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第十四章芳香杂环化合物 aromaticheterocycles 内容提要 第一节芳香杂环化合物的分类与命名 第二节芳香六元杂环 一 吡啶的结构 二 吡啶的性质 三 嘧啶及其衍生物 四 咪唑的结构 第四节稠杂环化合物 第三节芳香五元杂环 一 吡咯 呋喃和噻吩的结构 二 吡咯 呋喃和噻吩的性质 三 吡咯衍生物 前几章所学的内酰胺 内酯 环醚等 它们易发生开环反应 其理化性质与链状化合物相似 不列入杂环化合物 本章主要讨论的是环较为稳定 且具有芳香性的杂环化合物 前言 在环状有机化合物中 成环的原子除了碳原子之外 还含有杂原子的化合物称为杂环化合物 heterocycliccompounds 第一节芳香杂环化合物的分类与命名 1 杂环化合物的分类 按杂原子数目分为一个 两个或多个杂原子的杂环 按环的形式分为单环和稠环两类 单环又可分为五元杂环和六元杂环 2 杂环化合物的命名 1 命名较复杂 常采用音译法 在同音汉字左边 口字 2 杂环及环上取代基的编号 A 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 B 当环上有两个或两个以上相同杂原子 要使杂原子编号最小 含不同杂原子时 按O S N的次序编号 从含有氢的杂原子开始编号 稠杂环的编号一般与稠环芳烃相同 但有例外 如 命名下列化合物 第二节芳香六元杂环 一 吡啶的结构 环中的五个碳原子和一个氮原子均以sp2杂化轨道相互重叠形成 键 每个原子提供一个p轨道相互平行形成大 键 符合H ckel规则 具有芳香性 由于N的电负性较强 电子云密度分布不均匀 二 吡啶的性质 1 水溶性 与水互溶 引入的羟基或氨基的数目越多水溶性越低 氢键缔合 2 碱性 较苯胺强 比氨和脂肪氨弱 与无机酸生成盐 3 亲电取代与亲核取代反应 吡啶环上碳原子的电子云密度较苯低 亲电取代反应较难 主要进入 位 较易进行亲核取代反应 主要生成 位取代产物 环上有较易离去的基团 弱亲核试剂就能反应 4 吡啶类化合物侧链氧化反应 环上连有烷基侧链时 侧链可被氧化成羧酸 5 还原反应 六氢吡啶 六氢吡啶又称哌啶 性质与脂肪族伯胺相似 碱性较吡啶强 与水互溶 三 嘧啶及其衍生物 嘧啶是无色固体 熔点22 易溶于水 具有弱碱性 比苯胺还弱 环上电子云密度比吡啶还低 亲电取代反应更困难 衍生物 酮 烯醇 第三节芳香五元杂环 一 吡咯 呋喃和噻吩的结构 每个原子都是sp2杂化 杂原子提供两个电子形成六电子大 键 符合H ckel规则 具有芳香性 但比苯弱 由于杂原子N O S电负性比碳大 环上电子云密度不均匀 杂环上的电子密度比苯环大 容易进行亲电取代 二 吡咯 呋喃和噻吩的性质 1 吡咯的酸碱性 吡咯氮上的孤电子对参与共轭 故碱性极弱 表现出弱酸性 2 亲电取代反应 是吡咯 呋喃和噻吩的典型反应 主要发生在 位 吡咯和呋喃遇强酸时 杂原子质子化 使大 键破坏 因此硝化和磺化时需用较温和的非质子型试剂 三 吡咯衍生物 生物活性 卟吩 血红素 三 咪唑的结构 咪唑1位氮提供两个电子 3位氮提供一个电子 形成形成六电子大 键 符合H ckel规则 具有芳香性 碱性比吡咯强 3位氮的孤电子对未参加共轭 水溶度也较吡咯大 咪唑存在互变异构 既是质子供体又是受体 第四节稠杂环化合物 嘌呤为白色固体 熔点216 217 易溶于水 水溶液呈中性 能