呋喃、噻吩和吡咯 结构与芳香性
论呋喃_吡咯_噻吩的芳香性和亲电取代反应的活性_马军营
小心控制条件 ,噻吩可用酸性较弱的质子酸 (如磷酸 )而吡咯可直接配基化 .
150～ 200℃
+ ( CH3 CO ) 2 O
COC H3 + C H3 CO
CO CH3
N
N
N
|
|
|
H
H
H
O
B F3
+ ( CH3 CO ) 2 O 0℃
CC H3
O
O
( 75% ～ 72% )
O
+
( CH3 CO ) 2
H3 PO4 90℃
C C H3
S
S
( 95% )
另外 ,这些杂环化合物还能发生 Reimer- Tiemann. Kolbe- Schmit t、亚硝化反应及与重 氮盐发生偶联反应 . 说明呋喃、吡咯、噻吩的反应活性远大于苯 ,而类似于苯胺和苯酚 . 故其 反应活性顺序为: 吡咯 > 呋喃> 噻吩 > 苯 . 2. 2 亲电取代反应活性的解释 2. 2. 1 与苯的反应活性比较 在呋喃、吡咯、噻吩中 ,首先由于杂原子具有给电子的共轭效 应 ,而使杂环上的 π电子云密度大于苯、更易受亲电试剂的进攻 ,尤其是 α- 位 .其次还与反 应过渡态相应中间体正离子结构有关 (见图 4[4 ] )
其芳香性、稳定性较差 ,反应时必须严格选择试剂和控制反应条件 ,否则导致环的破裂或得 到复杂产物 . 2. 1. 1 硝化反应 对于此反应一般不直接用混酸、硝酸硝化而是用较温和的乙酰硝酸酯作 硝化剂 ,并在低温条件下进得 ,主要得到 α- 取代产物 .
乙酐
+ C H3 CON O2 - 5℃
N
N O2 + N
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。
《药学综合》(代码349)考试大纲
《药学综合》（代码：349）考试大纲Ⅰ.考试性质药学综合能力是为高等院校招收药学类硕士研究生而设置的，是具有选拔性质的入学考试科目，作为学校命题和考生复习的依据, 注重测评考生的综合能力和基本素质，要求考生具有坚实、系统和宽广的专业基础知识和理论以达到重点院校药学和相关专业本科生应具有的学识和水平。
Ⅱ.考查目标药学综合能力考试包括有机化学、分析化学、药理学。
要求考生较为全面系统地掌握有机化学、分析化学、药理学的基本概念，具备较强的分析与解决实际问题的能力。
有机化学是研究碳化合物及其衍生物（碳化合物的结构、性质、合成、反应机制和有机化合物间相互转变规律）的一门科学，是药学类各专业的重要基础课程，在医药领域，药物制备、质量控制、贮存、作用机制和体内代谢过程等方面都与有机化学密切有关。
要求学生系统全面掌握有机化合物的共价键结构理论、电子效应、有机化合物的分类及命名、同分异构现象等基本知识、基本理论；熟悉特征官能团的结构与理化性质间的关系、化学反应的反应机制、有机化合物的合成（设计合成路线）、分离提纯及结构分析的一些基本方法，能熟练应用有机化学的基本知识、理论和方法解决医药领域药物制备、质量控制、贮存、作用机制和体内代谢过程等方面的实际问题。
分析化学是药学类各专业的重要主干基础课，包括化学分析和仪器分析两部分。
化学分析部分主要内容包括：误差与数据处理、滴定分析法、重量分析法。
要求考生牢固掌握其基本的原理和测定方法，建立起严格的“量”的概念。
能够运用化学平衡的理论和知识，处理和解决各种滴定分析法的基本问题，包括滴定曲线、滴定误差、滴定突跃和滴定可行性判据，掌握重量分析法的基本原理和应用、分析化学中的数据处理与质量保证。
正确掌握有关的科学实验技能，具备必要的分析问题和解决问题的能力。
仪器分析是分析化学最为重要的组成部分，也是分析化学的发展方向。
涉及的分析方法是根据物质的光、电、声、磁、热等物理和化学特性对物质的组成、结构、信息进行表征和测量，是学生必须掌握的现代分析技术。
药物有机化学——杂环
注：五元杂环亲电取代反应的定位效应
Diels-Alder反应即狄尔斯－阿尔德反应直接用吡咯可发生Diels-Alder 反应
氮上孤电子对参与环内共轭，减弱了对H+吸引能力。
氮上电子云少，H 易离解，显一定的酸性。
吡咯表面上是个仲胺，但实际上吡咯是一个很弱的碱，碱性比苯胺弱得多，它只能慢慢地溶解在冷的稀酸溶液中。
三五元杂环化合物
1呋喃、噻吩、吡咯的结构与芳香性
呋喃、噻吩、吡咯都是平面结构，环上所有原子都是SP2 杂化，各原子均以SP2 杂化轨道重叠形成σ键。
碳未杂化的P 轨道中有一个电子，杂原子的P 轨道中有一对电子，P 轨道互相平行重叠，形成闭合的共轭体系。
二几个常
见的杂环
1．吡咯`呋喃`
噻吩均具有
芳香性
②硝化反应
五元杂环化合物与硝酸（强氧化剂）反应，得不到预期产物，而是芳环被破坏。
呋喃, 噻吩和吡咯易氧化, 一
般不用硝酸直接硝化; 通常用比较温和的非质子硝化试剂，如：乙酰基硝酸酯，反应在低温下进行。
③磺化反应
吡咯、呋喃不能直接用硫酸磺化，因为它们在浓硫酸中不稳定，会发生聚合，通常用一种温和的磺化剂——吡。
单杂环化合物的化学性质
单杂环化合物的化学性质一、五元单杂环的化学性质（呋喃，噻吩，吡咯） （一）酸碱性1、吡咯N 的孤e 参与共轭，碱性↓↓，显弱酸性，可与强碱成盐：+ KOH (S)N K -++ H 2ON H2、吡咯的酸性介于醇酚间：醇＜吡咯＜酚：N HOHK a =×1.3 10-101 10-181 10-15××CH 3CH 2OH3、吡咯与前面所学各类含氮化合物碱性的比较：季铵碱 > 脂肪胺 > 氨 > 苯胺 > 尿素 > 酰胺 > 吡咯 > 酰亚胺例题：NHN HNH 2三者碱性强弱排序？解：吡咯中N 的孤对电子完全参与共轭；苯胺中N 的孤对电子不完全参与共轭（N 是接近于sp2的sp3杂化）；四氢吡咯属于环状仲胺，拥有孤对电子。
因此有碱性顺序：N HNH NH 2<<(K b =×3.8 10-10 2 10-4)2.5 10-14××（二）亲电取代N H O（四溴吡咯）N H Br 2BrBr Br Br, 0℃EtOH Br 2OBrS Br 2HOAcSBr, 0℃,1、呋喃、噻吩、吡咯均为富e 体系，亲电活性>苯，且进入α位；2、硝/磺化时：不可用强酸（了解，不要求掌握）：因杂原子遇强酸能质子化，破坏大π键显示共轭二烯性质，易聚合、氧化 ；可改用非质子性试剂。
3、亲电取代反应活性：吡咯>呋喃>噻吩>苯： 分析：（1）五元单杂环是富电子体系，电荷密度高于苯，因此苯的反应活性最小；（2）噻吩中S 的轨道匹配性最差，给电子能力在三个单杂环中最弱；（3）O 的电负性比N 大，因此呋喃环的电荷密度小于吡咯，活性比吡咯小。
（三）加成1、呋喃、噻吩、吡咯芳香性<苯，因此较苯易加成；2、产物失去芳香性，性质类似脂杂环。
N S OHH 2N HH 2H 2H 2H 2N HOS SMoS 2（噻吩能使Pd 中毒）二、六元单杂环的化学性质（吡啶） （一）碱性1、吡啶N 孤e 不参与共轭，因此显碱性：NH Cl -N ++ HCl2、N 孤e 处于sp2杂化轨道，因而碱性↓，碱性介于氨和苯胺之间：CH 3NH 2NH 3NNH 2pK b3.384.768.809.423、与各类含氮化合物碱性比较：季铵碱> 脂胺>氨>吡啶>苯胺>尿素>酰胺>吡咯>酰亚胺（二）亲电取代吡啶属于缺电子体系，环上ρe ↓，因此亲电活性↓，<苯，进入β位：NNBrNO 24SO 3H NN20%71%33%（三）加成（还原）吡啶芳香性<苯，因此比苯易加成（还原），产物为环状仲胺，碱性↑。
呋喃、噻吩和吡咯
/yjhx/16/right4_11.htm呋喃、噻吩和吡咯→ 结构与芳香性呋喃、噻吩与吡咯结构相似，都是由一个杂原子和四个碳原子结合构成的化合物。
从结构上它们可以看做是由O、S、NH分别取代了1，3-环戊二烯（也称为茂）分子中的CH后得到的化合物。
但从化学性质上看，它们与环戊二烯并无多少相似之处，倒是与苯非常类似。
例如，呋喃、噻吩、吡咯这三个化合物都非常容易在环上发生亲电取代反应，而不太容易发生加成反应。
这说明用上述三个结构来代表这三个化合物存在着某种片面性。
按照杂化理论的观点，呋喃、噻吩、吡咯分子中四个碳原子和一个杂原子间都以sp杂化轨道形成σ键，并处于同一平面上，每一个原子都剩一个未参与杂化的p轨道（其中碳原子的p轨道上各有一个电子，杂原子的p轨道上有两个电子）。
这五个p轨道彼此平行，并相互侧面重叠形成一个五轨道六电子的环状共轭大π键，π电子云分布于环平面的上方与下方（见图16-1），其π电子数符合休克尔的4n+2规则（n=1）。
这三个化合物所形成的共轭体系与苯非常相似，所以它们都具有类似的芳香性。
但是，这三个化合物所形成的共轭体系与苯并不完全一样，主要表现在以下两处：（1）键长平均化程度不一样。
苯的成环原子种类相同，电负性一样，键长完全平均化（六个碳碳键的键长均为140pm），其电子离域程度大，π电子在环上的分布也是完全均匀的。
这三个化合物都有杂原子参与成环，由于成环原子电负性的差异，使得它们分子键长平均化的程度不如苯，电子离域的程度也比苯小，π电子在各杂环上的分布也不是很均匀，所以呋喃、噻吩、吡咯的芳香性都比苯弱。
三种杂环分子中共价键的长度如下：另外，由于这三个杂环所含杂原子的电负性也各不相同，各环系中电子云密度的分布也不一样，所以它们之间的芳香性有差异。
氧是三个杂原子中电负性最大的，呋喃环π电子的离域程度相对较小，所以其芳香性最差；硫的电负性小于氧和氮，与碳接近，噻吩环上的电子云分布比较均匀，π电子离域程度较大，因此其芳香性最强，与苯差不多；氮的电负性介于氧和硫之间，吡咯环的芳香性也介于呋喃和噻吩之间。
五元杂环化合物的性质
95%H2SO4
S
250C
S
SO3H
2-噻吩磺酸
N+ SO3N H
化学工业出版社
1000C
N H
SO3H
2-吡咯磺酸
高职高专“十一五”规划教材
§13.2
杂环化合物的结构和性质
医药化学 基础
三、五元杂环化合物的性质
（三）取代反应
4．傅克反应
+ (CH3CO)2O
O BF3 O COCH3
一、五元杂环化合物的结构与芳香性
呋 喃
O
噻 吩
S
吡 咯
N
H
O:1s22s22p4
S:1s22s22p63s23p4
N:1s22s22p3
化学工业出版社
高职高专“十一五”规划教材
§13.2
杂环化合物的结构和性质
医药化学 基础
一、五元杂环化合物的结构与芳香性
三种五元杂环化合物的结构均符合休克尔规则。 但由于环上存在一定差异的且电负性较大的杂原子， 所以与苯不同，共轭体系中各原子电子密度只是趋 向于平均化，芳香性比苯小。 三种五元杂环化合物的芳香性次序为： 苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
化学工业出版社
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§13.2
杂环化合物的结构和性质
医药化学 基础
三、五元杂环化合物的性质
（二）酸碱性 吡咯：呈弱酸性,可与碱金属、氢氧化钾或氢 氧化钠作用生成盐。
+
N H KOH N K+
+ H2O
呋喃：无碱性，不易与无机强酸反应。 噻吩：无碱性。
化学工业出版社
高职高专“十一五”规划教材
呋喃吡咯噻吩的化学性质
呋喃 噻吩
吡咯
. . . . . . H . . . . . . . . . C . . H C
H
H
C
C
C H HC
H
H
C
C
C H HC
H C
CH
O
S
N
4
H
呋喃环结构 噻吩环结构 吡咯环结构
4
二、呋喃、吡咯、噻吩的一般性质
1、电负性：3.50（O）＞3.04（N）＞ 2.58（S） ＞2.55（C） 。
第一取代 3(β)-取 代
实例
取代基类型
A Z=O,S,N； A=o, p -位基团
Z
A
Z=O,S,N； A= m -位基团
Z
12
Cl
N
12
第二取代
A B B主要在2-位 Z
A
B
B主要在5-位
Z
SO3H
O
练习题16-3
1、完成下列反应，写出反应主要产物。
1.
O2N
O
CHO + ( CH3CO)2O
A Z=S,N； A=o, p -位基团 Z
A
Z=S,N； A= m -位基团
Z
11
B
A B总是在5-位
O
B
A B主要在5-位
Z
B Z
A B主要在4-位
实例
CHO O
S CH3
11
S NO2
三、单取代呋喃、吡咯、噻吩的定位规律
1、第二取代：主要发生在a位，因为α 位的π电 子密度较大，容易受到亲电试剂进攻。
H
K+
CH3MgX
N H
C2H5OC2H5
五元单杂环化合物芳香性和反应活性讨
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每个碳原子剩下一个未杂化 P 轨道，其中填充有一个 P 电子。
杂原子的 P 轨道上填充有一对未共用的电子，组成一个五原子，六电子的环状共轭体系，符合休克尔规则，具有杂芳香性，是芳香性的一个扩展，称杂芳香性。
芳香性的标志之一就是其化学行为比较容易进行亲电取代反应，不易进行亲电加成和氧化反应。
呋喃、吡咯、噻吩也容易进行亲电取代，其反应活性：吡咯呋喃噻吩。
按上述，芳香性和亲电取代反应应该有关。
而杂芳香性大小次序和亲电取代反应活性次序之间并无规律性联系。
我们从结构人手，结合实验数据讨论了芳香性和亲电反应活性的关系。
1 / 51.结构和芳香性芳香性五元单杂环化合物呋喃、吡咯、噻吩具有符合休克尔规则的结构，所以具有芳香性。
呋喃、吡咯、噻吩结构与苯结构比较，苯的键长完全平均化，呋喃、吡咯、噻吩的键长是趋于平均化。
另外，从电荷密度分布也是如此。
苯的电荷密度完全平均化，呋喃、吡咯、噻吩的电荷密度分布，并不均一，这和其芳香性有关。
根据上表可得，噻吩中 CS 缩短的最多，吡咯次之，呋喃缩短的最少。
所以芳香性是噻吩吡咯呋喃。
另外从呋喃、吡咯、噻吩的共轭能也证明了这个芳香性大小次序。
共轭能高，说明环共轭体系稳定性高，芳香性大。
共轭能低，环共轭体系稳定性低，芳香性小。
根据上表数据可见，噻吩的共轭能高、芳香性大，呋喃的共轭能低、芳香性小，吡咯介于噻吩、呋喃之间。
关于芳香性的概念
第15卷 第4期 大学化学2000年8月关于芳香性的概念姚子鹏 高 翔 任平达 黄毕生 (复旦大学化学系 上海200433) (云南大理师专化学系 云南671000) 摘要 简要介绍了芳香性概念的发展历史,并从结构、稳定性、反应性能等方面进行了总结。
在有机化学中,芳香性是一个重要的概念。
为了使学生能较好理解和掌握这一概念,我们在教学中从经典的芳香性概念、共振论对芳香性的看法、Hückel规则到核磁共振对芳香性化合物的测定,介绍了这一概念不断深化发展的过程。
并从结构、稳定性、反应性能等方面进行了总结,取得了较好的教学效果。
现把我们的看法进行简单介绍,以供教学参考。
1 芳香性的经典概念 1825年法拉第从鲸油裂解产生气体的冷凝液中发现了苯,接着测定了苯的组成、蒸气压、熔点等物理性质,并得出了苯的正确分子式C6H6。
此后,人们又发现许多具芳香气息的物质中含有苯的母核。
德国化学家凯库勒推断出苯的结构式为。
苯这种高度不饱和的化合物具有与一般不饱和烯烃不同的特殊性质,主要是:(1)环较稳定,在通常情况下不易被化学试剂破坏。
例如:甲苯易被氧化成苯甲酸,保留了苯环。
(2)易取代,难加成。
例如:苯在三氯化铁催化下和氯反应生成氯苯,而没有得到加成产物。
价键理论问世后,后一条表述为苯易亲电取代,难亲电加成。
上面两条就是经典的芳香性概念。
2 共振论对芳香性概念的发展 共振论认为苯主要是Ⅰ和Ⅱ的共振杂化体。
由于共振,共振杂化体(苯的真正结构)比较稳定。
通过比较苯和环己三烯的氢化热(以3个环己烯计),可以计算出苯的共振能为150.6 kJ/mol。
即苯比环己三烯稳定150.6kJ/mol。
Ⅰ∴Ⅱ 如果说经典的芳香性概念中,芳香环的稳定性是根据环对化学试剂的稳定性而言,那么,共振论则进一步把芳香环的稳定性与它具有较低的内能明确地联系起来。
通过氢化热、燃烧热等数值,计算出了一大批芳香族化合物的共振能,从而可以比较各种芳香环的稳定性高低或芳香性强弱。
有机化学 第十七章杂环化合物
N
N
sp3 H sp2
CH3 C≡N
sp
如果用非质子的硝化试剂、磺化试剂，或用卤素、卤 代烷、酰氯与吡啶环进行反应，也将形成相应的吡啶盐：
+
N
Br+
Br
Br2 / CCl4
+
N
I
C H3I
N
CH3
+
N
Cl
Ph C O C l 石油醚
PhCO
HCl
+
N Cl
H
NO2+BF4 Et 2O
+
N
BF4
SO3 C H2C l2
N NHNa
N NH2
N OCH3
CH3O Na NaOH ,
NH3 , ZnCl2
N Cl
220℃
Br Br
N
NH3 , H2O 160℃
NH2 Br
N
N NH2
4、 氧化与还原
CH3 KMnO 4 N
COOH
NH3
N 烟酸
CONH2
N 烟酰胺
Na, C2H5OH(无水) 或 H2/Ni, 25oC , 3大气压
环上的氢受离域电子环流的影响，其核磁共振信号
都出现在低场区。α- H 由于受杂原子吸电子诱导效 应的影响，其δ值较大。
δ 6.99
δ 7.18
S
δ 6.22
δ 6.68
N H
δ 6.24 δ 7.29
O
六元杂环化合物的结构
N
吡啶
C C
C
C N
C
π6 6
缺等电子体系
未参与共轭
sp2-N吸电子能力较sp2- C强, 故吡啶为缺电子体系.
吡啶吡咯呋喃噻吩结构式 概述及解释说明
吡啶吡咯呋喃噻吩结构式概述及解释说明1. 引言1.1 概述吡啶吡咯呋喃噻吩是一类重要的有机化合物，其结构式中包含了吡啶、吡咯、呋喃和噻吩等环状结构。
这些化合物具有许多特殊的性质和广泛的应用领域，因此引起了化学界的广泛关注。
1.2 文章结构本文将首先介绍吡啶、吡咯、呋喃和噻吩各自的结构式，然后概述了吡啶吡咯呋喃噻吩化合物的一般特点和重要性。
接着，我们将详细解释该类化合物的特殊性质，包括共轭体系及电子能级分析、光学性质和荧光特征，以及生物活性及医药领域中的应用展望。
最后，在结论部分总结了文章内容，并提出对未来研究方向的建议。
1.3 目的本文旨在全面介绍并深入解释吡啶吡咯呋喃噻吩化合物的结构式、特点和应用，以增进读者对于这类化合物在有机合成和相关领域中的重要性的理解。
同时，通过对其特殊性质的探讨，希望能为未来的研究提供启示，并为该类化合物在医药领域的应用提供有益信息。
2. 吡啶吡咯呋喃噻吩的结构式：2.1 吡啶的结构式吡啶是一种六元杂环化合物，由一个氮原子和五个碳原子组成。
其结构式通常用希腊字母"π"来表示芳香性，带有三个双键（共轭体系）。
吡啶的结构式如下所示：︿←N／＼H - C C - H ←带有π电子的环2.2 吡咯的结构式吡咯也是一种六元杂环化合物，由两个氮原子和四个碳原子组成。
它可以看作是从吡啶中去除一个碳原子而得到的。
由于存在两个氮原子，吡咯具有比较特殊的性质和反应活性。
其结构式如下所示：︿／＼H - C N ←环上带有π电子键│H - C H2.3 呋喃的结构式呋喃是一种五元杂环化合物，由一个氧原子和四个碳原子组成。
它具有较高的稳定性，并且在许多天然产物和药物中被广泛应用。
其结构式如下所示：︿／＼H - C O ←带有π电子的环│H - C H2.4 噻吩的结构式噻吩是一种五元杂环化合物，由一个硫原子和四个碳原子组成。
类似于呋喃，噻吩也在天然产物和药物中具有重要作用。
大学有机化学知识点总结
大学有机化学知识点总结刚开始的时候接触有机化学是比较难，感觉也很抽象，但是不要灰心，上课认真听课，平常多总结总结。
下面是店铺的小编为你们整理的大学有机化学知识点总结，希望你们能够喜欢！●大学有机化学知识点提纲羧酸及其衍生物羧酸的反应:①酸性:羧酸的酸性比碳酸强,比无机酸弱.②羧酸中羟基的取代反应③还原羧酸的制法①氧化法②水解法③Grignard试剂与二氧化碳作用羧酸衍生物的反应①水解都生成羧酸②醇解酰氯,酸酐和酯的醇解都生成酯,酯与醇作用生成原酸酯或酯.③氨解酰氯,酸酐和酯的氨解都生成酰胺④酸解生成平衡混合物羧酸衍生物的制法①酰氯:羧酸与无机酰氯作用;②酸酐:酰氯与羧酸盐作用;③酯:直接酯化: ④酰胺:羧酸的铵盐去水或酯的氨解;⑤腈:酰胺去水或卤代烃与氰化钠作用.取代羧酸卤代酸的反应①与碱的反应,产物与卤素和羧基的相对位置有关.-卤代酸羟基酸-卤代酸,-不饱和酸或-卤代酸内酯②Darzen反应诱导效应共轭效应醇酸的反应①去水,产物与羟基的相对位置有关-醇酸交酯 -醇酸,-不饱和酸 -醇酸内酯②分解:乙酰乙酸乙酯在合成上的应用①合成甲基酮:②合成酮酸丙二酸酯在合成上的应用①合成一元羧酸②合成二元羧酸胺和含氮化合物胺的化学性质①碱性②烃化③酰化(Hinsberg反应)④与亚硝酸的反应胺的制法①硝基混合物的还原②氨或胺的烃化③还原烃化④Gabriel合成法⑤Hofmann重排:芳香族重氮盐的反应①取代反应②还原反应③偶联反应含硫,含磷化合物硫醇的制备和性质①酸性和金属离子形成盐,还原解毒剂;②氧化反应,二硫化物,磺酸;③和烯键及炔键的加成反应.磺酸基的引入和被取代在合成上应用了解磺胺药物一般制备方法.磷Ylide的制备及Wittig反应在合成中的应用.杂环化合物杂环化合物的分类和命名呋喃,噻吩,吡咯的结构和芳香性.芳香性: 苯>噻吩>吡咯>呋喃离域能(kJ/mol—1) 150.6,121.3,87.6,66.9呋喃,噻吩,吡咯的性质①亲电取代:卤代,硝化,磺化,乙酰化;②呋喃易发生;Diels-Alder反应;③吡咯的弱碱性;④吡啶的碱性;⑤吡啶的氧化,还原性质;⑥Fischer吲哚合成法和Skraup喹啉合成法.周环反应在协同反应中轨道对称性守恒电环化反应的选择规律电子数基态激发态4n 顺旋对称4n+2 对旋顺旋环化加成反应的选择规律(同一边)电子数基态激发态4n 禁阻允许4n+2 允许禁阻迁移反应的选择规律(同一边)i+j 4n 4n+2基态禁阻允许Cope重排Claisen重排碳水化合物单糖的结构与构型①Fischer构型式的写法:羰基必须写在上端;②构型:编号最大手性碳原子上OH在竖线右边为D-型,在左边为L-型;③Haworth式:己醛糖的Haworth式中C1上的OH与C5上的CH2OH在环同一边为位异构体.单糖的反应①氧化:醛糖用溴水氧化生成糖酸,用稀硝酸氧化生成糖二酸②还原:用NaBH4还原生成多元醇③脎的生成:糖与苯肼作用——成脎.氨基酸,多肽,蛋白质1.①氨基酸的基本结构天然的-氨基酸,只有R取代基的差别.②等电点:等电点时氨基酸以两性离子存在,氨基酸溶解度最小;③氨基酸-茚三酮的显色的反应;④Sanger试剂及应用;⑤氨基酸的制备:a. -卤代酸的氨解,b. 醛和酮与氨,氢氰酸加成物水解,c. 二丙酸酯合成法;⑥多肽的合成方法.(十九)萜类和甾体化合物①掌握萜类化合物的基本结构:碳骨架由异戊二烯单位组成的;会划分萜类化合物中的异戊二烯单位.②掌握一些重要的萜类天然产物常规性质:如法尼醇;牛儿酮;栊牛儿奥;山道年;维生素A;叶绿醇;角鲨烯.-胡萝卜素.③了解甾体化合物的四环结构和命名.④了解萜类和甾体化合物的生物合成.●有机化学怎么才能学好学好有机化学的方法：一、有机物的结构——学习有机化学的基础刚接触有机化学时，同学们会注意到有机化学与无机化学不同，非常注重对物质结构的讲解与考查。
第十六章 杂环化合物
.. N H
氮上孤电子 对参与环内 共轭，不能 再与酸结合。
吡咯表面上是个仲胺，但实际上吡咯是一个很弱的碱，碱 性比苯胺弱得多，它只能慢慢地溶解在冷的稀酸溶液中。 酸性： pka： 10 -OH ＞ N 15 H ＞
R-OH
18
+ KOH N H + RMgX N H
△
+ H 2O NK + 吡咯钾盐 + RH
在碱性介质中, 硝基苯被还原成两分子缩合的产物。
O 葡萄糖，NaOH N N
NO2 2
100 ℃
氧化偶氮苯
Zn(2mol)，NaOH CH3OH
N N 偶氮苯
Zn(3mol)，NaOH CH3OH
N H
N H
氢化偶氮苯
联苯胺重排应用实例 （合成偶氮染料）
联苯胺重排应用实例 （合成偶氮染料）
第十六章
Cl O
Cl + O
Cl
Cl2 -40℃ O
O
Br2, 0℃
Br O 稀释 O
(86 %)
Br2 AcO H
Br S
(78 %)
S
I2, HgO C6H6, 0℃
碘不活泼，要用催化剂才能发生
I S
一元取代
Br Br N H
Br Br
Br2, 0℃ EtO H SOCl2 (1 mol)
N H
Et2O, 0℃
偶联反应
重氮盐在弱碱、中性或弱酸性溶液中与酚或芳胺等 反应，生成有颜色的偶氮化合物，这个反应称为偶 合反应或偶联反应。
Ar N N Ar N N
（1）与酚偶联（弱碱性条件，pH=7~9）
（2）与芳胺偶联（与芳胺偶联条件，弱酸性， pH=4~7）
五元杂环化合物的结构和性质.
五元杂环化合物的结构和性质
一、吡咯、呋喃和噻吩的结构
噻 吩 吡 咯
呋 喃
O
S
N H
O:1s22s22p4
S:1s22s22p63s23p4
N:1s22s22p3
呋喃、噻吩、吡咯都表现出与苯相似的芳香性。 芳香性大小比较： 苯＞噻吩＞ 吡咯＞呋喃。
二、五元杂环化合物的性质 （一）、物理性质 呋喃是无色液体，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。 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。 吡咯存在于煤焦油和骨焦油中，是无色液 体，有弱的苯胺的气味。 水溶性： 溶解1份吡咯、呋喃及噻吩，分别 需要17、35、700份的水。
乙 酸 酐 O +CH3COONO 2 -5~-30 C 乙 酸 酐 S +CH3COONO 2 -10 C
0 0
O
NO2
+CH3COOH +CH3COOH
S
NO2
+
N H
N SO3
+
-
C2H4Cl2
100 ¡ æ
N H
SO3H
+
N
（二）化学性质
（3）磺化反应
+
N H N SO3
+ -
C2H4Cl2
（5）氢化反应
四氢噻吩
（6）鉴别反应 噻吩和靛红在硫酸作用下呈蓝色； 呋喃蒸气使盐酸浸过的松木片显绿色； 吡咯蒸气遇盐酸浸过的松木片显红色。
三、重要的五元杂环化合物
1、呋喃及其衍生物
呋喃甲醛又叫糠醛，化学性质与苯甲醛相似，能 发生银镜反应；遇苯胺醋酸溶液呈深红色，此反应用 以鉴定糠醛；糠醛遇盐酸浸过的松木片显绿色。
有机化学
两分子烯烃或多烯烃变成环状化合物的反应叫做环加成。
例如：环加成可以根据反应物中的π电子的数目分类。
两分子烯烃变成环丁烷的反应叫做[2+2]环化加成，一分子丁二烯与一分子乙烯变成环己烯的反应叫做[4+2]环化加成，反应就是[4+2]环化加成反应。
一、[2+2]环化加成反应两分子乙烯变成环丁烷时，两个π键变成两个σ键。
成键要求两个轨道重叠。
一个轨道只能容纳两个电子，因此，一个乙烯分子的已占据轨道只能与另一个乙烯分子的未占轨道重叠。
假定两个乙烯分子面对面相互接近。
在加热反应中最高占有轨道为π轨道，另一个乙烯分子的最低未占轨道为轨道，它们的相位不同，因此是轨道对称性禁阻的。
在光反应中一个处于激发态的乙烯分子的最高已占轨道为轨道，另一个处于基态的乙烯分子的最低未占轨道也是轨道，它们的位相相同，可以重叠成键。
因此，是轨道对称性允许的。
光化反应是一个处于激发态的分子与另一个处于基态的分子之间的反应。
其它烯烃的轨道对称性与乙烯相同，因此，[2+2]环化加成在面对面的情况下，热反应是禁阻的，光反应是允许的。
实验事实与理论推测完全符合。
例如，（2）-丁烯-2在光照下生成1，2，3，4-四个环丁烷的两种异构体。
二.[4+2]环化加成最简单的[4+2]环化加成是1，3-丁二烯与乙烯加成反应，这是一个热反应，假定丁二烯分子与乙烯分子面对面互相接近，丁二烯的最高已占轨道π2与乙烯的最低未占轨道或丁二烯的最低未占轨道与乙烯的最高已占轨道都可以重叠成键，因此，[4+2]环加成对于热反应是轨道对称性允许的。
[4+2]环化加成反应（热反应）允许[4+2]环化加成反应具有下列特点：（i）是可逆的反应。
利用逆反应有时可以得到一些用别的方法难以合成的化合物。
例如：（ii）加成时是立体专一性的，无例外的都是顺式加成。
（iii）如亲双烯分子上还有其它的不饱和基团时，加成后不饱和基团是靠近于新产生的双键一面。
它是一个经验规则，称为阿尔德规则，也称不饱和性最大积累规则。
《有机化学》徐寿昌 第二版 第17章 杂环化合物
5.喹啉及衍生物反应特性有同环或异环取代、氧化之分。
⑥
⑦
解释吡咯为弱酸性、吡啶为弱碱性的原因？
Answer 4:
③
②
④
①
⑥
⑤
⑦
Answer 5: 五元杂环化合物吡咯环上N原子的孤对电子参与环共 轭体系，同时电负性N>H，导致N-H键电子云密度降低并向 N 原子偏转，相对易于离解出H离子而显酸性；吡啶环上N原子的 孤对电子未参与环共轭体系，易于接受质子，故显酸性。
（C）偶合反应
17.3.5 噻唑、吡唑及其衍生物
◆噻唑、吡唑的结构：
N N
N H N H
噻唑
衍生物: 青霉素 维生素B1
吡唑
咪唑
安替吡啉 安乃近
达克宁 阿司咪唑
磺胺噻唑
增白剂AD
甲巯咪唑
17.3.6 吲哚—苯并吡咯
CH2COOH
N H
NH
N H
吲哚 ⑴ 吲哚的制备：
CH3 HCHO NH2
异吲哚
（1）五元杂环化合物——呋喃、噻吩、吡咯的结构
◆五元杂环化合物中碳原子、杂原子均以sp2杂化，其
中杂原子未杂化的P轨道上的共用电子对参加了六电 子体系的形成。五个原子处于同一平面组成一个闭合 的共轭体系。体系符合4n+2休克尔规则，因此具有芳 香性.
◆芳香性程度的比较：
芳香性强弱的次序：
苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃 离域能：152 117 88 67 KJ/mol
位电子云密度:
-0.10 -0.03
-0.06
0
（2）六元杂环化合物——吡啶 氮原子与碳原子处在同一平面。吡啶的结构与苯相 似，符合休克尔规则，具有芳香性.
理学杂环化合物
具有芳香性
•有较高的离域能，具特殊的稳定性。 •易发生亲电取代反应。 •键长：有平均化的倾向（见教材p469表18-3）。 •环上质子受离域电子环流去屏蔽效应影响出现在低 场。
δ6.24
O δ7.29
δ6.99
S δ7.18
δ6.22
N δ6.68 H
（B）芳香性的比较
呋喃、吡咯和噻吩都是典型的芳香体系，π电子离 域，具有离域能。但由于杂原子不同，离域能不同。
催化加氢 S
H
H
H
H
S
（C）吡咯
NH2
极弱 N H＜
＜ NH3
碱性 因为氮原子上未公用电子对参与了共轭体系。
KOH
呈弱酸性 N
K Br2 乙醇，0℃
Br Br
N
Br Br
H
H
N
亲电取代 CH3COONO2 H
H
N NO2
N SO3
H
H
H
N
N SO3H
H2/Ni ，200 催化加氢
H
H
四氢吡咯，吡咯烷，具脂肪
构成环的原子除碳原子外还有O、S、N、P等杂原 子的一类环状化合物称为杂环化合物。
杂环化合物在现实生活中的地位极其重要： 90%以上药物和60%以上的有机化合物为杂环化合 物碳水；化合物（它为生命提供能量）； 叶绿素（它为植物提供绿色）；
血红素(它赋予血液以鲜红的颜色)都是杂环化合物。 核酸中的杂环（嘧啶和嘌呤）部分对DNA的复制 起着至关重要的作用并使生命得以代代相传。 杂环化合物通常是酶和辅酶中催化生化反应的活 性部位。
N 异烟酰肼（雷米封）
抗结核药
CON(C2H5)2
N
烟酰二乙胺（可拉明）中 枢神经兴奋药
有机化学第18章 杂环化合物
热
+ KOH
N H
固体
N
+ H2O
K
N H
+ RMgX 干乙醚
N + RH MgX
吡咯钾盐和吡咯卤化镁都可用来合成吡咯衍生物。
N KOH（固体） N
H
热
K
RMgX
N H
干乙醚
N MgX
RCOCl RI
N COR
N R
RCOCl RI
N COR
N R
三、糠醛（α- 呋喃甲醛）
1、制备
CHO O
由农副产品如甘蔗杂渣、花生壳、高粱杆、棉子壳…… 用稀酸加热蒸煮制取。
噻吩的加成反应
H2
MoS
S
Cl2 Cl
S Cl
S
Cl S Cl
ROOCC CCOOR S COOR - S COOR
COOR COOR
吡咯的加成反应
H2
Pd
N
H
CHCl3
CCHCCl2 l2
N H
N H
HN
N CCHCl22 H
4、吡咯的弱酸性和弱碱性 吡咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。
NH2 Kb 3.8× 10-10
第十八章
杂环化合物
本章要求：
1. 掌握杂环化合物的分类和命名。 2. 掌握杂环化合物的化学性质。 3. 理解杂环化合物的结构与芳香性。 4．理解吡咯、吡啶的结构与性质的关系。 5．了解嘧啶、喹啉、嘌呤及吲哚。 6．了解几种重要生物碱。
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。
亲电取代反应的活性为： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯，主要进入α-位。
呋喃、噻吩和吡咯 结构与芳香性
呋喃、噻吩和吡咯→ 结构与芳香性结构与芳香性性质衍生物呋喃、噻吩与吡咯结构相似，都是由一个杂原子和四个碳原子结合构成的化合物。
从结构上它们可以看做是由O、S、NH分别取代了1，3-环戊二烯（也称为茂）分子中的CH后得到的化合物。
但从化学性质上看，它们与环戊二烯并无多少相似之处，倒是与苯非常类似。
例如，呋喃、噻吩、吡咯这三个化合物都非常容易在环上发生亲电取代反应，而不太容易发生加成反应。
这说明用上述三个结构来代表这三个化合物存在着某种片面性。
按照杂化理论的观点，呋喃、噻吩、吡咯分子中四个碳原子和一个杂原子间都以sp杂化轨道形成σ键，并处于同一平面上，每一个原子都剩一个未参与杂化的p轨道（其中碳原子的p轨道上各有一个电子，杂原子的p轨道上有两个电子）。
这五个p轨道彼此平行，并相互侧面重叠形成一个五轨道六电子的环状共轭大π键，π电子云分布于环平面的上方与下方（见图16-1），其π电子数符合休克尔的4n+2规则（n=1）。
这三个化合物所形成的共轭体系与苯非常相似，所以它们都具有类似的芳香性。
但是，这三个化合物所形成的共轭体系与苯并不完全一样，主要表现在以下两处：（1）键长平均化程度不一样。
苯的成环原子种类相同，电负性一样，键长完全平均化（六个碳碳键的键长均为140pm），其电子离域程度大，π电子在环上的分布也是完全均匀的。
这三个化合物都有杂原子参与成环，由于成环原子电负性的差异，使得它们分子键长平均化的程度不如苯，电子离域的程度也比苯小，π电子在各杂环上的分布也不是很均匀，所以呋喃、噻吩、吡咯的芳香性都比苯弱。
三种杂环分子中共价键的长度如下：另外，由于这三个杂环所含杂原子的电负性也各不相同，各环系中电子云密度的分布也不一样，所以它们之间的芳香性有差异。
氧是三个杂原子中电负性最大的，呋喃环π电子的离域程度相对较小，所以其芳香性最差；硫的电负性小于氧和氮，与碳接近，噻吩环上的电子云分布比较均匀，π电子离域程度较大，因此其芳香性最强，与苯差不多；氮的电负性介于氧和硫之间，吡咯环的芳香性也介于呋喃和噻吩之间。
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呋喃、噻吩和吡咯→ 结构与芳香性
结构与芳香性性质衍生物呋喃、噻吩与吡咯结构相似，都是由一个杂原子和四个碳原子结合构成的化合物。
从结
构上它们可以看做是由O、S、NH分别取代了1，3-环戊二烯（也称为茂）分子中的CH后得到的化合物。
但从化学性质上看，它们与环戊二烯并无多少相似之处，倒是与苯非常类似。
例如，呋喃、噻吩、吡咯这三个化合物都非常容易在环上发生亲电取代反应，而不太容易发生加成反应。
这说明用上述三个结构来代表这三个化合物存在着某种片面性。
按照杂化理论的观点，呋喃、噻吩、吡咯分子
中四个碳原子和一个杂原子间都以sp杂化轨道
形成σ键，并处于同一平面上，每一个原子都剩
一个未参与杂化的p轨道（其中碳原子的p轨道上
各有一个电子，杂原子的p轨道上有两个电子）。
这五个p轨道彼此平行，并相互侧面重叠形成一个
五轨道六电子的环状共轭大π键，π电子云分布
于环平面的上方与下方（见图16-1），其π电子
数符合休克尔的4n+2规则（n=1）。
这三个化合物
所形成的共轭体系与苯非常相似，所以它们都具有
类似的芳香性。
但是，这三个化合物所形成的共轭体系与苯并不完全一样，主要表现在以下两处：
（1）键长平均化程度不一样。
苯的成环原子种类相同，电负性一样，键长完全平均化（六个碳碳键的键长均为140pm），其电子离域程度大，π电子在环上的分布也是完全均匀的。
这三个化合物都有杂原子参与成环，由于成环原子电负性的差异，使得它们分子键长平均化的程度不如苯，电子离域的程度也比苯小，π电子在各杂环上的分布也不是很均匀，所以呋喃、噻吩、吡咯的芳香性都比苯弱。
三种杂环分子中共价键的长度如下：
另外，由于这三个杂环所含杂原子的电负性也各不相同，各环系中电子云密度的分布也不一样，所以它们之间的芳香性有差异。
氧是三个杂原子中电负性最大的，呋喃环π电子的离域程度相对较小，所以其芳香性最差；硫的电负性小于氧和氮，与碳接近，噻吩环上的电子云分布比较均匀，π电子离域程度较大，因此其芳香性最强，与苯差不多；氮的电负性介于氧和硫之间，吡咯环的芳香性也介于呋喃和噻吩之间。
这三种杂环化合物芳香性强弱顺序如下：
（2）环上平均π电子云密度大小不一样。
苯分子形成的是一个六轨道六π电子的等电子共轭体系，而三种杂环形成的是五轨道六π电子的多电子共轭体系，其环上平均π电子云密度要比苯大，因此被称作多π芳杂环。
它们的亲电取代反应活性都比苯高。