芳杂环讲义聚合物

公制 1.7dtex 2.4dN/tex 28.0dN/tex 28.0% 28.0% 0.25% 1.43g/cm3 15%
沸水收缩率 205℃干热收缩率
比热
限氧指数(LOI) 表面比电阻 （65%RH,21℃）
＜1.0% ＜1.0% 0.3BTU/Ib°F ＞41%
＜1.0% ＜1.0% 1.0K/kg℃ ＞41% 1×1010Ω/cm
压缩变形单向纤维/环氧树脂复合材料SEM结果
PIPD纤维初始模量远高于其它高性能纤维，并且具 有较高的压缩强度，可进行编织、针织及无纺加工 等，其纤维复合材料具有良好的韧性和抗冲击性能 。
纤维
拉伸强度，GPa 断裂伸长，% 初始模量，GPa 压缩强度，GPa2 压缩应变，%2 密度，g/cm3 回潮率，% 空气中热降解起 始温度，℃
图10-23 PBI干法纺丝工艺示意图
PBI纤维耐热抗燃性好，但在火焰中会发生收缩， 因此拉伸后的纤维还需用硫酸进行稳定化处理，在纤维 大分子中形成咪唑环结构的盐，热处理时这种盐发生结 构重排，在苯环上形成磺化基团，使纤维结构更加稳定。
2． 纤维结构与性能 通常的PBI 是无定形聚合物，但在高温下用苯酚或
3. 应用及发展前景
• 如何合成更高相对分子质量的PBO； • 改进和完善纤维成形技术和工艺过程，降低PBO 纤维的生产成本； • 纤维表面处理技术； • 纤维结构与性能的关系等; • 将在航空、航天等特殊工业领域得到广泛的应用； • PBO纤维的出现带来了新型有机纤维的革命，也为 21世纪人造超级纤维的开发创造了良好的开端。
酸或碱 硫酸 硫酸 盐酸 硫酸
浓度(%) 50 50 35 10
温度(℃) 30 70 30 70
时间(h) 144 24 144 24

42
大多数磺胺类药物是不同杂环取代 了磺胺的N1位上的一个H原子 。
O N S-NH N O
H2N
磺胺嘧啶
H2N
O NO S-NH O CH3
磺胺甲基异噁唑
43
本 章 要 点
1. 杂环的命名 译音＋“口 ”旁
2. 吡啶
结构： 6原子6电子环闭π键/缺π芳杂环
性质：亲电取代(多在β位)比苯难(似硝基苯);亲核取代 (多在α位)比苯易;氧化变难;还原变易;有弱碱性
7.19
135 pm 6.15
H
S 172 pm
7.26 7.26
H
N 138 pm H7.25
H
O 135 pm
7.26
7.26 7.26
7.26
26
二、吡咯、呋喃和噻吩的性质 1．吡咯的酸碱性
吡咯N上孤电子对因参与环的共轭, 故碱性极 弱, 比苯胺还弱得多, 不能与酸形成稳定的盐。
NH2 > NH3 >
NH N
4-甲基咪唑
35
咪唑的碱性比吡咯强（pKb=6.8），这是由于 其中的一个氮原子的孤对电子没有参加共轭体系， 因而较易与质子结合。 在组氨酸分子中含有一个咪唑基, 其pKa值 接近生理pH(7.35)，它既是一个弱酸，又是一 个弱碱，能起到质子传递的作用。组氨酸中的 咪唑环是构成酶活性中心的重要基团，使酶能 催化生物体内酯和酰胺的水解。
乙酸酐
N H O
CH3
吡咯和呋喃遇强酸时, 杂原子能质子化, 使芳香大键 破坏, 所以不能用强酸进行硝化和磺化反应, 需选用较温和 的非质子性试剂。例如吡咯硝化需用硝酸乙酰基酯。
N H
+ CH3 C ONO2 O

4
1 7
8
1
8
1
异喹啉 NH2
1
6
5 6
3 2
5 6
3 2
CO2H
5
7
2
3
4 9
8
Br 茚
6-溴吲哚 -3-羧酸
6-氨基 嘌呤
第二节 五元杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯
1. 结构
O 呋喃
S 噻吩 吡咯
所有成环原子都以sp2杂化轨道重叠形成σ键；碳原子 未参加杂化的 p 轨道有 1 个电子，杂原子则有 2 个 p 电子， p 轨道互相平行重叠形成 6电子环状共轭大π键。 与苯环的6 原子共6π电子比，呋喃、噻吩、吡咯为5原子共用6个π电子， 故环上π电子密度比苯环大，属于“富π芳杂环”。
1 2
4 5
N3 S 噻唑
1 2

8
DC.sjtu
3. 有特定名称的稠杂环母环的编号，大都按照稠芳环 规则编号，但个别的另有编号顺序（如嘌呤）。
6 7 5 4 3 2 6 7 5 4 3 2 6 7 5 4 3 2
8
1
萘
4 1 7
OH 8-羟基喹啉
咪唑 Imidazole
吡唑 5 pyrozole
噁唑 DC.sjtu oxazole
六 2 元 6 1 杂 吡啶 环 pyridine
5
3
5
3
5 6
3 2
5 6
3 2
6
1
2
1
1
嘧啶 pyrimidine
哒嗪 pyridazine
吡喃 pyran
稠杂环
6 7
5
4
3 2
6 7
5

代表性化合物
苯并噻嗪类、苯并咪唑类等具有较好的抗炎 效果，在抗炎药物研发中具有一定的应用前 景。
抗病毒活性
抗病毒活性
芳香杂环化合物具有抑制病毒复制和传播的 作用，可预防和治疗病毒感染，其机制可能 与干扰病毒生命周期、抑制病毒酶活性等有 关。
代表性化合物
苯并呋喃类、苯并吡嗪类等在抗病毒药物研 发中具有一定的应用价值。
特性
芳香杂环化合物具有芳香性，即具有 特殊的稳定性，不易发生氧化、还原 等化学反应，且具有特殊的物理和化 学性质。
分类与命名
分类
根据杂环母核的不同，芳香杂环化合物可以分为吡啶类、嘧啶类、喹啉类、吲哚类等。
命名
芳香杂环化合物的命名通常采用系统命名法，根据杂环母核的名称和取代基的数目、位置和名称来命 名。
合成方法
合成方法
芳香杂环化合物的合成方法主要有亲电取代反应、亲核取代反应、氧化还原反 应等。其中，亲电取代反应是最常用的合成方法之一，通过向芳香杂环化合物 中引入不同的取代基来合成不同的化合物。
合成实例
以苯胺为例，通过重氮化反应和还原反应可以合成吡啶。具体过程如下：将苯 胺与硫酸和亚硝酸钠反应生成重氮盐，再将其与氢气还原得到吡啶。
总结词
新类型芳香杂环化合物的研究有助于发现新的药物和材料。
详细描述
除了对已知的芳香杂环化合物进行深入研究外，研究者们还在探索新的、具有特殊结构和性质的芳香 杂环化合物。这些新化合物可能具有潜在的药物活性或材料性能，为新药研发和材料科学提供新的可 能性。
生物活性的深入研究
总结词
深入了解芳香杂环化合物的生物活性是药物研发的关键。
苯并吡喃
无色晶体，有特殊气味。用作染料、农药和医药的中间体 。

《芳杂环聚合物》 PPT课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 芳杂环聚合物简介 • 芳杂环聚合物的合成与制备 • 芳杂环聚合物的性能与应用 • 芳杂环聚合物的未来发展与挑战 • 结论
01
芳杂环聚合物简介
定义与特性
定义
芳杂环聚合物是由芳香族杂环化合物 构成的聚合物。
光学性能
部分芳杂环聚合物具有特殊的光学性能，如 高透明度、低折射率等。
化学性能
01
化学稳定性
芳杂环聚合物具有较好的化学稳 定性，能够耐受多种化学试剂和
环境条件。
03
耐腐蚀性
芳杂环聚合物不易被腐蚀，可以 长期保存。
02
反应活性
部分芳杂环聚合物可以进行化学 反应，如加成、取代等，这为其
应用提供了更多的可能性。
03
培养专业人才
加强芳杂环聚合物领域的人才培养， 为行业发展提供充足的人力资源支持 。同时，鼓励企业和高校合作，共同 培养具备创新能力和实践经验的专业 人才。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
04
溶解性能
部分芳杂环聚合物具有良好的溶 解性能，可以溶解在特定的溶剂
中。
实际应用
电子器件
芳杂环聚合物在电子器件领域中有着 广泛的应用，如集成电路、印刷电路 板等。
工程材料
由于其优良的机械性能和化学稳定性 ，芳杂环聚合物可用于制造各种工程 材料，如塑料、橡胶等。
光学材料
部分芳杂环聚合物可用于制造光学材 料，如眼镜片、镜头等。
催化剂和引发剂的种类和浓度对 聚合反应速率、分子量和分子量 分布有重要影响。

Professor: Zhang Yan-Bing, E-mail: zhangyb@
噻唑及其衍生物
噻唑是无色有臭味的液体,沸点117℃,易与水 互溶,有弱碱性.它的一些衍生物在医药上极为 它的一些衍生物在医药上极为 重要,如维生素B 及青霉素都含有噻唑环. 重要,如维生素 1及青霉素都含有噻唑环.
有机化学
郑州大学化学系
Professor: Zhang Yan-Bing, E-mail: zhangyb@
第十四章 芳香杂环化合物
环状有机化合物中,组成环的原子除碳原子以外 还有其它元素的原子的化合物叫做杂环化合物 杂环化合物 其它元素的原子叫做杂原子 杂原子,常见的杂原子为为 杂原子 O,S,N等. , , 内酯,交酯,环状酸酐,内酰胺 内酯,交酯,环状酸酐,内酰胺等容易开环形成 开链化合物,性质也与开链化合物相似,通常这 些化合物不列入 不列入杂环化合物的范围. 不列入 杂环化合物指的是环系比较稳定,在结构上与芳 杂环化合物指的是环系比较稳定, 香环相似,具有闭合的共轭体系, 香环相似,具有闭合的共轭体系,同时具有不同 程度芳香性的环状化合物. 程度芳香性的环状化合物.这类环状化合物常称 为芳杂环.
S N CH3 CH3 COOH Cl N H3C N N NH2
维生素B1
RCONH O
CH3 CH2CH2OH
青霉素(基本结构)
Professor: Zhang Yan-Bing, E-mail: zhangyb@
咪唑及其衍生物
咪唑是无色固体,熔点88～89℃,易溶于水和乙 醇,不溶于石油醚,具有碱性. 咪唑环可发生互变异构现象 咪唑环可发生互变异构现象,4-甲基咪唑和5-甲 基咪唑就是两个互变异构体.如果咪唑氮上的氢 被其它原子或基团取代时,就不能发生这种互变 异构现象.

D. A. Hoic, W. M. Davis and G. C. Fu, J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, 8480.
其他第４族、第５族主族的杂原子，如 Si, P, As 也能杂入苯环， 形成不带电的六元芳香杂环。
P. Jutzi, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1975, 14. 232. A. J. Ashe, Acc. Chem. Res., 1978, 11, 153.
芳香性化合物的特征性质，来源于围绕环的电子自旋对称偶合。对 吡啶的计算结果表明，图 2.1 (b) 的二个 Kekule’ 结构式，是吡啶的 主要结构， 这二个结构正是来自与这样的电子自旋对称偶合。在 吡啶中它们占总的自旋偶合的80%.
包括吡啶已知的氮杂笨类似物有8个，它们在环中杂有一个或 几个 sp2 杂化的氮原子。( 图 2.3 )
与苯一样，吡啶也可用相互共振的两个 Kekule 结构式的一个来 表示
分子轨道理论的结构描述 按照 Hü ckel 近似法，忽略形成环平面的价键，将存在于 p 轨道的 电子进行独立处理。六个 p 轨道的结合给出六个离域的 π 分子轨道， 每一个轨道中有二个电子。
能量计算的结果，其中三个分子轨道的能量高于孤立的 p 轨道，三 个分子轨道的能量低于孤立的 p 轨道。此三个能量较低的分子轨道， 是成键轨道，共含六个电子；三个能量较高的轨道是反键的 π* 轨 道，是没有电子的空轨道。
Figure 2. 10
Benzo-fused six-membered nitrogen heteroaromatics
图2.10 为一些苯稠六元氮杂芳杂环。这些化合物象萘一样，环上价键 键长有如Kekule’式所示的变化。这意味着，环中的价键是部分定域 的。

+ CH3I N + N CH3 碘化N-甲基吡啶 . Cl + N COPh 氯化N-苯甲酰基吡啶 . I-
+ PhCOCl N
15
3. 亲电取代反应 氮原子的电负性较大，所以π电子云向氮原子发 生共轭偏移,表现在性质上： 亲电取代困难，与硝基苯相当,主要在β位 亲核取代容易，主要在α位和γ位
0.87 γ 1.01 0.84 N 1.43
+ N O
34
吡啶环可优先被还原。
H2,Pt,H2O N 或H2,RaneyNi H2,Pt,HOAc N 或Sn-HCl,或 Na,EtOH N H N H 十氢喹啉 1,2,3,4-四氢喹啉
（三）喹啉及其衍生物的合成（重点）
喹啉及其衍生物的合成方法 有多种，广为人知的方法是 Skraup合成法。该法由捷克化 学家Zdenko Hans Skraup的 名字命名。
N
喹啉 quinoline
第一节 六元杂环化合物
一、吡啶：苯环的一个CH换成氮原子 • 具有特殊臭味的无色液体。 • 其衍生物是许多天然药物、染料、维生素和生 物碱的基本组成部分。 • 从煤焦油和骨焦油中可分离得到吡啶及其衍生 物
9
（一）、命名：
母体的命名是外文名称的音译，并加口字旁， 表示为环状化合物，命名时杂环上各原子的 编号自杂原子开始，作为1。也可以将杂原子 旁的碳原子依次编α、β来命名。
+ N PhLi N + Ph LiH

Chichibabin反应
N + NaNH2 NH3 N + H2 H2O + NHNa N NH2
21
（4）α-位或γ-位存在好的离去基团(如-Cl, -Br, -NO2等)时，可与较弱的亲核试剂（NH3,OH,MeO- 等)反应。

COOH N N CONH2
族维生素之一，可用于防治糙皮病、口腔炎、 是 B 族维生素之一，可用于防治糙皮病、口腔炎、 血管硬化等。 血管硬化等。
2、异烟肼（Rimifon—雷米封） 、异烟肼（ 雷米封） 雷米封
CONHNH2
抗结核的首选药； 抗结核的首选药；长 时间服用需补充VitB6 时间服用需补充
N
N
O 吡啶N－ 吡啶 －氧化物
OCH3 CH3ONa N O CH3OH N O
NO2
NO2 N O HNO3 H2SO4 N O
Cl 3 l P C 3 CH
H
2
N NH2
/N i
N
还原 ：
H2 / Pt N
25℃ 0.3MPa ℃
六氢吡啶（哌啶）
N H
（三）吡啶的重要衍生物
1、烟酸和烟酰胺 、
Br2 / HAC N NH2 Br N NH2
20℃ ℃
3、亲核取代——主要发生在 位 、亲核取代 主要发生在α位 主要发生在 对离去性较差的负氢，需用强碱性的亲核试剂： 对离去性较差的负氢，需用强碱性的亲核试剂：
+ NaNH2
N NH3 N NH2
“齐齐巴宾” 齐齐巴宾” 反应
+
N
Li N
+ LiH
吡咯
Fe
卟吩 铁卟啉 蛋白质 （ 血红 素 ）
卟啉 血 红 蛋白
2、呋喃及其衍生物 、
R N O N O
O2N
O
CH＝R ＝
呋喃唑酮 痢特灵） （痢特灵）
治疗菌痢
R N O
N O O CH3 CH3
呋喃妥因
治疗泌尿道感染
R CHCNHCH O

O
O
O
酸酐
O
O
内酯
NH
O
内酰胺
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。许多药物结构中也含有杂环
第一节、分类和命名
Classification and Nomenclature
杂化轨道上有一对孤电子对,孤电子对不参与共轭!
体内多种氨基酸的转化、大脑中长链脂肪酸如DHA的代谢；
２． 系统命名法: 依据相应的碳环来命名。
由嘧啶环和咪唑环稠合而成。
乙酰硝酸酯是较为温和的试剂，用时临时制备。
① 符合休克尔规则，π电子数为6。
既不供给能量，也不构成组织成分
维生素K缺乏会导致凝血功能障碍, 出现全身多部位出血甚至颅内出血。
3, 4, …..或a, b, g, …..编号。
CH3
CH3
O
2,5-二甲呋喃
a, a’-二甲呋喃
CH3
S
3-甲基噻吩 b-甲基噻吩
CCH3
N
O
H
2-乙酰基吡咯
a -乙酰基吡咯
b. 若杂环上有两个以上不同杂原子时，则从O、S、N的顺序 编号；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。编号时取杂原子位次之和最小。
CH3
N
CH3
N
N
S
N
CH3
H 2N N
H
4-甲基噻唑
2,4,二甲基咪唑
4-氨基嘧啶
２． 系统命名法: 依据相应的碳环来命名。
如五元环相应碳环为“茂”, 六元环相应是苯。