噻吩嘧啶吲哚性質對比

2023-01-08 02:30:09 字數 1953 閱讀 3660

(1)水溶性。呋喃、噻吩、吡咯分子中雜原子的未共用電子對因參與組成環狀共軛體系,失去或減弱了與水分子形成氫鍵的可能性,致使它們都較難溶於水。但吡咯因氮原子上的氫還可與水形成氫鍵,故水溶性稍大。

三者水溶性順序為:吡咯(1∶17)>呋喃(1∶35)>噻吩(1∶700)。

(2)環的穩定性。呋喃、吡咯對氧化劑(甚至空氣中的氧)不穩定,特別是呋喃可被氧化開環生成樹脂狀物;噻吩對氧化劑比較穩定,但在強氧化劑,如硝酸的作用下也可開環。三種雜環化合物對鹼都穩定,對酸的穩定性則不同。

噻吩對酸比較穩定,吡咯與濃酸作用可聚合成樹脂狀物,呋喃對酸很不穩定,稀酸就可使環破壞,生成不穩定的二醛,並聚合成樹脂狀物。這是因為雜原子參與環系共軛的電子對能不同程度地與質子結合,從而部分地破壞了環狀大π鍵,導致環的穩定性下降。

(3)酸鹼性。三個化合物中,噻吩和呋喃既無酸性,也無鹼性;吡咯從結構上看是乙個仲胺,應具有鹼性,但由於氮上的未共用電子對參與構成環狀大π鍵,削弱了它與質子的結合能力,因此吡咯的鹼性極弱(pk=0.4),比一般脂肪仲胺(pk≈10)的鹼性弱得多,它不能與酸形成穩定的鹽,可以認為無鹼性。

另由於氮原子上的未共用電子對參與環系的共軛,致使其電子雲密度相對減小,氮原子上的氫能以質子的形式離解,所以吡咯顯弱酸性(pk=17.5)。它可以看成是一種比苯酚酸性更弱的弱酸,能與固體氫氧化鉀作用生成鹽,即吡咯鉀。

這個鉀鹽不穩定,相對容易水解,但在一定條件下,它可以與許多試劑反應,生成一系列氮取代產物。例如:

吡咯的氫化產物──四氫吡咯不含有芳香共軛體系,氮上的未共用電子對可與質子結合,因此鹼性大大增加,與一般脂肪仲胺鹼性相當。

(4)化學性質。呋喃、噻吩、吡咯均屬多π芳雜環,環中π電子雲密度大,親電取代反應活性比苯高,但由於它們對酸的穩定性不同,故反應條件和苯有差異。另由於三個化合物的芳香性比苯差,因而在一定條件下可發生加成反應,如催化加氫、diels-alder反應等。

①磺化。三個化合物中噻吩對酸較穩定,可直接用濃硫酸作磺化劑,反應在室溫下就可進行:

苯在相同的條件下很難發生反應,因此,常利用這個性質上的差異從粗苯中除掉噻吩。其方法是在室溫下反覆用濃硫酸洗滌粗苯,磺化的噻吩可溶於濃硫酸,而苯不溶於濃硫酸,分離後即可得到無噻吩的苯。這一方法同樣可用於噻吩的提取、純化。

因為噻吩-2-磺酸可經水解而去掉磺酸基。

呋喃、吡咯不能直接用濃硫酸磺化,需採用吡啶的so加成物作磺化劑進行反應。

②硝化。硝酸是強酸,又是強氧化劑,因此三個化合物都不能直接用硝酸硝化,而需採用硝酸乙醯酯作硝化劑,這是乙個溫和的非質子硝化劑,反應應在低溫下進行。

③鹵代。三個化合物都非常易於發生鹵代反應,通常都得到多鹵代產物,控制反應條件也可使生成一鹵代產物為主。例如:

④付-克醯化反應。呋喃、噻吩、吡咯均可發生付-克醯化反應,得到α位醯化產物。例如:

從以上所舉反應例項可以看到,呋喃、噻吩、吡咯發生親電取代反應,取代基一般都進入α位,而少進入β位,這是因為α位的π電子雲密度較β位高,更易受到親電試劑的進攻。這種現象也可以用共振論加以解釋。以吡咯的硝化為例,反應時,—no可進攻β也可進攻α位,進攻β位得到的正碳離子中間體是兩個共振結構(ⅰ與ⅱ)的共振雜化體;進攻α位得到的正碳離子中間體是三個共振結構(ⅲ、ⅳ、ⅴ)的共振雜化體,即有三個共振式參加共振。

參加共振的共振式越多,說明正電荷的分散程度越大,共振雜化體就越穩定。所以在α位反應得到的中間體正碳離子比較穩定,穩定的中間體其過渡態能量低,反應速度快。因此這三種雜環化合物的親電取代反應均容易在α-位發生:

⑤加成反應。三個化合物在一定條件下都可發生加成,其中呋喃的反應活性較高,吡咯次之。例如:

噻吩含硫,易使催化劑中毒而失去活性,所以其催化加氫較困難,需使用特殊催化劑。例如:

呋喃、吡咯還可作為雙烯體,與親雙烯體,如丁烯二酸酐,發生diels-alder反應,生成相應的產物,噻吩不能發生這一反應。例如:

⑥顯色反應。呋喃、噻吩、吡咯遇到酸浸潤過的松木片,能夠顯示出不同的顏色。例如,呋喃與吡咯遇到鹽酸浸潤過的松木片分別顯深綠色和鮮紅色;噻吩遇蘸有硫酸的松木片則顯藍色。

這種反應非常靈敏,稱為松片反應,可用於三種雜環化合物的鑑別。