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1、第十八章第十八章杂环化合物杂环化合物(Heterogeneous ring compound)1.掌握杂环化合物的掌握杂环化合物的分类及命名分类及命名。2.2.掌握重要的掌握重要的五元、六元五元、六元、稠杂环化合物的结、稠杂环化合物的结构和性质。构和性质。3.3.掌握掌握斯克奥浦斯克奥浦合成喹啉的方法。合成喹啉的方法。4.4.了解了解生物碱生物碱的一般概念。的一般概念。教学目的和要求教学目的和要求 一分类一分类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 杂环的命名常用杂环的命名常用音译法音译法，是按外文名称的音译，并加，是按外文名称的音译，并加口字旁口字旁，表示为表示为环状化合物
2、环状化合物。1、如杂环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起用如杂环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起用1，2，3，4，5（或可将杂原子旁的碳原子依次编为（或可将杂原子旁的碳原子依次编为,）来编号。来编号。二命名二命名2、如杂环上不止一个杂原子时，则从如杂环上不止一个杂原子时，则从O,S,N顺序依次编号，顺序依次编号，编号时编号时杂原子的位次数字之和应最小杂原子的位次数字之和应最小：五元杂环中含有两个杂原子的体系叫五元杂环中含有两个杂原子的体系叫唑唑（azole）常见杂环的结构式和名称：第二节第二节五元杂环化合物五元杂环化合物 这三个杂环化合物中，这三个杂环化合物中，碳原子和杂原子碳原子和
3、杂原子均以均以sp2杂化杂化轨道互相连接成轨道互相连接成健，并且在一个平面上，每个碳原健，并且在一个平面上，每个碳原子及杂原子上均有一个子及杂原子上均有一个p轨道互相平行，在碳原子的轨道互相平行，在碳原子的p轨道中有一个轨道中有一个p电子，在杂原子的电子，在杂原子的p轨道中有两个轨道中有两个p电电子，形成一个环形的封闭的子，形成一个环形的封闭的电子的共轭体系。这与电子的共轭体系。这与休克尔的休克尔的4n+2规则规则相符，因此这些杂环或多或少的具相符，因此这些杂环或多或少的具有与苯类似的性质，故称之为有与苯类似的性质，故称之为芳香杂环化合物芳香杂环化合物。（一）（一）呋喃，噻吩，吡咯呋喃，噻吩，
4、吡咯的电子结构的电子结构一一.含有一个杂原子的五元杂环单环体系含有一个杂原子的五元杂环单环体系:呋喃，噻吩，吡咯呋喃，噻吩，吡咯。(五五)化学性质化学性质(三三)光谱性质光谱性质(四四)呋喃，噻吩，吡咯的呋喃，噻吩，吡咯的制备制备(二二)存在及鉴存在及鉴别别(二二)存在存在 及鉴别及鉴别 呋喃存在于呋喃存在于松木焦油松木焦油中，是无色液体。沸点中，是无色液体。沸点31.36，有，有氯仿氯仿的气味。的气味。噻吩存在于噻吩存在于煤焦油煤焦油中是无色而有中是无色而有特殊气味特殊气味的液体，沸点的液体，沸点84.16。由煤焦油中取得的苯约含。由煤焦油中取得的苯约含0.5%的噻吩，用蒸馏法分离不的噻吩，
5、用蒸馏法分离不行。用行。用噻吩比苯易磺化噻吩比苯易磺化的性质，用浓硫酸震荡含有噻吩的苯，则噻的性质，用浓硫酸震荡含有噻吩的苯，则噻吩生成为吩生成为磺酸而溶于下层硫酸中磺酸而溶于下层硫酸中,从而和苯分离。从而和苯分离。噻吩磺酸噻吩磺酸吡咯存在于吡咯存在于煤焦油和骨焦油煤焦油和骨焦油中，无色液体。沸点中，无色液体。沸点130131，有，有弱的弱的苯胺苯胺气味。吡咯的衍生物存在于自然界中。如：叶绿素、血红气味。吡咯的衍生物存在于自然界中。如：叶绿素、血红素、素、VB12等多种生物碱中等多种生物碱中。(三三)光谱性质光谱性质 IR:C-H=30773003cm-1,N-H=35003200 cm-1
6、(在非极性溶剂的稀溶液中，在3495 cm-1，有一尖峰。在浓溶液中则于3400 cm-1,有一尖峰。在浓和淡的中间浓度时，两种谱带都有),杂环CC伸缩振动:16001300 cm-1 （有二至四个谱带）。呋喃：H =7.42ppm H =6.37ppm 噻吩：H =7.30ppm H =7.10ppm 吡咯：H =6.68ppm H =6.22ppm NMR：这些杂环化合物形成封闭的芳香封闭体系，与苯这些杂环化合物形成封闭的芳香封闭体系，与苯环类似，在核磁共振谱上，由于外磁场的作用而诱导出环类似，在核磁共振谱上，由于外磁场的作用而诱导出一个绕环转的环电流，此环电流可产生一个和外界磁场一个绕环
7、转的环电流，此环电流可产生一个和外界磁场方向相反的感应磁场，在环外的质子，处在感应磁场回方向相反的感应磁场，在环外的质子，处在感应磁场回来的磁力线上，和外界磁场方向一致，在去屏蔽区域，来的磁力线上，和外界磁场方向一致，在去屏蔽区域，故环上氢吸收峰移向低场。化学位移一般在故环上氢吸收峰移向低场。化学位移一般在7ppm左右左右。(四四)呋喃，噻吩，吡咯的制备。呋喃，噻吩，吡咯的制备。1.玉米芯，稻糠，花生壳，大麦壳，高粱秆等用玉米芯，稻糠，花生壳，大麦壳，高粱秆等用稀硫稀硫酸酸处理得处理得戊糖戊糖，戊糖失水得，戊糖失水得糠醛糠醛，再在，再在400下加热下加热，同，同时在时在催化剂催化剂ZnO,Cr
8、2O3存在下，存在下，失去一氧化碳失去一氧化碳而得呋喃。而得呋喃。2.工业上制备工业上制备噻吩噻吩是用丁烷，是用丁烷，丁烯或丁二烯与硫磺丁烯或丁二烯与硫磺混合，在混合，在600反应得到：反应得到：3.噻吩噻吩也可用也可用琥珀酸钠盐与五硫化二磷琥珀酸钠盐与五硫化二磷一起加热反应制得：一起加热反应制得：4.4.帕尔帕尔帕尔帕尔-克诺尔（克诺尔（克诺尔（克诺尔（C.Paal-L.KnorrC.Paal-L.Knorr）合成法：）合成法：）合成法：）合成法：1，4-二羰基化合物常在无水的酸性条件下，得到呋喃及其二羰基化合物常在无水的酸性条件下，得到呋喃及其衍生物。衍生物。1，4-二羰基化合物二羰基化合
9、物与与氨或硫氨或硫化合物反应，可制备化合物反应，可制备噻吩，噻吩，吡咯吡咯及它们的衍生物，这个方法称为及它们的衍生物，这个方法称为帕尔帕尔克诺尔合成法克诺尔合成法：5.取代吡咯取代吡咯的另一个一般的合成法，称为的另一个一般的合成法，称为克诺尔合成法克诺尔合成法，即用氨基酮与有即用氨基酮与有亚甲基的酮进行缩合。例如用氨基酮酸亚甲基的酮进行缩合。例如用氨基酮酸酯与酮酸酯或酯与酮酸酯或1，3二酮缩合，氨基酮酸酯由相应的二酮缩合，氨基酮酸酯由相应的羰羰基酯制得。基酯制得。氨基酮 亚甲基酮 上周内容回顾上周内容回顾一分类一分类二亲电取代反应二亲电取代反应1亲电取代反应亲电取代反应由于由于五元环六五元环六
10、电子电子体系，体系，电子出现的电子出现的几率密度几率密度比苯环比苯环大大，故，故亲电取代亲电取代速度比苯速度比苯快快。N电负性电负性3.0,O电负性电负性3.5,S电负性电负性2.4,N、O与碳在与碳在同一周期，同一周期，S在第三周期，其在第三周期，其p轨道与碳的轨道与碳的p轨道轨道重叠较小。重叠较小。亲电基团亲电基团容易进入杂环的容易进入杂环的2，5位位（即（即,位位），若杂环），若杂环的的2，5位已有基团存在，则进入位已有基团存在，则进入3位位。(五五)化学性质化学性质12345 位比较活泼的原因位比较活泼的原因是因为在反应中形成的是因为在反应中形成的中间体正离中间体正离子子有有三个共振式
11、三个共振式参与共振。如果在参与共振。如果在位位发生反应，形成的中发生反应，形成的中间体正离子只有间体正离子只有两个共振式两个共振式参与共振，参与共振，参与共振的共振式愈参与共振的共振式愈多，杂化体愈稳定多，杂化体愈稳定，故在，故在位发生反应的中间体正离子比较位发生反应的中间体正离子比较稳定，稳定的中间体正离子的过渡态能量低，反应速度快。稳定，稳定的中间体正离子的过渡态能量低，反应速度快。因此亲电取代反应容易在因此亲电取代反应容易在位发生。位发生。位比较活泼的原因位比较活泼的原因稳定 呋喃，噻吩，吡咯，遇呋喃，噻吩，吡咯，遇强酸及氧化剂强酸及氧化剂很容易使环破坏，很容易使环破坏，因此进行取代反应
12、须在较温和的条件下进行。因此进行取代反应须在较温和的条件下进行。.(a)卤化卤化 由卤代反应看，由卤代反应看，亲电基团亲电基团主要进入这些杂环的主要进入这些杂环的2位（位（位），位），如果如果2、5两个位置已有基团存在，则进入两个位置已有基团存在，则进入3位（即位（即位）。位）。（b）硝化：呋喃、噻吩、吡咯易被氧化）硝化：呋喃、噻吩、吡咯易被氧化因此一般不用硝酸直接氧化。（条件：因此一般不用硝酸直接氧化。（条件：低温低温）(c)磺化：磺化时也需避免用H2SO4，用吡啶与SO3加成物作为磺化试剂进行反应。（d）付氏酰基化：付氏酰基化：用路易斯酸作催化剂用路易斯酸作催化剂2.加成反应加成反应3.吡
13、咯弱碱性和弱酸性吡咯弱碱性和弱酸性 由结构看，吡咯是环状第二胺，因氮上的由结构看，吡咯是环状第二胺，因氮上的共用电子对共用电子对参参与了与了环的共轭环的共轭。氮原子上的电子云密度降低氮原子上的电子云密度降低，减弱了吸减弱了吸H+能力，使吡咯的碱性极弱能力，使吡咯的碱性极弱，Kb2.510-14，只能很慢地溶解，只能很慢地溶解在冷的稀酸溶液中，稍加热则成在冷的稀酸溶液中，稍加热则成吡咯红吡咯红(吡咯的聚合物吡咯的聚合物)。吡。吡咯氮原子上的氢原子却有咯氮原子上的氢原子却有极弱的酸性极弱的酸性Ka10-15，比醇强，比醇强，较酚弱较酚弱，它能与固体，它能与固体KOH加热成为钾盐：加热成为钾盐：4吡
14、咯的其它反应吡咯的其它反应：吡咯的性质与酚很类似，可发生下列反应吡咯的性质与酚很类似，可发生下列反应：2吡咯甲醛（瑞穆尔梯曼反应）2吡咯甲酸铵盐（柯尔柏反应）二、呋喃，吡咯的衍生物二、呋喃，吡咯的衍生物1糠醛（糠醛（呋喃甲醛）：呋喃甲醛）：糠醛是无色透明液体，糠醛在工业上由农副产物如甘蔗渣，糠醛是无色透明液体，糠醛在工业上由农副产物如甘蔗渣，花生壳，高粱秆，棉子壳等用稀酸加热蒸煮制取。花生壳，高粱秆，棉子壳等用稀酸加热蒸煮制取。（1）糠醛是良好的溶剂）糠醛是良好的溶剂：糠醛常用作精炼石油的溶剂，以溶糠醛常用作精炼石油的溶剂，以溶解含硫物质及环烷等。还可以精制松香，脱除色素，溶解硝酸解含硫物质及
15、环烷等。还可以精制松香，脱除色素，溶解硝酸纤维等。纤维等。（2）催化加氢）催化加氢（3）氧化反应：）氧化反应：（4）歧化反应：（无）歧化反应：（无H的醛）的醛）（5）安息香缩合：）安息香缩合：（6）合成四氢呋喃）合成四氢呋喃2卟啉化合物卟啉化合物：四个吡咯环和四个次甲基交替相连组成的大环，叫卟四个吡咯环和四个次甲基交替相连组成的大环，叫卟吩吩环。含环。含卟吩环卟吩环的化合物称的化合物称卟啉化合物卟啉化合物。卟吩卟吩环碳上氢原子被取代及部分或全部取代后形成的化环碳上氢原子被取代及部分或全部取代后形成的化合物，叫做合物，叫做卟啉卟啉。卟啉化合物卟啉化合物广泛分布于自然界，例如广泛分布于自然界，例如
16、血血红素和叶绿素红素和叶绿素。血红素血红素存在于哺乳动物的红血球中，它与存在于哺乳动物的红血球中，它与蛋白质蛋白质合成为合成为血红蛋白质血红蛋白质。血红蛋白质的功能是运载氧气。血红蛋白质的功能是运载氧气及二氧化碳。及二氧化碳。叶绿素叶绿素与与蛋白质蛋白质结合存在于植物的叶和绿色的茎中。植结合存在于植物的叶和绿色的茎中。植物光合作用时，叶绿素吸收太阳能转变为化学能，是植物物光合作用时，叶绿素吸收太阳能转变为化学能，是植物进行光合作用时必需的进行光合作用时必需的催化剂催化剂。自然界的叶绿素不是一个。自然界的叶绿素不是一个单纯的化合物，而是由两种叶绿素组合而成，即蓝绿色的单纯的化合物，而是由两种叶绿
17、素组合而成，即蓝绿色的叶绿素叶绿素a（熔点：（熔点：117120）和黄绿色的叶绿素）和黄绿色的叶绿素b（熔点：（熔点：120130），两者的比例为：，两者的比例为：3a：4b,叶绿素叶绿素环中含镁。环中含镁。叶绿素叶绿素a已经被合成（已经被合成（1960年）年）叶绿素 a 的结构 维生素维生素B12,是含钴的类似是含钴的类似卟啉环化合物卟啉环化合物。但其卟啉环在。但其卟啉环在位少位少一个碳原子。它具有强的一个碳原子。它具有强的医治贫血医治贫血的功能。的功能。三含有一个杂原子的五元杂环苯并体系三含有一个杂原子的五元杂环苯并体系 苯与呋喃，噻吩，吡咯共用两个碳原子而成的苯并体系，苯与呋喃，噻吩，吡
18、咯共用两个碳原子而成的苯并体系，成为苯并呋喃，苯并噻吩，吲哚：成为苯并呋喃，苯并噻吩，吲哚：这三类化合物中，以这三类化合物中，以吲哚环系吲哚环系比较重要，因此主要对吲哚比较重要，因此主要对吲哚环系进行一些介绍。吲哚本身为线状结晶，具有极臭的气味，环系进行一些介绍。吲哚本身为线状结晶，具有极臭的气味，但在其但在其稀薄时则有香味稀薄时则有香味，可以当作香料用。含吲哚环的生物，可以当作香料用。含吲哚环的生物碱广泛存在于植物中，如麦角碱，马钱子碱，碱广泛存在于植物中，如麦角碱，马钱子碱，利血平等。植利血平等。植物生长调节剂物生长调节剂吲哚乙酸，哺乳动物及人脑中思维活动的重吲哚乙酸，哺乳动物及人脑中思维
19、活动的重要物质要物质5羟基色胺羟基色胺，植物染料靛蓝以及蛋白质组分的色氨酸，植物染料靛蓝以及蛋白质组分的色氨酸都会有吲哚环。都会有吲哚环。1.合成：合成：费歇尔吲哚合成法费歇尔吲哚合成法是吲哚环系一个重要的广泛应用的是吲哚环系一个重要的广泛应用的合成方法，它是用苯腙在酸催化下加热重排消除一分子氨得到合成方法，它是用苯腙在酸催化下加热重排消除一分子氨得到2取代或取代或3取代吲哚衍生物。取代吲哚衍生物。现举例子如下：现举例子如下：2反应：反应：五元杂环与苯并合后，仍具五元杂环与苯并合后，仍具芳香性芳香性，但，但亲电取代亲电取代反反应的应的活泼性比未并合的五元杂环低，比苯高活泼性比未并合的五元杂环低
20、，比苯高，故，故亲电取代反亲电取代反应在应在杂环杂环上进行上进行。这些环系遇。这些环系遇浓硫酸浓硫酸易易树脂化树脂化，需避免在浓，需避免在浓硫酸存在下进行反应：硫酸存在下进行反应：1234576 从上面反应可以看到，这些杂环化合物的从上面反应可以看到，这些杂环化合物的亲电取代反应亲电取代反应主主要发生在要发生在3位。这与反应中间体位。这与反应中间体正离子的稳定性正离子的稳定性有关。亲电试有关。亲电试剂在剂在C2位进攻，带有完整苯环的稳定共振式只有一个；而在位进攻，带有完整苯环的稳定共振式只有一个；而在C3位进攻，带有完整苯环的稳定共振式有两个：位进攻，带有完整苯环的稳定共振式有两个：在C2位进
21、攻：在C3位进攻：（八电子的带正电荷的氮）参与的稳定的共振式愈多，中间体正离子愈稳定。参与的稳定的共振式愈多，中间体正离子愈稳定。四四.含有两个杂原子的五元杂环单环体系：含有两个杂原子的五元杂环单环体系：五元杂环中含有两个杂原子的体系叫五元杂环中含有两个杂原子的体系叫唑（唑（azole），），根据杂根据杂原子在环中的位置不同，又可分为原子在环中的位置不同，又可分为1，2唑与唑与1，3唑两类。唑两类。命名：环中有不同杂原子，按氧，硫，氮顺序编号。使杂原命名：环中有不同杂原子，按氧，硫，氮顺序编号。使杂原子编号最小：子编号最小：1，2唑：1，3唑：噻唑结构噻唑结构一些重要的天然产物集合成药物含有噻
22、唑结构，如：一些重要的天然产物集合成药物含有噻唑结构，如：咪唑结构咪唑结构 它的它的碱性较噻唑强碱性较噻唑强，3位上的氮原子能与氢离子结合，位上的氮原子能与氢离子结合，故与强酸生成稳定的盐。故与强酸生成稳定的盐。它也有它也有微弱的酸性微弱的酸性，像，像吡咯吡咯一样一样NH上的氢原子可被碱金属上的氢原子可被碱金属原子置换而成盐。原子置换而成盐。咪唑有互变异构现象咪唑有互变异构现象，即，即NH上的氢原子可以移至上的氢原子可以移至3位位N原子上。原子上。4甲基咪唑 5甲基咪唑 含咪环的物质广泛存在于自然界中，具有含咪环的物质广泛存在于自然界中，具有生理活性生理活性。由。由于含咪唑环的化合物具有突出的
23、生理活性，有的已被用作于含咪唑环的化合物具有突出的生理活性，有的已被用作杀菌剂杀菌剂。第三节第三节六元杂环化合物六元杂环化合物 六元杂环里最重要的是六元杂环里最重要的是吡啶和嘧啶吡啶和嘧啶，它们的衍生物广，它们的衍生物广泛存在于自然界，许多药物中也含有这两种杂环。泛存在于自然界，许多药物中也含有这两种杂环。.吡啶吡啶吡啶吡啶.吡啶的来源和制法吡啶的来源和制法：（）来源：苯环的一个苯环的一个CH换成一个换成一个氮氮原子就是吡啶。吡啶环广泛存在于原子就是吡啶。吡啶环广泛存在于生物碱中，在生物碱中，在煤焦油和岩页油煤焦油和岩页油中也能分离得到吡啶和许多简单中也能分离得到吡啶和许多简单的烷基吡啶：的烷
24、基吡啶：（）吡啶环系的合成：最重要的吡啶同系物的合成方法是最重要的吡啶同系物的合成方法是韩奇韩奇（A.Hantzsch）合成法）合成法，是用两分子的，是用两分子的羰基酸酯（如羰基酸酯（如乙酰乙酸乙酯），一分子的醛和一分子的氨发生缩合反应，乙酰乙酸乙酯），一分子的醛和一分子的氨发生缩合反应，先生成，先生成，-二氢吡啶衍生物，再氧化而成吡啶环。二氢吡啶衍生物，再氧化而成吡啶环。利用不同的醛及利用不同的醛及羧酸酯即产生各种不同取代的吡啶。羧酸酯即产生各种不同取代的吡啶。2.吡啶结构吡啶结构与苯相似。六元环状结构，由五个与苯相似。六元环状结构，由五个C一个一个N原子组成的。原子组成的。环中中5个个C原
25、子原子1个个N原子是以原子是以SP2杂化状态成链，每个原杂化状态成链，每个原子上有一个子上有一个P轨道。轨道。P轨道中有一个轨道中有一个P电子。电子。6个个P电子形成电子形成闭环共轭体系，具有芳香性。闭环共轭体系，具有芳香性。N原子上还有一对电子在另原子上还有一对电子在另一个一个SP2杂化轨道上，未参与成键杂化轨道上，未参与成键,可以与质子结合，具有可以与质子结合，具有碱性。碱性。电子出现的几率密度：3.吡啶碱性吡啶碱性弱碱弱碱,环上如有给电子基团，则可使碱性增强.上周内容回顾上周内容回顾一、由于五元环六一、由于五元环六电子体系，电子体系，电子出现的几率密度比苯环电子出现的几率密度比苯环大，故
26、亲电取代速度比苯快。大，故亲电取代速度比苯快。二、的电子结构比较的电子结构比较几率密度比苯大几率密度比苯大几率密度比苯小几率密度比苯小3.吡啶环系的反应吡啶环系的反应：（1）与亲电试剂的反应与亲电试剂的反应 吡啶环系与亲电试剂可以在吡啶环系与亲电试剂可以在氮原子氮原子上发生反应，也可以在上发生反应，也可以在碳碳原子原子上发生反应。上发生反应。A在氮上发生反应在氮上发生反应：吡啶是一个三级胺，很像三级脂肪胺，具有碱性，能与亲吡啶是一个三级胺，很像三级脂肪胺，具有碱性，能与亲电试剂发生反应。由于氮原子用电试剂发生反应。由于氮原子用s2杂化轨道进行反应，成杂化轨道进行反应，成分较多（与分较多（与s3
27、杂化轨道比较），靠近核，是较弱的碱，杂化轨道比较），靠近核，是较弱的碱，环上环上如有给电子基团，则可使碱性增强如有给电子基团，则可使碱性增强：pKa 5.17 5.97 酸性弱，其共轭碱的碱性强 如用非质子的硝化试剂，磺化试剂，卤代烷，酰氯与吡啶如用非质子的硝化试剂，磺化试剂，卤代烷，酰氯与吡啶环进行反应，形成相应的吡啶盐。如：环进行反应，形成相应的吡啶盐。如：这些四级铵盐是很好的固体，是温和的硝化，磺化，烷基化，这些四级铵盐是很好的固体，是温和的硝化，磺化，烷基化，酰基化试剂。在硝酸，硫酸中不稳定的化合物，可用此磺化，硝酰基化试剂。在硝酸，硫酸中不稳定的化合物，可用此磺化，硝化等。化等。N氨
28、基吡啶季铵盐与碱作用时生成吡啶叶立德。由于氨基吡啶季铵盐与碱作用时生成吡啶叶立德。由于N烷基吡啶季铵盐的氮原子是正性，烷基吡啶季铵盐的氮原子是正性，N烷基中与烷基中与N结合的亚甲结合的亚甲基，特别活泼，它与碱作用生成的碳负离子称为基，特别活泼，它与碱作用生成的碳负离子称为吡啶叶立德吡啶叶立德。吡啶叶立德主要用在合成上，是个吡啶叶立德主要用在合成上，是个亲核试剂亲核试剂。对于许多在硫。对于许多在硫酸或硝酸中不稳定的化合物就用这个方法磺化，硝化。酸或硝酸中不稳定的化合物就用这个方法磺化，硝化。B.碳上发生取代反应碳上发生取代反应 吡啶环可以发生吡啶环可以发生亲电取代反应亲电取代反应，与苯比较，与苯
29、比较，亲电取代反应亲电取代反应性不如苯环性不如苯环，反应不顺利。磺化，硝化等反应只能在，反应不顺利。磺化，硝化等反应只能在极强的条极强的条件下进行，而且产率很低件下进行，而且产率很低，环上如有给电子基团，能增进吡啶，环上如有给电子基团，能增进吡啶环的反应性。环的反应性。吡啶环不能发生傅氏反应吡啶环不能发生傅氏反应：硝化硝化磺化磺化 吡啶如用浓硫酸或发烟硫酸磺化，在吡啶如用浓硫酸或发烟硫酸磺化，在320长时间反应，产长时间反应，产率很低，必须在催化剂硫酸汞存在下，产率才较好。率很低，必须在催化剂硫酸汞存在下，产率才较好。c卤化卤化d吡啶环不能发生傅氏反应吡啶环不能发生傅氏反应 吡啶的亲电取代反应
30、都发生在吡啶的亲电取代反应都发生在位。位。，位不发生反应。位不发生反应。这也可用中间体这也可用中间体正离子的稳定性正离子的稳定性来加以说明：来加以说明：在在2位进攻：位进攻：在在3位进攻：位进攻：在在4位进攻：位进攻：如亲电试剂在如亲电试剂在C2,C4位进攻，有特别不稳定的共振式，因有一位进攻，有特别不稳定的共振式，因有一个共振式正电荷位于氮原子上；如在个共振式正电荷位于氮原子上；如在C3（或（或C5）位进攻，没有）位进攻，没有特别不稳定的共振式，比较稳定，因此反应容易在特别不稳定的共振式，比较稳定，因此反应容易在C3（或（或C5）上发生。上发生。（2）与亲核试剂的反应：）与亲核试剂的反应：吡
31、啶环由于电子出现的几率密度低，易进行亲核取代：如两个如两个位都有取代基，则发生在位都有取代基，则发生在位。吡啶环的亲核取代反位。吡啶环的亲核取代反应在应在，位进行，这也与形成负离子的稳定性有关。位进行，这也与形成负离子的稳定性有关。在在C2位进攻：位进攻：在C3位进攻：在C4位进攻：由于由于氮电负性很强氮电负性很强，如亲核试剂在，如亲核试剂在位或位或位进攻，有负电位进攻，有负电荷在氮上的共振式参与共振，比较稳定，在荷在氮上的共振式参与共振，比较稳定，在位进攻，共振式位进攻，共振式的负电荷均在碳上，比较不稳定，因此的负电荷均在碳上，比较不稳定，因此反应容易在反应容易在位或位或位位发生，这可能是发
32、生，这可能是氮在氮在位诱导效应较强位诱导效应较强的缘故。的缘故。（3）与氧化剂反应）与氧化剂反应 吡啶环一般来说吡啶环一般来说对氧化剂是稳定对氧化剂是稳定的。在酸性氧化剂中吡的。在酸性氧化剂中吡啶较苯环稳定。烷基吡啶可氧化成吡啶羧酸：啶较苯环稳定。烷基吡啶可氧化成吡啶羧酸：烟酸 吡啶环之所以稳定吡啶环之所以稳定，是因为氮原子电负性大，是因为氮原子电负性大，环上的环上的电子电子云向氮偏移云向氮偏移，使环上的，使环上的五个碳原子的五个碳原子的电子出现的几率密度降电子出现的几率密度降低低，而在酸性溶液中，杂氮原子与氢离子结合成为氮正离子，而在酸性溶液中，杂氮原子与氢离子结合成为氮正离子，环的碳原子上
33、的电子出现的几率密度降得更低，环的碳原子上的电子出现的几率密度降得更低，整个体系与苯整个体系与苯相比为缺电子体系相比为缺电子体系,不易给出电子（不易给出电子（不易被氧化不易被氧化），故），故对氧化对氧化作用较苯环稳定作用较苯环稳定。吡啶与过氧酸或过氧化氢的醋酸溶液氧化成。吡啶与过氧酸或过氧化氢的醋酸溶液氧化成氧化物：氧化物：N氧化物是有机合成的重要中间体。可以改变吡啶亲电取氧化物是有机合成的重要中间体。可以改变吡啶亲电取代反应的位置，容易发生在代反应的位置，容易发生在4位取代。位取代。氧原子可由氧原子可由PCl3除去，这就成为合成除去，这就成为合成4取代吡啶的方法：取代吡啶的方法：（4）还原反
34、应还原反应 吡啶环由于吡啶环由于电子出现的几率密度低电子出现的几率密度低，容易得电子容易得电子，对还原，对还原剂则比苯环活泼。剂则比苯环活泼。（5）侧链）侧链H的反应的反应 在吡啶环在吡啶环，位的甲基与甲基酮的甲基类似，在位的甲基与甲基酮的甲基类似，在碱存在下碱存在下氢易失去氢易失去，与卤代烃，醛，酮发生，与卤代烃，醛，酮发生亲核反应亲核反应。如：。如：喹啉存在于煤焦油中。有些生物碱（如金鸡钠生物碱类）喹啉存在于煤焦油中。有些生物碱（如金鸡钠生物碱类）具有喹啉杂环的结构。喹啉为无色油状液体，放置时逐渐变橙具有喹啉杂环的结构。喹啉为无色油状液体，放置时逐渐变橙黄色，能与大多数有机溶剂混合，对水溶
35、解度很小。是一个高黄色，能与大多数有机溶剂混合，对水溶解度很小。是一个高沸点（沸点（238）溶剂。它的碱性较吡啶稍弱。）溶剂。它的碱性较吡啶稍弱。1.亲电取代亲电取代 由于由于吡啶较难进行亲电取代吡啶较难进行亲电取代，故喹啉环，故喹啉环亲电取代亲电取代主要发生在主要发生在苯环（苯环（5或或8位）；位）；二、喹啉二、喹啉(一一)化学性质化学性质2.亲核取代亲核取代 亲核取代亲核取代则主要发生在则主要发生在吡啶环吡啶环C2位位，C4位较少。位较少。比比吡啶容易进行吡啶容易进行。同样可以从同样可以从中间体负离子的稳定性中间体负离子的稳定性来解释，亲核试剂在喹来解释，亲核试剂在喹啉的啉的C2及及C4位
36、进攻，破坏了吡啶环的芳香体系，但保留着完整位进攻，破坏了吡啶环的芳香体系，但保留着完整的苯环，这些共振式较稳定。的苯环，这些共振式较稳定。3还原还原 反应条件不同，产物也不同。反应条件不同，产物也不同。4氧化氧化小结：小结：必须特别注意的问题必须特别注意的问题杂环化合物发生亲电取代、亲核取代、氧化反应、还原杂环化合物发生亲电取代、亲核取代、氧化反应、还原反应时，一定要先弄清楚哪个位置电子密度大，哪个位置反应时，一定要先弄清楚哪个位置电子密度大，哪个位置电子密度小；电子密度小；与苯相比，哪个环为缺电子体系；哪个环为与苯相比，哪个环为缺电子体系；哪个环为多电子体系。多电子体系。（1）斯克劳普（）斯
37、克劳普（Z.H.Skraup）合成法）合成法 是合成喹啉及其衍生物最重要的方法，是用苯胺是合成喹啉及其衍生物最重要的方法，是用苯胺（或其他芳胺），甘油，硫酸和硝基苯（相应于所用（或其他芳胺），甘油，硫酸和硝基苯（相应于所用芳胺）等氧化剂一起作用下发生反应。反应的第一步芳胺）等氧化剂一起作用下发生反应。反应的第一步是甘油受到硫酸的作用失水而成丙烯醛，其次是丙烯是甘油受到硫酸的作用失水而成丙烯醛，其次是丙烯醛与苯胺发生迈克尔型加成作用生成醛与苯胺发生迈克尔型加成作用生成苯胺基丙醛，苯胺基丙醛，然后通过醛的烯醇式在酸的催化下发生失水作用，关然后通过醛的烯醇式在酸的催化下发生失水作用，关环生成二氢化喹
38、啉，二氢化喹啉受到硝基苯氧化作用，环生成二氢化喹啉，二氢化喹啉受到硝基苯氧化作用，失去一分子氢芳构化，就得喹啉。此反应实际上一步失去一分子氢芳构化，就得喹啉。此反应实际上一步完成，产率很高：完成，产率很高：（二）喹啉的合成（二）喹啉的合成（二）喹啉的合成（二）喹啉的合成其反应过程是 如苯胺环间位有如苯胺环间位有给电子基团给电子基团，主要在给电子基团对位关环，主要在给电子基团对位关环，得得7取代喹啉，如苯胺环上间位有吸电子基团，主要在吸电取代喹啉，如苯胺环上间位有吸电子基团，主要在吸电子基团的邻位关环，得子基团的邻位关环，得5取代喹啉。取代喹啉。（2）其它方法）其它方法三三三三.嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶
39、 含有两个氮原子的六含有两个氮原子的六元杂环，嘧啶的衍生物广元杂环，嘧啶的衍生物广泛的存在于自然界。如核泛的存在于自然界。如核酸中含尿嘧啶、酸中含尿嘧啶、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶、胞嘧啶。胞嘧啶。尿嘧啶、胸腺嘧啶、胞嘧啶 另外，另外，VB1合成的磺胺嘧啶物也含有嘧啶环这种结构合成的磺胺嘧啶物也含有嘧啶环这种结构。四四四四.嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤 嘌呤可看作是有一个嘧啶嘌呤可看作是有一个嘧啶环和一个咪唑环共用两个碳原环和一个咪唑环共用两个碳原子稠并而成，它是无色结晶，子稠并而成，它是无色结晶，熔点熔点216217,易溶于水，易溶于水，其水溶液呈中性，但却能与酸其水溶液呈中性，但却能与酸或碱共成盐。或碱共成盐
40、。嘌呤是两个互变异构体形成的平衡体系。嘌呤的衍生物广泛存在于动植物体中嘌呤的衍生物广泛存在于动植物体中。五、其它五、其它1.尿酸：尿酸：存在于鸟类及爬虫类的排泄物中。存在于鸟类及爬虫类的排泄物中。2黄嘌呤：黄嘌呤：存在于茶叶及动植物组织和人尿中。3咖啡碱咖啡碱茶碱和可可碱：都是黄嘌呤的甲基衍生物。存在于茶茶碱和可可碱：都是黄嘌呤的甲基衍生物。存在于茶叶，咖啡，和可可中，它们有兴奋中枢作用。叶，咖啡，和可可中，它们有兴奋中枢作用。4腺嘌呤和鸟嘌呤：腺嘌呤和鸟嘌呤：是决定生命的遗传及合成蛋白质的物质。核酸中存在的嘌是决定生命的遗传及合成蛋白质的物质。核酸中存在的嘌呤环系是腺嘌呤与鸟嘌呤呤环系是腺嘌
41、呤与鸟嘌呤。第四节第四节生物碱生物碱 生物碱是一类存在于生物体内，对任何动物有强烈生理作生物碱是一类存在于生物体内，对任何动物有强烈生理作用的含氮碱性有机化合物，如烟叶中的主要生物碱组分是用的含氮碱性有机化合物，如烟叶中的主要生物碱组分是 ）。生物碱在植物体内常于 有机酸（果酸，柠檬酸，草酸，琥珀酸，醋酸，丙酸等）结合成有机酸（果酸，柠檬酸，草酸，琥珀酸，醋酸，丙酸等）结合成盐而存在，也有和无机酸（磷酸，硫酸，盐酸）结合的。中草药治盐而存在，也有和无机酸（磷酸，硫酸，盐酸）结合的。中草药治病有效成分有生物碱，苷等。生物碱的研究促进有机合成药物的发病有效成分有生物碱，苷等。生物碱的研究促进有机合
42、成药物的发展，为合成新药提供线索，如古柯碱化学的研究导致局部麻醉剂普展，为合成新药提供线索，如古柯碱化学的研究导致局部麻醉剂普鲁卡因的合成。鲁卡因的合成。尼古丁（古柯碱 古柯碱具有局部麻醉的效能，上面结构式中虚线部分代表古柯碱具有局部麻醉的效能，上面结构式中虚线部分代表有效部分。但古柯碱毒性大，具有易产生毒瘾等缺点，于是进有效部分。但古柯碱毒性大，具有易产生毒瘾等缺点，于是进行代用品的研究，药学家合成出许多比古柯碱分子简单而更有行代用品的研究，药学家合成出许多比古柯碱分子简单而更有效的麻醉药，普鲁卡因等，它是良好的局部麻醉药。效的麻醉药，普鲁卡因等，它是良好的局部麻醉药。同时归纳出局部麻醉药具
43、有下式的基本结构：.生物碱的一般性质生物碱的一般性质 1.游离生物碱物理性质游离生物碱物理性质：一般是无色固体结晶，有色的很少（黄连素黄色），液体也很少（烟碱为液体），有苦味。分子中含有手征碳原子，具有旋光作用，如天然烟碱（尼古丁）是左旋的。能溶于氯仿，乙醇，醚等有机溶剂，多半不溶或难溶于水。能与无机酸或有机酸结合成盐。这种盐一般易溶于水。2.化学性质：化学性质：（1）生物碱的沉淀反应：生物碱的中性或酸性水溶液与一些试剂（如10%苦味酸）能发生沉淀。（2）生物碱的颜色反应：生物碱与一些浓酸能呈现出各种颜色，其颜色随各种生物碱而各有特征。二生物碱的提取方法：二生物碱的提取方法：二生物碱的提取方法：二生物碱的提取方法：1.有机溶剂提取法(略)2稀酸提取法(略)三三.生物碱结构的化学测定生物碱结构的化学测定化学方法通常是先测定其分子式和所含官能团，然后通过降解反应使之成为一些结构的碎片，推测出可能的结构式。最后用可靠的合成方法加以验证。