有机化学杂环化合物

有机化学杂环化合物第1页，课件共45页，创作于2023年2月§11.1杂环化合物的分类、命名§11.2杂环化合物的结构§11.3五元杂环—富电子单杂环体系§11.4六元杂环—缺电子单杂环体系§11.5稠杂环体系第2页，课件共45页，创作于2023年2月§11.1杂环化合物的分类和命名§11.1.1杂环化合物的分类由于组成杂环化合物的杂原子的种类、数目不同，环的大小及稠合的形式不同。因此其种类繁多数目可观，约占全部有机物的1/3,一般以环骨架为基础。1.杂环化合物分为五元杂环化合物和六元杂环化合物。2.杂环化合物分为单杂原子杂环化合物和多杂原子杂环化合物。3.杂环化合物分为单杂环化合物和稠杂环化合物。第3页，课件共45页，创作于2023年2月§11.1.2杂环化合物的命名一般有“译音名”和环母体加杂原子两种方式。碳环母体如下：环戊二烯茂苯茚Indene1,4-环己二烯芑萘芴Fluorene第4页，课件共45页，创作于2023年2月杂环的编号以杂原字为最小号，存在两个以上杂原子的以O、S、NH、N顺序进行。即不含双键的取1号位次。呋喃furan噻吩thiophene吡咯pyrrole氧(杂)茂氮(杂)茂硫(杂)茂第5页，课件共45页，创作于2023年2月异噁唑isoxazole异噻唑isothiazole噁唑oxazole噻唑thiazole吡唑pyrazole咪唑imidazole1,3-氧氮(杂)茂1,3-二氮(杂)茂1,3-硫氮(杂)茂1,2-硫氮(杂)茂1,2-二氮(杂)茂1,2-氧氮(杂)茂第6页，课件共45页，创作于2023年2月茚Indene苯并呋喃benzofuran氧茚嘌呤purine1,3,7,9-四氮茚吲哚indole氮茚第7页，课件共45页，创作于2023年2月5-甲基噻唑5-methylthiazole4-甲基咪唑4-methylimidazole2-呋喃甲醛α-呋喃甲醛糠醛3-吲哚乙酸β-吲哚乙酸第8页，课件共45页，创作于2023年2月腺嘌呤A鸟嘌呤G咖啡因1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤第9页，课件共45页，创作于2023年2月吡喃pyran氧芑吡啶pyridine氮苯哒嗪pyridazine1,2-二氮苯嘧啶pyrimidine1,3-二氮苯吡嗪pyrazine1,4-二氮苯第10页，课件共45页，创作于2023年2月喹啉quinoline氮萘吖啶acridine氮蒽异喹啉isoquinoline2-氮萘喋啶pteridine1,3,5,8-四氮萘1第11页，课件共45页，创作于2023年2月3-吡啶甲酸β-吡啶甲酸4-甲基吡啶γ-甲基吡啶3-甲基-1-苯基-5-吡唑酮第12页，课件共45页，创作于2023年2月胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶T第13页，课件共45页，创作于2023年2月此外，还有一类带有杂原子的饱和环状化合物,例：NHON-HOOSOOOH-NN-HN-HOS氮丙啶;吖丙啶氮杂环丙烷环氧乙烷氧化乙烯吖丁啶氮杂环丁烷1,3-环氧丙烷氧杂环丁烷噁噻烷四氢呋喃二噁烷四氢噻吩哌嗪吗啉第14页，课件共45页，创作于2023年2月§11.2杂环化合物的结构§11.2.1富电子体系—五元杂环§11.2.2缺电子体系—六元杂环第15页，课件共45页，创作于2023年2月§11.2.1富电子体系典型的物质：呋喃、噻吩、吡咯。环原子为sp2杂化，平面结构杂原子提供一对p电子，参与大Π键的组成。符合4n+2的休克尔规则。因此，具有芳香性。环的电子密度大于苯环。尤其在杂原子的邻位。Π56第16页，课件共45页，创作于2023年2月此外，根据环上各键的键长并不相等，说明杂环中的电子密度没有完全平均化芳香性弱于苯环。苯>吡咯>呋喃>噻吩。其电子密度的变化情况类似于苯胺。§11.2.2缺电子体系吡啶是典型的六元杂环化合物，环原子以sp2方式杂化。并且，每个原子的未参加杂化p轨道上均只有一个单电子，组成大Π键符合4n+2休克尔规则，六元杂环化合物同样具有芳香性电子密度变化情况如左图Π66NH‥δ-δ-1.101.050.640.84N‥δ-δ+δ+0.871.02第17页，课件共45页，创作于2023年2月第18页，课件共45页，创作于2023年2月芳香性具有闭合环结构，具有环多烯结构，具有共平面或近似平面结构，π电子数符合4n+2规则。符合休克尔规则，因此具有芳香性。易发生亲电取代反应。富电子体系亲电取代反应发生在-位为主；缺电子体系亲电取代反应发生在-位为主。第19页，课件共45页，创作于2023年2月芳香性强弱亲电反应强弱(反应活性)环稳定性大小＞＞＞＞＞＞第20页，课件共45页，创作于2023年2月相互转化佑尔业夫(Yupev)：利用Al2O3为催化剂，实现噻吩、吡咯、呋喃环之间的转化。第21页，课件共45页，创作于2023年2月§11.3五元杂环—富电子单杂环体系一、亲电取代反应1.硝化反应硝乙酐第22页，课件共45页，创作于2023年2月2.磺化反应第23页，课件共45页，创作于2023年2月3.卤代反应第24页，课件共45页，创作于2023年2月4.傅克反应：主要是酰基化反应，烷基化反应得到混合物。第25页，课件共45页，创作于2023年2月二、加成反应1.亲双烯加成反应第26页，课件共45页，创作于2023年2月

一般认为：呋喃较易发生亲双烯加成反应，吡咯也能和活性较大的亲双烯体发生反应，噻吩不易发生反应。第27页，课件共45页，创作于2023年2月2.催化加氢反应：呋喃、吡咯较易发生反应，噻吩能催化剂中毒，在特殊催化下发生反应。第28页，课件共45页，创作于2023年2月三、五元杂环化合物的鉴别蒸气遇到盐酸浸渍过的松木片显绿色。蒸气遇到盐酸浸渍过的松木片显红色。浓硫酸存在下，与靛红一起加热，显示蓝色。第29页，课件共45页，创作于2023年2月糠醛（呋喃甲醛）无色液体，Tb=161.7℃，易被空气氧化，在水中的溶解度9%。可通过戊糖脱水制得。HO-CH-CH-OHH-CHC-HOHHOCHO稀H2SO4呋喃甲醛CHO康尼查罗反应浓CHO+2O2V2O5,-MoO3520℃CH-CCH-COOO+CO2+H2O第30页，课件共45页，创作于2023年2月鉴别：1.托伦斯试剂：生成银镜。2.斐林试剂：生成红色沉淀。3.醋酸存在下加入苯胺，显红色。第31页，课件共45页，创作于2023年2月卟吩环卟啉化合物在自然界分布极为广泛：叶绿素、血红素、维生素B12细胞色素等都含有基本结构—卟吩环。具有重要的生理作用。卟啉化合物第32页，课件共45页，创作于2023年2月血红素第33页，课件共45页，创作于2023年2月X=CH3;叶绿素a=CHO;叶绿素bMgHHCH3CH2CH2COORXOCOOCH3R=-C20H39=-CH2CH=C-(CH2)3-CH-(CH2)3-CH-(CH2)3-CH(CH3)2CH3CH3CH3第34页，课件共45页，创作于2023年2月青霉素青霉素F：

R=CH2CH=CHCH2CH3青霉素G：

R=CH2C6H5青霉素X：

R=CH2C6H4OH-p青霉素F：

R=CH2(CH2)5CH3青霉素V：

R=CH2OC6H5头孢霉素可口服青霉素的R为：第35页，课件共45页，创作于2023年2月§11.4六元杂环—缺电子单杂环体系吡啶环系的化学性质1.吡啶环系的碱性

pKb=8.1(强于苯胺)第36页，课件共45页，创作于2023年2月2.吡啶环系氮上发生的反应第37页，课件共45页，创作于2023年2月3.吡啶环系的亲电取代反应第38页，课件共45页，创作于2023年2月4.吡啶环系的亲核取代反应第39页，课件共45页，创作于2023年2月第40页，课件共45页，创作于2023年2月5.吡啶环系的氧化和还原哌啶烟酸异烟酸第41页，课件共45页，创作于2023年2月吡啶