有机化学课件--第二十章 杂环化合物共78页文档

理学、毒理学和临床研究等方面的内容。
05
有机化学与绿色化学
有机化学的发展趋势
1 2 3
新的合成方法
例如，定向合成、组合合成和高选择性催化等 新技术的开发和应用，极大地推动了有机化学 的发展。
新的反应性和反应机制
例如，电化学和光化学反应以及超分子和纳米 反应器等新技术的应用，为有机化学提供了新 的反应性和反应机制。
总结词
杂环化合物在分子生物学领域具有广泛的应用，涉及多种生物学实验技术。
详细描述
杂环化合物可以作为药物分子、基因治疗剂、分子探针等应用于分子生物学研究中。生物学实验技术包括细胞 培养、基因克隆和表达、蛋白质分离和分析等。这些技术可以用来研究杂环化合物在生物体内的吸收、分布、 代谢和排泄等特性。
杂环化合物的应用研究实验
合成方法
通过取代反应
杂环化合物可以通过取代反应合成，如卤代烃、醇、羧酸等 中的杂原子被其他原子取代。
通过成环反应
某些杂环化合物可以通过成环反应合成，如氨基酸、腺苷等 。
02
杂环化合物的种类与性质
含氮杂环化合物
吡啶
弱碱，碱性来自于氮原子上的孤对电子，可参与多种有机反应。
咪唑
碱性较弱，作为配体参与有机反应。
抗疟活性
青蒿素及其衍生物是具有抗疟活性的重要杂环化合物，通过干扰疟原虫的细胞膜 结构和功能，导致疟原虫死亡。
04
有机化学实验技术
杂环化合物的合成实验
总结词
有机化学实验技术中，杂环化合物的合成 实验是掌握杂环化合物性质的重要环节。
VS
详细描述
杂环化合物的合成实验涉及到多种反应类 型，如缩合反应、取代反应、加成反应等 。在实验过程中需要用到各种不同的试剂 和溶剂，如酸、碱、氧化剂、还原剂等。 实验操作也有一定难度，需要掌握一定的 实验技能和操作技巧。

H CH CH H C OH HO C N H3C CH3 H
NH3
CH2 CH2 C HO C CH3 H3C NH O 2
2H2O H3C
N H
CH3
(3)Hantzsch合成法
O
O CH3C
O CHCOC2H5
CH3CCH2COC2H5
OH + H NHR
O CH3C CHCOC2H5
NHR
其次，吡咯和呋喃遇强酸时，能发生质子 化，破坏大键，从而呈现共轭二烯烃的性质： 易聚合，易被氧化。而吡啶则比苯更难氧化。 正因为如此，吡咯和呋喃不能直接用强酸进行 硝化、磺化等反应，要采用较温和的非质子试 剂。 另外，吡啶和吡咯虽然都含有氮原子，但 前者孤电子对没有参与成键，能接受质子而显 碱性，是良好的亲核试剂；后者的孤电子对参 与共轭，不但不能接受质子，而且表现出一定 的弱酸性。
原子周围电子密度增加，大大超过苯环。所 亲电取代反应活性大于苯。其中呋喃和噻吩杂
原子的+C效应部分抵消了-I效应，从而使偶极
以上述三种五元杂环化合物属于富电子芳杂环，
矩数值明显下降。而吡咯杂原子的+C效应大于
-I效应，所以偶极矩的方向也发生改变。
-0.02 0.00 -0.03
-0.04 -0.06
3.命名 类似于芳香烃 (1)以杂环为母体
N
H3C
O
CH3
CH3
1-甲基吡咯
2,5-二甲基呋喃
N3
1
CH3 HOCH2CH2 S
1
N3
CH3
N H
5-甲基咪唑
4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑
NH2 N HO N
OH N HO N
4-氨基-2-羟基嘧啶 （胞嘧啶）

2.加成反应 呋喃、吡咯催化氢化，失去芳香性，得到饱和 的杂环化合物:
四氢吡咯为有机碱，广泛存在于自然界中的某 些生物碱中。
四氢呋喃是重要的有机溶剂。
噻吩中含硫，会使一般的催化剂中毒，氢化时必 须采用特殊催化剂。
工业上通常用开链化合物合成四氢噻吩。四氢噻 吩氧化成四亚甲基砜（或环丁砜），它是一个重要的 溶剂。
(6 )取代呋喃、噻吩、吡咯的定位效应
一取代呋喃、噻吩及吡咯进一步取代，定位效 应应由环上杂原子的α定位效应及取代基共同决定。 例如，3位上有取代基，第二个基团进入环的1位或5 位（即α位），是1位还是5位又由环上原有取代基 的性质决定◦例如，噻吩-3-甲酸溴代，生成5-溴噻 吩-3-甲酸。羧基是间位定位基，因此第二个基团进 入5位即羧基的间位。
一、五元杂环
五元环中含两个或两个（至少有一个氮原子） 以上的杂原子的体系称唑（azole)。如果杂原子不 同，则按氧、硫、氮的顺序编号。
二、六元杂环 三、稠杂环
20.2 五元单杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯的物理性质和结构
呋喃、噻吩、吡咯是最重要的含一个杂原子的 五元杂环化合物。它们的重要性不在于它们的单体， 而是它们的衍生物。它们的衍生物不但种类繁多， 而且有些是重要的工业原料，有些具有重要的生理 作用。
叶绿素与蛋白质结合，存在于植物的叶和绿色 的茎中，叶绿素利用卟啉环的多共辗体系易吸收紫 外光，成为激发态，促进光合作用，使光能转变为 化学能。
血红素存在于哺乳动物的红血球中，它与蛋白 质结合成血红蛋白，血红素中的Fe2+具有空的d轨道， 可以可逆地络合氧，在动物体内起到输送氧气的作 用。一氧化碳会使人中毒，其原因之一是因为它与 血红蛋白结合的能力强于氧，从而阻止了血红蛋白 与氧的结合。

N
吡喃
N N Pyrazine
含两个杂原子：
N
N
N Pyrimidine
Pyridazine
哒嗪
嘧啶
吡嗪
第一节 芳杂环化合物的分类和命名
N
N
Quinoline
Isoquinoline
喹啉 稠杂环
N H Indole
异喹啉
N N N N H N H Carbazole
Purine
吲哚
嘌啉
咔唑
第一节 芳杂环化合物的分类和命名
(1) 3- 位上有取代基
第二个官能团进入环的2或5位（ α- 位），到底是2位还是5位，由环上原有 取代基的性质决定。
X = o、 p - 定位基 X (次)
5 2
Y = m - 定位基 Y
S
(主)
S 5 - 位被占, 则进入4 - 位, 而不进入2 - 位
(主)
5
1、亲电取代均易于苯 ——低温、弱亲电试剂 （6）取代呋喃、吡咯和噻吩的定位效应
硝化
O
+ CH3COONO2 +
CH3COONO2
O H3C H3C C O C O
+
O
NO2 NO2
O C
不用强酸，否则呋喃
或噻吩开环聚合！
S
S
HNO3
H3C
ONO2 + CH3COOH
醋酸乙酰酯
1、亲电取代均易于苯 ——低温、弱亲电试剂 （3）卤代 (不需催化剂，甚至采用温和条件，如用溶剂稀 释或采用低温）
（2） α- 位上有取代基
X=
o、 p - 定位基
3
Y = m - 定位基
4 5