理学大学有机化学a课堂讲解ppt第11和12章课件

首页上一页下一页末页 杂环化合物和生物碱 第11章 1 首页上一页下一页末页 学习要求： 掌握各类常见杂环化合物的结构和命名。 掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶的化学性质。 认识核酸组成中的重要碱基嘧啶、嘌呤； 了解叶绿素、血红素等卟吩环化合物；了解生物 碱的有关知识。 2 首页上一页下一页末页 目录 11.1 杂环化合物 11.2 生物碱 本章小结 3 首页上一页下一页末页 11.1杂环化合物(Hetrocyclic compounds) 11.1.1 杂环化合物的分类和命名 杂环化合物：是指组成环的原子中含有除碳以外的原 子(杂原子常见的是N、O、S等)的环 状化合物。 本章讨论的就是那些环为平面型，环内电子数符合4n+2 规则，具有一定芳香性的芳杂环化合物。 脂杂环 芳杂环 杂环化合物 1. 分类 4 首页上一页下一页末页 11.1.1 杂环化合物的分类和命名 脂杂环： 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。如： 三元杂环 四元杂环 五元杂环 七元杂环 (氮杂环丙烷) (-丙内酯) (顺丁烯二酸酐) (环氧乙烷) (氧杂 ) 5 首页上一页下一页末页 11.1.1 杂环化合物的分类和命名 芳杂环： 具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环。如： 苯并杂环 杂环并杂环 五元杂环 六元杂环 呋喃噻吩吡咯 噻唑 咪唑 吡啶嘧啶 吲哚 喹啉 嘌呤 单杂环 稠杂环 6 首页上一页下一页末页 11.1.1 杂环化合物的分类和命名 2. 命名 1） 音译法：按外文名称的译音来命名，同音汉字左边 + 口字， 以表示是环状化合物。 2） 以相应的碳环来命名：将杂环看作是相应的碳环中的碳 原子被杂原子代替而成的产物，在相应的碳环名前加上杂原 子的名称即可。五元杂环称为某茂，六元杂环称 为某苯。 氧茂氮苯 7 首页上一页下一页末页 11.1.1 杂环化合物的分类和命名 3） 杂环及环上取代基的编号： (1)杂环上有取代基时，一般以杂环为母体，杂原子的编号为 “1”；杂原子邻位的碳原子依次为2，3，也可依次用 、 、 编号；结构复杂的杂环化合物是将杂环当做取代基来命名。 2-甲基吡咯 -甲基吡咯 3-噻吩甲酸 -噻吩甲酸 当环上有两个或两个以上的杂原子时，如杂原子相同则从 带取代基（或H）的杂原子开始编号，如有不同杂原子，按 OSN 的次序编号，杂原子所在的位次数字之和应最小。 8 首页上一页下一页末页 11.1. 1 杂环化合物的分类和命名 不同取代基书写和编号时遵守次序规则及最低系列原则。 5-甲基咪唑4-硝基噻唑 (4) 稠杂环的编号一般和稠环芳烃相同，但有少数稠杂环有 特殊的编号顺序。 吲哚 1 2 3 4 5 6 7 嘌呤 1 2 3 4 5 67 8 9 9 首页上一页下一页末页 11.1.2 杂环化合物的结构 1. 五元杂环的结构和芳香性 呋喃 吡咯 噻吩 1） 结构 11.1.2 杂环化合物的结构 杂原子（O、S 、N）杂化态均 为sp2杂化。 C C C N C H C C C O C 10 首页上一页下一页末页 11.1.2 杂环化合物的结构 五元杂环化合物其电子数符合休克尔规则（电子数 = 4n+2），所以，它们都具有芳香性。 电子密度位 大于 位。 在呋喃、噻吩、吡咯分子中，是由5个原子，6个电子 组成的共轭体系，使环上碳原子的电子云密度增加，故五元 杂环都是富电子芳杂环。 图11.1 吡咯环上的电子分布（以苯的碳原子密度为1） 11 首页上一页下一页末页 11.1.2 杂环化合物的结构 2. 六元杂环的结构和芳香性 1） 结构 吡啶N是sp2杂化，孤电子对不参与共轭。 吡啶分子中，氮原子的电负性比碳大，使吡啶环上碳原子的 电子云密度相对比苯中碳原子的电子密度低，故六元杂环都是 缺电子芳杂环。 12 首页上一页下一页末页 11.1.3 杂环化合物的性质 电子密度 位最高。 1. 亲电取代反应 五元杂环：比苯易，以取代为主； 六元杂环：比苯难，以取代为主。 11.1.3 杂环化合物的性质 图11.2 吡啶环上的电子分布（以苯的碳原子密度为1） 13 首页上一页下一页末页 11.1.3 杂环化合物的性质 特点是：使用较为温和的试剂或反应条件。 14 首页上一页下一页末页 11.1.3 杂环化合物的性质 2. 氧化和还原反应 1） 氧化 呋喃、噻吩、吡咯非常活泼，容易发生氧化反应，甚 至在空气中也可氧化。但产物复杂； 吡啶稳定难于氧化。 15 首页上一页下一页末页 11.1.3 杂环化合物的性质 2） 还原 呋喃、噻吩、吡咯容易被还原，产物为饱和环系； 吡啶难于被还原，但比苯易。 16 首页上一页下一页末页 11.1.3 杂环化合物的性质 3. 酸碱性 1） 吡咯的酸碱性 由于氮上的未共用电子对参与了 共轭，难以与H+结合，故碱性极弱， 弱于苯胺，基本不显碱性(pkb=13.6)。 然而，由于氮原子的吸电子作用，使得吡咯会显示出一定的 酸性，但其酸性较弱，介于酚和醇之间，需在强碱下方可成盐。 17 首页上一页下一页末页 11.1.3 杂环化合物的性质 2） 吡啶的碱性 由于孤对电子在sp2杂化轨道中，孤电子对 的s成分高，不易给出电子，接受质子的能力 弱，为弱碱。碱性小于氨大于苯胺。 组胺中3个N原子，其碱性大小顺 序是： 18 首页上一页下一页末页 11.1.4 重要杂环化合物 1. 呋喃及其衍生物 呋喃为无色液体，难溶于水而易溶于有机溶剂，b.p为32。 呋喃在Ni催化下，易于加氢生成四氢呋喃良好的溶剂和 重要的有机合成原料。 鉴别：遇到蘸有盐酸的松木片，显绿色。 -呋喃甲醛又称糠醛，是呋喃的重要衍生物。 糠醛的化学性质与苯甲醛类似，可发生Cannizzaro反应、 与含-H的醛或酮的交叉羟醛缩合反应等。 19 首页上一页下一页末页 11.1.4 重要杂环化合物 鉴别：少量的吡咯蒸汽遇到蘸有盐酸的松木片，显红色。 最重要的吡咯衍生物是含有四个吡咯环和四个次甲基(-CH= ) 交替相连组成的大环化合物。其取代物称为卟吩族化合物。 血红素、叶绿素都是卟 吩族化合物。 在血红素 中环络合的是Fe，叶绿 素环络合的是Mg。 2. 吡咯及其衍生物 吡咯为无色油状液体，bp113，微溶于水，易溶于有机溶剂。 20 首页上一页下一页末页 11.1.4 重要杂环化合物 3. 吡啶及其衍生物 吡啶存在于煤焦油和骨焦油中，为有臭味液体，bp115， 易溶于有机溶剂。 衍生物： 烟酸 烟酰胺 4. 吲哚及其衍生物 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。弱酸性，有松木片反应。 21 首页上一页下一页末页 11.1.4 重要杂环化合物 吲哚环的衍生物广泛存在于动植物体内，与人类的 生命、生活有密切的关系。如： 色氨酸 （构成蛋白质的重要成分） 脑白金 -吲哚乙酸 （植物生长调节剂） 22 首页上一页下一页末页 11.1.4 重要杂环化合物 5. 嘧啶和嘌呤的衍生物 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， 维生素B1也含有嘧啶环。 尿嘧啶(U)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T) 23 首页上一页下一页末页 11.1.4 重要杂环化合物 嘌呤是由嘧啶和咪唑环稠合得到，为无色结晶，易溶于水， 中性，可分别与酸碱成盐。 尿酸 （2,6,8-三羟 基嘌呤） 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。 嘌呤 24 首页上一页下一页末页 11.1.4 重要杂环化合物 核蛋白中的两种重要碱基： 25 首页上一页下一页末页 11.2 生物碱 1. 生物碱概述 定义：一类存在于生物体中的结构复杂，并具有很强的生理 作用的含氮碱性有机物。 （1）生物碱大多为固体，可溶于乙醇等有机溶剂，有 旋光活性； （2）沉淀反应：单宁、苦味酸、磷钨酸、磷钼酸、碘 化汞钾（HgI2+KI）等，可以使生物碱由水中沉淀 出来。 （3）颜色反应：硫酸、硝酸、甲醛及氨水可与生物碱 发生颜色反应，可用于生物碱的鉴定。 性质： 2. 代表物（P231-232）自学 26 首页上一页下一页末页 本章小结 v 掌握各类常见杂环化合物的结构和命名； v 掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶的化学性质； v认识核酸组成中的重要碱基嘧啶、嘌呤； v了解叶绿素、血红素等卟吩环化合物；了解生物碱 的有关知识。 27 首页上一页下一页末页 28 首页上一页下一页末页 油脂和类脂 第12章 29 首页上一页下一页末页 学习要求： 了解油脂的化学组成和结构； 掌握油脂的化学性质； 了解蜡、磷脂和甾体化合物的有关知识；认识甾 体化合物的环戊烷多氢菲的基本骨架。 30 首页上一页下一页末页 目录 12.1 油脂 12.2 类脂 本章小结 31 首页上一页下一页末页 32 首页上一页下一页末页 12.1 油脂 12.1.1 油脂的组成和结构 油脂包括油和脂肪。 油常温下为液体，如：豆油、桐油和花生油等。 脂肪常温下为固体或半固体，如：牛油、猪油等。 油脂的主要成分为直链高级 脂肪酸(C14-C22)的甘油酯。 甘油端 R、R、R”相同，称为单纯（同酸）甘油酯。 R、R、R”不同，称为混合（异酸）甘油酯。 33 首页上一页下一页末页 12.1.1 油脂的组成和结构 就一般情况而言，油中不饱和酸的甘油酯多；脂肪 中饱和酸的甘油酯多。 甘油酯的命名同酯。 -油酸-软脂酸-硬脂酸甘油酯 34 首页上一页下一页末页 12.1.2 油脂的性质 将油脂与NaOH溶液共热，可水解生成甘油和高级脂肪酸 的钠盐。如： 1. 皂化反应与皂化值 皂化值：工业上把1g油脂完全皂化所需的KOH的质量(单位： mg)，称为皂化值。其是检验油脂质量的重要指标之一。 皂化值反映出油脂的平均相对分子质量。皂化值，分子质量。 35 首页上一页下一页末页 12.1.2 油脂的性质 含有不饱和酸的油脂，分子中的碳碳双键可与H2或X2加成。 如：将油在200以上、0.10.3MPa下，以Ni为催化剂进行 催化加氢，称为油的氢化或油的硬化。 工业上常通过该反应把液态的植物油转变为人造脂肪，用于 食用或制造肥皂。 碘值：100g油脂所能吸收的碘的质量(单位：mg)，称为碘值。 碘值，说明油脂的不饱和程度。 由于碘与碳碳双键加成较为困难，测定时通常用ICl或IBr作试 剂，再折算成碘的质量。 2. 加成反应与碘值 36 首页上一页下一页末页 12.1.2 油脂的性质 3. 油脂的酸败 酸败原因： 空气中的氧使油脂氧化分解； 微生物使油脂分解。 4. 干化作用 12.1.3 肥皂和表面活性剂 （自学） 组成：亲水基 + 亲油基 37 首页上一页下一页末页 12. 2 类脂 12.2.1 蜡 蜡的主要成分C16以上的高级脂肪酸的高级饱和一 元醇酯。天然蜡中往往含有一定量的游离脂肪酸和脂肪醇。 广泛存在于自然界中，如植物的茎叶和果实的外部、 昆虫的外壳和动物的毛皮以及鸟类的羽毛中。 用途：制造蜡模、蜡纸、上光剂和软膏的基子等。 38 首页上一页下一页末页 12. 2 类脂 注意：石蜡与蜡尽管其物态、物性相似，但其化学组 成不同，石蜡不是高级脂肪酸的高级饱和一元醇酯，而是 C20以上的高级烷烃的化合物。 12.2.2 磷脂 磷脂是指一类含磷的类脂化合物，是