杂环化合物有机.pptx

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1、一一.杂环化合物的分类、命名杂环化合物的分类、命名1 1.分类分类按环的形式按环的形式单杂环单杂环和和稠杂环稠杂环；按环的大小按环的大小最重要的是最重要的是五元杂环五元杂环和和六元杂环；六元杂环；按杂环中杂原子数目的多少按杂环中杂原子数目的多少单杂原子的杂环单杂原子的杂环和和多杂原子的杂环多杂原子的杂环吲哚喹啉 第1页/共27页一一.杂环化合物的分类、命名杂环化合物的分类、命名2 2、命名、命名a.a.音音译法：译法：在同音汉字左边在同音汉字左边 +口字。口字。第2页/共27页一一.杂环化合物的分类、命名杂环化合物的分类、命名b.杂环及环上取代基的编号：(1)母体杂环的编号：杂原子的编号为“1

2、”,，杂原子邻位的碳原子也可依次 用、编号。第3页/共27页一一.杂环化合物的分类、命名杂环化合物的分类、命名（2）当环上有不同杂原子时，按OSN的次序编号。若环上连有 不同的取代基，其编号按次序规则和最低系列。第4页/共27页1.杂化轨道理论杂化轨道理论二二.杂环化合物的结构与芳香性杂环化合物的结构与芳香性S:3S23P4第5页/共27页2.结构与芳香性结构与芳香性 五元杂环：五元杂环：环上所有原子以环上所有原子以SP2杂化轨道成键；杂化轨道成键；4个碳原子以一个碳原子以一 个个P电子，杂原子以一对电子，杂原子以一对P电子形成电子形成闭环共轭系统，闭环共轭系统，环上所有原子在同一平面上；环上

3、环上所有原子在同一平面上；环上P P电子数超过成环电子数超过成环 原子数，原子数，环上电子云密度比苯大环上电子云密度比苯大呋喃呋喃噻吩噻吩二二.杂环化合物的结构与芳香性杂环化合物的结构与芳香性第6页/共27页实验结果表明：实验结果表明：芳香性：苯噻吩芳香性：苯噻吩吡咯吡咯呋喃呋喃二二.杂环化合物的结构与芳香性杂环化合物的结构与芳香性呋喃、吡咯、噻吩芳香性可从其共轭能(离域能）上显示：呋喃、吡咯、噻吩分别为 67、88 和 117kJmo1。（苯150.5kJmo1，共轭二烯烃1228 kJmo1）五元杂环化合物具有芳香性的另一个标志就是环上的氢受离域电子环流的影响，其核磁共振信号都出现在低场区

4、。-H 由于受杂原子吸电子诱导效应的影响，其值较大。第7页/共27页 六元杂环：六元杂环：环上所有原子以环上所有原子以 SP2 杂化轨道成键；杂化轨道成键；5个碳原子以个碳原子以 一个一个P P电子电子,杂原子也以一个杂原子也以一个P P电子形成闭环共轭系统，电子形成闭环共轭系统，环上所有原子在同一平面上环上所有原子在同一平面上;环上环上P P电子数和成环原电子数和成环原 子数相等子数相等,由于杂原子电负性较大由于杂原子电负性较大,环环上电子云密度上电子云密度 比苯小。比苯小。二二.杂环化合物的结构与芳香性杂环化合物的结构与芳香性第8页/共27页三三.五元杂环化合物五元杂环化合物 1.五元杂环

5、化合物的化学性质五元杂环化合物的化学性质 亲电取代反应活性：亲电取代反应活性：对于对于五元杂环化合物五元杂环化合物，它们五原子六电子结构，碳原子上，它们五原子六电子结构，碳原子上的电子云密度比苯环高，而使亲电取代反应（如硝化、磺化、的电子云密度比苯环高，而使亲电取代反应（如硝化、磺化、卤化和卤化和Friedel-CraftFriedel-Craft反应）反应）更易更易进行。进行。活性次序为：吡咯呋喃噻吩苯活性次序为：吡咯呋喃噻吩苯 由于它们的由于它们的高度活泼性高度活泼性及及呋喃和吡咯对无机强酸的敏感性呋喃和吡咯对无机强酸的敏感性，亲电取代反应亲电取代反应需要比较温和的试剂或反应条件。需要比较

6、温和的试剂或反应条件。第9页/共27页吡咯酰基化可不用催化剂三三.五元杂环化合物五元杂环化合物 呋喃、吡咯、噻吩的亲电取代反应主要发生在位！乙酰基硝酸酯乙酰基硝酸酯吡啶吡啶-三氧化硫加成物三氧化硫加成物比比AlCl3温和温和第10页/共27页三三.五元杂环化合物五元杂环化合物 2、五元杂环化合物亲电取代反应的定位规律以噻吩为例：以噻吩为例：(1)-位上有取代基第11页/共27页三三.五元杂环化合物五元杂环化合物 (2)-位上有取代基注意：吡咯和呋喃也遵循上述规律，但当-位上有m-定位基(如：CHO、COOH)时，新引入基团进入的位置与反应试剂有关：第12页/共27页双烯体双烯体亲双烯体亲双烯体

7、1,4-加成加成三三.五元杂环化合物五元杂环化合物 2.常见的五元杂环化合物常见的五元杂环化合物(1)(1)呋喃与糠醛呋喃与糠醛 呋喃呋喃:1.1.容易发生亲电取代反应容易发生亲电取代反应,且需且需采用比较缓和的试剂采用比较缓和的试剂2.2.具有不饱和化合物的性质，可以发生加成反应具有不饱和化合物的性质，可以发生加成反应 *3.3.具有共轭双键的性质具有共轭双键的性质,和顺丁烯二酸酐发生双烯合成反应和顺丁烯二酸酐发生双烯合成反应第13页/共27页在催化剂作用下，呋喃加氢生成在催化剂作用下，呋喃加氢生成四氢呋喃，四氢呋喃，简写为简写为THF 四氢呋喃为无色液体，沸点四氢呋喃为无色液体，沸点656

8、50 0C C，是一种，是一种优良的溶剂和优良的溶剂和重要的合成原料，重要的合成原料，常用以制取己二酸、己二胺、丁二烯等产品常用以制取己二酸、己二胺、丁二烯等产品 三三.五元杂环化合物五元杂环化合物 第14页/共27页三三.五元杂环化合物五元杂环化合物 糠醛糠醛:学名学名-呋喃甲醛呋喃甲醛糠醛是糠醛是不含不含氢原子氢原子的醛，其化学性质与苯甲醛或甲醛相似的醛，其化学性质与苯甲醛或甲醛相似 Cannizzaro 反应Perkin 反应羟醛缩合反应糠醇糠酸钠第15页/共27页(2)(2)噻吩噻吩 比苯比苯更易更易发生亲电取代反应发生亲电取代反应,亲电取代反应发生在亲电取代反应发生在位位三三.五元杂

9、环化合物五元杂环化合物(3)吡咯和吲哚吡咯和吲哚 吡咯：吡咯：(A)(A)弱酸性弱酸性:由于由于N上未共用电子对参加了杂环的共轭体系，上未共用电子对参加了杂环的共轭体系，吡咯的吡咯的碱性极弱碱性极弱。吡咯表现出。吡咯表现出弱酸性，弱酸性，(pH=5)，与与N相连的相连的H可被碱金属取代形成盐。可被碱金属取代形成盐。第16页/共27页(B B)加成反应加成反应 吡咯与还原剂作用或催化加氢时，可生成四氢吡咯吡咯与还原剂作用或催化加氢时，可生成四氢吡咯（吡咯烷吡咯烷）四氢吡咯四氢吡咯不是共轭体系，不是共轭体系，因此具有脂肪族仲胺的性质，是因此具有脂肪族仲胺的性质，是较强的碱较强的碱 三三.五元杂环化

10、合物五元杂环化合物 第17页/共27页三三.五元杂环化合物五元杂环化合物 吲哚：吲哚：由苯环和吡咯环稠合而成的，因此也叫做由苯环和吡咯环稠合而成的，因此也叫做苯并吡咯苯并吡咯(4)(4)咪唑和噻唑：咪唑和噻唑：较常见的含有较常见的含有两个杂原子两个杂原子的五元杂环化合物的五元杂环化合物第18页/共27页四四.六元杂环化合物六元杂环化合物1.吡啶和嘧啶吡啶和嘧啶 吡啶：吡啶：可与水、乙醇、乙醚等混溶，还能溶解大部分可与水、乙醇、乙醚等混溶，还能溶解大部分 有机化合物和许多无机盐类，因此有机化合物和许多无机盐类，因此吡啶是一个吡啶是一个 很好的溶剂。很好的溶剂。第19页/共27页四四.六元杂环化合

11、物六元杂环化合物（A）碱性碱性与成盐与成盐吡啶环上的氮原子一对未共用电子对吡啶环上的氮原子一对未共用电子对,它没有它没有参于环上的共轭参于环上的共轭体系，因此能与质子结合，具有弱碱性。体系，因此能与质子结合，具有弱碱性。碱性比苯胺强碱性比苯胺强,但比但比脂肪胺及氨弱得多脂肪胺及氨弱得多。温和的磺酰化试剂温和的磺酰化试剂磺化对强酸不稳定物质磺化对强酸不稳定物质(如如呋喃呋喃)第20页/共27页(B)(B)亲电取代反应：亲电取代反应：吡啶环上的电子云密度低，吡啶环上的电子云密度低，亲电取代不如苯活泼亲电取代不如苯活泼 吡啶与硝基苯类似，一般要在吡啶与硝基苯类似，一般要在强烈条件下强烈条件下才能发生

12、亲电取代才能发生亲电取代 反应，且主要发生在反应，且主要发生在位位 四四.六元杂环化合物六元杂环化合物硝化：硝化：磺化：磺化：卤化：卤化：不发生不发生傅傅-克克反应！反应！第21页/共27页四四.六元杂环化合物六元杂环化合物吡啶可与强的亲核试剂起吡啶可与强的亲核试剂起亲核取代反应，亲核取代反应，主要发生在主要发生在-位位和和-位。被取代的可以是氢原子，也可以是易于离去的基团。位。被取代的可以是氢原子，也可以是易于离去的基团。（C）亲核取代反应第22页/共27页四四.六元杂环化合物六元杂环化合物吡啶经吡啶经催化氢化催化氢化或用或用乙醇和钠乙醇和钠还原，可得还原，可得六氢吡啶六氢吡啶 六氢吡啶又称

13、六氢吡啶又称哌啶，哌啶，它的它的碱性比吡啶大，碱性比吡啶大，化学性质和脂肪族化学性质和脂肪族仲胺相似，常用作仲胺相似，常用作溶剂及有机合成原料。溶剂及有机合成原料。(C)(C)氧化与还原氧化与还原吡啶比苯稳定，它不易被氧化剂氧化吡啶比苯稳定，它不易被氧化剂氧化第23页/共27页2.喹啉和异喹啉喹啉和异喹啉 喹啉喹啉异异喹啉喹啉(a)(a)氧化还原：氧化还原：吡啶环上的电子云密度较低，喹啉氧化时，吡啶环上的电子云密度较低，喹啉氧化时，苯环苯环 易被氧化；易被氧化；还原时则是还原时则是吡啶环优先被还原吡啶环优先被还原四四.六元杂环化合物六元杂环化合物第24页/共27页四四.六元杂环化合物六元杂环化

14、合物(b)亲电反应：亲电反应：比吡啶容易进行，亲电试剂主要进攻喹啉分子中比吡啶容易进行，亲电试剂主要进攻喹啉分子中 的的苯环部分。苯环部分。亲电反应易发生在亲电反应易发生在5 5、8 8位位 (c)亲核反应：亲核反应：亲核试剂主要进攻喹啉分子中的亲核试剂主要进攻喹啉分子中的吡啶环部分，吡啶环部分，亲亲 核反应易发生在核反应易发生在2位位 58第25页/共27页本本 章章 重重 点点 一、杂环化合物命名一、杂环化合物命名 三、呋喃与糠醛的特征反应三、呋喃与糠醛的特征反应 四、吡啶和喹啉的特征反应四、吡啶和喹啉的特征反应*二、杂环化合物芳香性的判定二、杂环化合物芳香性的判定第26页/共27页感谢您的观看！第27页/共27页