第17章杂环化合物.docx
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第17章杂环化合物
杂环化合物
Chapter17
2010105
有机化学第十七章
杂环化合物
1
本章要求(2学时)
·1基本掌握:
·五元环和六元芳香杂环化合物的译名、系统命名方法、结构和芳香性
(呋喃、吡咯、噻吩、吡啶、嘧啶、喹啉和吲哚);
2了解:
以上杂环化合物的酸碱性及重要的亲电反应与位置。
本章考试所占比重:
≤5分
2010105
有机化学第十七章
杂环化合物
2
何为杂环化合物?
广义定义:
但凡在环上有除了C原子之外的任何
其他原子的环化合物都属于杂环化合物!
比如:
O
NH
Si
O
S
O
此类杂环与直链化合物相比,没有太多的特殊性,所能发生的反应一般
都是在相应的官能团上和环碳链上。
所以,通常说的杂环化合物不包含它
们。
它们都分散在不同的官能团相应章节中讲过了。
或者可以用同类官能团
的性质推导出该类化合物的性质。
因此,一般没有专门讲述。
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有机化学第十七章
杂环化合物
3
通常说的杂环化合物
也可以称之为狭义杂环化合
物:
即:
环上有除C之外的其他原
子,且具有芳香性的环化合
物。
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有机化学第十七章
杂环化合物
4
杂环化合物的重要性:
随着化学的发展,特别是有机化学的发
展,越来越多的社会用品特别是医药、农药
等品种里面出现了大量的杂环化合物。
氯喹抗疟疾药。
TMP,抗菌药
维生素B1
如果去查阅一下近些年发现的新医药,
会发现大多数都含有杂环。
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有机化学第十七章
杂环化合物
5
杀菌剂
杀菌剂、保鲜剂
杀菌剂
一个系列
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有机化学第十七章
杂环化合物
6
抗HIV的新药
抗菌药
抗病毒药
这里所列的含杂环医药和农药仅是冰山一角。
有兴趣去翻阅相关的书籍。
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有机化学第十七章
杂环化合物
7
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有机化学第十七章
杂环化合物
8
一、分类;
1按环的组成原子数分类:
三元环、五元杂环、六元
杂环等。
!
O
N
S
五元环
主要为五和六元环。
H
N
N
N
N
N
N
六元环
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有机化学第十七章
杂环化合物
9
芳香性杂环:
2按环的多少分
五元杂环
O
N
S
单杂环
六元杂环
N
H
N
N
稠杂环
N
N
H
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有机化学第十七章
杂环化合物
10
3按环上杂原子类别分
最常见的为O杂环、N杂环和S杂
环,还有如:
P杂环、Si杂环等。
二、杂环化合物的命名:
母体环的两种命名体系:
A音译名,从英文名称音译而来:
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有机化学第十七章
杂环化合物
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N
H
(pyrrole)
吡咯
N
O
(furan)
呋喃
S
(thiophene)
噻吩
N
(pyridine)
吡啶
N
N
N
N
N
H
N
N
H
(pyrimidine)(quinoline)
(indole)
(purine)
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嘧啶
喹啉
有机化学第十七章
吲哚
杂环化合物
嘌呤
12
B系统命名:
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有机化学第十七章
杂环化合物
13
碳环
杂环
结构名称简称
结构译名系统名称
环戊
茂
二烯
O
呋喃氧杂茂
苯苯
N
吡啶氮杂苯
茚茚
吲哚氮杂茚
N
H
萘萘
喹啉氮杂萘
N
C
D
环上原子的编号一律从环杂原子开始,旋
转方向使取代基号码为小。
如果环上有两个以上杂原子,则使原子序
数大的原子编号为1,使旋转方向另一个杂原
子编号为小。
E一般都是用音译名做母体名称,如果杂环独
特,没有音译名就使用系统名称。
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有机化学第十七章
杂环化合物
14
β4
3β
4
3
4
3
α5
O
1
2α
5
S
1
2
5
N1
H
2
CH3
3
4
CH3
O
H5C2
2
S1
5
O
CHO
3-甲基呋喃
β-甲基呋喃
四氢呋喃
醚类
4-甲基-2-乙基噻吩
α-甲基-β-乙基噻吩
六氢吡啶
哌啶
2-呋喃甲醛
α-呋喃甲醛
糠醛
O
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THF
N
有机化学
仲胺
第十七章杂环化合物
15
H
γ
β5
4
3
β
CH3
COOH
N(CH3)2
α6
N
1
2α
N
3甲基吡啶
β甲基吡啶
N
3吡啶甲酸
β吡啶甲酸
烟酸(维生素B族)(良好的催化剂)
5
4
3
6
5
4
3
5
4
N
3
2
N
H
6
7
N1
H
7
8
N
1
2
6
N
1
4
2
六氢吡啶
哌啶
N3
良好经常使用
的仲胺
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H
3丁基吲哚
机七
OH1
2
N
4甲基嘧啶
16
N
4二甲氨基吡啶
CH3
N
N
8羟基喹啉
(植物生有长化调学节第剂十)章(杂环要合物医药中间体)
重化的
Lesson2
Aromaticityof
theHetercyclos
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有机化学第十七章
杂环化合物
17
一、五元杂环
(一)、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构与芳香性
O
O
为Π
6
5
共轭体系
π电子=6
S
S
符合4n+2
具有芳性
富电子芳环
N
2010105H
N
有机化学
第十七章
杂环化合物
18
H
二、呋喃、噻吩、吡咯的性质
0
0
0
0.02
0.04
0.06
0
0
0
O
+0.1
0.03
S
+0.20
0.06
N
H
0.10
+0.32
(1).亲电取代反应
亲电取代反应的活性为:
吡咯>呋喃>噻吩>苯,
离域能Kj/mol:
8867117152
主要进入α位。
原因:
2010105
δ-
有机化学第十七章
杂环化合物
δ-
19
O
卤代反应
硝化反应
磺化反应
不需要催化剂,要在较低温度和进行。
不能用混酸硝化,一般是用乙酰基硝酸酯
(CH3COONO2)作硝化试剂,在低温下进行。
呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化,要用特殊的
磺化试剂——吡啶三氧化硫的络合物,噻吩可
直接用浓硫酸磺化。
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有机化学第十七章
杂环化合物
20
(2).加氢反应
O
H2,NiorPd
O
四氢呋喃
THF(tetrahydrofuran)
H2,NiorPd
N
H
S
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H2,Ni
有机化学第十七章
N
H
S
杂环化合物
四氢吡咯
四氢噻吩
21
(3)吡咯的弱酸性
N
H
PKb=13.6
不显示碱性,显弱酸性
原因:
吡咯N的SP2杂化,其未共用电子对已离域到环上
参加杂环的共轭体系
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有机化学第十七章
杂环化合物
22
对三个五元杂环的总结:
1它们都符合休克尔4n+2规则,有6个离域π电子,因
此,有芳香性,但比苯弱。
2它们由于属于5中心6电子体系,是富电子类型,因
此,比苯的电子云多,所以,发生亲电反应比苯快
和容易。
3由于杂原子的电负性比碳大,又是孤电子对参与共轭,所
以,环上的电子云不均称,因此亲电反应主要在α位,苯能
发生的的亲电反应它们都很容易发生。
所以,对它们的亲电
试剂一般都要弱一些,以免反应太激烈过量。
4它们由于太富电子,因此容易被加氢变成饱和环化合物。
5吡咯的N原子基本没有碱性,而H却有一定的酸性。
6它们都可以与烯烃发生D-L反应,形成桥环化合物。
其中呋
喃最容易。
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有机化学第十七章
杂环化合物
23
第三节六元杂环化合物
六元杂环化合物中最重要的有吡啶、嘧啶和吡喃等。
N
N
吡啶
常用的碱性试
剂,它的N原子为
什么会有碱性呢?
N
嘧啶
O
吡喃
它没有芳香性
为什么?
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有机化学第十七章
杂环化合物
24
(一)吡啶来源、制法和应用
吡啶存在于煤焦油页岩油和骨焦油中,吡啶衍生物广泛
存在于自然界,
例如,植物所含的生物碱不少都具有吡啶环结构,维生素
PP、维生素B6、
辅酶Ⅰ及辅酶Ⅱ也含有吡啶环。
吡啶是重要的有机合成原
料(如合成药
物)、良好的有机溶剂和有机合成催化剂。
吡啶的工业制法可由糠醇与氨共热(500℃)制得,也可
从乙炔制备。
吡啶为有特殊臭味的无色液体,沸点115.5℃,相对密度
0.982,可与水、
乙醇、乙醚等任意混和。
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有机化学第十七章
杂环化合物
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(二)吡啶的结构与芳香性
C_sp2
N
N
N_sp2
成环原子
6
6
共平面
N上的孤电子对在
sp2轨道上,在环外
NH
未参与环内共轭。
N上的孤电子对在
P轨道上,参与
环内共轭,为富
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有机化学第十七章
杂环化合物
26
Π体系
电子芳环。
由于吡啶环的N上在环外有一孤对电子,
故吡啶环上的电荷分布不均。
+0.18
0
δ-
N
-
+0.05
+0.15
0
0
0
0
0
0
0
0
0.02
0.04
0.06
0
0
0
O
+0.1
0.03
S
+0.20
0.06
N
H
0.10
+0.32
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有机化学第十七章
杂环化合物
27
δ
(三)吡啶的性质
1.碱性与成盐
..
CH3NH2
..
NH3
N
..
NH2
pKb
N原子
3.38
SP3
4.76
SP3
8.80
SP2
9.42
SP2
结构:
CONH2
+
2010105强碱性有机化学第十七章杂环化合物
N
HPKb=13.6
中性28
..
(CH3)2CHN(CH3)3OH弱酸性
2.亲电取代反应
Cl2,AlCl3
100℃
N
Cl
3氯吡啶
Br2,浮石催化
300℃气相
N
Br
3溴吡啶
N
浓H2SO4
HgSO4催化,220℃
N
NO2
3硝基吡啶
混酸
300℃
N
SO3H
3吡啶磺酸
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有机化学第十七章
杂环化合物
29
3.氧化还原反应
(1)氧化反应
N
CH3KMnO4/H
HNO3
β
COOH
N
吡啶甲酸(烟酸)
N
N
COOH
α吡啶甲酸
2010105
有机化学第十七章
杂环化合物
30
(2)还原反应
N
[H]
N
H
六氢吡啶
吡啶性质总结:
1吡啶有芳香性,π电子数为6个。
符合4n+2规则。
2吡啶N原子的孤电子对没有参与共轭,再加上N原子的电负性
较强,将环上的电子云拉向自己,因此碱性较强,比苯胺的碱
性强,但弱于一般的脂肪胺。
3由于N原子的强烈拉电子性,导致环上电子云弱于苯环,所以,发生亲
电反应比苯困难。
相当于硝基苯的惰性。
4在苛刻的条件下,吡啶发生亲电反应都在β位置。
5通常吡啶用做碱性试剂,可以看做叔胺使用。
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有机化学第十七章
杂环化合物
31
关于嘧啶杂环
1嘧啶杂环有芳香性吗?
2嘧啶的两个N原子的孤电子对参与环的离域共
轭了吗?
3嘧啶有碱性吗?
它比吡啶的碱性强还是弱?
4嘧啶的系统命名叫什么?
5嘧啶的芳香性比苯强还是弱?
与吡啶比较如
何?
这五个思考题作为作业,交上来。
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有机化学第十七章
杂环化合物
32
作业:
P429
1.5.6.8.
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有机化学第十七章
杂环化合物
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