第四章含氧五员杂环及其稠环体系.ppt

第四章第四章含氧五员杂环及其稠环体系  §§4 4 含氧五员杂环及其稠环体系含氧五员杂环及其稠环体系 §4.1 五元杂环的简介五元杂环的简介§4.2 呋喃呋喃 §结构和物理性质结构和物理性质 §化学性质和反应化学性质和反应 §合成方法合成方法 §4.3 苯并呋喃苯并呋喃 §4.4 四氢呋喃四氢呋喃 第四章 含氧五元杂环及稠环体系3五元杂环五元杂环呋喃呋喃噻吩噻吩吡咯吡咯噁唑噁唑噻唑噻唑咪唑咪唑吡唑吡唑§4.1 五元五元杂环的的简介介§4.1.1 五元杂环的命名五元杂环的命名第四章 含氧五元杂环及稠环体系4五元杂环苯并体系五元杂环苯并体系苯并呋喃苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯苯并吡咯吲哚吲哚 (indole)第四章 含氧五元杂环及稠环体系5§4.1.2 五元五元杂环的的结构构呋呋喃、喃、噻噻吩、吡咯的吩、吡咯的结结构构呋喃呋喃呋喃呋喃 噻吩噻吩噻吩噻吩 吡咯吡咯吡咯吡咯 呋喃、噻吩、吡咯呋喃、噻吩、吡咯ππ电子数符合休克尔规则（电子数符合休克尔规则（4 4n n+2+2），因此具有芳香性），因此具有芳香性。

........ .........第四章 含氧五元杂环及稠环体系6呋喃呋喃第四章 含氧五元杂环及稠环体系7噻吩噻吩第四章 含氧五元杂环及稠环体系8吡咯吡咯第四章 含氧五元杂环及稠环体系9l在在呋呋喃喃、、噻噻吩吩、、吡吡咯咯分分子子中中，，是是由由5 5个个原原子子，，6 6个个ππ电电子子组组成成的的共共轭轭体体系系，，使使环环上上碳碳原原子子的的电电子子云云密密度度增增加加，，所以称为所以称为富电子芳杂环富电子芳杂环或或多多ππ电子芳杂环电子芳杂环 进行亲电取代反应比苯和吡啶容易进行亲电取代反应比苯和吡啶容易 l吡吡咯咯分分子子中中的的氮氮原原子子上上连连有有一一个个氢氢原原子子，，由由于于氮氮原原子子的的p p电电子子参参与与了了环环上上共共轭轭，，降降低低了了对对这这个个氢氢原原子子的的吸吸引力，使得氢原子变得比较活泼，具有引力，使得氢原子变得比较活泼，具有弱酸性弱酸性 第四章 含氧五元杂环及稠环体系10 由此可见，苯分子中的键长完全平均化，而五元杂环化由此可见，苯分子中的键长完全平均化，而五元杂环化合物分子中的键长只是有一定程度的平均化。

因此，五元合物分子中的键长只是有一定程度的平均化因此，五元杂环化合物的芳香性比苯差杂环化合物的芳香性比苯差第四章 含氧五元杂环及稠环体系11离域能：离域能： 150.5 117 88 67 kJ / mol芳香性次序是：芳香性次序是：l稳定性不如苯环；稳定性不如苯环；呋喃和吡咯在强质子酸环境中，都容易开环呋喃和吡咯在强质子酸环境中，都容易开环第四章 含氧五元杂环及稠环体系12 五元杂环化合物具有芳香性的另一个标志就是环上的五元杂环化合物具有芳香性的另一个标志就是环上的氢受离域电子环流的影响，其核磁共振信号都出现在低场氢受离域电子环流的影响，其核磁共振信号都出现在低场区α- H 由于受杂原子吸电子诱导效应的影响，其由于受杂原子吸电子诱导效应的影响，其δ值较值较大第四章 含氧五元杂环及稠环体系13五元杂环化合物的化学性质五元杂环化合物的化学性质 l呋喃、吡咯和噻吩容易进行亲电取代反应呋喃、吡咯和噻吩容易进行亲电取代反应l它们的亲电取代反应都比苯活泼它们的亲电取代反应都比苯活泼(吡咯吡咯>呋喃呋喃>噻噻吩吩>苯苯)，其活泼性同苯酚、苯胺相似。

其活泼性同苯酚、苯胺相似l由于它们的高度活泼性以及呋喃和吡咯对于无机由于它们的高度活泼性以及呋喃和吡咯对于无机强酸的敏感性，其亲电取代反应需要比较温和的强酸的敏感性，其亲电取代反应需要比较温和的条件4.2 呋喃喃§§4.2.1 结构和物理性质结构和物理性质 l所有原子都在一个平面上，形成一个略微变形所有原子都在一个平面上，形成一个略微变形的正五角形的正五角形l四氢呋喃的偶极矩为四氢呋喃的偶极矩为1. 75 D，而呋喃只有，而呋喃只有0.75 D,说明呋喃环上氧的负电荷远不如四氢呋说明呋喃环上氧的负电荷远不如四氢呋喃的氧，在组成大喃的氧，在组成大 键时它确实失去部分负电键时它确实失去部分负电荷 第四章 含氧五元杂环及稠环体系15l呋喃环碳净得到一些负电荷呋喃环碳净得到一些负电荷,a-碳比碳比β-碳略多这可解碳略多这可解释呋喃易发生亲电反应，释呋喃易发生亲电反应，a-位又易于位又易于β-位 第四章 含氧五元杂环及稠环体系16l呋喃环中单双键的这种平均化程度还是较呋喃环中单双键的这种平均化程度还是较小的，小的，2-3和和4-5间还较接近双键事实上，间还较接近双键事实上，呋喃环有明显的共轭双烯的化学性质。

呋喃环有明显的共轭双烯的化学性质第四章 含氧五元杂环及稠环体系171.亲电取代反应 呋喃发生亲电取代反应的速度要比苯快原因如下: ①呋喃的共振能比苯低； ②呋喃环上每个原子的电子密度大于1，而苯环上每个原子的电子密度等于1 §化学性质和反应化学性质和反应第四章 含氧五元杂环及稠环体系18§化学性化学性质和反和反应 呋喃很容易发生卤化反应，而且往往得到多卤呋喃很容易发生卤化反应，而且往往得到多卤化物呋喃在温和条件下化物呋喃在温和条件下( (如溶剂稀释及低温如溶剂稀释及低温) )反应反应可得一卤代产物；可得一卤代产物；(1) (1) 卤化卤化第四章 含氧五元杂环及稠环体系19(2) 硝化硝化呋喃通常用较温和的硝化试剂－硝酸乙酰酯在低温下进呋喃通常用较温和的硝化试剂－硝酸乙酰酯在低温下进行反应；行反应；呋喃在此反应中先生成稳定或不稳定的呋喃在此反应中先生成稳定或不稳定的2,5-2,5-加成产物加成产物, ,然后加热或用吡啶除去乙酸然后加热或用吡啶除去乙酸, ,得硝化产物得硝化产物第四章 含氧五元杂环及稠环体系20(3)(3)磺化磺化呋喃常用较温和的磺化试剂－吡啶与三氧化硫呋喃常用较温和的磺化试剂－吡啶与三氧化硫加合物进行反应加合物进行反应第四章 含氧五元杂环及稠环体系21(4) 酰化酰化呋呋喃喃可可用用酸酸酐酐或或酰酰氯氯在在傅傅- -克克催催化化剂剂作作用用下下发发生生酰酰化反应；化反应；第四章 含氧五元杂环及稠环体系222. 金属化反应金属化反应 正丁基锂的己烷溶液可使呋喃正丁基锂的己烷溶液可使呋喃2-位金属化。

位金属化第四章 含氧五元杂环及稠环体系233. 加成反应加成反应催化氢化催化氢化呋喃较易氢化呋喃较易氢化,生成四氢呋喃；呋喃可用一般催化生成四氢呋喃；呋喃可用一般催化剂THF第四章 含氧五元杂环及稠环体系241,4-加成反应加成反应 在某些加成反应中，呋喃的性质类似于在某些加成反应中，呋喃的性质类似于1,3一二烯一二烯烃如呋喃的甲醇溶液在乙酸钾存在下和溴发生烃如呋喃的甲醇溶液在乙酸钾存在下和溴发生1,4-加成反应，生成加成反应，生成2，，5-二甲氧基二甲氧基-2，，5-二氢呋喃二氢呋喃第四章 含氧五元杂环及稠环体系25Diels-Alder加成反应加成反应 呋喃和马来酸酐能发生呋喃和马来酸酐能发生Diels-Alder加成反应，加成反应，进一步表明呋喃和进一步表明呋喃和1,3一丁二烯的性质类似一丁二烯的性质类似第四章 含氧五元杂环及稠环体系26第四章 含氧五元杂环及稠环体系274.开环反应开环反应 呋喃在质子酸的作用下，在呋喃在质子酸的作用下，在2-位而不是在氧原位而不是在氧原子上发生质子化子上发生质子化1,4-二碳基衍生物二碳基衍生物—2,5-己二酮第四章 含氧五元杂环及稠环体系28§§4.2.3 4.2.3 合成方法合成方法第四章 含氧五元杂环及稠环体系29 在酸碱平衡中，酸加到在酸碱平衡中，酸加到1,4-1,4-二羰基体系二羰基体系1313中的一个中的一个羰基上，使第羰基上，使第2 2个羰基能与其发生分子内亲核反应形个羰基能与其发生分子内亲核反应形成成1414；最后，在酸催化下，发生；最后，在酸催化下，发生β-β-消除反应。

消除反应1. 1,4-1,4-二羰基化合物二羰基化合物 （（Paal-KnorrPaal-Knorr反应）反应）第四章 含氧五元杂环及稠环体系302. Feist-BenaryFeist-Benary合成合成 a-a-卤代羰基化合物和卤代羰基化合物和β-β-酮羧酸酯发生环缩酮羧酸酯发生环缩合反应生成合反应生成3-3-呋喃酸 第四章 含氧五元杂环及稠环体系31l环状的1，3-二酮也可以与α-卤代碳基化合物反应生成呋喃衍生物 第四章 含氧五元杂环及稠环体系32lC烷基化(Paal-Knorr反应)和羟醛缩合(Feist-Benary反应)之间的竞争 第四章 含氧五元杂环及稠环体系333.3.噁唑环与活泼的炔烃进行噁唑环与活泼的炔烃进行Diels-AlderDiels-Alder反应反应 4-4-甲基一甲基一1 1 ，，3 - 3 - 噁唑噁唑(20)(20)和丁炔二酸二甲酯反应，和丁炔二酸二甲酯反应，经过不易分离的中间体经过不易分离的中间体2121，生成呋喃，生成呋喃-3-3，，4 4一二羧酸酯一二羧酸酯(22)(22) 第一步是第一步是〔〔4+24+2〕〕环合反应，第二步是环合反应，第二步是[4[4十十2]2]开环反应开环反应。

第四章 含氧五元杂环及稠环体系344.3 4.3 苯并呋喃苯并呋喃结构和物理性质结构和物理性质第四章 含氧五元杂环及稠环体系35l由于与苯环稠合，苯并呋喃比呋喃稳定得多l苯并呋喃环仍然是富电子芳香环，以与亲电试剂反应为特征l苯并呋喃与亲电试剂反应时，主要发生在a-位 l但2,3位上仍有较明显的双键性质，容易发生加成反应 第四章 含氧五元杂环及稠环体系364.3.2 4.3.2 苯并苯并呋喃的化学性喃的化学性质1.亲电加成反应（1）硝化 苯并呋喃可直接用硝酸硝化得2-硝基苯并呋喃，同时产生少量的5-硝基苯并呋喃如如α-α-位已被其他基团所占，则反应发生在位已被其他基团所占，则反应发生在β-β-位第四章 含氧五元杂环及稠环体系37(2) 在Vilsmeier甲酰化条件下，生成苯并糠醛;第四章 含氧五元杂环及稠环体系382. [2+2]2. [2+2]环加成反加成反应 和呋喃不同的是，由于苯并呋喃中的苯环有很高的共振能，因而不会发生【4+2】环加成反应l与丁炔二酸二甲酯反应生成环丁烯衍生物第四章 含氧五元杂环及稠环体系39l在-78℃时，2,3-二甲基苯并呋喃经光氧化生成二氧杂环丁烷衍生物，该衍生物在室温下可异构化成2一乙酰氧基苯乙酮。

第四章 含氧五元杂环及稠环体系40苯并苯并呋喃的制喃的制备方法方法1.苯并[b]呋喃最早是由从香豆素制得的； 反应中间体3,4-二溴-3，4-二氢香豆素在KOH作用下生成苯并[b]呋喃的反应叫Perkin重排反应l苯并苯并[b][b]呋喃曾经叫香豆酮呋喃曾经叫香豆酮 第四章 含氧五元杂环及稠环体系41由香豆素溴化后经开环再成环为苯并呋喃环第四章 含氧五元杂环及稠环体系422.苯并[b]呋喃也可由苯酚盐和卤代酮反应，然后在H2SO4、多聚磷酸或分子筛作用下发生环化脱水而生成:第四章 含氧五元杂环及稠环体系433.在PdI2/硫脲/ CBr4共催化体系作用下，(邻-羟基芳基)乙炔可环化生成过渡金属中间体3,3在甲醇中羰基化生成苯并[b]呋喃-3-羧酸酯第四章 含氧五元杂环及稠环体系444.4 4.4 四氢呋喃四氢呋喃结构和物理性质结构和物理性质l四氢呋喃中四氢呋喃中C-OC-O及及C-CC-C间的键长为分别间的键长为分别142.8pm142.8pm和和153.5pm153.5pm，这些数值与二烷基醚中相应的键，这些数值与二烷基醚中相应的键长接近 第四章 含氧五元杂环及稠环体系45四氢呋喃的氢原子和碳原子的核磁共振化学位移如下所示:第四章 含氧五元杂环及稠环体系46l上述数值符合典型的二烷基醚结构，而与呋喃的数值明显不同。

l与氧杂环丁烷相似，四氢呋喃可以发生亲核开环反应第四章 含氧五元杂环及稠环体系474.4.2 4.4.2 四四氢呋喃的化学反喃的化学反应1.四氢呋喃与盐酸一块加热得到4-氯丁基-1-醇第四章 含氧五元杂环及稠环体系482.烷基锂，如正丁基锂也会导致开环 首先，形成四氢呋喃-2-锂，它在室温下会通过逆[3+2]环合过程缓慢分解，生成乙烯和乙醛的烯醇锂:第四章 含氧五元杂环及稠环体系49四四氢呋喃的制喃的制备方法方法1.合成四氢呋喃衍生物的最简单方法是1,4-二醇脱水第四章 含氧五元杂环及稠环体系502.另一种合成四氢呋喃衍生物的方法是γ，δ-不饱和醇的关环第四章 含氧五元杂环及稠环体系51三、四章作三、四章作业1.以环庚烯(X)为起始原料依次发生下列反应：（1）X与间氯过氧苯甲酸发生反应，生成A;（2）A与C6H5SH在六氟异丙醇(溶剂)中发生反应生成B(立体化学); 写出反应方程式及A,B结构；第四章 含氧五元杂环及稠环体系522. 通过Corey合成法合成写出化学结构式及合理的反应机理第四章 含氧五元杂环及稠环体系533.由 合成 ，写出化学反应式和反应机理；第四章 含氧五元杂环及稠环体系544. 苯甲醛与苯乙烯在光照下发生环化反应，发生了什么反应?讨论在该光环化反应中的立体化学及立体化学控制。