有机化学经典课件17.pptx
作业（作业（P429P429）5 5、7 7、8 8、1010、1111。第十七章第十七章 杂环化合物杂环化合物第1页/共47页一般把除碳以外的成环原子叫杂原子，常见的杂原子有氧、硫和氮：环系中可含一个、两个或多个相同或不同的杂原子。环可以有三元环、四元环、五元环、六元环或更大，可以是稠合的环。第十七章 杂环化合物 杂环化合物种类繁多，约占全部已知有机化合物的 三分之一。第2页/共47页这些化合物的性质与相应的脂肪族化合物相近。本章介绍的是具有不同芳香性的杂环化合物（简称芳杂化合物）。已经学过的杂环化合物：第3页/共47页按骨架分类:五元杂环、六元杂环;单杂环和稠杂环等。命名按英文音译。常见的杂环有：17.1 杂环化合物的分类和命名喹啉 呋喃 噻吩吡咯吡啶吲哚 噻唑 嘧啶第4页/共47页 命名1：带有取代基的杂环化合物，以杂环为母体，从杂原子开始顺着环编号；当环上含有两个或以上相同的杂原子时，应使杂原子所在位次的数字最小；环上有不同杂原子时，按O、S、N的次序编号：命名2：环上只有一个杂原子时，有时也把靠近杂原子的位置叫 位，其次为 位，再次为 位：第5页/共47页 含有两个或以上的相同杂原子的单杂环衍生物，编号从连有取代基（或氢原子）的那个杂原子开始，顺序定位，使另一个杂原子的位次保持最小：第6页/共47页命名3：根据相应的碳环来命名。把杂环看作相应碳环中的碳原子被杂原子取代而形成的化合物，命名时在相应的碳环名称前加上杂原子的名称：在没有误会的情况下，“杂”字可以省去。第7页/共47页（1）五元杂环化合物呋喃、噻吩、吡咯的结构 五个原子处于同一平面；有一个闭合的共轭体系。杂原子的未共用电子对参加了芳香性的六 电子体系的形成。体系符合4n+2休克尔规则。17.2 杂环化合物的结构与芳香性杂原子均以sp2杂化（未杂化的P上有2个电子参加成环）p(2),sp2(1,1,1)p(2),sp2(1,1,2)p(2),sp2(1,1,2)第8页/共47页 呋喃、吡咯、噻吩环中的杂原子上的未共用电子对参与了环的共轭体系，使环上的电子云密度增大，故比苯容易发生亲电取代反应，取代通常发生在-位。芳香性程度的比较：第9页/共47页芳香性强弱的次序 苯 噻吩 吡咯 呋喃取代反应活性的次序吡咯 呋喃 噻吩 苯离域能离域能：152 117 88 67 KJ/mol-0.10 -0.03 -0.06 0 (不一致不一致)a位电子位电子云密度云密度第10页/共47页 氮原子与碳原子处在同一平面。吡啶的结构与苯相似，符合休克尔规则，具有芳香性 吡啶在发生亲电取代反应较苯困难，主要发生在 位。相对来说，吡啶较易发生亲核取代反应，取代基往往进入 位。（2）六元杂环化合物吡啶杂原子均以sp2杂化（未杂化的P上有1电子参加成环）P(1),Sp2(1,1,2)第11页/共47页 由于芳杂环中电子的离域作用，环中的单、双键与孤立的单、双键不同，因此，可用下列式子表示：也可用共振式的叠加来表示，如吡咯：芳香族化合物的电荷分布：环上碳原子电荷密度比苯大的称为多 芳杂环，通常为五元芳杂环；比苯小的，称为缺 芳杂环，六元杂环。第12页/共47页 电子数=6 电子数=8 电子数=6非共轭体系 电子数=6 电子数=6N有3个 键的,如-NH-,则N为SP2（1,1,1）,剩余P=2电子(电子)N有2个 键的,如-N=,则N为SP2（1,1,2）,剩余P=1电子(电子)作业第8题:下列化合物哪些具有芳香性？有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性反芳香性反芳香性无芳香性无芳香性第13页/共47页存在于松木焦油中，为无色液体，难溶于水，易溶于有机溶剂。其蒸汽遇有被盐酸浸过的松木时，即呈绿色（叫松木反应，鉴别呋喃的存在）。工业上用糠醛（-呋喃甲醛）制备：实验室采用糠酸加热脱羧制得：17.3 五元杂环化合物呋喃（1）呋喃的制备第14页/共47页 呋喃具有芳香性，较苯活泼，容易发生取代反应；还有一定程度的不饱和化合物的性质(发生加成反应)。溴代：硝化（缓和试剂）：磺化（缓和试剂）：吡咯与SO3的络合物（2）化学性质（A）取代反应 位取代第15页/共47页 （使用缓和路易斯酸催化剂）呋喃具有共轭双键的性质(双烯合成)在催化剂作用下,呋喃加氢生成四氢呋喃(优良的溶剂和有机原料):傅-克酰基化反应四氢呋喃（B）加成反应无芳香性第16页/共47页 学名:-呋喃甲醛。制造糠醛树脂等。（1）糠醛的制法（麦杆、花生壳、甘蔗渣等含多缩戊糖的物质）：糠醛第17页/共47页 糠醛在醋酸存在下与苯胺作用显红色检验糠醛；糠醛具有一般醛基的性质：（2）性质和用途 糠醛可发生银镜反应；第18页/共47页 糠醛为没有-氢的醛，其性质与苯甲醛或甲醛相似：B：生成-呋喃丙烯酸 A：坎尼扎罗反应（歧化反应）普尔金反应（Perkin）第19页/共47页 噻吩存在于煤焦油的粗苯中，约为粗苯含量的0.5%在石油和页岩油中也含有噻吩及其同系物。噻吩的结构：（1）噻吩的制法噻吩丁烷、丁烯和丁二烯方法1第20页/共47页方法3实验室制法方法2第21页/共47页（2）噻吩的性质亲电取代发生在 位傅-克反应第22页/共47页吡咯 吡咯的制备（A）弱酸性第23页/共47页（B）取代反应偶合反应四碘吡咯四碘吡咯常用来代替碘仿作伤口消毒剂.第24页/共47页吲哚 吲哚的结构 异吲哚的结构苯并吡咯第25页/共47页（1）存在和制取存在于煤焦油和页岩油中。（2）性质（A）碱性吡啶环上氮原子有一对未共用电子没参加环上的共轭体系，因此能与质子结合，具有弱碱性：吡啶容易和SO3结合生成N-磺酸吡啶，作为缓和的磺化剂。17.4 六元杂环化合物吡啶第26页/共47页 吡啶与叔胺相似，可与卤烷结合生成相当于季铵盐的产物，受热则发生分子重排而生成吡啶的同系物：吡啶与酰氯作用生成盐，是良好的酰化剂：第27页/共47页（B）取代反应亲电取代反应与硝基苯类似，发生在 位；较苯难磺化、硝化和卤化。吡啶不能起傅-克反应亲电取代亲电取代 位取代位取代第28页/共47页 与硝基苯相似：吡啶与强的亲核试剂起亲核取代亲核取代反应，主要生成 取代产物（齐齐巴宾反应）：与2-硝基氯苯相似，2-氯吡啶与碱或氨等亲核试剂作用，可生成相应的羟基吡啶或氨基吡啶：强的亲核试剂亲核取代亲核取代 取代产物取代产物第29页/共47页（C）氧化与还原吡啶比苯稳定，不易被氧化剂氧化。吡啶的同系物被氧化时总是侧链先氧化而芳杂环不破坏，生成相应的吡啶甲酸：第30页/共47页 吡啶用过氧羧酸氧化（或30%的H2O2和CH3COOH作用）时，生成吡啶N-氧化物或称氧化吡啶：吡啶经催化氢化或用乙醇和钠还原，可得六氢吡啶：作业5(3)湿AgOH,？第31页/共47页尼古丁吡啶和哌啶的衍生物第32页/共47页喹啉和异喹啉喹啉的制备第33页/共47页喹啉的化学反应 亲电取代，进入苯环的5，8-位（异环异环）亲核取代，进入吡啶环的-位（同环同环）第34页/共47页 苯环的破裂 吡啶环的氢化 苯环和吡啶环均氢化第35页/共47页（2）异喹啉异喹啉比较重要的衍生物罂粟碱、黄连素罂粟花罂粟花第36页/共47页17.5 嘧啶、嘌呤及其衍生物（1）嘧啶的衍生物广泛存在于生物体内。是核酸的重要组成部分第37页/共47页（2）嘌呤及其衍生物 嘌呤的结构是核酸的重要组成部分 嘌呤的衍生物（1）第38页/共47页 嘌呤的衍生物（2）尿酸尿酸咖啡碱咖啡碱第39页/共47页有机化合物和合成方法 资料：资料：*1900-2000年的100年中，化学合成和分离了2285万种化合物（包括天然产物、药物、材料等）。其中大部分都是有机合成的产物。*许多天然存在的有机化合物，包括复杂的天然产物，都可以用有机合成方法制得。第40页/共47页*生命科学:生物大分子，生物活性分子，生化分析试剂等*医药学:药物，药理、病理分析试剂等*农业:农药、农用化学品等*石油:石油化工产品等*材料科学:高分子化合物，功能材料等*食品:食品添加剂等*日用化工:染料，涂料，化装品等有机合成是有机化学中永不枯竭的研究资源第41页/共47页有机合成是从容易得到的简单工业原料（有机或 无机试剂），通过一步或多步反应来制 备所需的化合物。通常有机合成的方法有两种：（1）从已给的原料出发，通过有机反应逐步转变为所 需要的化合物（目标化合物）。这种方法一般是 目标化合物比较简单，反应步骤少；（2）逆向分析法从目标化合物开始，通过“切断”和倒推，以得到简单的起始原料。（反合成分 析）。第42页/共47页目标分子即打算加以合成的分子，以TM表示。切断用于合成上的一种方法，即将分子的一个键切断，使分子转变成一种以上的可能原料，这是化学反应中的逆过程。合成子在切断时所得出的概念性的分子碎片，通常是离子。第43页/共47页合成步骤设计合成一种目标分子应尽可能考虑以下几点：1、步骤少(多则总产率低、时间、原材料消耗多)；2、产率高(副反应少，分离能化简)；3、原料便宜易得（还要加上无毒、少毒）反应条件、设备易于实现；还应加上绿色化学的考虑：(“原子 经济性”，污染尽可能少)。在设计一种合成法时，应主要考虑基本骨骨架架的构成、官官能能团团的引入，基基团团的的保保护护与与去去除除及立立体体化化学学等因素。第44页/共47页有机化学最后三章的学习第十八章第十八章 碳水化合物碳水化合物第十九章第十九章 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 核酸核酸第二十章第二十章 元素有机化合物元素有机化合物提供多媒体课件（已经做好，可以拷贝）；提供多媒体课件（已经做好，可以拷贝）；希望同学在假期里自学这三章；希望同学在假期里自学这三章；准备考研究生的同学，请一定自己看看，可准备考研究生的同学，请一定自己看看，可随时和我讨论。随时和我讨论。第45页/共47页物理化学物理化学简介简介主讲教师：邹立壮邹立壮 教授 多年的教学经验多年的教学经验 界面化学的专家界面化学的专家物理化学学习的特点：重要的基础课程重要的基础课程 概念抽象概念抽象 难度较大（需要配合必要的课外习题练习）难度较大（需要配合必要的课外习题练习）第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页
