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第十八章 杂环化合物

第十八章 杂环化合物
CH3COONO2
N H
(CH3CO)2O,－10℃
N H
NO2
噻吩对酸不那么敏感，可以用混酸硝化。
NO2
HNO3,H2SO4
S
S
+
S
NO2
呋喃比较特殊，先生成稳定的或不稳定的2,5-加成产物， 然后加热或用吡啶除去乙酸，得到硝化产物。
CH3COONO2 CH3COO－
O
－30~－5℃
O +
H NO2
了解生物碱；了解毒品的种类与危害。
呋喃、吡咯、噻吩的结构和性质； 吡啶、喹啉的结构和性质。
杂环化合物：环状化合物中构成环的原子除碳原子外，
还有其他原子的化合物。 常见的杂原子是O、N、S。 非芳香杂环：
O
芳香杂环：
O
O
S
习惯上把具有芳香结构的杂环，作为杂环化合物的母核， 而把各种氢化的杂环，看作杂环化合物的衍生物。
杂环化合物的内容非常丰富，无论在理论研究或实际应
用方面都很重要，本章只限于几类常见的杂环化合物。
1 杂环化合物的分类
按照环的多少可以分为单杂环和稠杂环两大类。 单杂环：常见的是五元杂环和六元杂环，环上的杂原子 有一个或两个。 五元杂环：
N
O
呋喃 furan
N N H
S
噻吩 thiophene
H2SO4
S
25℃
S
SO3H
常用这个反应除去苯中的噻吩，苯和噻吩的沸点接近， 不能用蒸馏的方法分离。
酰化：呋喃、噻吩的酰化反应在α-C上发生，呋喃要用较 温和的催化剂SnCl4、BF3等。
(CH3CO)2O BF3,－10℃
O
O
COCH3
噻吩的酰化反应可以用酸催化。

杂环化合物合成PPT课件

杂环化合物合成PPT课件

B
a
e
b
+
d c
a e
a d
b
or b
(协同过程)
d c
e c
c.环加成反应的理论基础： Woodward-Hoffmann规则和前线
轨道理论
-
17
第二节 吡啶衍生物的合成
1、吡啶类药物
二氢吡啶类(Dihydropyridine, DHP，或称： Dipine 类药物)
硝苯地平、尼卡地平、尼莫地平、尼索地平、氨 氯地平、尼伐地平、等
C C
C C
C N (I)
C N
(II)
C C
C N
(III)
C C
C N
(IV)
-
C C
N (V)
C
31
3、吡啶衍生物的合成 (Synthesis of
Quinolines)
1) From arylamines and 1,3-dicarbonyl compounds a) The Combes Synthesis (I 类合成法)
CN
O
H
+
O
H2N
O
EtOH 60oC
-
O
N
CN
N
O
H
26
CH
C +
CO2Et AcOH
CO2Et
Et
O H2N
Me
Et
N
Me
90%
Ph +
H
O
Ph
+ NH3 Al2O3/Mg(NO3)2/NH4F 460℃
O
N
-
27
4) By Aza-Diels-Alder Reaction

有机化学精品课件——杂环化合物

有机化学精品课件——杂环化合物
11
▪ 取代位置
E+ A
+
A
E
α-取代
▪反应中间体的相对稳定性 主要产物
E
A
β-取代
E+
A
取代
E+
A
β-取代
AE
E A
AE
H
A E 三个主要共振式稳定
贡献最大 （满足八隅体）
E H
二个主要共振式不稳定
A
贡献最大
（满足八隅体） 12
▪ 亲电取代反应举例 注意：五员杂环较活泼，遇酸不稳定
A
（吡咯，呋喃，噻吩）
ONa
CO2 加压
OH
CO2
H+
OH
CO2H
Kolbe-Schmitt反应
OH CHCl3
OH
OH
CHO +
O OC R
AlCl3
O OH RC
OH
Reimer-Tiemann反应
CHO OH
+ C
OR
Fries重排
39
5. 呋喃、吡咯和噻吩环的制法
呋喃、吡咯和噻吩环的制备方法，常采用1,4-二羰 基化合物为原料。
起作用
• 三个共振式 • 推电子基使
稳定
22
(ii) 位有吸电子基
43
5
A
W
E+
进入5位
E+ 进入3位
E AW
E+ 进入4位
E
不稳定
A
W
最稳定
E
A
W
E
A
W
• 二个共振式 • 吸电子基使
不稳定
• 二个共振式 • 吸电子基未

第十八章 杂环化合物

第十八章 杂环化合物
碳未杂化的 P 轨道中有一个电子，杂原子的 P 轨道中 有一对电子，P 轨道互相平行重叠，形成闭合的共轭体系。
··
N
· ·
·
·
sp2杂化轨道
··
N—H
·
·
··
N
P 轨道
·
吡咯
五 中
吡咯的分子结构
N原子杂化轨道 体系中π 电子数：
O··
心 六 电 子
··
·
·· O ··
·
呋喃 （
· ·· ·O
··
4+2=6 符合休克
6×10 11
5×10 9
1
亲电试剂进攻发生在α- 位和β- 位，而α- 位更容易些。
① 卤代反应
像苯酚和苯胺一样，吡咯、呋喃、噻吩很容易发生卤代 反应。
氯代、溴代不但不需催化剂，而且为避免多取代物，往 往采用温和条件，如用溶剂稀释和采用低温。
吡咯反应活性最大，在低温下进行，一般得多卤产物。
+ Br2
70%
-NO2 S
5%
③ 磺化反应 吡咯、呋喃不能直接用硫酸磺化，因为它们在浓硫酸中
不稳定，会发生聚合，通常用一种温和的磺化剂—— 吡啶 三氧化硫进行磺化。
N
吡啶
+ N H
HCl
+ SO3
+
NSO3
-SO3H N H 90%
吡咯-2-磺酸
+
NSO3
吡啶三氧化硫
100 ℃
-
-SO3
·
N
N+
H 90%
从煤焦油中提取的苯（b.p.80℃）含有少量（0.5%）噻
吩（ b.p.84℃ ）很难用分馏的方法将它们分开，由于噻吩

第十八章 杂环化合物(Heterocyclic compounds)

第十八章 杂环化合物(Heterocyclic compounds)

NHCOOCH3
6、喹啉合成法——Skraup 法
+
CH2 CH CH2
H2SO4
NH2
OH OH OH 硝基苯
N
反应过程为：
CH2
CH CH2
H2SO4,--H2O CH2
H2N CH CH
OH OH OH
O
O 烯醇化
OH H
关环
NH
NH
硝基苯
NH
N
三、与生物有关的杂环及其衍生物举例
1、吡咯、叶绿素、血红素及维生素 B12 吡咯存在于煤焦油和骨焦油中，是无色液体，沸点 131℃，在空气中因氧化而迅速变黑。
3
潘英明：《基础有机化学》教案(化学系)
氮原子上的未共用电子对由于参与了环系的共轭，因而失去与H+结合的能力，同时由于这种 共轭作用，使氮原子上电子密度相对降低，从而氮原子上的氢能以H+的形式解离，所以吡咯 不但不显碱性反而显弱酸性，它能与氢氧化钠或氢氧化钾成盐，而不与稀酸或弱酸成盐。
吡啶中氮原子上的未共用电于对未参与环系的共轭，因此吡啶显碱性，可与酸成盐。
吡啶、嘧啶、吡嗪的母体碳环则是苯。 （3）稠杂环：稠杂环常有其特定的编号方法，如嘌呤、蝶啶等。
相应于吲哚、嘌呤的母体碳环是茚，而相应于苯并吡喃、喹啉、异哇啉及蝶啶的母体碳 环是萘。
二、几种重要环系的结构与性质
1、呋哺、噻吩、吡咯，吡啶的结构 呋喃分子呈平面型，氧原了为sp2杂化状态，其未成对电子分别与两个碳原了形成两个，
麻黄碱为无色结晶，易溶于水和氯仿、乙醇、乙醚等有机溶剂。麻黄碱的生理作用也与 肾上腺素相似，有兴奋交感神经、增高血压、扩张气管的作用，用于支气管哮喘症。 （4）吗啡碱（联系麻醉剂）

大学有机化学课件-杂环化合物

大学有机化学课件-杂环化合物
(糠醛）
β —CHO
γ 4 5 6
3β 2α
COOH
1 吡啶—3—甲酸 （尼古丁酸 —吡啶甲酸 或烟酸）
N
CH3
4 5
3 N
Br
2
4 5
N S1
2
3
N1 H
5—甲基咪唑
4—溴噻唑
9
稠杂环化合物（P232）
5 6 7 8 N 1 4 3 2
6 7 8 1 5 4 3
N2
喹啉 (quinoline)
糠醛是不具α—氢的芳醛，能进行类似于苯甲 醛的反应。
NaOH
__
O
CH2OH
+
O
__
COONa
O
2
O
__
CHO
康尼查罗反应
OH KCN 乙醇
__
CH___ C___
O
O
安息香缩合反应
O CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C CH=CHCOOH O
30
普尔金反应
O
CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C
4β 5α
O 1
β 3 α2
4β 5α
β 3
4β 5α
β 3 α2
呋喃(furan)
1 α2 N H
吡咯(pyrrole)
S 1 噻吩(thiophene)
唑的命名 含有两个或两个以上杂原子的五元杂环，若至少有 一个杂原子是氮时，则该杂环化合物称为唑。
4 5 N H1 3 N2
5 4 N3 2
4 5
N H
＞
O
＞
S
＞
＞
12

有机化学杂环化合物

有机化学杂环化合物

活性部位
02
由于杂原子的存在，亲核取代反应也可能发生在杂原子位置，
形成新的杂环化合物。
反应机理
03
亲核试剂首先与杂环化合物形成σ络合物，然后进行质子转移，
生成取代产物。
加成反应
01
电性影响
杂环化合物的电性受其杂原子的电负性和电子云密度影响，使得加成反
应在杂环化合物中具有特定的选择性。
02
加成位置
加成反应一般发生在杂环的电子云密度较高区域，通常是杂原子的邻位
配位化学：杂环化合物 中的非碳原子可提供孤 对电子，与金属离子形 成配位键，因此可作为 配体应用于配位化学和 金属有机化学中。
总之，杂环化合物是一 类具有丰富多样性结构 和性质的有机化合物， 其研究不仅有助于深化 对有机化学基本规律的 认识，还能为相关领域 提供广泛的应用前景。
02
五元杂环化合物
呋喃（furan）
嘧啶（pyrimidine）
结构特征
嘧啶是一个含有两个氮原子的六元杂环化合物，其分子内具有共轭 双键体系。
合成与应用
嘧啶类化合物可通过多种合成方法获得，如Pinner反应等。嘧啶及 其衍生物在生物医药领域具有广泛应用，如抗病毒药物、抗癌药物 等。
生物活性
许多嘧啶类化合物具有显著的生物活性，可作为核酸碱基的类似物 ，干扰核酸的合成与代谢，从而发挥治疗作用。
芳香性
呋喃具有芳香性，由于其分子中 含有一个氧原子，使得其电子云 密度分布较为均匀，呈现出特殊
的稳定性。
合成与应用
呋喃可以通过多种合成方法得到， 并在有机合成中作为重要的中间体 。它可以发生诸多反应，如亲电取 代反应、加成反应等。
物理性质
呋喃为无色液体，具有特殊的气味 ，微溶于水，易溶于有机溶剂。

第18章 杂环化合物

第18章 杂环化合物

N Pyridine
O Pyran
吡啶
吡喃
六元 环
N N
含两个杂原子：
N
N
N Pyrimidine
N Pyrazine
Pyridazine
哒嗪
嘧啶
吡嗪
N N Quinoline N Isoquinoline N
N N N
稠杂 环
喹啉
异喹啉
N N N H Purine N
蝶啶
吖啶
N H Indole
+E
N
+
E
进攻β 位
N
+
H
+
E H N
+
E H
N
吡啶的亲电取代反应示例 （a ）磺化
SO3
H2SO4， HgSO4
N
70% 230 C ，
o
N H
+
（b ）硝化
H2SO4， KNO3
NO2 N
N
Fe， C ，22% 330
o
（c ）卤化
Br2 N 300 C
o
Br + N
Br
Br
N
吡啶可被催化加氢为六氢吡啶（哌啶）。 吡啶可被催化加氢为六氢吡啶（哌啶）。 六氢吡啶的碱性（ =2.7） 六氢吡啶的碱性（pKb=2.7）比一般脂肪族仲 胺略强
单环 含一个杂原子
O Furan N H Pyrrole S Thiophene
呋喃
N
吡咯
N N H Imidazole
噻吩
N S Thiazole
五元环
O Oxazole
噁唑
咪唑
N H Pyrazole N

中职化学(农林牧渔类)《杂环化合物》课件

中职化学(农林牧渔类)《杂环化合物》课件

血红素
血红素存在于血液 中，是高等动物体 内输送氧的物质， 它与蛋白质结合形 成血红蛋白，在高 等动物体内起输送 氧气和二氧化碳的 作用。
维生素 B12
又名钴胺素，在动 物肝中含量较丰富， 有很强的生血作用， 是造血过程中的生 物催化剂，是抗恶 性贫血的药物。
三、常见杂环化合物的性质及其在农业生产上的应用
维生素 PP
维生素 PP在细胞生理氧化过 程中起传递氢的作用，参与体 内脂质代谢、组织呼吸的氧化 过程和糖类无氧分解的过程。 体内缺乏时可产生糙皮病，表 现为皮炎、舌炎等症状。
维生素 B6
维生素 B6 是白色晶体，易溶 于水和乙醇中，耐热，对酸稳
定，但易被光破坏，广泛存在
于鱼、肉、蔬菜和谷物中，是
维持蛋白质新陈代谢不可缺少 的维生素。
三、常见杂环化合物的性质及其在农业生产上的应用
6. 吲哚及其衍生物 吲哚是由吡咯环和苯环稠合而成的杂环化合物，属于稠杂环，是无
色片状结晶，存在于煤焦油中，某些植物的花中也含有吲哚。蛋白 质腐败时会生成吲哚和 β- 甲基吲哚。 β- 吲哚乙酸又名生长素，是吲哚的重要衍生物之一，也是最早发现 的植物内源性激素之一，广泛存在于植物幼芽中。它的钠盐、钾盐 比较稳定，极易溶于水。农业上用作植物生长调节剂。
• ② 含有两个或两个以上相同杂原子，要使杂原子编号最小，并将连 有氢原子或取代基的杂原子编号定为 1 号；含不同杂原子时，按 O → S → NH → N 的次序编号。
二、杂环化合物的分类和命名
（2）杂环母环的编号原则 • ③ 稠杂环的编号从杂原子开始，依次编号一周（公用碳不编号）。 有些具有特定的编号。
② 系统命名法 系统命名法是根据相应的碳环来命名的， 把杂环看成是相应的碳环中的碳原子被 杂原子取代而形成的化合物，在碳环前 加“某（杂原子名）杂”两字即可。

杂环化合物PPT课件

杂环化合物PPT课件

R3 C O
CH
R2
X
COOC2H5
pyridine
+
CH2
O C R5
R3
COOC2H5
R2 O R5 Feist-Benery Reaction
H2N-R1
R3
COOC2H5
R2 N R5 Hantzesch Reaction R1
杂环化合物的合成
1、五元杂环化合物的合成
• 吡咯和呋喃的一般合成方法
OH
R
NNO
HO OH
NH N
O
N R = -CH2OH, -CHO, -CH2NH2
维生素B2
维生素B6
OS
H N
O N HO
OH
维生素H
食品中的杂环化合物
食品中的杂环化合物
食品中的杂环化合物
二、杂环化合物的合成
杂环化合物的合成
• 杂环化合物的重要不仅仅在于药物中的应用 • 据统计，在现今已知的有机化合物中，杂环
杂环化合物
一、药物与杂环化合物
药物中的杂环化合物
药物中的杂环化合物
天然存在的青霉素
药物中的杂环化合物
•常用喹诺酮类抗菌药
OO
N
OH
HN
N NN
吡哌酸
F
HN N
OO OH
N
环丙沙星
药物中的杂环化合物
C6H5 C6H5 N N
Cl
克霉唑
• 唑类抗真菌药
Cl Cl
N N
O N
Cl
Cl
昔康唑
药物中的杂环化合物
杂环化合物的合成
1、五元杂环化合物的合成
• 吡咯和呋喃的一般合成方法 • A、[2+3]型环合反应 • 可以有三种方式，但共同之处在于：采用含
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下列实验事实均说明呋喃、噻吩、吡咯具有芳香性：
① 键长数据 呋喃、噻吩、吡咯都具有一定程度的键长平均化：
注：普通C＝C键长0.133nm；普通C－C键长0.154nm。
② 环流效应 它们的核磁共振吸收均出现在低场：
O
③ 离域能数据
S
N H
C H2
以上的数据或实验事实说明，芳香性：
KMn4O
S OO
含硫，可使催化剂四中氢毒噻!吩
环丁砜，重要溶剂
O
4
3 O+ O
2
1
O
O
3
4
21
O C
CO O
呋喃环具有共 轭双烯的性质！
(3) 吡咯的弱碱性和弱酸性
N H sp2 sp2 p
参与环体系共轭 离域于整个共轭体系 难以表现出碱性
NH
吡咯分子中氮原子上虽然带有孤对电子，但是由于其参与了环状π56 的共轭，为整个环状共轭体系所共享，从而使氮上电子云密度降 低，孤对电子难以给出去而表现碱性。所以，吡咯的碱性很弱， 甚至于大大弱于苯胺的碱性。
S
N
H
与苯的性质接近
O
具有部分共轭 二烯的性质
(乙) 六元杂环的结构
吡啶中氮原子采取不等性sp2杂化：
p
N sp 2 p
结果是：N sp 2
① 由于吡啶环中有6中心6电子的大π键，符合休克尔 4n+2规则，所以吡啶环亦有芳香性。但由于键长未完全 平均化，其芳香性不及苯。
0.140nm
0.139nm
(二) 五元杂环化合物及其化学性质
(1) 亲电取代
比苯快，新引入基上α－位。
卤代 O +Br2 12,54。 -C二，氧75六%环O Br+ HBr
醋酸硝， 一 酰种弱的硝化试剂
硝化 O
+ CH3COON2O
S +CH3COON2O
O NO2 不用强酸，否喃则呋
或噻吩开环聚合
S NO2
吡啶三氧化硫，一种温和的磺化剂
糠醛
（以O、S、N为序！）
(2) 结构和芳香性
(甲) 五元杂环的结构
呋喃、噻吩、吡咯分子中所有的原子共平面，具有与 苯环类似的结构。
吡咯( N-H )：
N:22 s3 2p
p轨道
sp2杂化
s轨道 p轨道
sp2轨道
p轨道
NH
呋喃( O )：
O:22s4 2p
p轨道
sp2杂化
s轨道p轨道
sp2轨道
p轨道
常见的杂环化合物如下：
√√ √
√
√ √
命名：
杂环化合物的命名常用音译法。例如：
CH3
N g-甲基吡啶
CH2COOH N
b-吲哚乙酸
4 N3 5N 2
1
咪唑 imidazole
4 N3 5 S2
1
噻唑 thiazole
N H3C S
O CHO
5-甲基噻唑 a-呋喃甲醛 5-methylthiazole 2- 呋喃甲醛
∴ 碱性：苯胺（Kb=3.8×10-10）>>吡咯（Kb=2.5×10-14）
能与强酸成盐
不能与强酸成盐，遇酸分解
另一方面，吡咯有弱酸性：
N + KOH(S) H2O
H
N- + H2O
K+
原因：可形成
N-
p
6 5
,
稳定!
但是，吡咯（pKa=17）的酸性非常小，甚至远远小 于酚(pKa=10)。
(4) 糠醛（α－呋喃甲醛）
构造： O CHO
命名：最初由米糠与稀酸共热而得，故名糠醛。 性质：糠醛具有典型的无α－H的醛的性质：
岐化：
浓NaOH
O CHO
O COONa +
糠酸钠
O CH2OH
糠醇
缩合： O
CHO + (CH3CO)2O NaOAc
+ HOAc O CH=CHCOOH
a-呋喃丙烯酸
氧化：
( b.p84.C)
浓H2SO4 室温
（苯层）
分液
S SO（3H酸层）
蒸馏 无噻吩苯
付氏酰基化：
N H
+(C3CHO2)O
150-2。 00
60%
C
N
H
COC3H
(2) 加成
O + H2 Pd
N + H2 Pd
H
O （THF,重要溶剂）
N （吡咯烷，R2NH的性质） H
S
20H。 20,MCo2,S20MPSa
(一) 杂环化合物的分类、命名和结构
(1) 分类和命名
根据有无芳香性，可将杂环化合物分为非芳香性杂环和 芳香性杂环。
非芳香性杂环化合物具有与相应脂肪族化合物相类似的 性质。例如： O
O
O
N H
N H
N
四氢呋1喃 ,4-二氧六 六氢 环吡啶 四氢吡咯 奎宁环
通常，杂环化合物是指含有杂原子构成环的、有一定芳香 性的环状化合物。
N0.134nm
0.140nm 正常值(单位：nm) 0.140nm C-N C=N C=C C-C 0.1407.1280.1330.154
吡啶分子的偶极矩数据(D＝7.4×10-30C•m ) 也表明吡啶分子中电 子去不是完全平均分布的。
② 由于吡啶环中氮原子上的一对
孤对电子与苯环共平面（填入sp2轨
第十八章 杂环化合物
(一) 杂环化合物的分类、命名和结构 (二) 五元杂环化合物及其化学性质 (三) 六元杂环化合物 (四) 稠杂环化合物（吲哚、喹啉）
(一) 杂环化合物的分类、命名和结构
(1) 分类和命名 (2) 结构和芳香性
(甲) 五元杂环的结构 (乙) 六元杂环的结构
第十八章 杂环化合物
杂环化合物种类很多，广泛存在于自然界中，与动植物 的生理作用及药物、染料等关系密切。
道中），不参与环状共轭体系，所
N
以这一对孤对电子很容易给出去从
而表现出碱性。
③ 吡啶的结构可用共振论表示为：
+
N
N
+N
-
能量最低， 贡献最大
N
N+
-
-
电荷分离， 氮带负电荷
④ 吡啶环也有环流效应， 说明吡啶物及其化学性质
(1) 亲电取代 (2) (2) 加成 (3) (3) 吡咯的弱碱性和弱酸性 (4) (4) 糠醛（α－呋喃甲醛） (5) (5) 颜色反应
sp2杂化轨道
O
噻吩( S )具有与呋喃相似的结构。
杂原子上的一对p电子与σ平面垂直，与未 参与杂化的p轨道平行，形成 π56的大π键， 这种大π键由于含有6个π电子，符合休克 尔4n+2规则的要求，所以它们具有一定 的芳香性（可发生环上的亲电取代反 应）；
由于环上的5 个原子共享6个π电子，电子 云密度比苯环大，发生亲电取代反应的 速度也比苯快得多。
磺化 O
N H
S
C5H5N SO3 C5H5N SO3
浓H2SO4 室温
O SO3H 不能用强酸！
N SO3H H
（苯在室温下不能磺化 ！） S SO3H
说明：① 噻吩环芳性比呋喃环和吡咯环强，较稳定； ② 噻吩环上电子云密度比苯环大，更容易磺化。
利用磺化反应可分离苯和噻吩：
( b.p81。C) S。