《杂环化合物有机》PPT课件.ppt

Chapter 17 杂环化合物,Heterocyclic compounds,杂环化合物,杂环化合物：参与成环的原子除碳原子外，还有杂原子的环状 化合物。杂原子主要有O、N、S、P等。,芳杂环化合物: 环系比较稳定，且都具有不同程度的芳香性的杂 环化合物,一. 杂环化合物的分类、命名,1.分类,按环的形式单杂环和稠杂环； 按环的大小最重要的是五元杂环和六元杂环； 按杂环中杂原子数目的多少单杂原子的杂环和多杂原子的杂环,吲哚,喹啉,一. 杂环化合物的分类、命名,2、命名,a.音译法： 在同音汉字左边 + 口字。,一. 杂环化合物的分类、命名,b. 杂环及环上取代基的编号：,(1) 母体杂环的编号： 杂原子的编号为“1”,，杂原子邻位的碳原子也可依次 用、编号。,一. 杂环化合物的分类、命名,（2）当环上有不同杂原子时，按OSN的次序编号。若环上连有 不同的取代基，其编号按次序规则和最低系列。,1.杂化轨道理论,二. 杂环化合物的结构与芳香性,2. 结构与芳香性,五元杂环：环上所有原子以SP2杂化轨道成键；4个碳原子以一 个P电子，杂原子以一对P电子形成闭环共轭系统， 环上所有原子在同一平面上；环上P电子数超过成环 原子数，环上电子云密度比苯大,二. 杂环化合物的结构与芳香性,实验结果表明：芳香性：苯噻吩吡咯呋喃,二. 杂环化合物的结构与芳香性,呋喃、吡咯、噻吩芳香性可从其共轭能(离域能）上显示： 呋喃、吡咯、噻吩分别为 67、88 和 117kJmo1 。 （苯150.5kJmo1，共轭二烯烃1228 kJmo1 ）,六元杂环：环上所有原子以 SP2 杂化轨道成键；5个碳原子以 一个P电子,杂原子也以一个P电子形成闭环共轭系统， 环上所有原子在同一平面上;环上P电子数和成环原 子数相等,由于杂原子电负性较大,环上电子云密度 比苯小。,二. 杂环化合物的结构与芳香性,三.五元杂环化合物,1. 五元杂环化合物的化学性质,亲电取代反应活性： 对于五元杂环化合物，它们五原子六电子结构，碳原子上 的电子云密度比苯环高，而使亲电取代反应（如硝化、磺化、 卤化和Friedel-Craft反应）更易进行。 活性次序为：吡咯呋喃噻吩苯,由于它们的高度活泼性及呋喃和吡咯对无机强酸的敏感性， 亲电取代反应需要比较温和的试剂或反应条件。,三.五元杂环化合物,呋喃、吡咯、噻吩的亲电取代反应主要发生在位！,三.五元杂环化合物,2、五元杂环化合物亲电取代反应的定位规律,以噻吩为例：,(1) - 位上有取代基,三.五元杂环化合物,(2) - 位上有取代基,注意：吡咯和呋喃也遵循上述规律，但当- 位上有m-定位基(如： CHO、 COOH)时，新引入基团进入的位置与反应试剂有关：,三.五元杂环化合物,2. 常见的五元杂环化合物,(1) 呋喃与糠醛,呋喃:,1. 容易发生亲电取代反应, 且需采用比较缓和的试剂,2. 具有不饱和化合物的性质，可以发生加成反应,*3. 具有共轭双键的性质,和顺丁烯二酸酐发生双烯合成反应,在催化剂作用下，呋喃加氢生成四氢呋喃，简写为THF,四氢呋喃为无色液体，沸点650C，是一种优良的溶剂和 重要的合成原料，常用以制取己二酸、己二胺、丁二烯等产品,三.五元杂环化合物,三.五元杂环化合物,糠醛: 学名-呋喃甲醛,糠醛是不含氢原子的醛，其化学性质与苯甲醛或甲醛相似,(2) 噻吩,比苯更易发生亲电取代反应,亲电取代反应发生在位,三.五元杂环化合物,(3) 吡咯和吲哚,吡咯：,弱酸性:由于N上未共用电子对参加了杂环的共轭体系， 吡咯的碱性极弱。吡咯表现出弱酸性，(pH=5)， 与N相连的H可被碱金属取代形成盐。,(B) 加成反应 吡咯与还原剂作用或催化加氢时，可生成四氢吡咯（吡咯烷）,四氢吡咯不是共轭体系，因此具有脂肪族仲胺的性质，是较强的碱,三.五元杂环化合物,三.五元杂环化合物,吲哚：由苯环和吡咯环稠合而成的，因此也叫做苯并吡咯,(4) 咪唑和噻唑：较常见的含有两个杂原子的五元杂环化合物,四. 六元杂环化合物,1. 吡啶和嘧啶,吡啶：可与水、乙醇、乙醚等混溶，还能溶解大部分 有机化合物和许多无机盐类，因此吡啶是一个 很好的溶剂。,四. 六元杂环化合物,（A）碱性与成盐 吡啶环上的氮原子一对未共用电子对,它没有参于环上的共轭 体系，因此能与质子结合，具有弱碱性。碱性比苯胺强,但比 脂肪胺及氨弱得多。,温和的磺酰化试剂 磺化对强酸不稳定物质(如呋喃),(B) 亲电取代反应： 吡啶环上的电子云密度低，亲电取代不如苯活泼,四. 六元杂环化合物,不发生傅-克反应！,四. 六元杂环化合物,吡啶可与强的亲核试剂起亲核取代反应，主要发生在-位和 -位。被取代的可以是氢原子，也可以是易于离去的基团。,（C） 亲核取代反应,四. 六元杂环化合物,(C) 氧化与还原,吡啶比苯稳定，它不易被氧化剂氧化,2. 喹啉和异喹啉,喹啉,异喹啉,氧化还原：吡啶环上的电子云密度较低，喹啉氧化时，苯环 易被氧化；还原时则是吡啶环优先被还原,四. 六元杂环化合物,四. 六元杂环化合物,(b) 亲电反应：比吡啶容易进行，亲电试剂主要进攻喹啉分子中 的苯环部分。亲