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张文勤有机化学(第五版)第十四章 杂环化合物教材

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有机化学课件第十四章杂环化合物ppt文档

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单杂环 多杂环
五元环 六元环 五元环 六元环
N
O
S
H
N
o
N
N H
N N
稠杂环 N H
N
N
N
NN
H
五元单杂环
五元双杂环
N
N 咪H唑
N 吡H咯
O 呋喃
N N 吡H唑
五元稠杂环
N 吲哚 H
O 苯并呋喃
S 噻吩 N
S 噻唑
N O 噁唑
N
N H 苯并咪唑
六元单杂环
N 吡啶
O 吡喃
六元双杂环
N N
哒嗪
六元稠杂环
第二节 五元杂环化合物（P200)
一、吡咯、呋喃和噻吩的结构和性质
（一）吡咯的酸碱性
＋ KOH
N H
pKb: 13.6
N ＋ H2O
K+
（二）吡咯、呋喃和噻吩的亲电取代反应
乙醚 Br—
—Br
＋ Br2
N
Br— —Br N
H
H
问题：为什么吡咯、呋喃和噻吩的稳定性比苯小， 且苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃？
4
N
3 2
d
N N
a
Nc
1
b
吡嗪并[3，2-d]哒嗪
43N 4 c N3
52
CI
6d
N5 Sa H1 1
b
2
CH2OH
2-羟甲基-5-氯-咪唑并[4,5-d]噻唑
4
5
1
N
c
3
6
C6H5
2b
N
3
aS
1
2
7
6-苯基-2,3,5,6-四氢咪唑并[2,1-b]噻唑

有机化学课件12杂环化合物

有机化学课件12杂环化合物

N H
pyrrole 吡咯
4
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。
例：
43
N
5
2
N H
1
imidazole
咪唑
43
5
N2
N H
1
pyrazole
吡唑
43
N
5
2
S1
thiazole
噻唑
43
N
5
2
O1
oxazole 口恶 唑
2. 六元杂环
N
N
N
N
N
pyridine pyrimidine pyridazine
CH3 S CH3
21
4. 吡咯、呋喃和噻吩的重要衍生物
1). 糠醛 是一种无色液体,沸点162℃，在空气中易变黑。 是一种良好的溶剂。它不含α-H，性质类似于苯甲醛。
CHO + NaOH
O
O CH2OH + O COONa
KCN
O CHO 醇溶液
OHO
CHC
O
O
O
CHO +
O
CH3COONa
CH 3C
36
CH 3 CH 2CH 3
N
NaNH2
CH 2 CH 2CH 3
N
CH3I
CH 2CH 3 CH 2CH 3
N
+
O
ZnCl 2
N CH 3
HH
N CH2CH2OH
ZnCl2 的作用：
N ZnCl2
吡啶成盐后，使吡啶环2, 4, 6位烷基的α-H酸性进一步增强， 可以发生羟醛缩合和迈克尔反应：

本科五年制 基础 有机化学 第14章 杂环化合物

本科五年制 基础 有机化学 第14章 杂环化合物

富电子，易亲电取代 等性sp2杂化
H N H
N H
H
H
所有成环原子sp2杂化； C、N未杂化的5个p轨道相互平行重叠成 闭合的共轭体系，π电子数为6，具有 芳香性
H
H

吡喃、噻吩结构与吡咯相似 O、S、N的电负性比C的大，使键长和电子云密 度没有达到完全平均化，芳香性不及苯。
143.1pm 136.1pm O 136.2pm 142.3pm 137.0pm S 171.4nm 142.9pm 137.1pm N 138.3pm H
活性顺序： 吡咯＞呋喃＞噻吩＞苯 O的电负性大于N，使呋喃环上C周围的电子云密 度小于吡咯。 S的原子半径明显大于C，使大π键共轭得不好， 环上C周围的电子云密度小。 α>β
在 酸的作用下质子化，主要在α位
H N H N H
H H
遇强酸，破坏了芳香体系，容易发生开环、 氧化、聚合等反应。另外呋喃和吡咯电子 云密度高，对氧化剂敏感，因此，其亲电 取代反应应避免强酸、强氧化剂，选择较 为温和的反应条件。
*磺胺类药物
磺胺类药物(sulfa drug)是继青霉素之后使用的一 类化学抗菌药，基本结构是对-氨基苯磺酰胺。
4 1
H2 N
SO2NH2
对-氨基苯磺酰胺本身就有抑菌作用。当 N1上 的 H 原子被某些基团取代时，抗菌作用增强；若 N4 上的 H 被取代，则抗菌能力降低甚至丧失。因 为具有N4游离氨基的磺胺与细菌繁殖所需的对氨基 苯甲酸结构极为相似，使酶难以识别而达到抑菌作 用。 如 N4 上的取代基易在体内分解而恢复 成-NH2 时，则仍具有原来的抗菌作用。
H H
H
H
有成环原子都以sp2杂化轨道
π电子数为6，具有芳香性

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

杂环化合物在材料科学中具有广泛的应用，因为它们可以提供优良的物理和化学性能。例如，聚酰亚胺、聚醚醚酮等杂环高分子材料在航空航天、电子和汽车等领域广泛应用。
杂环化合物作为材料合成的关键组分，能够提高材料的耐热性、耐腐蚀性和机械性能等，同时降低生产成本和提高生产效率。
杂环化合物的研究进展与展望
05
在亲电反应机理中，试剂的性质和杂环化合物上的取代基的性质都会影响反应的进程和产物的生成。因此，在选择合适的试剂和反应条件时，需要考虑这些因素。
亲核反应机理是指反应过程中，试剂首先进攻杂环化合物上的电子云密度较高的部位，从而形成负碳离子中间体。然后，负碳离子中间体再与试剂发生反应，形成新的键，最终生成产物。
杂环化合物的应用
04
杂环化合物在药物合成中具有广泛的应用，因为它们具有独特的化学结构和生物活性。例如，嘧啶衍生物在抗肿瘤药物中发挥重要作用，喹啉衍生物具有抗菌和抗癌活性。
杂环化合物作为药物合成中的关键中间体，可用于合成多种类型的药物，如抗高血压药物、抗病毒药物和抗癌药物等。
VS
杂环化合物在农药合成中具有不可替代的地位，因为它们可以提供高效、低毒、低残留的农药。例如，吡啶衍生物可用于合成除草剂和杀虫剂，嘧啶衍生物可用于合成杀菌剂和杀虫剂。
杂环化合物作为农药合成的关键组分，能够提高农药的生物活性、选择性和稳定性，从而降低对环境和人体的危害。
杂环化合物在染料合成中具有重要作用，因为它们可以提供鲜艳的色彩和优良的染色性能。例如，偶氮染料和酞菁染料等杂环染料在纺织品、皮革和纸张等领域广泛应用。
杂环化合物作为染料合成的关键组分，能够提高染料的色牢度和稳定性，同时降低生产成本和对环境的污染。
杂环化合物的物理性质与其结构密切相关，如熔点、沸点、溶解度等。

有机化学 杂环化合物PPT课件

有机化学 杂环化合物PPT课件

2021/7/23
第11页/共76页
五元杂环化合物亲电取代反应发生在α-位可用共
振论解释：
+ E+ Z
= Z ( NH、O、S )
+
E ZH
E +Z H
正电荷可在三个原子上离域
E
E
H
H
+
Z
Z
+
正电荷只能在两个原子上离域
E ZH
+
2021/7/23
由此可见，进攻2–位所形成的共振杂化体比进 攻3–位所形成的共振杂化体稳定。
2021/7/23
+ Ac2O
H3PO4
S
+ Ac2O
BF3
O
S COCH3 O COCH3
第17页/共76页
(5) 吡咯的特殊反应 吡咯十分活泼，活性类似于苯胺、苯酚.
H+ + C6H5N2+ClN H
N N=NC6H5 H
+ CHCl3 + KOH N H
2021/7/23
第18页/共76页
CHO N H
环状有机化合物中，成环原子除碳原子外还含有 其他原子，这种环状化合物称为杂环化合物。
2021/7/23
杂环化合物
、
非芳香性杂环化合物, 如： O
N H
内酯、环状酸酐等。
芳香性杂环化合物
本章讨论的是那些环为平面型，环内π电 子数符合4n+2规则，具有一定芳香性的 芳杂环化合物。
第1页/共76页
20.1 杂环化合物的分类与命名
5 - 位被占, 则进入4 - 位, 而不进入2 - 位
第19页/共76页

有机化学——杂环化合物ppt课件

有机化学——杂环化合物ppt课件

E+ 进入2位
G AE
G 4
5
2
A
E+ 进入4位
E+ 进入5位
G EA
G
G
AE
最稳定
AE
E
G
E
G
A
不稳定
G
A G
EA
EA
较稳定
• 三个共振式 • 推电子基使
稳定
• 二个共振式 • 推电子基未
起作用
• 三个共振式 • 推电子基未
起作用
24
(iv) 位有吸电子基
E+ 进入2位
W AE
W 4
5
2
A
E+ 进入4位
杂环化合物
（heterocyclic compounds）
1
定义：杂环化合物是指构成环的原子除碳原子外还有其 它原子的环状有机化合物。碳原子以外的原子，称为杂 原子（heteroatoms），常见的杂原子有氧、硫、氮等。
分类：
芳香性杂环：（吡咯、吡啶、喹啉等） 非芳香性杂环：（四氢呋喃、四氢吡咯、六氢吡啶等）
HNO3 / Ac2O S CH3 (AcONO2) 位给电子基
+ O2N S CH3
70%
NO2
S CH3
30%
S NO2 位吸电子基
HNO3
O2N
+ S NO2
85%
O2N
S
NO2
15%
O NO2
HNO3
O2N O NO2 主要产物（例外）
20
Br
S 位给电子基
HNO3 / Ac2O
Br S NO2
S
5-乙基噻唑
COOH

中国药科大学有机化学课件—第十四章杂环化合物

中国药科大学有机化学 课件—第十四章杂环化
合物
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2020/11/3
中国药科大学有机化学课件—第十四 章杂环化合物
主要内容
第一节 杂环化合物的分类和命名 第二节 六元杂环化合物 第三节 五元杂环化合物
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中国药科大学有机化学课件—第十四 章杂环化合物
第一节 杂环化合物的分类和命名
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中国药科大学有机化学课件—第十四 章杂环化合物
•氧化在 N 上 •复习：叔胺的氧化
•吡啶的类似反 应
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中国药科大学有机化学课件—第十四 章杂环化合物
• N-氧化吡啶的性质：比吡啶易与亲电试剂或亲核试剂反应
•(a) 与亲电试剂的亲电取代
•(b) 与亲核试剂的亲核加成
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•五元杂环苯并体系
•吡咯(pyrrole)
•苯并呋喃 •(benzofuran)
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•苯并噻吩
•苯并吡咯
•(benzothiophene) •吲哚 (indole)
中国药科大学有机化学课件—第十四 章杂环化合物
•六元杂环
•吡啶(pyridine) •吡喃(pyran) •γ-吡喃酮 •(γ-pyrone)
•α-吡喃酮 •(α-pyrone)
•哒嗪(pyridazine)
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•嘧啶(pyrimidine) •吡嗪(pyrazine)
中国药科大学有机化学课件—第十四 章杂环化合物
•六元杂环苯并环系
•喹啉
•异喹啉
•苯并吡喃
•苯并--吡喃酮
•(quinoline) •(isoquinoline) (benzopyran)•(benzo--pyrone)

张文勤有机化学(第五版)第十四章 杂环化合物


主
(2) 亲核取代
主要发生在吡啶环的N的邻位 α位优先
(3) 喹啉的氧化还原
吡啶环优先还原
苯环优先氧化
4. 喹啉的合成 Skraup法
含丙烯醛结构的就可以和含苯胺结构的生成喹啉
反应实例：
5.喹啉的衍生物:
喹啉的衍生物在然界存在很多，如奎宁、 氯喹、罂粟碱等。
奎宁（金鸡钠碱） 有抗疟疾疗效
氯喹（合成抗疟疾药）
一、吡啶的结构
β α
γ
吡啶 吡啶的结构与苯相似，符合休克尔规则， 具有芳香性， 环上电子云密度小于苯。
二、吡啶的物理性质 吡啶为有特殊臭味的无色液体，有毒，沸点 115.5℃，相对密度0.982，可与水、乙醇、乙醚 等任意混和。
三、吡啶的化学性质
吡啶发生亲电取代反应较苯困难，主要发生在位。 相对来说，吡啶较易发生亲核取代反应，取代基 往往进入位。 吡啶环上的化学性质基本同硝基苯
吡咯
87.8
呋喃
66.9
芳香性： 苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
三、化合物的电子云密度
比苯大还是小？
呋喃
噻吩
吡咯
O
S
N
H
环上电子云密度大于苯 呋喃、吡咯、噻吩 比苯容易发生亲电取代反应
反应活性： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯
四、亲电取代
取代通常发生在-位
呋喃
噻吩
吡咯
四、双烯合成
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和嘧啶等
吲哚是白色结晶，熔点52.5℃。极稀溶液有 香味，可用作香料，浓的吲哚溶液有粪臭味。 吲哚的衍生物:
二、 喹啉和异喹啉
1. 结构

《杂环化合物》ppt课件


啉二甲酸
ŗ-苯基吡啶
KM nO4
CO2H
氧化
N
CH3 V2O5，O2
N
N
COOH
N CO2H
b - 吡啶甲酸 烟酸
CH3
V2O5，O2
N
COOH
g- 吡啶甲酸 异烟酸
N
CONHNH2
NH2NH2 HCl
异烟肼
N
加成反响
O + H2 Pd
N + H2 Pd
H
O （THF,重要溶剂）
N （吡咯烷，R2NH的性质） H
1. 制备
农业副产品 含戊多糖
打碎
稀H2SO4 △
水解为 进一步脱水 糠醛 戊糖
( C 5 H 8 O 4 ) n + n H 2 O 3 % 水 - 5 解 % H ， 2 S O 4 n C 5 H 1 0 O 5
戊多糖
戊糖
2. 性质和用途
• 糠醛可发生银镜反响；
糠醛表现出无a-H的醛(如苯甲醛和甲醛)和不饱 和呋喃杂环的双重性质。
5 4 3-βCH3
N
6
2α
1
4
3
5 N2 C1H3
4
3
5
2
CH3
S 1
CH3
3-甲基吡啶 或β-甲基吡啶
N-甲基吡咯 或1-甲基吡咯
2,5-二甲基噻吩 a,a'-二甲基噻吩
3、 环上含两个以上一样杂原子时，从连有取代基或氢
原子的杂原子开场编号，并使另一个杂原子位次最小。
CH43- N3
5
2
N1
H
4-甲基咪唑
血红素分子构造
CH2
CH

杂环化合物有机化学PPT学习教案


磺化
呋喃、吡咯必须用吡啶的三氧化硫加合物作
为磺化剂，噻吩可直接用硫酸磺化。
N SO3
O
O
SO3H
N SO3
N H
N
SO3H
H
H2SO4
S
30℃
S
SO3H
第16页/共59页
硝化
呋喃、噻吩和吡咯必须在特殊的条件下硝化，即用
酸酐和硝酸在低温下进行硝化，生成相应的α-硝基化合物。
+ 共用电子对处于
sp2杂化轨道上，它并不参与环上的共轭体系，因此
能与质子结合，具有弱碱性。
+ HCl
N
+ SO3
N
pKb＝8.8
. Cl -
N+ H
N+
SO-3
第39页/共59页
吡啶可与卤代烷或酰卤结合生成相当于季胺
盐的产物。
CH3
+ CH3I
N
I-
封管 300℃
+
N+
第8页/共59页
返回
12.3.1 呋喃、噻吩和吡咯的结构
呋喃、噻吩和吡咯组成环的 五个原子都位于同一平面上，四 个碳原子和一个杂原子都为sp2杂 化状态，彼此以σ键相连接；每 个碳原子还有一个电子在p轨道上， 杂原子的未共用电子对也是在p轨 道上，这五个p轨道垂直于环所在 的平面并相互重叠形成闭合共轭 体系。这个共轭第9页体/共59系页 是由五个原 子上的六个p电子组成的，其p电
O
-5 ～ -30 ℃
O
+ NO2
CH3COOH
α－硝基呋喃
S
+HNO3 (CH3CO)2O
-10℃
+
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一、吡啶的结构
γ β α
吡啶 吡啶的结构与苯相似，符合休克尔规则， 具有芳香性， 环上电子云密度小于苯。
二、吡啶的物理性质 吡啶为有特殊臭味的无色液体，有毒，沸点
115.5℃，相对密度0.982，可与水、乙醇、乙醚 等任意混和。 三、吡啶的化学性质
吡啶发生亲电取代反应较苯困难，主要发生在位。 相对来说，吡啶较易发生亲核取代反应，取代基 往往进入位。
分子中含有杂环结构的有机化合物称为杂环 化合物 杂环：成环原子含有杂原子的环状片段
杂原子： 一般把除碳以外的成环原子叫杂原子。 常见的杂原子有氧、硫和氮
氨苄青霉素钠
头孢氨苄(先锋霉素IV)
叶绿素 a(R=CH3),叶绿素b(R=CHO)
血红素
二、分类
1. 根据是否芳香性 非芳杂环化合物
芳杂环化合物
吲哚
purine
嘌呤
2.带取代基的杂环化合物命名
单杂原子单杂环化合物取代基的位置经常用α、
β、γ表示
γ
β
β
β
αα
α
2-甲基呋喃
3-氯吡啶
α-甲基呋喃 系统命名：
β-氯吡啶
给母体编号，使杂原子的位置号尽量小，其 它官能团视为取代基。
含多个不同杂原子, 则按 O S N 顺序编号。 编号时杂原子的位次数字之和应最小。
芳香性： 苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
三、化合物的电子云密度 比苯大还是小？
呋喃
噻吩
吡咯
O
S
NH
环上电子云密度大于苯 呋喃、吡咯、噻吩 比苯容易发生亲电取代反应 反应活性： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯
四、亲电取代 取代通常发生在-位
呋喃
噻吩
吡咯
四、双烯合成
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和嘧啶等
吲哚是白色结晶，熔点52.5℃。极稀溶液有 香味，可用作香料，浓的吲哚溶液有粪臭味。 吲哚的衍生物:
二、 喹啉和异喹啉 1. 结构
喹啉 苯并吡啶
2. 命名
5 6
7 8
4 3 2
1
8-羟基喹啉
异喹啉
54
6
3
7
2
81
4-硝基异喹啉
3. 化学性质 (1) 亲电取代
特点： (1) 比吡啶容易比苯难 (2) 进攻电子云密度高的苯环 (3) 取代α位
氯喹（合成抗疟疾药）
罂粟碱 一种鸦片生物碱，解痉挛药,主要用于治疗 内脏痉挛、血管痉挛(特别是涉及到心脏与大脑 的血管)并间或用于勃起功能障碍
三、嘌呤
嘌呤为无色晶体，m.p216~217℃，易溶于水， 其水溶液呈中性，但能与酸或碱成盐。
纯嘌呤环在自然界不存在，嘌呤的衍生物广泛 存在于动植物体内。 1.尿酸
2. 根据成环原子数
五元杂环化合物
六元杂环化合物
3. 根据环数目
单杂环化合物
稠杂环化合物
三、命名 1.母体命名 常用音译法，是按英文名称读音，同音汉字
前加“口”字旁。例如：
furan
呋喃
thiophene
噻吩
pyrrole
吡咯
pyridine
吡啶
pyrimidine
嘧啶
quinoline
喹啉
indole
主
(2) 亲核取代 主要发生在吡啶环的N的邻位 α位优先
(3) 喹啉的氧化还原 吡啶环优先还原 苯环优先氧化
4. 喹啉的合成 Skraup法 含丙烯醛结构的就可以和含苯胺结构的生成喹啉
反应实例：
5.喹啉的衍生物: 喹啉的衍生物在自然界存在很多，如奎宁、
氯喹、罂粟碱等。
奎宁（金鸡钠碱） 有抗疟疾疗效
第十四章 杂环化合物
教学目的： 掌握杂环化合物的分类、命名和结构与芳香性； 掌握重要的五元、六元杂环化合物的性质。
教学重点：
五元环化合物的分类，命名及化学性质，六元 杂环化合物中吡啶、嘧啶以及嘌呤。
教学难点： 杂环化合物的化学性质及各类杂环化合物芳
香性大小与解释、应用
第一节 杂环化合物的概念、分类及命名 一、杂环化合物
吡啶环上的化学性质基本同硝基苯
1.碱性与成盐
N上有孤对电子，具有碱性 吡啶易与强酸和活泼的卤代物成盐
此反应常用于在反应中吸收生成的气态酸 有机碱 缚酸剂
2．亲核取代反应
吡啶环容易发生亲核取代反应，取代基主要 进入、位，以位为主
PhLi
O2 or PhNO2,
N
(氧化)
N Ph
3．亲电取代反应 不容易发生亲电取代反应，取代基主要进入β位
四、嘧啶及其衍生物
嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然 界分布很广，脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶是遗传 物质核酸的重要组成部分，微生素B1也含有嘧啶 环。合成药物的磺胺嘧啶也含这种结构。
第四节 稠杂环化合物
稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂 环稠合在一起的化合物。
常见的有喹啉、吲哚和嘌呤。
一、吲哚
2．黄嘌呤 存在于茶叶及动植物组织和人尿中
3．咖啡因、茶碱和可可碱 三者存在于茶叶、咖啡和可可中，它们有兴
奋中枢作用，其中以咖啡因的作用最强。
咖啡因
茶碱
可可碱
4．腺嘌呤和鸟嘌呤 它是核蛋白中的两种重要碱基
腺嘌呤
鸟嘌呤
2-甲基咪唑
8-羟基喹啉
第二节 单杂原子五元芳杂环化合物 一、 化合物的结构
能及芳香性比较
生成离域π键的体系，能量都比对应的经典 结构式所表达的普通单双键体系应能量低，这 个低的数值称为离域能。
离域能
苯 噻吩 吡咯 呋喃
(kJ/mol) 177 121.3 87.8 66.9