有机化学课件--第二十章 杂环化合物-PPT精品文档
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有机化学精品课件——杂环化合物
理学、毒理学和临床研究等方面的内容。
05
有机化学与绿色化学
有机化学的发展趋势
1 2 3
新的合成方法
例如，定向合成、组合合成和高选择性催化等 新技术的开发和应用，极大地推动了有机化学 的发展。
新的反应性和反应机制
例如，电化学和光化学反应以及超分子和纳米 反应器等新技术的应用，为有机化学提供了新 的反应性和反应机制。
总结词
杂环化合物在分子生物学领域具有广泛的应用，涉及多种生物学实验技术。
详细描述
杂环化合物可以作为药物分子、基因治疗剂、分子探针等应用于分子生物学研究中。生物学实验技术包括细胞 培养、基因克隆和表达、蛋白质分离和分析等。这些技术可以用来研究杂环化合物在生物体内的吸收、分布、 代谢和排泄等特性。
杂环化合物的应用研究实验
合成方法
通过取代反应
杂环化合物可以通过取代反应合成，如卤代烃、醇、羧酸等 中的杂原子被其他原子取代。
通过成环反应
某些杂环化合物可以通过成环反应合成，如氨基酸、腺苷等 。
02
杂环化合物的种类与性质
含氮杂环化合物
吡啶
弱碱，碱性来自于氮原子上的孤对电子，可参与多种有机反应。
咪唑
碱性较弱，作为配体参与有机反应。
抗疟活性
青蒿素及其衍生物是具有抗疟活性的重要杂环化合物，通过干扰疟原虫的细胞膜 结构和功能，导致疟原虫死亡。
04
有机化学实验技术
杂环化合物的合成实验
总结词
有机化学实验技术中，杂环化合物的合成 实验是掌握杂环化合物性质的重要环节。
VS
详细描述
杂环化合物的合成实验涉及到多种反应类 型，如缩合反应、取代反应、加成反应等 。在实验过程中需要用到各种不同的试剂 和溶剂，如酸、碱、氧化剂、还原剂等。 实验操作也有一定难度，需要掌握一定的 实验技能和操作技巧。
05
有机化学与绿色化学
有机化学的发展趋势
1 2 3
新的合成方法
例如，定向合成、组合合成和高选择性催化等 新技术的开发和应用，极大地推动了有机化学 的发展。
新的反应性和反应机制
例如，电化学和光化学反应以及超分子和纳米 反应器等新技术的应用，为有机化学提供了新 的反应性和反应机制。
总结词
杂环化合物在分子生物学领域具有广泛的应用，涉及多种生物学实验技术。
详细描述
杂环化合物可以作为药物分子、基因治疗剂、分子探针等应用于分子生物学研究中。生物学实验技术包括细胞 培养、基因克隆和表达、蛋白质分离和分析等。这些技术可以用来研究杂环化合物在生物体内的吸收、分布、 代谢和排泄等特性。
杂环化合物的应用研究实验
合成方法
通过取代反应
杂环化合物可以通过取代反应合成，如卤代烃、醇、羧酸等 中的杂原子被其他原子取代。
通过成环反应
某些杂环化合物可以通过成环反应合成，如氨基酸、腺苷等 。
02
杂环化合物的种类与性质
含氮杂环化合物
吡啶
弱碱，碱性来自于氮原子上的孤对电子，可参与多种有机反应。
咪唑
碱性较弱，作为配体参与有机反应。
抗疟活性
青蒿素及其衍生物是具有抗疟活性的重要杂环化合物，通过干扰疟原虫的细胞膜 结构和功能，导致疟原虫死亡。
04
有机化学实验技术
杂环化合物的合成实验
总结词
有机化学实验技术中，杂环化合物的合成 实验是掌握杂环化合物性质的重要环节。
VS
详细描述
杂环化合物的合成实验涉及到多种反应类 型，如缩合反应、取代反应、加成反应等 。在实验过程中需要用到各种不同的试剂 和溶剂，如酸、碱、氧化剂、还原剂等。 实验操作也有一定难度，需要掌握一定的 实验技能和操作技巧。
有机化学 第二十章杂环化合物
2.加成反应 呋喃、吡咯催化氢化，失去芳香性，得到饱和 的杂环化合物:
四氢吡咯为有机碱，广泛存在于自然界中的某 些生物碱中。
四氢呋喃是重要的有机溶剂。
噻吩中含硫，会使一般的催化剂中毒，氢化时必 须采用特殊催化剂。
工业上通常用开链化合物合成四氢噻吩。四氢噻 吩氧化成四亚甲基砜（或环丁砜），它是一个重要的 溶剂。
(6 )取代呋喃、噻吩、吡咯的定位效应
一取代呋喃、噻吩及吡咯进一步取代，定位效 应应由环上杂原子的α定位效应及取代基共同决定。 例如，3位上有取代基，第二个基团进入环的1位或5 位（即α位），是1位还是5位又由环上原有取代基 的性质决定◦例如，噻吩-3-甲酸溴代，生成5-溴噻 吩-3-甲酸。羧基是间位定位基，因此第二个基团进 入5位即羧基的间位。
一、五元杂环
五元环中含两个或两个（至少有一个氮原子） 以上的杂原子的体系称唑（azole)。如果杂原子不 同，则按氧、硫、氮的顺序编号。
二、六元杂环 三、稠杂环
20.2 五元单杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯的物理性质和结构
呋喃、噻吩、吡咯是最重要的含一个杂原子的 五元杂环化合物。它们的重要性不在于它们的单体， 而是它们的衍生物。它们的衍生物不但种类繁多， 而且有些是重要的工业原料，有些具有重要的生理 作用。
叶绿素与蛋白质结合，存在于植物的叶和绿色 的茎中，叶绿素利用卟啉环的多共辗体系易吸收紫 外光，成为激发态，促进光合作用，使光能转变为 化学能。
血红素存在于哺乳动物的红血球中，它与蛋白 质结合成血红蛋白，血红素中的Fe2+具有空的d轨道， 可以可逆地络合氧，在动物体内起到输送氧气的作 用。一氧化碳会使人中毒，其原因之一是因为它与 血红蛋白结合的能力强于氧，从而阻止了血红蛋白 与氧的结合。
有机化学精品课件——杂环化合物
杂环化合物在材料科学中具有广泛的应用，因为它们可以提供优良的物理和化学性能。例如，聚酰亚胺、聚醚醚酮等杂环高分子材料在航空航天、电子和汽车等领域广泛应用。
杂环化合物作为材料合成的关键组分，能够提高材料的耐热性、耐腐蚀性和机械性能等，同时降低生产成本和提高生产效率。
杂环化合物的研究进展与展望
05
在亲电反应机理中，试剂的性质和杂环化合物上的取代基的性质都会影响反应的进程和产物的生成。因此，在选择合适的试剂和反应条件时，需要考虑这些因素。
亲核反应机理是指反应过程中，试剂首先进攻杂环化合物上的电子云密度较高的部位，从而形成负碳离子中间体。然后，负碳离子中间体再与试剂发生反应，形成新的键，最终生成产物。
杂环化合物的应用
04
杂环化合物在药物合成中具有广泛的应用，因为它们具有独特的化学结构和生物活性。例如，嘧啶衍生物在抗肿瘤药物中发挥重要作用，喹啉衍生物具有抗菌和抗癌活性。
杂环化合物作为药物合成中的关键中间体，可用于合成多种类型的药物，如抗高血压药物、抗病毒药物和抗癌药物等。
VS
杂环化合物在农药合成中具有不可替代的地位，因为它们可以提供高效、低毒、低残留的农药。例如，吡啶衍生物可用于合成除草剂和杀虫剂，嘧啶衍生物可用于合成杀菌剂和杀虫剂。
杂环化合物作为农药合成的关键组分，能够提高农药的生物活性、选择性和稳定性，从而降低对环境和人体的危害。
杂环化合物在染料合成中具有重要作用，因为它们可以提供鲜艳的色彩和优良的染色性能。例如，偶氮染料和酞菁染料等杂环染料在纺织品、皮革和纸张等领域广泛应用。
杂环化合物作为染料合成的关键组分，能够提高染料的色牢度和稳定性，同时降低生产成本和对环境的污染。
杂环化合物的物理性质与其结构密切相关，如熔点、沸点、溶解度等。
有机化学精品课件——杂环化合物
结构特点
1 2 3
环状结构
杂环化合物的环状结构可以由一个或多个碳原 子、氮原子、氧原子、硫原子等原子组成。
杂原子
在杂环化合物中，“杂原子”指的是除了碳原 子以外的原子，它们在环中起到了非常重要的 作用。
键合方式
杂环化合物的键合方式不同于脂肪族化合物， 尤其是在五元和六元杂环中，键长和键角都有 特殊的结构特点。
氮杂芳化合物的合成
通常是通过芳基取代反应或氨基化反应形成。例如，邻硝基苯胺可以通过亚硝酸 与苯胺反应制备。
氨基取代反应
氨基取代反应是一种常用的合成氮杂环化合物的方法，其中最重要的是氨基取代 的立体化学控制和区域选择性。
氧杂环化合物的合成
氧杂芳化合物的合成
通常是通过芳基取代反应或氧化反应形成。例如，2-氯苯酚 可以通过氯苯酚与氢氧化钠反应制备。
例如，阿维菌素是一种高效的生物活性杂环化合物，具有 杀虫和杀菌作用，被广泛应用于农业和畜牧业中。
05
未来展望与挑战
杂环化合物研究的前沿与挑战
01
新型杂环化合物的设计与合成
杂环化合物具有独特的生物活性与物理化学性质，研究新的杂环化合
物的设计与合成方法，拓展其应用领域。
02
反应机理与动力学研究
深入探究杂环化合物的反应机理与动力学，提高反应的效率与选择性
其他杂环化合物的合成
含氮、氧、硫等多原子杂环化合物的合成
这些杂环化合物的合成方法主要取决于杂原子的性质和杂环的大小和形状。
非芳香族杂环化合物的合成
这些杂环化合物的合成方法主要取决于杂环的大小和形状以及所使用的反应条件 。
03
杂环化合物的应用
在药物化学中的应用
生物碱
杂环化合物中的吡啶、喹啉和吲哚等具有重要生物活性，如 抗癌、抗菌和抗病毒等。
大学有机化学课件-杂环化合物
(糠醛）
β —CHO
γ 4 5 6
3β 2α
COOH
1 吡啶—3—甲酸 （尼古丁酸 —吡啶甲酸 或烟酸）
N
CH3
4 5
3 N
Br
2
4 5
N S1
2
3
N1 H
5—甲基咪唑
4—溴噻唑
9
稠杂环化合物（P232）
5 6 7 8 N 1 4 3 2
6 7 8 1 5 4 3
N2
喹啉 (quinoline)
糠醛是不具α—氢的芳醛，能进行类似于苯甲 醛的反应。
NaOH
__
O
CH2OH
+
O
__
COONa
O
2
O
__
CHO
康尼查罗反应
OH KCN 乙醇
__
CH___ C___
O
O
安息香缩合反应
O CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C CH=CHCOOH O
30
普尔金反应
O
CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C
4β 5α
O 1
β 3 α2
4β 5α
β 3
4β 5α
β 3 α2
呋喃(furan)
1 α2 N H
吡咯(pyrrole)
S 1 噻吩(thiophene)
唑的命名 含有两个或两个以上杂原子的五元杂环，若至少有 一个杂原子是氮时，则该杂环化合物称为唑。
4 5 N H1 3 N2
5 4 N3 2
4 5
N H
＞
O
＞
S
＞
＞
12
β —CHO
γ 4 5 6
3β 2α
COOH
1 吡啶—3—甲酸 （尼古丁酸 —吡啶甲酸 或烟酸）
N
CH3
4 5
3 N
Br
2
4 5
N S1
2
3
N1 H
5—甲基咪唑
4—溴噻唑
9
稠杂环化合物（P232）
5 6 7 8 N 1 4 3 2
6 7 8 1 5 4 3
N2
喹啉 (quinoline)
糠醛是不具α—氢的芳醛，能进行类似于苯甲 醛的反应。
NaOH
__
O
CH2OH
+
O
__
COONa
O
2
O
__
CHO
康尼查罗反应
OH KCN 乙醇
__
CH___ C___
O
O
安息香缩合反应
O CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C CH=CHCOOH O
30
普尔金反应
O
CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C
4β 5α
O 1
β 3 α2
4β 5α
β 3
4β 5α
β 3 α2
呋喃(furan)
1 α2 N H
吡咯(pyrrole)
S 1 噻吩(thiophene)
唑的命名 含有两个或两个以上杂原子的五元杂环，若至少有 一个杂原子是氮时，则该杂环化合物称为唑。
4 5 N H1 3 N2
5 4 N3 2
4 5
N H
＞
O
＞
S
＞
＞
12
有机化学精品课件——杂环化合物.ppt
S
NO2
60%
14
• 呋喃发生加成反应（特殊，共轭烯烃性质）
AcONO2
O
5 ~ 30oC
加成
机理：
AcO O NO2
NO2 O
O NO2
AcO
碱或 HOAc
消除
O NO2
B
H
H
AcO O NO2
+ HOAc
O NO2
15
（2） 五员杂环的磺化反应
磺化试剂：
N SO3 （吡啶SO3加合物）
N SO3
H2C COOC2H5
C O
CH3
H+
H3C
COOC2H5
N CH3
H
α-氨基酮与β-二羰基化合物
41
呋喃的衍生物
糠醛
O CHO
O CHO
浓OH KCN
(CH3CO)2O CH3COONa
O CH2OH + O COOH
O CH C O OH O
H
O
CC H COOH
42
第二节 含两个杂原子的五元杂环
E+ 进入5位
W EA
W
W
AE
不稳定
AE
E
W
E
W
A
较稳定
W
A W
EA
EA
最稳定
• 三个共振式 • 吸电子基使
不稳定
• 二个共振式 • 吸电子基未
起作用
• 三个共振式 • 吸电子基未
起作用
25
五员芳杂环的其它反应
（1） 还原成饱和杂环化合物
H2 / Pd
O
O
THF（常用溶剂）
有机化学第20章 杂环化合物
1.42Å 1.37Å
1.37Å 呋喃 Furan
1.71Å 噻吩 Thiophene
1.43Å 1.37Å
1.38Å 吡咯 Pyrrole
C=C C-O C-N C-S
1.34Å 1.43Å 1.47Å 1.82Å
sp2杂化
每个杂原子给出2 个电子参与共轭
杂环具有芳香性、 富含电子
键长平均化 分子极性方向：指向芳环 环上亲电反应性高 吡咯的碱性与弱酸性
氧(杂)茂
O
氮(杂)茂
N H
茂 硫(杂)茂
S
氮苯
N
N N
1,4-二氮苯
1,2-二氮苯
N N
N N
1,3-二氮苯
N 2-氮萘 萘 1-氮萘
N
环上只有一个杂原子时，有时也把靠近杂原子的位置叫α位，其 次是β位，再次为γ位。
β α O
β α
O
γ β α
N
γ β
Nα
20.1.3 杂环化合物的结构
1.44Å 1.35Å
2-甲基呋喃
5
4 3O OH
6N2 1
nicotinic acid
Pyridine-3-formic acid
吡啶-3-甲酸
以杂环为母体 一般从杂原子开始，沿着环编号
3 NH
N1
当杂原子 上有取代 基时，从 含取代基 的原子开 始编号
3 4N
5
2 NH1
4-methyl-imidazole
20.2.2 Chemical properties of furan, thiophene, and pyrrole 20.2.3 Preparation of furan, thiophene, and pyrrole 20.2.4 α-furanformaldehyde
第二十章杂环化合物ppt文档
（1）呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可质子化；
（2） 质子化反应主要发生在C-2上；
H
H
N H
H
H+
α-C质子化
N H
H+
H+
H
N H
β-C质子化
N N-质子化
HH
（3） 由于α-C的质子化反应，吡咯在强酸作用 下会因聚合而被破坏；
（4） 在稀的酸性水溶液中，呋喃的质子化在氧 上发生并导致水解开环。
N (pyrimidine)
嘧啶
N
(quinoline) 喹啉
N H (indole) 吲哚
N
N
NN H
(purine) 嘌呤
二、环上有取代基
编号原则：
(1) 从杂原子开始依次用1、2、3…表示（异喹
啉例外），或依次用α、β来表示。
(2) 当环上含有二个或两个以上的杂原子时，
则按O→S→N的顺序编号，并使杂原子的位
OO
CH3COCCH3 + HNO3
硝酸乙酰酯
O
CH3CONO2 + CH3COOH
NO2
S
AcONO2 Ac2O/AcOH
O oC
S NO2 + S
60 %
10 %
AcONO2
NO2
N H
Ac2O/AcOH O oC
N H
NO2 + N H
第二十章杂环化合物
第一节 杂环化合物的分类
成环的原子(即环上的原子)除C原子外，还有 其它原子（叫杂原子）的环状化合物，叫“杂环化 合物”。
常见的杂原子有N、O、S，其中以N为最多。 杂原子可以是1个也可以是多个。
有机化学课件--第二十章杂环化合物-PPT文档资料78页
30.11.2019
课件
C H O N H
20
（6）、五元杂环化合物亲电取代反应的定位规律
以噻吩为例：
A. α- 位上有取代基
X=o、p- 定位基
(次)
3
(主) 5 S X
Y=m- 定位基 (主) 4
(次)
5
S
Y
B. β- 位上有取代基
X=o、p- 定 位 基
X
Y=m- 定 位 基
Y
(次 )
5
2
S
CH 3)2CH4
AlC3 l
O
CHO
30.11.2019
课件
22
2. 加成反应
O + H2 Pd N + H2 Pd
H
O £ ¨THF,ÖØ Òª ÈÜ ¼Á £
N £ ¨ßÁ ¿© Íé £¬R2NHµÄ ÐÔ ÖÊ £ H
S
20H。 20,MCo2,S20MPSa
KMn4O
S OO
含硫，可使催化剂四中氢毒噻!吩 环丁砜，重要溶
π56的共轭，为整个环状共轭体系所共享，使氮上 电子云密度降低，孤对电子难以给出。所以，吡
咯碱性很弱，甚至大大弱于苯胺碱性。
30.11.2019
课件
25
∴碱性:
苯胺(Kb=3.8×10-10)>>吡咯(Kb=2.5×10-14)
能与强酸成盐
不能与强酸成 盐遇酸分解
(2) 弱酸性 pKa=16.5，比酚弱，比醇强，可与强碱
30.11.2019
课件
8
N3
12
N H imidazole 咪唑
N3
12
O
oxazole 噁唑
有机化学 杂环类
(β-丙内酯)
O
O
H
N (氮杂环丙烷)
O
(β-丙内酰胺)
NH
五元杂环 七元杂环
O (顺丁烯二酸酐) O
O
(氧杂 ) 六元杂环
O
四氢呋喃
O
二噁烷
O
4
2 芳杂环
具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环 ★
五元杂环 六元杂环
呋喃
O N
噁唑
O
吡啶
N
噻吩
S N
噻唑
S
N 嘧啶
N
N
吡咯
H
N
咪唑
N H
N 吡唑
N H
吡喃(无芳香性)
吡
咯
的
结N 构H
N
共轭效应是给电子的。 诱导效应是吸电子的。
孤电子对在p轨道上。
吡咯
结构：吡咯N是sp2杂化，孤电子对参与共轭。
∏56 平面共轭体系 富电子芳香杂环化合物 反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上
相当于有一个邻对位定位基。
呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。
10
二 吡咯、呋喃、噻吩的物理性质及鉴定
2.环的稳定性顺序 （根据离域能的大小） 苯〉噻吩〉吡咯〉呋喃 150 122 90 68
遇氧化剂或酸不稳定
32
3 吡咯的反应
NBS
N H
HNO 3, ( CH3C O )2O N H
N , SO3 N H
DMF, PO Cl3 N H
Br N H
NO 2 N H
SO 3H N H
C HO N H
25
3. 呋喃、吡咯、噻吩的加成反应
（1） 加氢反应 噻吩在镍催化下加氢生成丁烷 （2） Diels-Alder反应
O
O
H
N (氮杂环丙烷)
O
(β-丙内酰胺)
NH
五元杂环 七元杂环
O (顺丁烯二酸酐) O
O
(氧杂 ) 六元杂环
O
四氢呋喃
O
二噁烷
O
4
2 芳杂环
具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环 ★
五元杂环 六元杂环
呋喃
O N
噁唑
O
吡啶
N
噻吩
S N
噻唑
S
N 嘧啶
N
N
吡咯
H
N
咪唑
N H
N 吡唑
N H
吡喃(无芳香性)
吡
咯
的
结N 构H
N
共轭效应是给电子的。 诱导效应是吸电子的。
孤电子对在p轨道上。
吡咯
结构：吡咯N是sp2杂化，孤电子对参与共轭。
∏56 平面共轭体系 富电子芳香杂环化合物 反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上
相当于有一个邻对位定位基。
呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。
10
二 吡咯、呋喃、噻吩的物理性质及鉴定
2.环的稳定性顺序 （根据离域能的大小） 苯〉噻吩〉吡咯〉呋喃 150 122 90 68
遇氧化剂或酸不稳定
32
3 吡咯的反应
NBS
N H
HNO 3, ( CH3C O )2O N H
N , SO3 N H
DMF, PO Cl3 N H
Br N H
NO 2 N H
SO 3H N H
C HO N H
25
3. 呋喃、吡咯、噻吩的加成反应
（1） 加氢反应 噻吩在镍催化下加氢生成丁烷 （2） Diels-Alder反应
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对试剂及反应条件必须有所选择和控制。
2019/2/18
有机化学课件
五元杂环化合物亲电取代反应发生在α -位可用共 振论解释：
E E E + Z H Z H Z H + 正 电 荷 可 在 三 个 原 子 上 离 域
H 、 O 、 S ) Z (N
+
=
Z
+ +E
E Z
+
E H Z
+
H
正 电 荷 只 能 在 两 个 原 子 上 离 域
(
。 b.p81 C )
（苯层）
浓 H2SO 4 室温
分液
蒸馏
S 。 ( b.p84 C ) .
S （酸层）
SO 3H
无噻吩苯
2019/2/18
有机化学课件
(2 ) 硝化 不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸 (CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行。
醋酸硝酰 ， 一种弱的硝化试剂
环状有机化合物中，成环原子除碳原子外还含有 其他原子，这种环状化合物称为杂环化合物。
、 O N H 非 芳 香 性 杂 环 化 合 物 ,如 ： 内 酯 、 环 状 酸 酐 等 。
杂 环 化 合 物
芳 香 性 杂 环 化 合 物
本章讨论的是那些环为平面型，环内π电 子数符合4n+2规则，具有一定芳香性的 芳杂环化合物。
0 0 0 0 0 0 + 0 . 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 1 0 N + 0 . 3 2
O
S
+ 0 . 2 0
0 . 0 6
H
2019/2/18
有机化学课件
亲电取代反应活性： 吡咯 >呋喃 >噻吩>苯 主要进入α-位
说明：吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应，
1
2
o x a z o l e 噁 唑
O N 2
4N 3
y r i m i d i n e t h i a z o l e p 噻 唑 嘧 啶
C H 3 4
5
3 N
1 2 1 2 C H 3 N H O C H C H O 2 2 S H 硝 基 噁 唑 5 甲 基 咪 唑4 4 甲 基 5 ( 2 ' 羟 乙 基 ) 噻 唑
不能用强酸！ N H
¨ H2SO4 Å
N H
Ò Î Ê Â
SO 3 H
S
S
SO3H
¨± £ ½ Ô Ú Ê Ò Î Â Ï Â ² » Ä Ü » Ç » ¯ £ ¡ £ ©
说明：① 噻吩环芳性比呋喃环和吡咯环强，较稳定； ② 噻吩环上电子云密度比苯环大，更易磺化。
2019/2/18 有机化学课件
利用磺化反应可分离苯和噻吩：
2019/2/18 有机化学课件
20.1
杂环化合物的分类与命名
一、杂环化合物的分类
五 元 杂 环 ,如 单 杂 环 六 元 杂 环 ,如 杂 环 化 合 物 稠 杂 环 两 个 以 上 单 杂 环 稠 并
O N
N H
S
苯 环 与 单 杂 环 稠 并 ,如
N H
N
2019/2/18
有机化学课件
常见的杂环化合物
O
O
S
S
N H
N H
6 π 为 π 共 轭 体 系 , = 6 , 电 子 符 合 4 n + 2 5 具 有 芳 性 , 富 电 子 芳 环
2019/2/18 有机化学课件
二、呋喃、噻吩、吡咯杂环的化学性质 1．亲电取代反应 从结构上分析，五元杂环为Π 56共轭体系，电 荷密度比苯大，发生亲电取代反应的速度也比苯快 得多。 如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为 0），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：
由此可见，进攻2–位所形成的共振杂化体比进 攻3–位所形成的共振杂化体稳定。
2019/2/18 有机化学课件
(1) 磺化：呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用 特殊磺化试剂—吡啶三氧化硫的络合物，噻吩可 直接用浓硫酸磺化。
C 5 H 5 N SO 3
O
C 5 H 5 N SO 3
O
SO 3 H
吡啶三氧化硫， 一种温和的磺化剂
2019/2/18
有机化学课件
2019/2/18
有机化学课件
二、杂环化合物的命名
1、 音译法：在同音汉字左边 + 口字。
O
1 1 1 1
N S N H p y r r o l et h i o p h e n e p y r i d i n e f u r a n 噻 吩 吡 啶 呋 喃 吡 咯
O 苯 并 呋 喃
2019/2/18 有机化学课件
N S 苯 并 噻 唑
2 0.2 五元单杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的物理性质和结构
1.物理性质
A. 呋喃：无色液体，存于松木焦油中, b.p. 31.36oC. 遇盐酸浸湿的松木片呈绿色。 B. 噻吩：无色有特殊气味的液体，存于煤焦油中, b.p.84.16oC. 与吲哚醌在硫酸作用下显兰色。
1
N H in d o le 吲哚
2019/2/18 有机化学课件
N q u in o lin e 喹啉
1
2. 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α、β、γ…编 号。
C O O H O O H N C -噻 吩 甲 酸2 ,3 -吡 啶 二 甲 酸 2 -甲 基 吡 咯 2 -呋 喃 甲 醛3 α ,β-吡 α α-呋 β-噻 -甲 基 吡 咯 喃 甲 醛 吩 甲 酸 啶 二 甲 酸 C H 3
2 1 α β β
N H
H O O C
α
C O O H
S
α
(2)环上有不同杂原子时，按O→S→N次序编号。 若环有不同取代基，其编号按次序规则和最低系列。
2019/2/18 有机化学课件
3 N
3 N
3 N
N H i m i d a z o l e 咪 唑
5
3 N 1 2
1
2
3 N
O
1 2
S
1 2
N
C. 吡咯：无色液体，存于煤焦油和骨焦油中, b.p.
130- 131oC.遇盐酸浸湿的松木片呈红色.
2019/2/18 有机化学课件
2.结构 呋喃、噻吩、吡咯结构上共同点:构成环的五个 原子都为sp2杂化，成环五原子处在同一平面， 杂原子上孤对电子参与共轭形成共轭体系，π电 子数符合休克尔规则(4n+2)，所以，它们都具 芳香性。
第二十章
杂环化合物
（heterocyclic compounds）
2019/2/18
有机化学课件
主要内容
20.1 杂环化合物的分类与命名
20.2
20.3 20.4 20.5 20.6
五元单杂环化合物
唑 吡啶 喹啉与异喹啉 嘧啶与嘌呤
20.7
20.8
2019/2/18
杂环化合物的合成(自学)
生物碱
有机化学课件
2019/2/18
有机化学课件
五元杂环化合物亲电取代反应发生在α -位可用共 振论解释：
E E E + Z H Z H Z H + 正 电 荷 可 在 三 个 原 子 上 离 域
H 、 O 、 S ) Z (N
+
=
Z
+ +E
E Z
+
E H Z
+
H
正 电 荷 只 能 在 两 个 原 子 上 离 域
(
。 b.p81 C )
（苯层）
浓 H2SO 4 室温
分液
蒸馏
S 。 ( b.p84 C ) .
S （酸层）
SO 3H
无噻吩苯
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(2 ) 硝化 不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸 (CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行。
醋酸硝酰 ， 一种弱的硝化试剂
环状有机化合物中，成环原子除碳原子外还含有 其他原子，这种环状化合物称为杂环化合物。
、 O N H 非 芳 香 性 杂 环 化 合 物 ,如 ： 内 酯 、 环 状 酸 酐 等 。
杂 环 化 合 物
芳 香 性 杂 环 化 合 物
本章讨论的是那些环为平面型，环内π电 子数符合4n+2规则，具有一定芳香性的 芳杂环化合物。
0 0 0 0 0 0 + 0 . 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 1 0 N + 0 . 3 2
O
S
+ 0 . 2 0
0 . 0 6
H
2019/2/18
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亲电取代反应活性： 吡咯 >呋喃 >噻吩>苯 主要进入α-位
说明：吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应，
1
2
o x a z o l e 噁 唑
O N 2
4N 3
y r i m i d i n e t h i a z o l e p 噻 唑 嘧 啶
C H 3 4
5
3 N
1 2 1 2 C H 3 N H O C H C H O 2 2 S H 硝 基 噁 唑 5 甲 基 咪 唑4 4 甲 基 5 ( 2 ' 羟 乙 基 ) 噻 唑
不能用强酸！ N H
¨ H2SO4 Å
N H
Ò Î Ê Â
SO 3 H
S
S
SO3H
¨± £ ½ Ô Ú Ê Ò Î Â Ï Â ² » Ä Ü » Ç » ¯ £ ¡ £ ©
说明：① 噻吩环芳性比呋喃环和吡咯环强，较稳定； ② 噻吩环上电子云密度比苯环大，更易磺化。
2019/2/18 有机化学课件
利用磺化反应可分离苯和噻吩：
2019/2/18 有机化学课件
20.1
杂环化合物的分类与命名
一、杂环化合物的分类
五 元 杂 环 ,如 单 杂 环 六 元 杂 环 ,如 杂 环 化 合 物 稠 杂 环 两 个 以 上 单 杂 环 稠 并
O N
N H
S
苯 环 与 单 杂 环 稠 并 ,如
N H
N
2019/2/18
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常见的杂环化合物
O
O
S
S
N H
N H
6 π 为 π 共 轭 体 系 , = 6 , 电 子 符 合 4 n + 2 5 具 有 芳 性 , 富 电 子 芳 环
2019/2/18 有机化学课件
二、呋喃、噻吩、吡咯杂环的化学性质 1．亲电取代反应 从结构上分析，五元杂环为Π 56共轭体系，电 荷密度比苯大，发生亲电取代反应的速度也比苯快 得多。 如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为 0），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：
由此可见，进攻2–位所形成的共振杂化体比进 攻3–位所形成的共振杂化体稳定。
2019/2/18 有机化学课件
(1) 磺化：呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用 特殊磺化试剂—吡啶三氧化硫的络合物，噻吩可 直接用浓硫酸磺化。
C 5 H 5 N SO 3
O
C 5 H 5 N SO 3
O
SO 3 H
吡啶三氧化硫， 一种温和的磺化剂
2019/2/18
有机化学课件
2019/2/18
有机化学课件
二、杂环化合物的命名
1、 音译法：在同音汉字左边 + 口字。
O
1 1 1 1
N S N H p y r r o l et h i o p h e n e p y r i d i n e f u r a n 噻 吩 吡 啶 呋 喃 吡 咯
O 苯 并 呋 喃
2019/2/18 有机化学课件
N S 苯 并 噻 唑
2 0.2 五元单杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的物理性质和结构
1.物理性质
A. 呋喃：无色液体，存于松木焦油中, b.p. 31.36oC. 遇盐酸浸湿的松木片呈绿色。 B. 噻吩：无色有特殊气味的液体，存于煤焦油中, b.p.84.16oC. 与吲哚醌在硫酸作用下显兰色。
1
N H in d o le 吲哚
2019/2/18 有机化学课件
N q u in o lin e 喹啉
1
2. 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α、β、γ…编 号。
C O O H O O H N C -噻 吩 甲 酸2 ,3 -吡 啶 二 甲 酸 2 -甲 基 吡 咯 2 -呋 喃 甲 醛3 α ,β-吡 α α-呋 β-噻 -甲 基 吡 咯 喃 甲 醛 吩 甲 酸 啶 二 甲 酸 C H 3
2 1 α β β
N H
H O O C
α
C O O H
S
α
(2)环上有不同杂原子时，按O→S→N次序编号。 若环有不同取代基，其编号按次序规则和最低系列。
2019/2/18 有机化学课件
3 N
3 N
3 N
N H i m i d a z o l e 咪 唑
5
3 N 1 2
1
2
3 N
O
1 2
S
1 2
N
C. 吡咯：无色液体，存于煤焦油和骨焦油中, b.p.
130- 131oC.遇盐酸浸湿的松木片呈红色.
2019/2/18 有机化学课件
2.结构 呋喃、噻吩、吡咯结构上共同点:构成环的五个 原子都为sp2杂化，成环五原子处在同一平面， 杂原子上孤对电子参与共轭形成共轭体系，π电 子数符合休克尔规则(4n+2)，所以，它们都具 芳香性。
第二十章
杂环化合物
（heterocyclic compounds）
2019/2/18
有机化学课件
主要内容
20.1 杂环化合物的分类与命名
20.2
20.3 20.4 20.5 20.6
五元单杂环化合物
唑 吡啶 喹啉与异喹啉 嘧啶与嘌呤
20.7
20.8
2019/2/18
杂环化合物的合成(自学)
生物碱
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