芳香杂环化合物讲稿.ppt
《芳香杂环化合物讲稿.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《芳香杂环化合物讲稿.ppt(65页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、关于芳香杂环化合物第一页,讲稿共六十五页哦第一节第一节 芳香杂环化合物芳香杂环化合物一一 分类和命名分类和命名二二 芳香六元杂环芳香六元杂环三三 芳香五元杂环芳香五元杂环四四 稠杂环化合物稠杂环化合物*第二节第二节 维生素维生素 一一维生素概述维生素概述二二脂溶性维生素脂溶性维生素三三水溶性维生素水溶性维生素第二页,讲稿共六十五页哦教学要求:教学要求:掌握常见的五员与六员杂环的电子结构、掌握常见的五员与六员杂环的电子结构、芳香性、反应特征。了解一些重要的衍生物。芳香性、反应特征。了解一些重要的衍生物。教学内容教学内容:芳香杂环化合物的概念、分类和命名方法。芳香杂环化合物的概念、分类和命名方法。
2、五员杂环(吡咯、呋喃、噻吩)的结构特征和化学性质,五员杂环(吡咯、呋喃、噻吩)的结构特征和化学性质,如酸碱性、亲电取代反应,简介咪唑的结构和功能。以如酸碱性、亲电取代反应,简介咪唑的结构和功能。以吡啶为代表,介绍六员杂环化合物的电子结构、芳香性吡啶为代表,介绍六员杂环化合物的电子结构、芳香性和化学性质。简单介绍嘧啶及稠合的稠杂环化合物。和化学性质。简单介绍嘧啶及稠合的稠杂环化合物。第三页,讲稿共六十五页哦在环状有机化合物中除了在环状有机化合物中除了C原子外,还有其他原子如原子外,还有其他原子如O、S、N等环状有机化合物,称为等环状有机化合物,称为杂环化合物杂环化合物.O、S、N等原子称为等原子
3、称为杂原子杂原子依据上述定义,杂环化合物应该包括酸酐、内酯、环内酰胺依据上述定义,杂环化合物应该包括酸酐、内酯、环内酰胺等。但由于它们的环很容易打开,在性质上也与相应的链状化等。但由于它们的环很容易打开,在性质上也与相应的链状化合物相似,所以杂环化合物中一般不讨论这些化合物;合物相似,所以杂环化合物中一般不讨论这些化合物;而只将而只将环系比较稳定环系比较稳定,且具有不同程度芳香性的杂环化合物,且具有不同程度芳香性的杂环化合物(简称为芳香杂环化简称为芳香杂环化合物合物)及其氢化产物作为研究对象。及其氢化产物作为研究对象。酸酐酸酐内酯内酯内酰胺内酰胺第四页,讲稿共六十五页哦杂环化合物是有机化合物中
4、极为重要的一类。它们广泛分布于自杂环化合物是有机化合物中极为重要的一类。它们广泛分布于自然界,不但种类多、数量大,而且其衍生物中有不少是具生理活然界,不但种类多、数量大,而且其衍生物中有不少是具生理活性的物质。例如,细胞的重要成分核酸,人和动物血液中的血红性的物质。例如,细胞的重要成分核酸,人和动物血液中的血红素,植物体内的叶绿素、生物碱,还有许多酶等。许多药物结构素,植物体内的叶绿素、生物碱,还有许多酶等。许多药物结构中也含有杂环中也含有杂环第一节、分类和命名第一节、分类和命名Classification and Nomenclature一一.分类分类杂环化合物一般可分为单环(又分为五元杂环
5、和六元杂杂环化合物一般可分为单环(又分为五元杂环和六元杂环)和稠环(又分为芳香稠杂环和稠杂环)二类。环)和稠环(又分为芳香稠杂环和稠杂环)二类。第五页,讲稿共六十五页哦依据环中的杂原子数目分为一个,二个或多个杂原子的杂环化合物依据环中的杂原子数目分为一个,二个或多个杂原子的杂环化合物二二.命名命名音译法音译法外文谐音加外文谐音加“口口”字。字。Furan呋喃呋喃Pyrrole吡咯吡咯Thiophene噻吩噻吩Imidazole咪唑咪唑Thiazole噻唑噻唑第六页,讲稿共六十五页哦Pyridine吡啶吡啶Pyridazine哒嗪哒嗪Pyrimidine嘧啶嘧啶Indole吲哚吲哚Quinoli
6、ne喹啉喹啉注意:注意:a.杂环上有取代基时杂环上有取代基时,取代基的位次从杂原子开始,依次用取代基的位次从杂原子开始,依次用1,2,3,4,.或或a,ga,g,.编号。编号。2,5二甲呋喃二甲呋喃a,aa,a-二甲呋喃二甲呋喃3甲基噻吩甲基噻吩-甲基噻吩甲基噻吩2乙酰基吡咯乙酰基吡咯a a乙酰基吡咯乙酰基吡咯第七页,讲稿共六十五页哦b.若杂环上有两个以上不同杂原子时,则从若杂环上有两个以上不同杂原子时,则从O、S、N的顺序的顺序编号;编号;若有两个相同杂原子时,应从连有若有两个相同杂原子时,应从连有H原子或取代基的开始编号。编原子或取代基的开始编号。编号时取杂原子位次之和最小。号时取杂原子位
7、次之和最小。4甲基噻唑甲基噻唑2,4,二甲基咪唑二甲基咪唑4氨基嘧啶氨基嘧啶系统命名法系统命名法:依据相应的碳环来命名。依据相应的碳环来命名。如五元环相应碳环为如五元环相应碳环为“茂茂”,六元环相应是苯。六元环相应是苯。氧杂茂氧杂茂氮杂茂氮杂茂硫杂茂硫杂茂氮杂苯氮杂苯第八页,讲稿共六十五页哦第二节第二节 芳香六元杂环化合物芳香六元杂环化合物六元杂环化合物中最重要的是吡啶和嘧啶六元杂环化合物中最重要的是吡啶和嘧啶.一、吡啶一、吡啶(一)(一)结构结构与苯相似与苯相似,N原子的一个原子的一个sp2杂化轨道上有一对孤电子对杂化轨道上有一对孤电子对,孤孤电子对不参与共轭电子对不参与共轭!结构参数与电荷
8、分布结构参数与电荷分布数据表明:吡啶环中因数据表明:吡啶环中因N原子电负性较大,其电荷分布不均匀,键长没有完原子电负性较大,其电荷分布不均匀,键长没有完全平均化。又因氮原子上电子云密度大而具有碱性。全平均化。又因氮原子上电子云密度大而具有碱性。共轭效应和诱导效应都是吸电子共轭效应和诱导效应都是吸电子的的第九页,讲稿共六十五页哦(二)性质(二)性质1、水溶性、水溶性吡啶是极性分子,氮原子上有一对孤对电子能与水形成氢键,所吡啶是极性分子,氮原子上有一对孤对电子能与水形成氢键,所以吡啶能与水互溶。但吡啶环上引入氨基或羟基后,水溶性显著以吡啶能与水互溶。但吡啶环上引入氨基或羟基后,水溶性显著降低。降低
9、。反应性反应性:碱性较强。环不易发生亲电取代反应但易发生亲核取代碱性较强。环不易发生亲电取代反应但易发生亲核取代反应。发生亲电取代反应时,环上反应。发生亲电取代反应时,环上N起间位定位基的作用。发生亲核起间位定位基的作用。发生亲核取代反应时,环上取代反应时,环上N起邻对位定位基的作用。起邻对位定位基的作用。吡啶不仅能与水以任意比例混溶吡啶不仅能与水以任意比例混溶,又能溶解大多数极性或非极性又能溶解大多数极性或非极性有机化合物有机化合物,甚至许多无机盐类甚至许多无机盐类,是一个良好的溶剂是一个良好的溶剂。第十页,讲稿共六十五页哦2、碱性及其成盐、碱性及其成盐吡啶吡啶N是是sp2杂化,杂化,孤电子
10、对不参与共轭,可以与质子结合或给出电子,显弱碱性。孤电子对不参与共轭,可以与质子结合或给出电子,显弱碱性。吡啶吡啶吡咯吡咯三甲胺三甲胺吡啶吡啶苯胺苯胺PKb4.28.89.4苯胺分子中的氮原子上的未共用的电子对和苯环产生苯胺分子中的氮原子上的未共用的电子对和苯环产生p,使使N原子上原子上的电子云密的电子云密度减小,而吡啶分子中度减小,而吡啶分子中N原子上的未共用的电子对,不参与原子上的未共用的电子对,不参与环上的共轭体系,所以吡啶的碱性比苯胺强。由于吡啶分子中氮原子的未环上的共轭体系,所以吡啶的碱性比苯胺强。由于吡啶分子中氮原子的未共用的电子对处于共用的电子对处于sp2杂化轨道上,而脂肪胺分子
11、中氮原子的未共用的杂化轨道上,而脂肪胺分子中氮原子的未共用的电子对处于电子对处于sp3杂化轨道上。杂化轨道上。sp2杂化轨道杂化轨道s成份大于成份大于sp3杂化轨道杂化轨道s成份,成份,离核近,电子更靠近核,不容易与质子结合,所以吡啶的碱性比脂肪胺弱。离核近,电子更靠近核,不容易与质子结合,所以吡啶的碱性比脂肪胺弱。第十一页,讲稿共六十五页哦3、亲电取代、亲电取代比苯难比苯难进入吡啶环的进入吡啶环的位位H+介质对亲电取代不利介质对亲电取代不利第十二页,讲稿共六十五页哦4、亲核取代、亲核取代比苯容易比苯容易进入进入位位5、氧化、氧化吡啶环对氧化剂稳定吡啶环对氧化剂稳定 吡啶甲酸吡啶甲酸(烟酸烟酸
12、)第十三页,讲稿共六十五页哦6、还原、还原较苯容易较苯容易(三)来源和制备(三)来源和制备吡啶又称氮杂苯。最初由干馏动物的骨骼得到,其衍生物广泛存吡啶又称氮杂苯。最初由干馏动物的骨骼得到,其衍生物广泛存于自然界,于自然界,例维生素例维生素PP、维生素维生素B6。辅酶辅酶及辅酶及辅酶也含有吡啶环。也含有吡啶环。工业上从煤焦油提取吡啶和甲基吡啶。工业上从煤焦油提取吡啶和甲基吡啶。一些生物碱中常含有吡啶或氢化一些生物碱中常含有吡啶或氢化吡啶环。吡啶环。烟碱烟碱新烟碱新烟碱古柯碱古柯碱(可卡因可卡因)第十四页,讲稿共六十五页哦吡啶的重要衍生物有维生素、异烟肼(抗结核药物)等。吡啶的重要衍生物有维生素、
13、异烟肼(抗结核药物)等。烟酸烟酸烟酰胺烟酰胺异烟肼异烟肼(雷米封雷米封)第十五页,讲稿共六十五页哦二、二、嘧啶及其衍生物嘧啶及其衍生物嘧啶嘧啶嘧啶性质嘧啶性质无色结晶,熔点无色结晶,熔点22,易溶于水。,易溶于水。碱性比吡啶弱得多。碱性比吡啶弱得多。亲电取代反应比吡啶困难。亲电取代反应比吡啶困难。亲核取代反应比吡啶容易。亲核取代反应比吡啶容易。第十六页,讲稿共六十五页哦尿嘧啶尿嘧啶(U)胞嘧啶胞嘧啶(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)第十七页,讲稿共六十五页哦 吡咯、呋喃、噻吩吡咯、呋喃、噻吩第三节第三节芳香五元杂环化合物芳香五元杂环化合物一、结构一、结构1、经典结构、经典结构2 2、分子结构、分子结
14、构 第十八页,讲稿共六十五页哦第十九页,讲稿共六十五页哦现代物理方法证明:现代物理方法证明:呋喃、吡咯、噻吩是一个平面结构。呋喃、吡咯、噻吩是一个平面结构。环上的环上的C原子和杂原子都是以原子和杂原子都是以SP2杂化轨道成键的。杂化轨道成键的。五个没有杂化的五个没有杂化的P轨道垂直于环平面,形成闭合共轭体系。轨道垂直于环平面,形成闭合共轭体系。杂杂原原子子上上的的孤孤对对电电子子参参与与共共轭轭形形成成共共轭轭体体系系,属属于于富富电电子子芳芳环环(5原原子子6电子体系)电子体系)。环形环形电子分布于杂环平面的上、下两方。电子分布于杂环平面的上、下两方。3芳香性芳香性符合休克尔规则,符合休克尔
15、规则,电子数为电子数为6。芳香性比较(易取代、难加成、难氧化):芳香性比较(易取代、难加成、难氧化):苯苯噻噻吩吩吡吡咯咯呋呋喃喃(O、S、N原原子子电电负负性性比比C大,杂环上的大,杂环上的电子云密度不像苯环那样均匀)电子云密度不像苯环那样均匀)环的稳定性:环的稳定性:苯苯噻吩噻吩吡咯呋喃吡咯呋喃第二十页,讲稿共六十五页哦饱和化合物饱和化合物键长:键长:第二十一页,讲稿共六十五页哦(一)物理性质(一)物理性质A.呋喃:无色液体,存于松木焦油中呋喃:无色液体,存于松木焦油中,b.p.31.36oC.遇盐酸浸湿的松木遇盐酸浸湿的松木片呈绿色。片呈绿色。B.噻吩:无色有特殊气味的液体,存于煤焦油中
16、噻吩:无色有特殊气味的液体,存于煤焦油中,b.p.84.16oC.与吲哚醌在与吲哚醌在硫酸作用下显兰色。硫酸作用下显兰色。C.吡咯:无色液体,存于煤焦油和骨焦油中吡咯:无色液体,存于煤焦油和骨焦油中,b.p.130131oC.遇盐酸浸湿的遇盐酸浸湿的松木片呈红色。松木片呈红色。(二)(二)化学性质化学性质 都能溶于有机溶剂都能溶于有机溶剂,水溶解度都小于六元杂环吡啶溶解度顺序为:吡咯水溶解度都小于六元杂环吡啶溶解度顺序为:吡咯 呋喃呋喃 噻吩噻吩 五元杂环化合物是五元杂环化合物是5原子原子6电子的体系,环上电子云密度比苯环上的大电子的体系,环上电子云密度比苯环上的大,故比苯故比苯更容易发生亲电
17、取代反应,且一般发生在更容易发生亲电取代反应,且一般发生在a a位上。总的反应活性吡咯位上。总的反应活性吡咯呋呋喃喃噻吩噻吩苯苯二、五元杂环化合物的性质二、五元杂环化合物的性质第二十二页,讲稿共六十五页哦(1)弱酸性)弱酸性吡咯吡咯N原子上的原子上的H原子都有微弱的酸性原子都有微弱的酸性酸性比较:酸性比较:苯酚吡咯乙醇苯酚吡咯乙醇Ka1.3*1010101510181、吡咯的弱酸、弱碱性、吡咯的弱酸、弱碱性(2)弱碱性)弱碱性苯胺苯胺吡咯吡咯Kb3.8*10102.5*1014缓缓第二十三页,讲稿共六十五页哦A、亲电取代反应的活性亲电取代反应的活性:吡咯吡咯呋喃噻吩苯呋喃噻吩苯2、亲电取代反应
18、亲电取代反应卤代卤代:B、亲电基团一般进入杂原子的邻位亲电基团一般进入杂原子的邻位位上的电子云密度较其它位大。位上的电子云密度较其它位大。第二十四页,讲稿共六十五页哦硝化:硝化:乙酰硝酸酯是较为温和的试剂,用时临时制备。乙酰硝酸酯是较为温和的试剂,用时临时制备。第二十五页,讲稿共六十五页哦磺化:磺化:噻噻吩吩在在室室温温下下可可直直接接磺磺化化,生生成成溶溶于于水水的的噻噻吩吩磺磺酸酸。这这个个反反应应常常用用来来除除去去粗粗苯苯中中的的噻噻吩吩。吡吡咯咯和和呋呋喃喃对对酸酸敏敏感感,吡吡咯咯在在酸酸性性条条件件下下易易聚聚合合;呋呋喃喃遇遇酸酸要要开开环环,故故需需与与吡吡啶啶三三氧化硫为磺
19、化剂。氧化硫为磺化剂。第二十六页,讲稿共六十五页哦三、吡咯衍生物三、吡咯衍生物吡咯的衍生物广泛存在于自然界。例如,血红素、叶绿素和维吡咯的衍生物广泛存在于自然界。例如,血红素、叶绿素和维生素生素B12等都是具有重要生理作用的物质。等都是具有重要生理作用的物质。第二十七页,讲稿共六十五页哦雷族化合物雷族化合物四个吡咯环和四个次甲基交替相连组成的大环叫卟吩,是卟啉化合物的四个吡咯环和四个次甲基交替相连组成的大环叫卟吩,是卟啉化合物的母体,是一个大共轭体系。母体,是一个大共轭体系。第二十八页,讲稿共六十五页哦叶绿素叶绿素第二十九页,讲稿共六十五页哦血红素血红素第三十页,讲稿共六十五页哦第三十一页,讲
20、稿共六十五页哦四、噻唑与咪唑四、噻唑与咪唑1、噻唑噻唑:又称又称1,3硫氮杂茂硫氮杂茂,其衍生物广泛存于自然界中其衍生物广泛存于自然界中.如如VB1噻噻唑唑是是稳稳定定的的环环,可可看看做做噻噻吩吩3位位的的CH被被氮氮原原子子取取代代而而生生成成的的杂杂环环化化合合物物。5个个成成环环原原子子均均为为SP2杂杂化化成成键键,5个个成成环环原原子子均均提提供供一一个个P电电子子,形形成成环环状状闭闭合合大大键键,电电子子数数6,具有芳香性。,具有芳香性。噻唑为无色有吡啶气味的液体,噻唑为无色有吡啶气味的液体,b.p.117oC,与水混溶与水混溶.环上的氮原子环上的氮原子有碱性有碱性,化学性质稳
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 芳香 杂环化合物 讲稿
限制150内