杂环化合物优秀课件

1“杂环”就是组成环的原子除C外，还含有其它元素的原子，这些非碳原子统称为杂原子。原则上二价以上的元素都可成为杂原子,但最常见的是O、S和N。前面学过的环氧化合物、环状酸酐、内酯、内酰胺等:

因其性质与相应的脂肪族化合物较相似，因此并入脂肪族化合物中讨论,而不列为杂环化合物。第十章杂环化合物第10章杂环化合物下页首页2

本章讨论的杂环化合物主要指环系较稳定，包括杂原子在内的环是平面型，环内有4n+2个p电子处于环闭共轭体系中，统称为芳(香)杂环化合物。呋喃噻唑嘧啶 嘌呤

其它不具芳香性的杂环化合物，统称为非芳香杂环化合物或杂脂环化合物。杂脂环第十三章杂环化合物上页下页首页3一、分类和命名六元杂环:五元杂环:杂环化合物的分类和命名

第十三章杂环化合物

第一节杂环化合物的分类和命名

上页下页首页5Pyridine PyrimidinePyridazine

吡啶 嘧啶 哒嗪Quinoline Isoquinoline

喹啉 异喹啉IndolePurine

吲哚嘌呤第十三章杂环化合物

第一节杂环化合物的分类和命名

上页下页首页61.单杂环的编号从杂原子开始。

杂环的编号规则：第十三章杂环化合物

第一节杂环化合物的分类和命名

呋喃 吡啶 吡咯4 3(b)512(a)4 3(b)512(a)5 3(b)612(a)4(g)2-甲基呋喃3-硝基吡咯4-乙基吡啶(-甲基呋喃)(-硝基吡咯)(-乙基吡啶)上页下页首页72.有多个杂原子时,按O、S、N(N-R;N-H;N)

顺序编号第十三章杂环化合物

第一节杂环化合物的分类和命名

4-甲基咪唑5-甲基噻唑4-甲基嘧啶1-甲基吡唑3.稠杂环的编号一般和稠环芳烃相同,但少数有例外喹啉吖啶 嘌呤上页下页首页piàolìng9

这些化合物键长的平均化程度远不如苯(苯环上的碳碳键均为139pm)，环的稳定性不如苯。在化学性质上,既有与苯相似之处,又有一些差别。共轭能：117(Kj·mol-1) 88 67(苯环150)

第十三章杂环化合物

第二节五元杂环化合物上页下页首页10（一）亲电取代反应

由于环上的电子云密度比苯大，因此吡咯、呋喃和噻吩亲电取代反应比苯容易发生。吡咯的活泼度与苯胺或苯酚相当。亲电取代反应主要发生在位。第十三章杂环化合物

第二节五元杂环化合物上页下页首页10.4吡咯、呋喃和噻吩的性质11

吡咯和呋喃遇强酸时,杂原子能质子化,使芳香大键破坏,所以不能用强酸进行硝化和磺化反应,需选用较温和的非质子性试剂。例如吡咯硝化需用硝酸乙酰基酯。第十四章杂环化合物和维生素第一节芳香杂环化合物（三、五元杂环）

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另一方面，吡咯N上的H却有微弱的酸性(pKa=17.5

),与醇相当，而比酚弱。吡咯在无水条件下可以与固体氢氧化钾加热生成钾盐。

第十三章杂环化合物

第二节五元杂环化合物上页下页首页14（三）吡咯衍生物

吡咯衍生物在自然界分布很广，植物中的叶绿素和动物中的血红素都是吡咯衍生物。它们都具有重要的生理活性。卟吩(Porphin)血红素(Heme)

第十三章杂环化合物

第二节五元杂环化合物上页下页首页bǔfēn15四、咪唑的结构与功能

咪唑可以看作是吡咯3位的CH被氮原子取代而生成的杂环化合物。

咪唑1位和3位N均取sp2杂化。不同的是,1-N以一对p电子参与共轭,而3-N则以1个p电子参与共轭,形成环状闭合大键,电子数为6,符合Hückel规则,有一定芳香性。第十三章杂环化合物

第二节五元杂环化合物上页下页首页17

咪唑的碱性比吡咯强（pKb=6.8），这是由于引入的氮原子的孤对电子没有参加共轭体系，因而较易与质子结合。水溶度也较吡咯大。

在组氨酸分子中含有一个咪唑基,其pKa值接近生理pH(7.35)，它既是一个弱酸，又是一个弱碱，能起到质子传递的作用。组氨酸中的咪唑环是构成酶活性中心的重要基团，使酶能催化生物体内酯和酰胺的水解。第十三章杂环化合物

第二节五元杂环化合物上页下页首页18

芳香六元杂环包括环中有1个杂原子的六元杂环(如吡啶)和环中有多个杂原子的六元杂环(如嘧啶)。

吡啶是具有特殊臭味的无色液体。存在于煤焦油、骨焦油中,其衍生物广泛存在于自然界。工业上主要从煤焦油的轻油部分提取吡啶。一、吡啶(C5H5N)的结构第三节六元杂环化合物第十三章杂环化合物

第三节六元杂环化合物上页下页首页19N的p

轨道含1个电子,组成环闭共轭体系孤电子对占据sp2

杂化轨道

5C1N共面,取sp2杂化;都有一个垂直于分子平面的p轨道,侧面交叠形成环闭大π键。

吡啶的结构模型第十三章杂环化合物

第三节六元杂环化合物上页下页首页21(二)吡啶的性质1.

水溶性

解释下列吡啶类化合物的水溶性现象？水溶度：∞ 1:1 1:1 微溶答:吡啶能与水形成氢键。羟基或氨基取代的吡啶因分子间氢键的形成而降低了水溶度。第十三章杂环化合物

第三节六元杂环化合物上页下页首页222.碱性：吡啶环N原子的孤电子对处于sp2杂化轨道上，而一般脂肪胺N上的孤电子对处于sp3杂化轨道。前者碱性较弱(pKb=8.8)。碱性比较：脂肪胺>> >≈苯胺pKb：3~4.5 8.8

9.3第十三章杂环化合物

第三节六元杂环化合物上页下页首页233.亲电取代反应

由于氮原子的电负性大,吡啶环上碳原子的电子云密度较苯低，尤其与质子或Lewis酸结合使N带正电荷后，环上C的电子云密度更低。吡啶的亲电取代反应要比苯难得多，与硝基苯相似，亲电取代反应主要进入位。-硝基吡啶-溴吡啶-吡啶磺酸第十三章杂环化合物

第三节六元杂环化合物上页下页首页25第四节稠杂环化合物第十三章杂环化合物

第四节稠杂环化合物

杂环与杂环稠合或苯环与杂环稠合而成的化合物总称为稠杂环化合物。常见的稠杂环化合物有嘌呤、吲哚、喹啉等。嘌呤可看成是由一个嘧啶环和一个咪唑环共用2个碳原子稠