有机化学杂环化合物.ppt

17杂环化合物（HeterocyclicCompounds）,基本内容和重点要求,杂环化合物的分类和命名；杂环化合物的结构和芳香性；杂环化合物的化学性质；生物碱,重点要求掌握芳香性；五元、六元杂环化合物的化学性质，杂环化合物的亲电取代反应的活性及规律；酸碱性规律。,17杂环化合物,17.1杂环化合物的分类和命名17.2几个重要环系的结构与性质17.3生物碱,17.1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。杂环化合物的成环规律和碳环一样，最稳定和最常见的也是五元环和六元环。有的环只有一个杂原子，有的环含有多个或多种杂原子。杂环化合物一般按环的大小分成五元环和六元环两大类。,根据有无芳香性，可将杂环化合物分为非芳香性杂环和芳香性杂环。非芳香性杂环化合物具有与相应脂肪族化合物相类似的性质。例如：,杂环化合物不包括极易开环的含杂原子的环状化合物。,单杂环,稠杂环,五元杂环,六元杂环,碳环母核,碳环母核,重要的杂环,杂环化合物一般采用音译法命名，根据化合物的英文读音，选用同音汉字，并以“口”字旁表示杂环化合物。,环上有取代基的杂环化合物，命名时以杂环为母体，从杂原子开始将环上的原子编号。当环上含有两个或两个以上相同杂原子时，应使杂原子所在位次的数字最小。当环上的杂原子不同时，按O、S、N的次序编号。,17.2几种重要环系的结构与性质,17.2.1呋喃、噻吩、吡咯和吡啶的结构17.2.2呋喃、噻吩和吡咯和吡啶的性质,呋喃()：,噻吩()具有与呋喃相似的结构。,17.2.1呋喃、噻吩、吡咯和吡啶的结构,17.2.1呋喃、噻吩、吡咯和吡啶的结构,吡咯()：,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环闭共轭体系。这个共轭体系是由五个原子上的六个p电子组成的，其p电子数符合休克尔4n2规则。因此具有芳香性。,总结：,呋喃、噻吩和吡咯的原子轨道示意图：,苯噻吩吡咯呋喃,芳香性大小：,呋喃、噻吩和吡咯的结构,吡啶中氮原子采取不等性sp2杂化：,未共用电子对占据sp2杂化轨道，与环共平面，不能参与环系的共轭,p轨道与环平面垂直，相互重叠形成六个原子在内的闭合共轭体系,吡啶的结构,吡啶和吡咯的结构比较,孤对电子在sp2杂化轨道上,孤对电子在p轨道上,17.2.2呋喃、噻吩和吡咯和吡啶的性质,呋喃是无色液体，沸点32，具有类似氯仿的气味，微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。呋喃能使盐酸浸过的松木片显绿色,此现象可检验呋喃的存在。噻吩与苯共存于煤焦油中，噻吩是无色而有特殊气味的液体，沸点84。噻吩和靛红(吲哚满二酮)在硫酸作用下呈蓝色，此现象可检验噻吩的存在。吡咯存在于煤焦油和骨焦油中，是无色液体,沸点131，有弱的苯胺的气味。其蒸气遇盐酸浸湿的松木片则呈红色，可检验吡咯的存在。,(1)环上的亲电取代反应(2)对氧化剂、酸及碱的稳定性(3)还原反应(4)吡咯和吡啶的酸碱性,17.2.2呋喃、噻吩和吡咯和吡啶的性质,(1)亲电取代反应,呋喃、噻吩和吡咯环中的杂原子上的未共用电子对参与了环的共轭体系，使环上的电子云密度增加，故它们都比苯容易发生亲电取代反应，取代通常发生在位上。,磺化,硝化,卤代,呋喃、噻吩和吡咯的卤代反应都比苯容易。,卤代,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。,磺化,吡啶与硝基苯相似，亲电取代比苯困难，并且主要发生在位上，反应条件要求较高。,亲电取代反应活性同上。,呋喃和吡咯对氧化剂不稳定，特别是呋喃可被氧化成树脂状物，但噻吩对氧化剂比较稳定。三种杂环化合物对碱是稳定的，但对酸的稳定性则不同，噻吩对酸较稳定，吡咯与呋喃对酸很不稳定。,(2)对氧化剂、酸及碱的稳定性,吡啶比苯稳定，不易被氧化，一般都是侧链被氧化，而杂环不被破坏，结果生成吡啶甲酸。,(3)还原,六氢吡啶,(4)吡咯及吡啶的酸碱性,孤对电子在sp2杂化轨道上,孤对电子在p轨道上,吡咯因其氮原子上的共用电子对参与了环的共轭体系，使氮原子的电子云密度降低，减弱了对氢离子的结合能力。故吡咯的碱性比胺类化合物弱得多。又由于这种共轭作用，使氮上的氢容易离解成氢离子，故吡咯呈弱酸性。,吡啶环上的氮原子的一对未共用电子对处于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。,17.3与生物有关的杂环及其衍生物举例,17.3.1呋喃及-呋喃甲醛,糠醛是无色透明的液体，沸点162，熔点-36.5，相对密度1.160。在空气中放置时逐渐变为黄色至棕色，能溶于水中，并与乙醇、乙醚混溶。,下面的显色反应可用来定性检验糠醛：,显色反应,糠醛没有-氢，与苯甲醛相似，可以发生康尼扎罗反应。,康尼扎罗反应,氧化反应,糠醛和水蒸气混合物在高温时通过混合催化剂，糠醛可脱去羰基生成呋喃。,脱羰反应,17.4生物碱,生物碱是一类存在于生物体内含氮的碱性有机化合物。它们主要存在于植物中，具有很强的生理作用。生物碱的结构一般都是比较复杂的多环化合物。生物碱是人们研究得最早和最多的一类中草药有效成份。,17.4.1生物碱的物理性质,生物碱一般为无色或白色结晶形固体，少数是有颜色的液体，难溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿和苯等有机溶剂。生物碱大多都有旋光性，自然界中存在的一般