第17章杂环化合物.ppt

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1、第17章杂环化合物现在学习的是第1页，共43页17.1 杂环化合物的分类和命名杂环化合物的分类和命名17.2 杂环化合物的结构和芳香性杂环化合物的结构和芳香性17.3 五元杂环化合物五元杂环化合物 (呋喃、噻吩、吡咯、吲哚的结构及其化学性质呋喃、噻吩、吡咯、吲哚的结构及其化学性质)17.4 六元杂环化合物六元杂环化合物 (吡啶、喹啉、异喹啉的结构及其化学性质吡啶、喹啉、异喹啉的结构及其化学性质)17.5 嘧啶、嘌呤及其衍生物嘧啶、嘌呤及其衍生物现在学习的是第2页，共43页在环上含有在环上含有杂原子杂原子(非碳原子非碳原子)的有机物称为杂环化合物。的有机物称为杂环化合物。杂环化合物的简介杂环化合

2、物的简介1.脂杂环脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物没有芳香特征的杂环化合物现在学习的是第3页，共43页2.芳杂环芳杂环 具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环本本章章介介绍绍的的是是具具有有不不同同芳芳香香性性的的杂杂环环化化合合物物(简简称称芳芳杂化合物杂化合物)连续共轭连续共轭共平面共平面4n4n2 2电子电子亲电取代亲电取代不易加成不易加成现在学习的是第4页，共43页17.1 杂环化合物的分类和命名杂环化合物的分类和命名按骨架分类：五元杂环、六元杂环；单杂环和稠杂环。按骨架分类：五元杂环、六元杂环；单杂环和稠杂环。1.音译名音译名 （同音汉字加（同音汉字加“

3、口口”字旁）字旁）现在学习的是第5页，共43页2.当作碳环芳香化合物的衍生，如：当作碳环芳香化合物的衍生，如：现在学习的是第6页，共43页3.环上原子的编号顺序环上原子的编号顺序 从杂原子开始从杂原子开始 1,2,3,4或用或用,编号编号;2,5-二甲基呋喃二甲基呋喃,-二甲基呋喃二甲基呋喃3-甲基噻吩甲基噻吩-甲基噻吩甲基噻吩2-呋喃甲醛呋喃甲醛-呋喃甲醛呋喃甲醛2-乙酰基吡咯乙酰基吡咯-乙酰基吡咯乙酰基吡咯3-吡啶甲酸吡啶甲酸-吡啶甲酸吡啶甲酸2-乙酰基吲哚乙酰基吲哚-乙酰基吲哚乙酰基吲哚现在学习的是第7页，共43页 不止一个杂原子，按不止一个杂原子，按O，S，N顺序编号；使顺序编号；使

4、杂原子位杂原子位次之和最小次之和最小5-甲基噻唑甲基噻唑现在学习的是第8页，共43页3-甲基甲基-1-苯基苯基-5-吡唑酮吡唑酮4-甲基咪唑甲基咪唑含有两个或以上的相同杂原子的单杂环衍生物，编号从含有两个或以上的相同杂原子的单杂环衍生物，编号从连有取代基连有取代基(或氢原子或氢原子)的那个杂原子开始，顺序定位，使另的那个杂原子开始，顺序定位，使另一个杂原子的位次保持最小：一个杂原子的位次保持最小：1,2,3-三氮唑三氮唑1,2,5-三氮唑三氮唑现在学习的是第9页，共43页17.2 杂环化合物的结构与芳香性杂环化合物的结构与芳香性吡咯吡咯X=O,S(1)五元杂环五元杂环：闭合共平面的、连续共轭、

5、五中心六电子闭合共平面的、连续共轭、五中心六电子现在学习的是第10页，共43页饱和化合物饱和化合物CC：0.154 nm；CC：0.133 nm；CO：0.143 nm；CN：0.147 nm；CS：0.182 nm；离域能离域能呋喃：呋喃：67 kJ/mol；吡咯：吡咯：88 kJ/mol；噻吩：噻吩：117 kJ/mol。键长、离域能、键长、离域能、1H NMR现在学习的是第11页，共43页总结：总结：1.呋喃、噻吩、吡咯分子中所有的原子共平面；呋喃、噻吩、吡咯分子中所有的原子共平面；2.体系中含有体系中含有6个个电子，符合休克尔电子，符合休克尔4n+2规则，所以它们都规则，所以它们都具有

6、一定的芳香性具有一定的芳香性,可以发生亲电取代反应；可以发生亲电取代反应；3.由于环上的由于环上的5个原子共享个原子共享6个个电子，电子，电子云密度比苯环电子云密度比苯环大，发生亲电取代反应的速度也比苯快得多。大，发生亲电取代反应的速度也比苯快得多。现在学习的是第12页，共43页呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应*1 取代反应主要发生在取代反应主要发生在-C上上；+C效应为主，环上电子密度比苯大，称为多效应为主，环上电子密度比苯大，称为多芳杂环；芳杂环；亲电取代反应活性比苯高；亲电取代多发生在亲电取代反应活性比苯高；亲电取代多发生在-位。位。现在学习的是第13页，共4

7、3页*3 吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试剂要注意吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试剂要注意；*4 噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易加成；噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易加成；呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数亲电试剂发生呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数亲电试剂发生 亲电取代，但在强亲核试剂存在下，能发生亲核加成亲电取代，但在强亲核试剂存在下，能发生亲核加成。电子密度电子密度-络合物络合物吸电子诱导吸电子诱导：O(3.5)N(3.0)S(2.6)给电子共轭给电子共轭：N O S综合：综合：N贡献电子最多，贡献电子最多，O其次，其次，S最少最少*2 亲电取代反应的活性

8、顺序为亲电取代反应的活性顺序为：离域能离域能 呋喃：呋喃：67 kJ/mol；吡咯：；吡咯：88 kJ/mol；噻吩：；噻吩：117 kJ/mol现在学习的是第14页，共43页下列化合物哪些具有芳香性？下列化合物哪些具有芳香性？现在学习的是第15页，共43页17.3 五元杂环化合物五元杂环化合物17.3.1 呋喃呋喃存存在在于于松松木木焦焦油油中中，为为无无色色液液体体，难难溶于水，易溶于有机溶剂。溶于水，易溶于有机溶剂。松木反应松木反应，用于鉴定呋喃的存在。，用于鉴定呋喃的存在。显绿色显绿色现在学习的是第16页，共43页(1)呋喃的制备呋喃的制备-呋喃甲醛的催化脱羰；呋喃甲醛的催化脱羰；-呋

9、喃甲酸的催化脱羧。呋喃甲酸的催化脱羧。现在学习的是第17页，共43页(2)呋喃的化学性质呋喃的化学性质亲电取代亲电取代现在学习的是第18页，共43页加成反应加成反应Diels-Alder反应，反应，4+2催化加氢催化加氢现在学习的是第19页，共43页17.3.2 糠醛糠醛可用来检验糠醛；糠醛可发生可用来检验糠醛；糠醛可发生银镜反应银镜反应。制法：制法：现在学习的是第20页，共43页现在学习的是第21页，共43页17.3.3 噻吩噻吩噻吩的制法噻吩的制法：用于噻吩的检验用于噻吩的检验现在学习的是第22页，共43页噻吩的性质噻吩的性质：不能发生不能发生4+2反应；不能氧化成砜和亚砜。反应；不能氧化

10、成砜和亚砜。现在学习的是第23页，共43页17.3.4 吡咯吡咯吡咯的制法吡咯的制法：用于检验吡咯及其低级同系物的存在用于检验吡咯及其低级同系物的存在显红色显红色现在学习的是第24页，共43页吡咯的性质吡咯的性质：(A)弱酸性弱酸性现在学习的是第25页，共43页(B)取代反应取代反应现在学习的是第26页，共43页卟吩卟吩血红素血红素叶绿素叶绿素A现在学习的是第27页，共43页补充：五元杂环上取代基的定位效应补充：五元杂环上取代基的定位效应-位上有取代基时，吡咯、噻吩的定位效应一致，情况如下：位上有取代基时，吡咯、噻吩的定位效应一致，情况如下：-取代呋喃在强亲电试剂的作用下易发生取代呋喃在强亲电

11、试剂的作用下易发生2,5-加成反应：加成反应：Z=NH,S现在学习的是第28页，共43页-位上有取代基时，呋喃、吡咯、噻吩的定位效应一致。位上有取代基时，呋喃、吡咯、噻吩的定位效应一致。现在学习的是第29页，共43页 17.3.5 吲哚吲哚吲哚吲哚 异吲哚异吲哚现在学习的是第30页，共43页费歇尔费歇尔(Fischer)合成法合成法醛、酮、酮酸、酮酸酯与芳肼在路易斯酸催化下加热。醛、酮、酮酸、酮酸酯与芳肼在路易斯酸催化下加热。现在学习的是第31页，共43页现在学习的是第32页，共43页吲哚亲电取代反应定位规律吲哚亲电取代反应定位规律现在学习的是第33页，共43页 17.3.5 噻唑、吡唑及其衍

12、生物噻唑、吡唑及其衍生物弱碱性；弱碱性；电子密度比噻吩低，不易发生亲电取代电子密度比噻吩低，不易发生亲电取代弱碱性；弱碱性；电子密度比吡咯低，还可以发生亲电取代电子密度比吡咯低，还可以发生亲电取代现在学习的是第34页，共43页17.4 六元杂环化合物六元杂环化合物饱和化合物饱和化合物CC：0.154 nm；CC：0.134 nm；CN：0.147 nm；CN：0.128 nm；电子云密度比苯环小，发生亲电取代电子云密度比苯环小，发生亲电取代反应的速度也比苯慢。反应的速度也比苯慢。吡啶吡啶现在学习的是第35页，共43页-I效应，环上电子密度比苯小，称为缺效应，环上电子密度比苯小，称为缺芳杂环；芳

13、杂环；亲电取代反应活性比苯低；亲电取代反应活性比苯低；亲电取代多发生在亲电取代多发生在-位；位；容易在容易在-位发生亲核取代反应。位发生亲核取代反应。现在学习的是第36页，共43页(A)碱性碱性现在学习的是第37页，共43页(B)取代反应取代反应吡啶不能发生吡啶不能发生Friedel-Crafts反应。反应。亲电取代亲电取代现在学习的是第38页，共43页亲核取代亲核取代亲核取代反应使亲核取代反应使,-活化活化。现在学习的是第39页，共43页(C)氧化与还原氧化与还原现在学习的是第40页，共43页现在学习的是第41页，共43页17.4.2 喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉喹啉喹啉 异喹啉异喹啉现在学习的是第42页，共43页机理：机理：现在学习的是第43页，共43页