最新有机化学杂环化合物

(2) 主要性质
C u O ,C r2 O 3
OC H O1 5 0 ℃ ,1 0 M P a
C H 2O H O
浓 N a O H
C H O
C H 2 O H + C O O H
O
O
O
O 2
C H O
O
V 2 O 5 , M o 2 O 3
C O O+C O 2
C O
O
(3) 应用 ❖良好的溶剂； ❖许多药物和工业产品的原料。
❖吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感； ❖由于这些五元杂环容易被破坏，稳定性差，因而对试 剂及反应条件应有所控制。
❖卤代： N H O
Br2 0℃
Br
Br
Br
Br
N
H
Br2 0℃
Br O
B r2
S
25℃
B r S
❖硝化： 由于环的稳定性差，在强酸或强氧化剂的作用下环
被破坏，不能用混酸硝化。因此，应在较低的温度下， 使用温和的硝化剂乙酰硝酸酯。
4 N3
5
N2
O
1
1,2,3-噁二唑 1,2,3-oxadiazole
N
CH3
N H
4-甲基咪唑 4-methylimidazole
❖有些稠杂环化合物的原子编号是固定的。
5 6
7 8
4 3
N2
1
6
异喹啉
1N
2
isoquinoline
N
3
5 N7
8
4 N9 H
(3) 取代基与母体
嘌呤 purine
当环上连有烷基、硝基、卤素、羟基、氨基等基团时，以
②杂原子是sp2杂化，未成键电子对在2p轨道上，参 与共轭。
❖由于6个π电子分布于5个原子上，整个环的π电子几 率密度比苯大，是富电子芳环，因而比苯环活泼，亲 电取代反应比苯快得多。
❖芳香性顺序： 噻吩 > 吡咯 > 呋喃 电负性： S 2.6 N 3.0 O 3.5 离域能/kJ·mol-1： 苯 噻吩 吡咯
❖含有一个杂原子的单杂环，让杂原子的位号尽可能小， 其次考虑取代基；编号也可使用希腊字母。
CH3
N
3-甲基吡啶 β 3-methylpyridine
CHO O
2-呋喃甲醛 α 2-furaldehyde
❖含有两种以上杂原子时：
①让杂原子的位号尽可能小；
②当两个杂原子不相同时，按O,S,NH(NR),N顺序 依次编号
５ 卟啉化合物
CH CH2 CH3
CH3 NN
Fe
CH3
N
N
CH CH2 CH3
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
呋喃
150.3 117
87.8 66.9
ຫໍສະໝຸດ Baidu
❖具有共轭二烯烃结构，呋喃可以进行双烯合成反应。
２ 呋喃、吡咯、噻吩的性质
(1) 主要物理性质和鉴别 ❖呋喃：与盐酸浸过的松木片反应，显绿色。 ❖吡咯：与盐酸浸过的松木片反应，显红色。 ❖噻吩：在硫酸存在下和吲哚醌作用，显蓝色。
O NO H
吲哚醌
(3) 亲电取代反应 ❖π电子云密度比苯环大。
C O C H 3 O
O
H 2 N i o r P d
O
(4) 加成反应
❖催化加氢：
H2
N
Ni or Pd
N
H
H
H2 , Ni
H2 , Ni
S
S
S
O+
C O
30℃
O
C O
O
C O O
C O
❖双烯合成： 呋喃与顺丁烯二酸酐很容易加成，噻吩较难，吡咯一
般不发生双烯合成。
3 硝化
O2N
S
CH3
(5) 吡咯的弱酸性和弱碱性
嘌呤 purine
+
O
C l－
苯并吡喃盐 benzopyran
２ 命名
(1) 杂环母核 ❖音译法：按照IUPAC推荐的普通名称，用2~3个汉字音 译，使用带口字旁的同音汉字。
❖系统命名法：根据相应的碳环命名。
O
呋喃
氧杂-2,4-环戊二烯 （茂） oxacyclopent-2,4-diene
(2) 编号
❖碱性：苯胺>吡咯
酸性：苯酚>吡咯>醇
4
溴
化
NO 2
S
Δ
+K O H （ 固 ） N
－
N
+H 2O
H
K +
60转吡啶
３ 糠醛及其衍生物
(1) 制法
H O C H C H O H
H C H C H C H O
O H O H
H 2 S O 4
Δ
C H O O
CHOKM nO 4 , OH－
COOH
O
O
O
O
O
N H
❖芳香杂环：
O
S
N
１ 分类
❖单杂环：
N
O
呋喃 furan
N
S
噻唑 thiazole
N H
咪唑
imidazole
N H
吡咯 pyrrole
N
吡啶 pyridine
S
噻吩 thiophene
N
N
嘧啶 pyrimidine
❖稠杂环：
N
喹啉 quinoline
N H
吲哚 indole
N
N
NN H
H
H吡 啶
N O 2
C H 3C O O ON O 2
O
❖磺化： N H O
+_ NSO 3
+_ N S O 3
N SO 3H H OS O 3 H
+RM gBr N H
+ RH N M gBr
❖酰化：
+(C H 3C O )2O150～ 200 ℃
C O C H 3
N
N
H
H
O+ (C H 3 C O )2 O－ 1 B 0 F ℃ 3
有机化学杂环化合物
教学目标
杂环化合物的分类和命名； 五元、六元杂环化合物的结构和芳香性及化学性质； 了解生物碱、毒品的种类与危害。
教学重点
杂环化合物的命名原则； 呋喃、吡咯、噻吩、吡啶。
教学难点
杂环化合物的命名原则； 五元、六元杂环化合物的结构与芳香性。
❖常见的杂原子：O、N、S。 ❖非芳香杂环：
N
CH 3COONO2
(CH3CO)2O,－ 10℃ N
NO2
H
H
S
C H 3C O O N O 2
(C H 3C O )2 O ,－ 1 0℃ S
N O 2
❖呋喃比较特殊，先生成稳定的或不稳定的2,5加成产 物，然后加热或用吡啶除去乙酸，得到硝化产物。
C H 3C O O N O 2
H
O － 30～ － 5℃ O N O 2 +
杂环为母体；当环上连有羰基、羧基、磺酸基时，杂环做
取代基。
命名或写出结构式
１N CH3
N-甲基吡咯
２
CH3
N H
３-甲基吡咯
３
CHO
O
2-呋喃甲醛
４
COOH
N
３-吡啶甲酸
５ β-羟基吡啶
OH N
６ 2-噻吩磺酸 S SO3H
１ 呋喃、吡咯、噻吩的结构
sp2杂化
六元环结构
❖结构特点： ①杂原子共轭效应是供电子的，诱导效应是吸电子的。
吸电子诱导-I：O(3.5) > N(3.0) > S(2.6)， 供电子共轭+C：N > O > S， 综合：贡献电子N最多，O其次，S最少。 ❖亲电取代反应的活性为：吡咯>呋喃>噻吩>苯； ❖取代反应主要发生在α-位上。
❖噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易加成；
❖呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数亲电试剂发生 亲电取代，但在强亲核试剂存在下，能发生亲核加成；