单杂环稠合而成的。在每一类杂环化合物中，又可以按照杂环中所含杂原子的种类和数目分类。 在命名单杂环化合物的衍生物时，首先要对杂环上的原子进行编号，通常是从杂原子开始，依次用1、2、3、4、5……表示，并要求取代基的位次尽量小。有时也常以希腊字母α、β、γ……表示杂环上不同碳原子与杂原子的相对位置，与杂原子相邻的为α位，其次是β位和γ位。五元杂环应有两个α位和两个β位，而六元杂环则应有两个α位、两个β位和一个γ位。例如： 对于杂环上连有—CHO、—COOH、—SO3H等基团的化合物，命名时应将杂环名称列于这些基团的名称之前，例如： 如果环上有两个相同的杂原子，则由连有取代基或氢原子的一个杂原子开始编号。若环上有两个或两个以上不同的杂原子，则按照O、S、N的顺序编号，并使杂原子的位次之和尽量小。例如： 16.2 五元杂环化合物 含一个杂原子的典型五元杂环化合物是呋喃、噻吩和吡咯。含两个杂原子的有噻唑、咪唑和吡唑。本节重点讨论呋喃、噻吩和吡咯。 在吡啶的α -位却易与强的亲核试剂发生亲核取代反应。例如： （3）氧化与还原 吡啶环比苯环更稳定，不易被氧化剂氧化。吡啶的烷基衍生物被氧化时，同苯一样，总是侧链被氧化成羧基，芳杂环保留而不被破坏，结果生成相应的吡啶甲酸。例如： 吡啶经催化氢化或用乙醇及金属钠还原，可得到六氢吡啶。例如： 六氢吡啶是一种无色液体，具有特殊的臭味，沸点106℃，熔点-7℃，易溶于水和乙醇。六氢吡啶是一环状仲胺，碱性强于吡啶，化学性质与脂肪族仲胺相似，常用作溶剂及有机合成原料等。 喹啉是苯环与吡啶环稠合而成的杂环化合物，是苯并吡啶，在一定条件下既可以进行亲电取代反应，也可以进行亲核取代反应。由于氮原子的电负性大于碳原子，喹啉的吡啶环上的氮原子存在着吸电子效应，使吡啶环上电子云密度相对比苯环要低一些，所以喹啉亲电取代反应通常发生在电子云密度较大的苯环上，取代基主要进入5位或8位上。而亲核取代反应通常发生在吡啶环上，取代基主要进入2位或4位。 如：亲电取代反应： 喹啉的许多衍生物在医药上都有重要应用，特别是抗疟类药物。一些天然的和合成的生物碱中都含有喹啉环，比如抗疟药物奎宁（即金鸡钠碱）、氯喹、抗癌药物喜树碱、抗风湿病药物阿托方（即辛可芬）等。 * * 第16章 杂 环 化 合 物 16.1.2 杂环化合物的命名 杂环化合物的命名一般多采用音译法，即按照英文名称音译，选取同音汉字，并在同音汉字左侧加一“口”字旁。 五元杂环 五元杂环苯并体系 呋喃(furan) 噻吩(thiophene) 吡咯(pyrrole) 苯并呋喃 (benzofuran) 苯并噻吩 (benzothiophene) 苯并吡咯 吲哚 (indole) 实例: 六元杂环 吡啶(pyridine) 吡喃(pyran) γ-吡喃酮 (γ-pyrone) α-吡喃酮 (α-pyrone) 哒嗪(pyridazine) 嘧啶(pyrimidine) 吡嗪(pyrazine) 杂环并杂环 喹啉 (quinoline) 异喹啉 (isoquinoline) 苯并吡喃(benzopyran) 苯并-?-吡喃酮 (benzo-?-pyrone) 嘌呤(purine) 六元杂环苯并环系 2-甲基呋喃 3-硝基吡咯 2-溴噻吩 2,5-二甲基呋喃 （α -甲基呋喃） （α -硝基吡咯） （α -溴噻吩）（?,α -二甲基呋喃） 2-呋喃甲醛 2-吡咯磺酸 2-噻吩甲酸 3-吡啶甲酸 5-甲基噻唑 4-甲基咪唑 4-甲基-2-氨基嘧啶 16.2.1 结构与芳香性 呋喃、噻吩和吡咯都是含一个杂原子的五元杂环化合物，它们在结构上的共同特点是，组成环的4个碳原子和一个杂原子均处于同一个平面上，碳原子和杂原子都以sp2杂化轨道相互连接形成σ键。每个碳原子还有一个电子在p轨道上，杂原子有一对未共用电子对也在p轨道上，这5个p轨道都垂直于环所在的平面，彼此相互平行侧面重叠，形成一个由5个轨道和6个电子组成的环状的共轭体系（大π键）。 呋喃、吡咯和噻吩在结构上均有六个π电子，符合休克尔(Huckel)规则（4n+