非苯芳香化合物

2024/1/18120.1芳香性和休克尔规则AromaticityandHückel’sRule2024/1/182芳香化合物具有如下共同性质：①芳香化合物是环状化合物，比相应的开链化合物稳定，环不易破坏。一、芳香性2024/1/183②芳香化合物虽是高度不饱和的，但它们易与亲电试剂发生取代反应，而不易发生加成。③芳香化合物是环状的平面的（或近似平面）分子，为一闭合的共轭体系。2024/1/184二、休克尔规则苯、萘、蒽和菲等结构的共同特点是π电子离域。根据这一设想，化学家们试图合成一些新的类型具有芳香性的化合物。2024/1/1851912年合成的环辛四烯，形式上是一个共轭体系，实际性质上与苯截然不同，具有烯的性质。不具有芳香性。尤其是合成的环丁二烯极不稳定，只有在5K的超低温下，才能分离出来，温度升高立即聚合。它们都不具有芳香性。2024/1/186对于芳香族化合物来说，仅有π电子的离域作用还是不够的。1931年休克尔用分子轨道法计算环的稳定性，得出休克尔规律：2024/1/187一个具有同平面的、环状闭合共轭体系的单环烯，只有当它的π电子数为4m+2时，才具有芳香性。4m+2m=0，1，2，3‥‥‥当4m+2=2，6，10，14‥‥‥有芳香性注意：m不能趋于无穷大！2024/1/188结构特点：环中所有碳原子都是以sp2杂化形成环状化合物；成环原子在一个平面上，形成闭合环状共轭大π键；环中π电子数符和4m+2规则，此化合物具有芳香性。2024/1/189101414π电子数满足4m+2，且环中所有碳原子在一个平面，形成环状共轭体系，所以，它们都具有芳香性。2024/1/181020.2常见的非苯芳烃

定义：不含苯环的，共轭电子数符合4m+2的环多烯化合物，具有芳香性。这类化合物为非苯芳香化合物。2024/1/1811π电子数为2，符合4m+2，是最简单的非苯芳香化合物。一、环丙烯正离子(CyclopropenylCation)2024/1/18121957年后合成2024/1/18132024/1/1814二、环丁二烯双正离子π电子数为2，符合4m+2，具有芳香性！2024/1/1815三、环戊二烯负离子π电子数为6，符合4m+2，具有芳香性！2024/1/1816+二茂铁具有芳香性2024/1/1817四、环庚三烯正离子π电子数为6，符合4m+2，具有芳香性！环庚三烯2024/1/1818环庚三烯酚酮具有芳香性2024/1/1819五、环辛四烯负离子+π电子数为10，符合4m+2，具有芳香性！2024/1/1820六、轮烯(Annulenes)

定义：具有交替的单双键单环多烯烃，称为轮烯。分子式符合(CH)x

其中x≥102024/1/1821π电子数为10，符合4m+2。有芳香性吗？1.[10]轮烯2024/1/1822分子中环内空间太小，由于氢原子的阻碍，分子中的原子不可能在同一平面，所以无芳香性。π电子数为10，符合4m+2。有芳香性吗？2024/1/1823π电子数为14，符合4m+2。有芳香性吗？具有芳香性！2.[14]轮烯2024/1/1824无芳香性有芳香性[16]-轮烯3.[16]轮烯2024/1/1825π电子数为18，符合4m+2，具有芳香性[18]-轮烯4.[18]轮烯2024/1/182620.3薁(Azulene)与萘是同分异构体π电子数为10有芳香性2024/1/1827练习：下列化合物是否具有芳香性？三者均有芳香性2024/1/1828二者均有芳香性二者均无芳香性二者均无芳香性2024/1/182920.3杂环化合物Heterocycliccompounds2024/1/1830CyclicOrganicCompoundsCarbocyclesHeterocyclesCarbocyclicringscontainonlycarbonatomsHeterocyclicringscontainoneormoredifferentatomsinadditiontocarbonN,O,Sarethemostcommonheterroatoms2024/1/1831Antibiotic：Penicilin2024/1/1832Antiulceragent：Cimetidine2024/1/1833Phenobarbital（苯巴比妥）Sedative：2024/1/1834Saccharin（糖精）Nonnutritivesweetener：2024/1/1835Heme（血红素）NaturalProducts：2024/1/1836NaturalProducts：Chlorophylla2024/1/18372024/1/183820.3.1分类和命名ClassificationandNomenclature2024/1/1839一、分类2024/1/18402024/1/18412024/1/18422024/1/18432024/1/1844丁公藤碱河豚毒素2024/1/1845二、命名1.单杂环的命名

常见的单杂环为五元、六元环。

根据每个杂环化合物的英文名称音译，加上“口”字旁。

编号——使杂原子的位号尽可能小，如不止一个杂原子，按O，S，N的顺序编号。2024/1/1846例如：呋喃FuranThiophene噻吩Pyrrole吡咯Pyridine吡啶2024/1/1847PyrimidinePyridazinePyrazine嘧啶哒嗪吡嗪2024/1/18482,5-二甲基呋喃1-甲基吡咯5-甲基咪唑4-甲基-5-(2

-羟乙基)噻唑2024/1/1849

对不同程度饱和的杂环化合物，不但要标明氢化(饱和)的程度，而且要标出氢化的位置。Tetrahydrofuran四氢呋喃四氢吡咯六氢吡啶哌啶2024/1/18502,3-二氢吡咯-吡喃-Pyran2024/1/1851QuinolineIsoquinolineIndole喹啉异喹啉吲哚2.稠杂环的命名

简单稠杂环，采用与单杂环相同的方法。

复杂稠杂环，采用确定主体环的方法。2024/1/1852Purine嘌呤8-羟基喹啉咔唑苯并噻唑2024/1/1853

在杂环化合物中，由于成环原子的排列组合方式和键合类型的多样性，杂环化合物的数量非常庞大，据统计，占已知有机化合物总数的65%以上。

饱和杂环化合物的性质与其相应的开链化合物相近，一般不列入杂化化合物讨论。2024/1/185420.3.2五元杂环化合物Five-MemberedUnsaturatedHeterocycles2024/1/1855一、吡咯、呋喃和噻吩的结构、芳香性和反应活性呋喃噻吩吡咯2024/1/18561.结构LonePairinpOrbitalsp2Hybridized2024/1/1857呋喃噻吩

平面结构

环上的原子均为sp2杂化

闭环共轭体系π电子数符合4m+22024/1/1858

五元杂环化合物的结构均符合休克尔规则，都具有一定程度的芳香性。

但由于环上存在电负性较大的杂原子，所以与苯不同，共轭体系中各原子电子密度不是平均分布，键长也不是完全相等，只是趋向于平均化，芳香性比苯小。2.芳香性2024/1/1859

五元杂环化合物的热力学稳定性小于苯，其共轭能(kJ/mol)数据如下：

苯噻吩吡咯呋喃150.6117.590.466.9

三种五元杂环化合物的稳定性次序为：苯>噻吩>吡咯>呋喃2024/1/18603.反应活性

五元和六元杂环化合物偶极矩方向及数值(

10-30C·m)如下：2.331.706.035.766.335.252024/1/1861

在五元杂环化合物中，电子离域的结果使环上碳原子周围

电子密度增加，大大超过苯环。其中呋喃和噻吩杂原子的+C效应部分抵消了-I效应，从而使偶极矩数值明显下降。而吡咯杂原子的+C效应大于-I效应，使偶极矩的方向也发生改变。2024/1/1862

杂原子的+C效应又使共轭体系内部两个位(杂原子的邻位)的电子密度高于两个位(杂原子的间位)，因而亲电取代反应优先发生在位。2024/1/1863

五元杂环化合物一般发生在

-位。亲电取代反应的活性次序：2024/1/1864二、吡咯、呋喃和噻吩的反应1.吡咯的性质和反应（1）吡咯的弱酸性

它的pKa=16.5，比酚弱，可与强碱(NaNH2，KNH2、RMgX)或金属反应。2024/1/1865吡咯钾2024/1/1866α-吡咯甲酸△△2024/1/18672024/1/1868

主要产物为α-取代产物。

吡咯环的稳定性较差，遇酸容易聚合，因此进行亲电取代反应要用较温和的试剂。（2）亲电取代反应

磺化试剂：

硝化试剂：2024/1/1869

吡咯环遇酸容易聚合。2024/1/1870（3）卤代反应

吡咯与卤素直接反应得到多卤代产物。℃2024/1/1871

吡咯一卤代产物，只能采取特殊的方法。℃2024/1/18722-吡咯磺酸（4）磺化反应

吡咯不能直接与浓硫酸反应进行磺化。100℃2024/1/1873（5）硝化反应2-硝基吡咯2024/1/18742–乙酰基吡咯~60%（6）Friedel—Crafts酰化反应2024/1/1875+（7）加成反应2024/1/1876四氢吡咯吡咯催化加氢生成四氢吡咯2024/1/1877

呋喃的稳定性较吡咯小，卤代反应在低温或非极性稀溶液中进行。2.呋喃的反应①卤代反应（1）亲电取代反应2024/1/18782024/1/1879②磺化反应

呋喃不能直接与浓硫酸进行磺化。2024/1/1880③硝化反应

呋喃必须用温和的硝化试剂在低温下进行。2024/1/1881④Friedel—Crafts酰化反应2024/1/1882（2）加成反应①催化加氢2024/1/18832024/1/1884

呋喃表现出明显的共轭二烯烃性质。在低温下能与顺丁烯二酸酐发生D-A反应。②D—A环加成反应+25℃外型内型2024/1/1885③呋喃遇稀酸能水解为二醛丁二醛2024/1/18862,5–己二酮反应机理是？2024/1/1887（1）亲电取代反应3.噻吩的反应①卤代反应2024/1/1888②硝化反应2024/1/1889③磺化反应25℃应用：除去苯中的噻吩！2024/1/1890④付—克反应2024/1/1891（2）加成反应+

噻吩中的硫对钯有毒化作用，使用RaneyNi

脱硫；二硫化钼催化氢化得四氢噻吩。2024/1/1892聚戊糖戊糖三、吡咯、呋喃和噻吩工业制备糠醛2024/1/1893400℃2024/1/1894四、吡咯和呋喃的重要衍生物2024/1/18951.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，有许多类似于苯甲醛的化学性质。2024/1/1896+2024/1/1897醇溶液2024/1/1898+2024/1/18992.吲哚

吲哚为白色结晶，熔点52.5℃。具有极臭的气味，但纯粹的吲哚在极稀时有香味，可作香料。

可发生亲电取代反应，反应活性高于苯低于吡咯，主要发生在杂环上第3位。2024/1/181003-溴吲哚（1）卤代反应2024/1/181013-硝基吲哚（2）硝化反应2024/1/181023-吲哚甲醛（3）付-克反应2024/1/181033-吲哚磺酸（4）磺化反应2024/1/18104

含吲哚的衍生物广泛存在于植物中。β-吲哚乙酸植物生长调节剂色氨酸蛋白质组分2024/1/181055-羟基色胺哺乳动物及人脑中思维活动的重要物质2024/1/18106五、含两个以上杂原子的五元杂环咪唑噻唑吡唑噁唑2024/1/181071.结构和性质

新增加的一个氮原子上的孤电子对在环平面上，与环内的π电子不共轭，提供了接受质子的位置，因此吡咯系杂环的碱性都比吡咯强。2024/1/18108的酸性大于为什么？思考：2024/1/18109

咪唑分子间可形成氢键

吡唑通过氢键可缔合成二聚体2024/1/181102.亲电取代反应

吡咯系列杂环的亲电取代反应活性小于吡咯、呋喃和噻吩。吡唑异噻唑异噁唑2024/1/18111咪唑噻唑噁唑2024/1/1811220.5六元杂环化合物Six-MemberedUnsaturatedHeterocycles2024/1/1811320.5.1含一个杂原子的六元环化合物2024/1/18114主要有下面几个重要的化合物2024/1/18115一、结构和物理性质2024/1/18116碱性：

吡啶是一个无色有恶臭的液体，与水及许多有机溶剂，如乙醇、乙醚等混溶，是良好的溶剂。

脂肪胺＞吡啶＞芳香胺2024/1/18117二、化学性质芳环亲电取代亲核取代氮上未成键电子对碱性亲核性2024/1/181181.吡啶环上氮的碱性及亲核性2024/1/18119++2024/1/181202.吡啶环上亲电取代反应

与苯环比较吡啶环是缺电子的芳香杂环，性质类似于硝基苯，它不能进行傅氏烷基化和酰基化反应。

亲电取代位置在β位进行，为什么？2024/1/181213-硝基吡啶2024/1/181223-吡啶磺酸2024/1/181233-溴吡啶2024/1/18124

亲电取代反应可以进行，但是比较困难。

所有共振式均不如苯取代所生成的中间体稳定。2024/1/181253.吡啶环上亲核取代反应

吡啶环2,4,6位上的卤素容易被亲核试剂取代。2024/1/181262024/1/18127

除吡啶环2,4,6位上的卤素容易被亲核试剂取代外，吡啶2位上的负氢离子也能被取代。+2024/1/18128++

吡啶环上2位的负氢离子被亲核性极强的氨基负离子取代，同时有氢气放出，称齐齐巴宾(Chichibabin)反应。2024/1/181294.侧链α-H的反应

吡啶环2,4,6位上烷基的α-H具有一定的酸性，其酸性与甲基酮的α-H相当。2024/1/181302024/1/18131+ZnCl2的作用：2024/1/18132

吡啶成盐后，使吡啶环2,4,6位上烷基的α-H酸性进一步增强，更易发生羟醛缩合和迈克尔反应。+2024/1/18133+2024/1/181346.吡啶的氧化反应2024/1/18135尼古丁(烟碱)尼古丁酸(烟酸)烟酰胺2024/1/181362024/1/181377.吡啶的N-氧化物生成与反应（1）吡啶N-氧化物制备2024/1/181382024/1/18139（2）应用2024/1/18140练习：2024/1/18141六氢吡啶(哌啶)8.吡啶的还原反应思考：六氢吡啶和吡啶哪一个碱性强？2024/1/18142三、吡啶环合成

主要采用Hantzsch合成法——以β-酮酸酯、醛和氨原料进行缩合反应。包括四步反应。2024/1/18143

第一步：β-酮酸酯和醛发生羟醛缩合+2024/1/18144

第二步：发生迈克加成反应+2024/1/18145

第三步：关环，生成二氢吡啶环2024/1/18146

第四步：二氢吡啶环脱氢，生成吡啶衍生物2024/1/1814720.5.2含二个杂原子的六元环化合物2024/1/1814820.6苯并杂环化合物2024/1/181492024/1