杂环化合物已修改学习教案.pptx

会计学1杂环化合物已修改杂环化合物已修改(xigi)第一页，共64页。2【目的要求】掌握杂环化合物的分类和命名以及(yj)医学关系密切的几种杂环化合物。【内容】1、杂环化合物的分类和命名（呋喃、吡咯、吡啶、吡喃、噻吩、嘧啶、嘌呤）；2、五元杂环化合物：呋喃、吡咯和噻吩的结构和性质（吡咯的酸碱性、吡啶、呋喃和噻吩的亲电取代反应、吡咯的衍生物；咪唑的结构和功能）；第1页/共64页第二页，共64页。3【内容】3、六元杂环化合物：吡啶的结构(jigu)和性质（吡啶的水溶性、碱性、亲电取代反应、亲核取代反应、氧化还原反应）；吡啶的衍生物；嘧啶及其衍生物；4、稠杂环化合物（嘌呤及其衍生物）；5、磺胺类药物第2页/共64页第三页，共64页。4 杂原子：除杂原子：除杂原子：除杂原子：除C C和和和和HH之外的其它元素的原子称为杂原之外的其它元素的原子称为杂原之外的其它元素的原子称为杂原之外的其它元素的原子称为杂原子。常见的杂原子有子。常见的杂原子有子。常见的杂原子有子。常见的杂原子有OO，S S，N N，P P等。等。等。等。杂环：环状化合物除杂环：环状化合物除杂环：环状化合物除杂环：环状化合物除C C以外环上还含有其它杂原子，以外环上还含有其它杂原子，以外环上还含有其它杂原子，以外环上还含有其它杂原子，这样的环称为杂环。这样的环称为杂环。这样的环称为杂环。这样的环称为杂环。前面学过的一些环状化合物如环醚、内酯、前面学过的一些环状化合物如环醚、内酯、前面学过的一些环状化合物如环醚、内酯、前面学过的一些环状化合物如环醚、内酯、环状酸酐、内酰胺、交酯、交酰胺等化合物比较环状酸酐、内酰胺、交酯、交酰胺等化合物比较环状酸酐、内酰胺、交酯、交酰胺等化合物比较环状酸酐、内酰胺、交酯、交酰胺等化合物比较容易容易容易容易(rngy)(rngy)开环，性质与相应的非环脂肪族化开环，性质与相应的非环脂肪族化开环，性质与相应的非环脂肪族化开环，性质与相应的非环脂肪族化合物相似，因此都并入脂肪族化合物中讨论，而合物相似，因此都并入脂肪族化合物中讨论，而合物相似，因此都并入脂肪族化合物中讨论，而合物相似，因此都并入脂肪族化合物中讨论，而不列为杂环化合物。不列为杂环化合物。不列为杂环化合物。不列为杂环化合物。第3页/共64页第四页，共64页。5 杂环化合物种类繁多(fndu)，数量庞大,在自然界分布极为广泛，大多数的生物碱为杂环化合物，植物中的叶绿素，动物中的血红蛋白等，中心结构都为杂环，作为生命基础物质的核酸基本组成单位碱基也为杂环碱。在现代药物中，杂环化合物占了相当大的比重，现在已成为一门独立的学科杂环有机化学。第4页/共64页第五页，共64页。6 本章着重讨论本章着重讨论本章着重讨论本章着重讨论(toln)(toln)(toln)(toln)的杂环化合物的杂环化合物的杂环化合物的杂环化合物,其环系较稳定其环系较稳定其环系较稳定其环系较稳定并具有一定程度的芳香性并具有一定程度的芳香性并具有一定程度的芳香性并具有一定程度的芳香性,把它们统称为芳把它们统称为芳把它们统称为芳把它们统称为芳(香香香香)杂环化杂环化杂环化杂环化合物。其它不具有芳香性的杂环化合物合物。其它不具有芳香性的杂环化合物合物。其它不具有芳香性的杂环化合物合物。其它不具有芳香性的杂环化合物,统称非芳香杂统称非芳香杂统称非芳香杂统称非芳香杂环化合物环化合物环化合物环化合物(或称杂脂环化合物或称杂脂环化合物或称杂脂环化合物或称杂脂环化合物)。芳香性：平面环，4n+2个电子，难氧化(ynghu)而易取代。第5页/共64页第六页，共64页。7第一节第一节 分类分类(fn li)和命名和命名 Classification and Nomenclature 一、分类（一、分类（Classification）1、按含杂原子数目分：含一个、按含杂原子数目分：含一个、两个或多个两个或多个(du)杂原子的杂杂原子的杂环。环。2、按环的结合形式分：单杂环、按环的结合形式分：单杂环、稠杂环。稠杂环。3、按环的大小分：五元杂环、按环的大小分：五元杂环、六元杂环。六元杂环。第6页/共64页第七页，共64页。8此外此外此外此外(c(c wi)wi)，还可这样分类：，还可这样分类：，还可这样分类：，还可这样分类：第7页/共64页第八页，共64页。9二、二、二、二、命名命名命名命名(mng mng)(mng mng)（Nomenclature Nomenclature）1、杂杂环环母母核核采采用用音音译译法法，外外文文谐谐音音汉汉字字(Hnz)加加“口口”偏偏傍傍。基本母核见基本母核见P237 表表14-1五元(w yun)杂环化合物：（俗名+IUPAC命名）第8页/共64页第九页，共64页。10六元杂环化合物：稠杂环：第9页/共64页第十页，共64页。112、杂环母核的编号规则、杂环母核的编号规则(guz):（1）含含1个个杂杂原原子子的的杂杂环环，从从杂杂原原子子开开始始，用用阿阿拉拉伯伯数数字字或或从从靠靠近近杂杂原原子子的的C开开始始用用希希腊腊字字母母(、等等)编号。编号。第10页/共64页第十一页，共64页。12 （2）如果有几个不同(b tn)的杂原子，则按O，-S，-NH-，-N=的先后顺序编号，并使杂原子的编号尽可能小。第11页/共64页第十二页，共64页。13（3 3）稠稠稠稠杂杂杂杂环环环环一一一一般般般般有有有有固固固固定定定定的的的的编编编编号号号号顺顺顺顺序序序序，通通通通常常常常从从从从靠靠靠靠近近近近稠稠稠稠合合合合原原原原子子子子的的的的一一一一端端端端开开开开始始始始，绕绕绕绕环环环环一一一一周周周周依依依依次次次次(yc)(yc)编编编编号号号号。公公公公用用用用的的的的碳碳碳碳原原原原子子子子一一一一般般般般不不不不编编编编号号号号，并并并并使使使使杂杂杂杂原原原原子子子子尽尽尽尽量量量量取取取取小小小小的的的的编编编编号号号号 （如如如如喹喹喹喹啉啉啉啉，异异异异喹喹喹喹啉啉啉啉，等等等等）。部部部部分分分分稠稠稠稠杂杂杂杂环环环环按按按按相相相相应应应应的的的的环环环环烃烃烃烃编编编编号号号号，此此此此时时时时杂杂杂杂原原原原子子子子编编编编号号号号最最最最大。（例如：咔唑、吖啶等）。大。（例如：咔唑、吖啶等）。大。（例如：咔唑、吖啶等）。大。（例如：咔唑、吖啶等）。第12页/共64页第十三页，共64页。14嘌呤有固定的编号，且共用(n yn)的碳原子参与编号。吖啶(dn)咔唑(k zu)第13页/共64页第十四页，共64页。15 3、杂环已含有最多数目的非聚集双键之外，还含有的饱和氢原子，这类氢原子称作“指示氢”、“额外(wi)氢”或“标氢”。用其位号加大写斜体“H”作词首来表示标氢不同的异构体，例如：第14页/共64页第十五页，共64页。164、若杂环不含有最多数目的非、若杂环不含有最多数目的非聚集双键，这样的饱和聚集双键，这样的饱和H称为称为(chn wi)“外加氢外加氢”。命名时，。命名时，需标明外加氢的位置和数目，需标明外加氢的位置和数目，全饱和的可省略位置，例：全饱和的可省略位置，例：第15页/共64页第十六页，共64页。175、杂环含有活泼H时，可能存在(cnzi)互变异构体，命名时需标明两种可能的位号。第16页/共64页第十七页，共64页。186、环上有其它取代基时，在母、环上有其它取代基时，在母核前面标明取代基的位置、数核前面标明取代基的位置、数目及名称。若取代基较大较复目及名称。若取代基较大较复杂杂(fz)，或者取代基为命名，或者取代基为命名优先基团时，可将杂环母核作优先基团时，可将杂环母核作为取代基。为取代基。第17页/共64页第十八页，共64页。192-（2-呋喃(fnn)甲氨基）苯甲酸 3-（4-吡啶基）戊烷第18页/共64页第十九页，共64页。20 2-氧-4氨基(nj)嘧啶（4-氨基(nj)嘧啶2-酮）胞嘧啶（C）2，4-二氧嘧啶(m dn)（尿嘧啶(m dn)，5-Fu）5-甲基-2，4-二氧嘧啶(m dn)胸腺嘧啶(m dn)（T）第19页/共64页第二十页，共64页。212-氨基(nj)-6氧嘌呤鸟嘌呤（G）6-氨基嘌呤腺嘌呤(A）7、没有固定名称(mngchng)的稠杂环命名（自学）第20页/共64页第二十一页，共64页。22第二节五元第二节五元(w yun)杂环化杂环化合物合物Pentheterocycles第21页/共64页第二十二页，共64页。23一、呋喃一、呋喃一、呋喃一、呋喃(fnn)(fnn)、噻吩、吡咯、噻吩、吡咯、噻吩、吡咯、噻吩、吡咯（Furan,Thiophene and pyrroleFuran,Thiophene and pyrrole）（一）（一）（一）（一）结构结构结构结构 电子离域的结果使环上各C原子(yunz)的电子云密度增大(6/5),这类杂环称“多”芳杂环。它们的亲电取代比苯容易。第22页/共64页第二十三页，共64页。24由于杂原子的电负性不同，由于杂原子的电负性不同，由于杂原子的电负性不同，由于杂原子的电负性不同，电子电子电子电子(dinz)(dinz)的平均化程的平均化程的平均化程的平均化程度也不同，芳香性和稳定性顺序为：度也不同，芳香性和稳定性顺序为：度也不同，芳香性和稳定性顺序为：度也不同，芳香性和稳定性顺序为：苯苯苯苯 噻吩噻吩噻吩噻吩 吡咯吡咯吡咯吡咯 呋喃呋喃呋喃呋喃氧的电负性强，氧的电负性强，氧的电负性强，氧的电负性强，S S轨道的轨道的轨道的轨道的 电子电子电子电子(dinz)(dinz)为为为为3P3P电子电子电子电子(dinz)(dinz)，易给出。易给出。易给出。易给出。（二）、物理性质（二）、物理性质（二）、物理性质（二）、物理性质 在水中的溶解度比吡啶小，其溶解度顺序为在水中的溶解度比吡啶小，其溶解度顺序为在水中的溶解度比吡啶小，其溶解度顺序为在水中的溶解度比吡啶小，其溶解度顺序为:吡咯吡咯吡咯吡咯 呋喃呋喃呋喃呋喃 噻吩。噻吩。噻吩。噻吩。第23页/共64页第二十四页，共64页。25（三）、化学性质（三）、化学性质、酸碱性、酸碱性 吡吡咯咯虽虽然然含含有有N原原子子，但但并并不不具具有有碱碱性性，反反而而是是N上上的的H表表现现(bioxin)出出酸酸性性，可可以以与与强强碱碱(如如:金金属属钾钾、固固体体KOH等等)成盐。例：成盐。例：这是由于N上P轨道(gudo)中的两个电子参与形成了大键,无孤对电子,不再有给出电子的能力。第24页/共64页第二十五页，共64页。26、稳定性 与强酸作用时，吡咯和呋喃会发生水解(shuji)、聚合等反应，表现出环的不稳定性，噻吩比较稳定。环的稳定与其芳香性有关，芳香性越强就越稳定，其顺序为：苯 噻吩 吡咯 呋喃。因此，吡咯(blu)和呋喃不能用强酸进行硝化、磺化，而要用较温和的非质子性试剂。第25页/共64页第二十六页，共64页。27、亲电取代反应 比苯容易，主要(zhyo)发生在位。亲电反应活性顺序为：吡咯 呋喃 噻吩苯（1）卤代 一般得到多卤代物，若要制备一氯代或一溴代物，需要用溶液稀释并控制温度。第26页/共64页第二十七页，共64页。28第27页/共64页第二十八页，共64页。29 （2 2）硝化）硝化）硝化）硝化(xio hu)(xio hu)不能直接用HNO3,吡咯(blu)和呋喃与强酸作用时，会发生质子化或水解。当发生质子化后，五元环失去芳香性，性质相当于环戊二烯，可发生加成聚合等反应，所以不能直接硝化或磺化。常用(chn yn)的硝化剂为硝酸乙酰酯（硝酸乙酸酐）。例：第28页/共64页第二十九页，共64页。30第29页/共64页第三十页，共64页。31（3）磺化）磺化 吡吡咯咯和和呋呋喃喃所所用用的的磺磺化化剂剂为为 吡吡 啶啶 三三 氧氧 化化 硫硫，噻噻 吩吩(sifn)可可以以直直接接用用H2SO4磺磺化，化，-SO3H进入进入位。位。第30页/共64页第三十一页，共64页。32（4）付）付-克酰克酰基化基化 第31页/共64页第三十二页，共64页。334、呋喃环的狄尔斯-阿尔特（Dels-Alder）加成 呋喃环稳定性小，具有(jyu)部分共轭二烯的性质，能发生双烯加成反应。第32页/共64页第三十三页，共64页。345、还原、还原(hun yun)反应反应第33页/共64页第三十四页，共64页。35二、嘌呤二、嘌呤 嘌呤是两个嘌呤是两个(lin)互变互变异构体形成的平衡体系，平衡异构体形成的平衡体系，平衡偏向于偏向于9H形式。形式。第34页/共64页第三十五页，共64页。36 嘌呤衍生物广泛存在于生物体中，许多具有(jyu)生理活性。第35页/共64页第三十六页，共64页。37第三节第三节 六元杂环化六元杂环化合物合物 吡啶吡啶(bdng)、嘧啶、喹啉、吡喃嘧啶、喹啉、吡喃HexheterocyclesHexheterocycles第36页/共64页第三十七页，共64页。38 一、吡啶一、吡啶(bdng)（Pyridine）（一）结构（一）结构（Structure）C:SP2杂化，N:不等性SP2杂化6个p轨道(gudo)上各有一个电子N的一个SP2轨道(gudo)上有一对孤对电子第37页/共64页第三十八页，共64页。39 由于N原子的吸电子性，使环上C原子上的电子云密度降低，且分布不均。C上的电子云密度比苯低(间位较接近),这类芳杂环称为(chn wi)“缺”芳香环,吡啶环不易发生亲电取代反应。第38页/共64页第三十九页，共64页。40（二）物理性质（Physical properties）具有特殊臭味的无色液体，可以任意比例溶于水，能溶解大多数极性或非极性有机物，为一良好(lingho)的溶剂。第39页/共64页第四十页，共64页。41（三）化学性质（三）化学性质（Chemical Properties）1、碱性及亲核性：、碱性及亲核性：N上的孤对上的孤对电子电子(du din z)可以与质可以与质子结合，吡啶具有碱性。子结合，吡啶具有碱性。吡啶碱性小于胺和氨，但比芳胺强。这是由于(yuy)N的SP2杂化，孤对电子所处的轨道S成分较多，靠近原子核较近，不易给出。第40页/共64页第四十一页，共64页。42 吡啶环上有取代基时，取代基对碱性的影响规律同苯胺，供电子基团使碱性增强(zngqing)，吸电子基团使碱性减弱。N的亲核性：吡啶(bdng)具有碱性，是良好的亲核试剂，可以与卤代烷、酰卤等成盐。类似(li s)于季铵盐第41页/共64页第四十二页，共64页。43第42页/共64页第四十三页，共64页。442、环上亲电取代 比苯难进行，主要(zhyo)进入3位不能用AlCl3等路易斯酸催化(cu hu)第43页/共64页第四十四页，共64页。453、环上亲核取代 吡啶(bdng)环中的N相当于-NO2，是强吸电子基团，当2位或4位有易离去基团时（-Cl），可以发生亲核取代反应。第44页/共64页第四十五页，共64页。46第45页/共64页第四十六页，共64页。47 亲核试剂(shj)的亲核能力很强时（强碱），取代基可以取代氢原子。第46页/共64页第四十七页，共64页。484、氧化还原、氧化还原(hun yun)反应反应 氧氧化化 吡吡啶啶环环不不易易被被氧氧化化，但但侧侧链链可可以以被被氧氧化化，也也可可以以被被过过酸或过氧化氢氧化为酸或过氧化氢氧化为N-氧化物。氧化物。第47页/共64页第四十八页，共64页。49还原(hun yun)吡啶加氢还原(hun yun)成哌啶，比苯容易仲胺，碱性(jin xn)增强第48页/共64页第四十九页，共64页。50二、二、二、二、喹啉喹啉喹啉喹啉(ku ln)(ku ln)和异喹啉和异喹啉和异喹啉和异喹啉(ku ln)(ku ln)（Quinoline and Isoquinoline Quinoline and Isoquinoline）喹啉和异喹啉的结构(jigu)和性质类似于吡啶，N同样为SP2杂化，其中一个SP2轨道中有一对孤对电子，具有碱性。喹啉和异喹啉都是萘的含氮类似物，其芳环发生钝化。喹啉(ku ln)异喹啉第49页/共64页第五十页，共64页。511、亲电、亲核取代、亲电、亲核取代 喹啉同样易发生喹啉同样易发生(fshng)亲电、亲核取代反应，都比亲电、亲核取代反应，都比吡啶容易，亲电取代主要在吡啶容易，亲电取代主要在5位或位或8位，而亲核反应主要发位，而亲核反应主要发生生(fshng)在在2位。位。第50页/共64页第五十一页，共64页。52亲核取代(qdi)：异喹啉(ku ln)类似于喹啉(ku ln)，也是亲电，主要发生在5，8位，而亲核发生在1或4位。第51页/共64页第五十二页，共64页。532、氧化、还原(hun yun)反应（比苯容易）氧化易发生在苯环上，还原(hun yun)则先还原(hun yun)含氮环。第52页/共64页第五十三页，共64页。541，2，3，4-四氢喹啉（碱性(jin xn)降低，同苯胺）十 氢喹啉(ku ln)第53页/共64页第五十四页，共64页。553、喹啉合成（斯克劳普，Z.H.SKraup）原料为芳胺，甘油，和硝基苯，硫酸(li sun)催化。反应过程(guchng)如下：（1）第54页/共64页第五十五页，共64页。56（3）环合(hun h)、脱水（2）（Michael加成）共轭加成。第55页/共64页第五十六页，共64页。57（再作为(zuwi)原料）苯胺用其它取代(qdi)芳胺代替，甘油用其它（，）不饱和醛、酮代替，可以得到相应的喹啉衍生物。如：（4）第56页/共64页第五十七页，共64页。58第57页/共64页第五十八页，共64页。59四、含两个杂原子的六元杂环 嘧啶(m dn)（Pyrimidine）(一)结构和物性三、含氧六元杂环（吡喃）（自学(zxu)）第58页/共64页第五十九页，共64页。60 二嗪类环上二个氮原子的构型与吡啶中的氮原子相同，各有一对未共用电子在SP2轨道上。但一个(y)氮原子与酸作用质子化后，使吸电性大增强，另一氮原子就很难再质子化了。故均为一元碱。且由于二个N原子相互影响，碱性都比吡啶弱。嘧啶能与水形成氢键，故嘧啶可与水混溶。第59页/共64页第六十页，共64页。61(二二)嘧啶衍生物嘧啶衍生物 1 1、嘧啶环是生理及药理上嘧啶环是生理及药理上都非常都非常(fichng)(fichng)重要的环重要的环系。系。它们(t men)是核酸的重要组分。2，4-二氧嘧啶(m dn)（尿嘧啶(m dn)，5-Fu）胞嘧啶胸腺嘧啶第60页/共64页第六十一页，共64页。622、磺胺嘧啶属磺胺类药物是一、磺胺嘧啶属磺胺类药物是一个治疗全身细菌性感染的特效个治疗全身细菌性感染的特效药；其优点为抗菌谱广，对链药；其优点为抗菌谱广，对链球菌、葡萄球菌等有很好的抑球菌、葡萄球菌等有很好的抑制作用制作用,可用于治疗肺炎可用于治疗肺炎(fiyn)、脑炎。、脑炎。第61页/共64页第六十二页，共64页。634、氟尿嘧啶是抗癌药，毒性、氟尿嘧啶是抗癌药，毒性很大。它与脱氧核糖缩合成很大。它与脱氧核糖缩合成(hchng)苷可降低其毒性。苷可降低其毒性。第62页/共64页第六十三页，共64页。64第63页/共64页第六十四页，共64页。