17杂环化合物（二）

考研有机化学《杂环化合物》（二）思维导图，希望可以帮助大家梳理有机化学。

17杂环化合物（二）

• 唑
  • 结构
    • 都含有一个吡啶N和一个p轨道上有孤对电子的O、S或吡咯N。也是五原子六电子体系
  • 亲电取代反应
    • 反应活性比较
      • 唑是五原子六电子芳香体系，比苯环电子密度高，因此比苯容易发生亲电取代反应。但由于唑性吡啶N的吸电子作用，其电子云密度小于呋喃、噻吩、吡咯，亲电反应活性小于呋喃、噻吩、吡咯
    • 反应式
      • 硝化
      • 卤化
      • 磺化
      • 烷基化
        • 唑中吡啶N的碱性大，一般烷基化总是在吡啶N上发生
        • 咪唑中的吡啶N能与吡咯N互变，因此可以形成二烷基化产物
      • 酰基化
        • 与烷基化类似，反应发生在吡啶N上。由于酰基的吸电子作用，可以停留在一元阶段
    • 定位效应
      • 中间体共振式稳定性判断法
        • 1，2–唑的亲电取代主要在C－4位发生
          • 因为亲电试剂在C－3位和C－5进攻时，生成的中间体有正电荷位于吡啶N上的共振式，特别不稳定。
        • 1，3–唑的亲电取代主要在C－4，C－5位发生
          • 因为亲电试剂在C－2位进攻时，生成的中间体有正电荷位于吡啶N上的共振式，特别不稳定
• 二嗪
  • 结构
    • 二嗪含有两个吡啶N，电子云密度更低，更难发生亲电取代反应。在吡啶N的邻对位同样能发生亲核取代反应
  • 亲电取代反应
    • 二嗪亲电取代反应活性低。反应主要发生在吡啶N的间位
  • 亲核取代反应
    • 与吡啶类似，二嗪吡啶N的邻对位也能发生芳香亲核取代反应
  • 氧化反应
    • 与吡啶类似，二嗪的吡啶N也能被过酸氧化成N－氧化物。生成的N－氧化物也能进行亲电取代和亲核取代反应。
  • 侧链α－H的反应
    • 与吡啶相似，二嗪的吡啶N的邻对位烷基的α－H也很活泼，可以发生缩合、烷基化等反应
• 苯并呋喃、苯并噻吩、吲哚
  • 结构
    • 杂环中的杂原子与呋喃、噻吩、吡咯中的杂原子相似，也是有一对孤对电子在P轨道，因此是有10个π电子的共轭体系，具有芳香性。杂原子电子云密度比苯环大，因此亲核取代反应在杂环发生
  • 亲电取代反应
    • 杂环电子云密度比苯环大，亲电取代反应在杂环发生。
    • 定位效应
      • 中间体共振式稳定性判断法
        • 对于吲哚和苯并噻吩：在3位进攻时，生成的中间体中带有完整苯环的有两个共振式；在2位进攻时，生成的中间体中带有完整苯环的只有一个共振式。
          • 因此反应在3位发生
        • 对于苯并呋喃：由于氧的电负性大，在3位进攻时，虽然生成的中间体共振式个数多，但是氧带正电荷和旁边连正电荷都很不稳定
          • 所以主要在C－2位反应
• 喹啉、异喹啉
  • 结构
    • 喹啉和异喹啉含有一个苯环和一个吡啶环
  • 亲电取代反应
    • 喹啉和异喹啉硝化、磺化和卤化反应主要在苯环上发生，因为杂环的氮可以接受质子或Lewis酸结合带有正电荷，相比之下苯环上的电荷密度略高一些。
  • 亲核取代反应
    • 喹啉的亲核取代反应主要发生在C－2位
    • 异喹啉的亲核取代反应主要发生在C－1位
  • 侧链α－H的反应
    • 除3－烷基异喹啉外，其他在喹啉、异喹啉吡啶N邻对位的烷基α－H能发生缩合、烷基化反应
• 杂环化合物的合成
  • 呋喃，噻吩，吡咯的合成
    • 帕尔－诺尔合成法
      • 使1，4－二羰基化合物作为原料，在无水酸性条件下可以失水得呋喃及其衍生物
      • 与氨或胺反应得吡咯及其衍生物；与硫化物（ 如：P2S5)反应得噻吩及其衍生物
    • 诺尔合成法
      • 用氨基酮与β－二羰基化合物反应来制备
        • 相当于是用β－羰基化合物的α碳负离子与氨基酮的酮羰基进行缩合形成C－C键，用氨基与β－二羰基化合物的羰基进行亲核加成形成C－N键。
  • 吡啶的合成
    • 韩奇合成法
      • 用两分子的β二羰基化合物，一分子酸，一分子氨进行反应合成
        • 一分子β－二羰基化合物的α碳负离子与醛进行缩合，一分子β－二羰基化合物的羰基与氨亲核加成，然后这两个产物进行迈克尔加成形成C－C键，再互变异构后，用氨基与羰基亲核加成构建C－N键。
  • 唑的合成
    • 1，2－二唑
      • 可以用1，3－二羰基化合物分别与肼和羟胺来合成
    • 1，3－二唑
      • 可以用链中带有杂原子的1，4－二羰基化合物来制备，类似于合成呋喃，噻吩和吡咯的帕尔－诺尔合成法。
  • 二嗪环系的合成
    • 哒嗪
      • 用1，4－二羰基化合物与肼反应合成，利用氨基与羰基的亲核加成构建C－N键
    • 嘧啶
      • 1，3－二羰基化合物与尿素，硫脲，胍，眯等反应来合成，也是利用氨基与羰基的亲核加成构建C－N键
    • 吡嗪
      • 用α氨基酮自身缩合，或邻二胺与1，2－二羰基化合物反应制备，都是利用氨基与羰基的亲核加成构建C－N键。
  • 吲哚的合成
    • 费歇尔合成法
      • 用苯腙在酸性催化下加热重排消除来合成吲哚
  • 喹啉的合成
    • 斯克劳普合成法：用苯胺和甘油作为底物，硫酸作为催化剂，硝基苯，五氧化二砷等作为氧化剂进行合成
      • 甘油在硫酸催化下先生成丙烯醛，然后再与苯胺发生迈克尔加成，生成C－N键。然后醛互变异构成烯醇，在酸的催化下与苯环失水关环，生成二氢喹啉，然后再被氧化剂氧化成喹啉。
      • 当苯胺间位有给电子取代基时，主要在给电子基团对位关环。当苯环在电位有吸电子基时，主要在吸电子基团，邻对位关环。（在正电性的位置关环)
  • 异喹啉的合成
    • 异喹啉最常用毕歇尔－钠皮尔拉斯基合成法，它是用苯乙胺与酰氯反应生成酰胺，然后在失水剂作用下与苯环失水关环，再脱氢生成1取代异喹啉。