非苯芳香化合物课件

1、2022/8/11第二十章 非苯芳香化合物Nonbenzonoid Aromatic Compound2022/8/1220.1 芳香性和休克尔规则Aromaticity and Hckels Rule2022/8/13芳香化合物具有如下共同性质： 芳香化合物是环状化合物，比相应的开链化合物稳定，环不易破坏。一、芳香性2022/8/14 芳香化合物虽是高度不饱和的，但它们易与亲电试剂发生取代反应，而不易发生加成。 芳香化合物是环状的平面的（或近似平面）分子，为一闭合的共轭体系。2022/8/15二、休克尔规则苯、萘、蒽和菲等结构的共同特点是电子离域。根据这一设想，化学家们试图合成一些新的类型具

2、有芳香性的化合物。2022/8/161912年合成的环辛四烯，形式上是一个共轭体系，实际性质上与苯截然不同，具有烯的性质。不具有芳香性。尤其是合成的环丁二烯极不稳定，只有在5K的超低温下，才能分离出来，温度升高立即聚合。它们都不具有芳香性。2022/8/17对于芳香族化合物来说，仅有电子的离域作用还是不够的。1931年休克尔用分子轨道法计算环的稳定性，得出休克尔规律：2022/8/18一个具有同平面的、环状闭合共轭体系的单环烯，只有当它的电子数为4m+2时，才具有芳香性。4m+2m = 0，1，2，3 当4m+2 = 2，6，10，14 有芳香性注意： m 不能趋于无穷大！2022/8/19结

3、构特点：环中所有碳原子都是以sp2杂化形成环状化合物；成环原子在一个平面上，形成闭合环状共轭大键；环中电子数符和4m+2 规则，此化合物具有芳香性。2022/8/110101414电子数满足4m+2 ，且环中所有碳原子在一个平面，形成环状共轭体系，所以，它们都具有芳香性。2022/8/11120.2 常见的非苯芳烃 定义：不含苯环的，共轭电子数符合4m+2的环多烯化合物，具有芳香性。这类化合物为非苯芳香化合物。 2022/8/112电子数为2，符合4m+2，是最简单的非苯芳香化合物。一、环丙烯正离子(Cyclopropenyl Cation)2022/8/1131957年后合成2022/8/1

4、142022/8/115二、环丁二烯双正离子电子数为2，符合4m+2，具有芳香性！2022/8/116三、环戊二烯负离子电子数为 6，符合4m+2，具有芳香性！2022/8/117+二茂铁具有芳香性2022/8/118四、环庚三烯正离子电子数为6，符合4m+2，具有芳香性！环庚三烯2022/8/119环庚三烯酚酮具有芳香性2022/8/120五、环辛四烯负离子+电子数为10，符合4m+2，具有芳香性！2022/8/121六、轮烯 (Annulenes) 定义：具有交替的单双键单环多烯烃，称为轮烯。分子式符合(CH)x 其中x 102022/8/122电子数为10，符合4m+2。有芳香性吗？1.

5、 10轮烯2022/8/123分子中环内空间太小，由于氢原子的阻碍，分子中的原子不可能在同一平面，所以无芳香性。电子数为10，符合4m+2。有芳香性吗？2022/8/124电子数为14，符合4m+2。有芳香性吗？具有芳香性！2. 14轮烯2022/8/125无芳香性有芳香性16-轮烯3. 16轮烯2022/8/126电子数为18，符合4m+2，具有芳香性18-轮烯4. 18轮烯2022/8/12720.3 薁(Azulene)与萘是同分异构体电子数为10有芳香性2022/8/128练习：下列化合物是否具有芳香性？三者均有芳香性2022/8/129二者均有芳香性二者均无芳香性二者均无芳香性202

6、2/8/13020.3 杂环化合物Heterocyclic compounds2022/8/131 Cyclic Organic Compounds Carbocycles Heterocycles Carbocyclic rings contain only carbon atoms Heterocyclic rings contain one or more different atoms in addition to carbon N, O, S are the most common heterroatoms2022/8/132Antibiotic：Penicilin2022/8/13

7、3Antiulcer agent：Cimetidine2022/8/134Phenobarbital（苯巴比妥）Sedative：2022/8/135Saccharin（糖精）Nonnutritive sweetener：2022/8/136Heme（血红素）Natural Products：2022/8/137Natural Products：Chlorophyll a2022/8/1382022/8/13920.3.1 分类和命名Classification and Nomenclature2022/8/140一、分类2022/8/1412022/8/1422022/8/1432022/8

8、/1442022/8/145丁公藤碱河豚毒素2022/8/146二、命名1. 单杂环的命名 常见的单杂环为五元、六元环。 根据每个杂环化合物的英文名称音译，加上“口”字旁。 编号使杂原子的位号尽可能小，如不止一个杂原子，按O，S，N的顺序编号。2022/8/147例如：呋喃FuranThiophene噻吩Pyrrole吡咯Pyridine吡啶2022/8/148PyrimidinePyridazinePyrazine嘧啶哒嗪吡嗪2022/8/149 2,5-二甲基呋喃1-甲基吡咯 5-甲基咪唑4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑2022/8/150 对不同程度饱和的杂环化合物，不但要标明氢化(饱和

9、)的程度，而且要标出氢化的位置。Tetrahydrofuran四氢呋喃四氢吡咯六氢吡啶哌啶2022/8/1512,3-二氢吡咯 -吡喃 -Pyran2022/8/152QuinolineIsoquinolineIndole喹啉异喹啉吲哚2. 稠杂环的命名 简单稠杂环，采用与单杂环相同的方法。 复杂稠杂环，采用确定主体环的方法。2022/8/153Purine嘌呤8-羟基喹啉咔唑苯并噻唑2022/8/154 在杂环化合物中，由于成环原子的排列组合方式和键合类型的多样性，杂环化合物的数量非常庞大，据统计，占已知有机化合物总数的65%以上。 饱和杂环化合物的性质与其相应的开链化合物相近，一般不列入杂

10、化化合物讨论。2022/8/15520.3.2 五元杂环化合物Five-Membered Unsaturated Heterocycles2022/8/156一、吡咯、呋喃和噻吩的结构、芳香性和反应活性呋喃噻吩吡咯2022/8/1571. 结构Lone Pair in p Orbitalsp2 Hybridized2022/8/158呋喃噻吩 平面结构 环上的原子均为sp2杂化 闭环共轭体系 电子数符合4m+22022/8/159 五元杂环化合物的结构均符合休克尔规则，都具有一定程度的芳香性。 但由于环上存在电负性较大的杂原子，所以与苯不同，共轭体系中各原子电子密度不是平均分布，键长也不是完全

11、相等，只是趋向于平均化，芳香性比苯小。2. 芳香性2022/8/160 五元杂环化合物的热力学稳定性小于苯，其共轭能(kJ/mol)数据如下： 苯 噻吩 吡咯 呋喃150.6 117.5 90.4 66.9 三种五元杂环化合物的稳定性次序为：苯 噻吩 吡咯 呋喃2022/8/1613. 反应活性 五元和六元杂环化合物偶极矩方向及数值(10-30C m)如下：2.331.706.035.766.335.252022/8/162 在五元杂环化合物中，电子离域的结果使环上碳原子周围电子密度增加，大大超过苯环。 其中呋喃和噻吩杂原子的+C效应部分抵消了-I效应，从而使偶极矩数值明显下降。 而吡咯杂原子

12、的+C效应大于-I效应，使偶极矩的方向也发生改变。2022/8/163 杂原子的+C效应又使共轭体系内部两个位(杂原子的邻位)的电子密度高于两个位(杂原子的间位)，因而亲电取代反应优先发生在位。2022/8/164 五元杂环化合物一般发生在-位。 亲电取代反应的活性次序：2022/8/165二、吡咯、呋喃和噻吩的反应1. 吡咯的性质和反应（1）吡咯的弱酸性 它的pKa=16.5，比酚弱，可与强碱(NaNH2，KNH2、RMgX)或金属反应。2022/8/166吡咯钾2022/8/167-吡咯甲酸2022/8/1682022/8/169 主要产物为-取代产物。 吡咯环的稳定性较差，遇酸容易聚合，

13、因此进行亲电取代反应要用较温和的试剂。（2）亲电取代反应 磺化试剂： 硝化试剂：2022/8/170 吡咯环遇酸容易聚合。2022/8/171（3）卤代反应 吡咯与卤素直接反应得到多卤代产物。2022/8/172 吡咯一卤代产物，只能采取特殊的方法。2022/8/1732-吡咯磺酸（4）磺化反应 吡咯不能直接与浓硫酸反应进行磺化。1002022/8/174（5）硝化反应2-硝基吡咯2022/8/1752乙酰基吡咯60%（6）FriedelCrafts酰化反应2022/8/176+（7）加成反应2022/8/177四氢吡咯吡咯催化加氢生成四氢吡咯2022/8/178 呋喃的稳定性较吡咯小，卤代反

14、应在低温或非极性稀溶液中进行。2. 呋喃的反应 卤代反应（1）亲电取代反应2022/8/1792022/8/180 磺化反应 呋喃不能直接与浓硫酸进行磺化。2022/8/181 硝化反应 呋喃必须用温和的硝化试剂在低温下进行。2022/8/182 FriedelCrafts 酰化反应2022/8/183（2）加成反应 催化加氢2022/8/1842022/8/185 呋喃表现出明显的共轭二烯烃性质。在低温下能与顺丁烯二酸酐发生D-A反应。 DA环加成反应+25外型内型2022/8/186 呋喃遇稀酸能水解为二醛丁二醛2022/8/1872,5己二酮反应机理是？2022/8/188（1）亲电取代

15、反应3. 噻吩的反应 卤代反应2022/8/189 硝化反应2022/8/190 磺化反应25应用：除去苯中的噻吩！ 2022/8/191 付克反应2022/8/192（2）加成反应+ 噻吩中的硫对钯有毒化作用，使用Raney Ni 脱硫；二硫化钼催化氢化得四氢噻吩。2022/8/193聚戊糖戊糖三、吡咯、呋喃和噻吩工业制备糠醛2022/8/1944002022/8/195四、吡咯和呋喃的重要衍生物2022/8/1961. 糠醛 是一种无色液体，沸点162，在空气中易变黑。 是一种良好的溶剂。它不含-H，有许多类似于苯甲醛的化学性质。2022/8/197+2022/8/198醇溶液2022/8

16、/199+2022/8/11002. 吲哚 吲哚为白色结晶，熔点52.5。具有极臭的气味，但纯粹的吲哚在极稀时有香味，可作香料。 可发生亲电取代反应，反应活性高于苯低于吡咯，主要发生在杂环上第3位。2022/8/11013-溴吲哚（1）卤代反应2022/8/11023-硝基吲哚（2）硝化反应2022/8/11033-吲哚甲醛（3）付-克反应2022/8/11043-吲哚磺酸（4）磺化反应2022/8/1105 含吲哚的衍生物广泛存在于植物中。-吲哚乙酸植物生长调节剂色氨酸蛋白质组分2022/8/11065-羟基色胺哺乳动物及人脑中思维活动的重要物质2022/8/1107五、含两个以上杂原子的五

17、元杂环咪唑噻唑吡唑噁唑2022/8/11081. 结构和性质 新增加的一个氮原子上的孤电子对在环平面上，与环内的电子不共轭，提供了接受质子的位置，因此吡咯系杂环的碱性都比吡咯强。2022/8/1109的酸性大于为什么？思考：2022/8/1110 咪唑分子间可形成氢键 吡唑通过氢键可缔合成二聚体2022/8/11112. 亲电取代反应 吡咯系列杂环的亲电取代反应活性小于吡咯、呋喃和噻吩。吡唑异噻唑异噁唑2022/8/1112咪唑噻唑噁唑2022/8/111320.5 六元杂环化合物Six-Membered Unsaturated Heterocycles2022/8/111420.5.1 含一

18、个杂原子的六元环化合物2022/8/1115主要有下面几个重要的化合物2022/8/1116一、结构和物理性质2022/8/1117碱性： 吡啶是一个无色有恶臭的液体，与水及许多有机溶剂，如乙醇、乙醚等混溶，是良好的溶剂。 脂肪胺 吡啶 芳香胺2022/8/1118二、化学性质芳环亲电取代亲核取代氮上未成键电子对碱性亲核性2022/8/11191. 吡啶环上氮的碱性及亲核性2022/8/1120+2022/8/11212. 吡啶环上亲电取代反应 与苯环比较吡啶环是缺电子的芳香杂环，性质类似于硝基苯，它不能进行傅氏烷基化和酰基化反应。 亲电取代位置在位进行，为什么？2022/8/11223-硝基

19、吡啶2022/8/11233-吡啶磺酸2022/8/11243-溴吡啶2022/8/1125 亲电取代反应可以进行，但是比较困难。 所有共振式均不如苯取代所生成的中间体稳定。2022/8/11263. 吡啶环上亲核取代反应 吡啶环 2, 4, 6 位上的卤素容易被亲核试剂取代。2022/8/11272022/8/1128 除吡啶环 2, 4, 6 位上的卤素容易被亲核试剂取代外，吡啶 2位上的负氢离子也能被取代。+2022/8/1129+ 吡啶环上2位的负氢离子被亲核性极强的氨基负离子取代，同时有氢气放出，称齐齐巴宾(Chichibabin)反应。2022/8/11304. 侧链-H的反应 吡

20、啶环2, 4, 6位上烷基的-H具有一定的酸性，其酸性与甲基酮的-H相当。2022/8/11312022/8/1132+ZnCl2的作用：2022/8/1133 吡啶成盐后，使吡啶环2, 4, 6位上烷基的-H酸性进一步增强，更易发生羟醛缩合和迈克尔反应。+2022/8/1134+2022/8/11356. 吡啶的氧化反应2022/8/1136尼古丁(烟碱)尼古丁酸(烟酸)烟酰胺2022/8/11372022/8/11387. 吡啶的N-氧化物生成与反应（1）吡啶N-氧化物制备2022/8/11392022/8/1140（2）应用2022/8/1141练习：2022/8/1142六氢吡啶(哌啶)8. 吡啶的还原反应思考：六氢吡啶和吡啶哪一个碱性强？2022/8/1143三、吡啶环合成 主要采用Hantzsch合成法以-酮酸酯、醛和氨原料进行缩合反应。包括四步反应。2022/8/1144 第一步：-酮酸酯和醛发生羟醛缩合+2022/8/1145 第二步：发生迈克加成反应+2022/8/1146 第三步：关环，生成二氢吡啶环2022/8/1147 第四步：二氢吡啶环脱氢，生成吡啶衍生物2022/8/114820.5.2 含二个杂原子的六元环化合物2022/8/114920.6 苯