吡咯的基本性质和酸性性质及其阴离子对亲电试剂的反应

晶体化合物

吡咯中氮气中的低电子密度使它们成为弱碱(对于吡咯，Kb约为10−17；cf约为10−5)，不可能用水酸制造吡咯盐。

事实上，正如接下来所显示的，质子化发生在碳上，而不是在氮上。

此外，吡咯不会与烷基化剂形成季盐，也不会与过氧基化合物形成胺类氧化物。

这与吡啶形成了鲜明的对比。吡咯中氮上电子对不可用的另一种解释是，如果芳香六分体（及其稳定能）用于形成键，就会被破坏。

当吡咯被强酸加热时，会形成一个包含三个吡咯单元的晶体化合物。

其结构已确定为7.4。强酸也会导致吡咯产生不良的聚合物产物。这些过程依赖于环上碳的质子化，而不是氮的。

为了说明这个产品，我们提出了方案7.13的作用机制。这里，一个吡咯分子在3位质子化；这种情况并不常见，但并不未知。

由此产生的碳正离子然后作为一个亲电试剂指向第二个吡咯分子，该分子攻击通常的2位。中间体在二氢吡咯环的3位被质子化，形成的碳正离子攻击第三个吡咯分子的2位。

在设计合成物时，必须考虑到吡咯对酸的敏感性，并且在一般情况下，要避免使用酸性条件。

众所周知，仲胺的氢是弱酸性的，可以用强碱去除，形成阴离子。吡咯在氮上的氢酸性要大得多，可以很容易地用金属酰胺（如KNH2）等碱和活性金属（Na或K）去除。

吡咯的酸解离常数为10−17，与酒精的含量差不多。

吡咯阴离子的额外稳定性来自于负电荷的共振离域化。

吡咯阴离子可以被烷基化或酰基化，并可以参与迈克尔反应和其他典型的氮阴离子反应。

这些性质在n-取代吡咯的合成中非常有用。迈克尔反应如下图所示。

迪尔斯-阿尔德反应

苯和吡啶的芳香环体系阻止这些化合物以二烯的形式进入二烯-alder环加成反应。吡咯也是如此。

然而，通过在氮上放置吸电子基团，可以调节电子在环内的离域，因为这些基团共同接受n上的电子对。

例如吡咯的N-碳氧基衍生物；具有强亲二烯体，Diels-Alder环加成，得到7-azabicyclo七二烯（7-氮硼二烯）体系的衍生物。

该方法对该桥接环体系的构建是非常有用的。

吡咯2位的金属化

1. 烷基吡咯的一个综合有用的性质是，2位上的质子可以被活性金属（Na、Li和K）或强碱（丁基锂和BuLi）去除。
2. 这种行为不同于缺氮杂环，在缺氮杂环中，强亲核试剂如BuLi添加到环C=N单元。

吡咯阴离子对亲电试剂反应，产生含有碳基的加成产物，或含有烷基的C-烷基衍生物。

呋喃的反应

呋喃是N、O、S杂环中芳香族最少的一种，在亲电取代反应中需要特殊的条件来保存环。这个环对酸性条件也很敏感。

当替换成功时，输入的是2个位置，其原因与吡咯替换的描述相同。一些对呋喃有用的工艺描述如下：

磺化。吡啶中的三氧化硫得到2-磺酸

断言。二恶烷中的溴得到2-溴衍生物。不需要催化剂。

硝化。预成型的氟硼酸硝基铵（二氧化氮+氟硼酸盐−）作用于生成2-硝基衍生物。

酰化。与乙酸酐反应得到2-乙酰基衍生物。

在某些条件下，呋喃在二烯体系中加入反应物，从而得到非芳香族产物。这是通过与亲电试剂反应形成通常的碳正离子而发生的。

然后添加亲核试剂而不是以通常的芳香取代方式消除质子。例如，当使用甲醇溶液中的硝酸作为硝化介质时，该产物为5-甲氧基-2-硝基加成产物。

另一个例子是在水中进行溴化反应，在这里，溴化离子作为亲核试剂。

与其他芳香体系相比，呋喃在Diels-Alder反应中表现良好，许多例子是已知的。与马来酸酐的反应见方案。

在这里，内显加成产物的形成速度比exo快，但外显异构体更稳定。

因为这是一个平衡的过程，最终的exo是最终的产物。我们已经证明了呋喃是分子内Diels-Alder反应的优秀参与者。

噻吩反应性

噻吩经历了大量的亲电取代，有些比苯更容易，这可以从环中pi-电子密度的增加中预期出来。替换发生在2个位置。

下面列出了一些对噻吩取代有用的特殊条件的例子。

磺化作用在30◦C下发生在浓硫酸中。

硝化是用硝酸-乙酸酐完成的。

在黑暗中氯化，或与硫酰氯一起氯化，得到单氯衍生物。

与乙酰氯的弗里德尔工艺酰化需要较温和的催化剂四氯化锡，而不是通常的氯化铝。

用Me2NCHO和三氯氧磷进行甲酰化反应，可以很容易地将醛基安装在环上。

磷孔环系统

原则上，PH取代NH的环体系应该具有芳香特性，因为P上的孤电子对可以像吡咯那样被离域到环中。

然而，母磷孔分子是不稳定的，仅在−90◦C，11的光谱上检测到，但p-甲基衍生物是稳定的和可蒸馏的，还有许多其他已知的取代磷孔。

该领域正在定期发展，值得在这里简要考虑。这些文献已经得到了广泛的综述。

关于磷孔具有芳香性质的现实已经有了很多讨论。第二排元素参与离域现象的一般观点没有错；毕竟，周期体系中磷的邻居是硫，噻吩是一种高度芳香的化合物。

磷的问题是，与氮完全不同的是，当这个原子处于三价态时，这个原子具有sp3杂化和稳定的锥体形状。

这意味着具有三个不同基团的磷是手性的，而且具有光学活性的磷烃确实是已知的。金字塔反转的活化能约为30-35千卡/摩尔，足以使简单的膦在回流二甲苯中的半衰期约为3小时。

14在室温下，孤对定位于sp3轨道，而不是p轨道，因为吡咯中的势垒较低。sp3轨道朝向远离环的平面，因此不能像与氮所发生的轨道那样有效地与碳孔隙重叠。

人们普遍认为磷酸孔具有低芳香性。然而，需要注意的是，质子核磁共振谱确实显示了芳香体系中发现的前场移动。

对于1-甲基磷孔，在复杂的AABBX谱（X = 31P）中，质子和质子都在δ为6.5-7.5。简单的磷孔通常是液体，但1-苄基磷孔在室温下被发现是结晶固体。

这使得该结构可以通过x射线衍射分析来确定，这清楚地显示了磷的锥体形状。

然而，从环内键长的测定表明，存在一些电子离域；这给了较低的BI为35.5、2、7、16，低于呋喃（43），但仍然指出了离域的测量。

NICS值也远低于呋喃的NICS值。这是通过将大的2,4,6-三（叔丁基）苯基取代基放置在P环上的实验完成的。

x射线衍射分析确实显示P金字塔明显扁平，环内键长有明显的变化。17鸟类指数为56.5，接近吡咯的值（59）。

与这种增加的芳香性相一致的是，该化合物与乙酰氯和氯化铝进行了弗里德尔-克拉夫特反应，这是第一个在碳上发生任何亲电取代的磷酸孔。

主要产物的结构为7.7；酰化作用也发生在第4位和第5位。磷孔的其他性质是磷所特有的，而且大部分与吡咯的性质不同。

吡咯的苯并衍生物（铟）

海豚科是所有杂环科中最重要的一种，而且该系统的化学性质是巨大的。许多天然产物和合成药物都含有这个细胞核。

我们在这里局限于芳香性问题，我们发现我们正在处理的是一个稳定的环系统，它展示了过量所预期的所有特性。计算出的电子密度如图下图所示，其中发现所有碳的密度都大于1.00。

对3位的偏好可以通过考虑一个正物种攻击的共振可能性来解释。中间体7.8通过氮的电子释放来有效地稳定，而正中间体在2位攻击时的稳定则需要破坏苯的芳香体系。

虽然它仍然是一种稳定作用，但不如7.8中直接电子释放。

取代剂的试剂和温和条件类似于吡咯。应该补充的是，质子化发生在3位而不是氮气上，这并不奇怪。

大环Pi-过量的杂环

利用包含8个双键电子和氮上孤对的9元偶氮环体系，可以建立具有10个电子（n = 2）的高温芳香体系。用一个反式双键，应变被解除，化合物7.11具有合理的稳定性。

7元氮卓环的衍生物是众所周知的，尽管该环没有具有8个pi-电子的芳香族。事实上，根据它对未填充键合MOs的描述，它被归类为反芳香族。

大环氧和硫杂环也已知，具有4n+2pi-电子的杂环表现为芳香性。

具有混合杂原子结合的芳香族环体系

在这里，我们将考虑在一个5元环中有一个饱和的杂原子（例如，NH，O，或S）作为一个电子供体，以及一个类似吡啶的C=N作为受体的情况。

这种情况导致了强烈的离域化和具有巨大的稳定性和常见的环

咪唑系统为考虑这种情况提供了一个合适的例子。然而，在NH基团中，存在互变异构体，质子从一个氮转移到另一个氮。

为了解决这个问题，我们将考虑咪唑的n-甲基衍生物，其中不可能存在互变异构体。该化合物的共振杂化反应如下图所示。

作者认为：贡献者说明了供体N-Me和受体C=N的直接相互作用，这是杂种的主要贡献者。N上的负电荷是可以接受的，当然也与吡啶型离域化有关。

结果表明，咪唑的IA为79，与吡咯（85）和噻吩（81.5）的IA比较接近。

1,3-恶唑中的氧电子和1,3-噻唑中的硫电子的共振杂化是相同的形式。

在噻唑中，鸟的IA值为79。这些化合物具有芳香族体系的所有特征，并且容易进行亲电取代。

同样，在三唑类药物7.13和7.14中也存在明显的离域现象。鸟的IA值甚至更高（分别为90和100）。

来自杂原子O、N和S的不同混合物的相当多的杂环体系是可能的，并且在存在多环受体的情况时，芳香性可以预期是明显的。

这些原理也适用于双环和多环体系，并且已知大量稳定的芳香族体系。嘌呤是最重要的双环体系之一，它存在于核酸的碱基中。

在这里，一个嘧啶环和一个咪唑环被融合。后者将表现出其通常的互变异构行为，但现在这两种形式并不相等，而嘌呤本身的7.15形式已知在7.16中占主导地位。

参考文献

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