芳香杂环化合物课件

第十四章芳香杂环化合物（aromaticheterocycles)【内容提要】第一节芳香杂环化合物的分类与命名第二节芳香六元杂环一、吡啶的结构二、吡啶的性质三、嘧啶及其衍生物第十四章芳香杂环化合物（aromaticheteroc1四、咪唑的结构第四节稠杂环化合物第三节芳香五元杂环一、吡咯、呋喃和噻吩的结构二、吡咯、呋喃和噻吩的性质三、吡咯衍生物四、咪唑的结构第四节稠杂环化合物第三节芳香五元杂2前几章所学的内酰胺、内酯、环醚等，它们易发生开环反应，其理化性质与链状化合物相似，不列入杂环化合物。本章主要讨论的是环较为稳定，且具有芳香性的杂环化合物。前言：在环状有机化合物中，成环的原子除了碳原子之外，还含有杂原子的化合物称为杂环化合物(heterocycliccompounds)。前几章所学的内酰胺、内酯、环醚等，它们易发生3第一节芳香杂环化合物的分类与命名1、杂环化合物的分类按杂原子数目分为一个、两个或多个杂原子的杂环；按环的形式分为单环和稠环两类，单环又可分为五元杂环和六元杂环。五元单杂环六元单杂环稠环第一节芳香杂环化合物的分类与命名1、杂环化合物的分类42、杂环化合物的命名（1）命名较复杂，常采用音译法：

在同音汉字左边+口字。吲哚pyranpyridinepyrimidineindolepurine吡喃吡啶嘧啶嘌呤furanpyrrolethiopheneimidazole呋喃吡咯噻吩thiazole咪唑噻唑2、杂环化合物的命名（1）命名较复杂，常采用音译法：吲哚py5（2）杂环及环上取代基的编号：A、母体杂环的编号：杂原子的编号为“1”。杂原子邻位的碳原子也可依次用α、β、γ…编号。（2）杂环及环上取代基的编号：A、母体杂环的编号：杂原子的6B、当环上有两个或两个以上相同杂原子，要使杂原子编号最小；含不同杂原子时，按O→S→N的次序编号。从含有氢的杂原子开始编号。B、当环上有两个或两个以上相同杂原子，要使杂原子编号最小；含7稠杂环的编号一般与稠环芳烃相同，但有例外，如命名下列化合物异喹啉嘌呤吖啶稠杂环的编号一般与稠环芳烃相同，但有命名下列化合物异喹8第二节芳香六元杂环一、吡啶的结构环中的五个碳原子和一个氮原子均以sp2杂化轨道相互重叠形成σ键，每个原子提供一个p轨道相互平行形成大π键。符合Hückel规则，具有芳香性。由于N的电负性较强，电子云密度分布不均匀。第二节芳香六元杂环一、吡啶的结构环中的五个碳9二、吡啶的性质1、水溶性

与水互溶，引入的羟基或氨基的数目越多水溶性越低。（氢键缔合）2、碱性

较苯胺强，比氨和脂肪氨弱，与无机酸生成盐。3、亲电取代与亲核取代反应吡啶环上碳原子的电子云密度较苯低，亲电取代反应较难，主要进入β位。二、吡啶的性质1、水溶性与水互溶，引入的羟基或氨基的数10较易进行亲核取代反应，主要生成α位取代产物。环上有较易离去的基团，弱亲核试剂就能反应。较易进行亲核取代反应，主要生成α位取代产物。环上有114、吡啶类化合物侧链氧化反应环上连有烷基侧链时，侧链可被氧化成羧酸。5、还原反应（六氢吡啶）六氢吡啶又称哌啶，性质与脂肪族伯胺相似，碱性较吡啶强，与水互溶。4、吡啶类化合物侧链氧化反应环上连有烷基侧链时，侧链可12三、嘧啶及其衍生物嘧啶是无色固体，熔点22℃，易溶于水，具有弱碱性（比苯胺还弱）。环上电子云密度比吡啶还低，亲电取代反应更困难。结构：pKb=11.30衍生物：胞嘧啶(cytosine)尿嘧啶(uracil)胸腺嘧啶(thymine)酮烯醇三、嘧啶及其衍生物嘧啶是无色固体，熔点22℃，易溶于水13第三节芳香五元杂环一、吡咯、呋喃和噻吩的结构每个原子都是sp2杂化，杂原子提供两个电子形成六电子大π键，符合Hückel规则，具有芳香性，但比苯弱。（由于杂原子N、O、S电负性比碳大，环上电子云密度不均匀）杂环上的电子密度比苯环大，容易进行亲电取代。第三节芳香五元杂环一、吡咯、呋喃和噻吩的结构14二、吡咯、呋喃和噻吩的性质1、吡咯的酸碱性吡咯氮上的孤电子对参与共轭，故碱性极弱，表现出弱酸性。2、亲电取代反应是吡咯、呋喃和噻吩的典型反应，主要发生在α位。二、吡咯、呋喃和噻吩的性质1、吡咯的酸碱性吡咯氮上的孤15吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子质子化，使大π键破坏，因此硝化和磺化时需用较温和的非质子型试剂。三、吡咯衍生物(生物活性)卟吩血红素吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子质子化，使大π键破坏，因此硝16三、咪唑的结构咪唑1位氮提供两个电子，3位氮提供一个电子，形成形成六电子大π键，符合Hückel规则，具有芳香性。

碱性比吡咯强（3位氮的孤电子对未参加共轭），水溶度也较吡咯大。咪唑存在互变异构。5-甲基咪唑4-甲基咪唑既是质子供体又是受体三、咪唑的结构咪唑1位氮提供两个电子，3位氮提供一个电17第四节稠杂环化合物嘌呤为白色固体，熔点216～217℃，易溶于水，水溶液呈中性，能分别与酸或碱生成盐。9H-嘌呤7H-嘌呤存在互变异构现象。衍生物腺嘌呤(adenine)鸟嘌呤(guanine)第四节稠杂环化合物嘌呤为白色固体，熔点216～218腺、鸟嘌呤代谢产物：次黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸：白色晶体，难溶于水，弱酸性，可与强碱成盐。存在酮式和烯醇式两种互变异构体。腺、鸟嘌呤代谢产物：次黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸：白色晶体19第十四章芳香杂环化合物（aromaticheterocycles)【内容提要】第一节芳香杂环化合物的分类与命名第二节芳香六元杂环一、吡啶的结构二、吡啶的性质三、嘧啶及其衍生物第十四章芳香杂环化合物（aromaticheteroc20四、咪唑的结构第四节稠杂环化合物第三节芳香五元杂环一、吡咯、呋喃和噻吩的结构二、吡咯、呋喃和噻吩的性质三、吡咯衍生物四、咪唑的结构第四节稠杂环化合物第三节芳香五元杂21前几章所学的内酰胺、内酯、环醚等，它们易发生开环反应，其理化性质与链状化合物相似，不列入杂环化合物。本章主要讨论的是环较为稳定，且具有芳香性的杂环化合物。前言：在环状有机化合物中，成环的原子除了碳原子之外，还含有杂原子的化合物称为杂环化合物(heterocycliccompounds)。前几章所学的内酰胺、内酯、环醚等，它们易发生22第一节芳香杂环化合物的分类与命名1、杂环化合物的分类按杂原子数目分为一个、两个或多个杂原子的杂环；按环的形式分为单环和稠环两类，单环又可分为五元杂环和六元杂环。五元单杂环六元单杂环稠环第一节芳香杂环化合物的分类与命名1、杂环化合物的分类232、杂环化合物的命名（1）命名较复杂，常采用音译法：

在同音汉字左边+口字。吲哚pyranpyridinepyrimidineindolepurine吡喃吡啶嘧啶嘌呤furanpyrrolethiopheneimidazole呋喃吡咯噻吩thiazole咪唑噻唑2、杂环化合物的命名（1）命名较复杂，常采用音译法：吲哚py24（2）杂环及环上取代基的编号：A、母体杂环的编号：杂原子的编号为“1”。杂原子邻位的碳原子也可依次用α、β、γ…编号。（2）杂环及环上取代基的编号：A、母体杂环的编号：杂原子的25B、当环上有两个或两个以上相同杂原子，要使杂原子编号最小；含不同杂原子时，按O→S→N的次序编号。从含有氢的杂原子开始编号。B、当环上有两个或两个以上相同杂原子，要使杂原子编号最小；含26稠杂环的编号一般与稠环芳烃相同，但有例外，如命名下列化合物异喹啉嘌呤吖啶稠杂环的编号一般与稠环芳烃相同，但有命名下列化合物异喹27第二节芳香六元杂环一、吡啶的结构环中的五个碳原子和一个氮原子均以sp2杂化轨道相互重叠形成σ键，每个原子提供一个p轨道相互平行形成大π键。符合Hückel规则，具有芳香性。由于N的电负性较强，电子云密度分布不均匀。第二节芳香六元杂环一、吡啶的结构环中的五个碳28二、吡啶的性质1、水溶性

与水互溶，引入的羟基或氨基的数目越多水溶性越低。（氢键缔合）2、碱性

较苯胺强，比氨和脂肪氨弱，与无机酸生成盐。3、亲电取代与亲核取代反应吡啶环上碳原子的电子云密度较苯低，亲电取代反应较难，主要进入β位。二、吡啶的性质1、水溶性与水互溶，引入的羟基或氨基的数29较易进行亲核取代反应，主要生成α位取代产物。环上有较易离去的基团，弱亲核试剂就能反应。较易进行亲核取代反应，主要生成α位取代产物。环上有304、吡啶类化合物侧链氧化反应环上连有烷基侧链时，侧链可被氧化成羧酸。5、还原反应（六氢吡啶）六氢吡啶又称哌啶，性质与脂肪族伯胺相似，碱性较吡啶强，与水互溶。4、吡啶类化合物侧链氧化反应环上连有烷基侧链时，侧链可31三、嘧啶及其衍生物嘧啶是无色固体，熔点22℃，易溶于水，具有弱碱性（比苯胺还弱）。环上电子云密度比吡啶还低，亲电取代反应更困难。结构：pKb=11.30衍生物：胞嘧啶(cytosine)尿嘧啶(uracil)胸腺嘧啶(thymine)酮烯醇三、嘧啶及其衍生物嘧啶是无色固体，熔点22℃，易溶于水32第三节芳香五元杂环一、吡咯、呋喃和噻吩的结构每个原子都是sp2杂化，杂原子提供两个电子形成六电子大π键，符合Hückel规则，具有芳香性，但比苯弱。（由于杂原子N、O、S电负性比碳大，环上电子云密度不均匀）杂环上的电子密度比苯环大，容易进行亲电取代。第三节芳香五元杂环一、吡咯、呋喃和噻吩的结构33二、吡咯、呋喃和噻吩的性质1、吡咯的酸碱性吡咯氮上的孤电子对参与共轭，故碱性极弱，表现出弱酸性。2、亲电取代反应是吡咯、呋喃和噻吩的典型反应，主要发生在α位。二、吡咯、呋喃和噻吩的性质1、吡咯的酸碱性吡咯氮上的孤34吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子质子化，使大π键破坏，因此硝化和磺化时需用较温和的非质子型试剂。三、吡咯衍生物(生物活性)卟吩血红素吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子质子化，使大π键破坏，因此硝35三、咪唑的结构咪唑1位氮提供两个电子，3位氮提供一个电子，形成形成六电子大π键，符合Hückel规则，具有芳香性。

碱性比吡咯强（3位氮的孤电子对未参加共轭），水溶度也较吡咯大。咪唑存在互变异构。5-甲基咪唑4-甲基咪唑既是质子供体又是受体三、咪唑的结构咪唑1位氮提供两个电子，3位氮