第十四章杂环化合物优秀课件
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第14章杂环化合物和维生素ppt课件
吡啶衍生物
C O O H
C ONH2
N
N
烟酸
烟酰胺
C ONHNH2 N
异烟肼
即维生素PP，是B族维生 素之一，它能促进组织新 陈代谢，体内缺乏时能引 起粗皮病。
又称“雷米封 (Rimifon)”， 是治疗结核病 的良好药物。
三、嘧啶及其衍生物
4
5
3
6
2
1
环上电子云密度比吡啶更低, 亲电取代更困难
2、键长的平均化程度较差
139pm
3、
Π
6 5
,环上电子云密度比苯环大, 亲电取代活性更高
二、吡咯、呋喃和噻吩的化学性质
（一）吡咯的酸碱性
吡咯的碱性？ (N孤电子对接受H+的能力)
吡咯的酸性？ (N孤电子对参与共轭, N-H键极性增强)
+ KOH N H
N K+
+ H2O
（二）亲电取代反应
1、亲电取代的难易程度? 原因? 2、取代位置?
Classification ：
按杂原子数目分:
一个、两个或多个杂原子的杂环
按环的形式分:
单杂环和稠杂环
按环的大小分:
五元杂环和六元杂环
小于五元或大于六元的杂环??
4
3β
5
1
N H
2α
吡咯(pyrrole)
五元杂环
4
3β
5 S 2α 1
噻吩(thiophene)
4
3β
5
2α
O
1
呋喃(furan)
易溶于水, 弱碱性(pKb=11.30)
嘧啶衍生物
NH2 N
O H
N
O
杂环化合物hPPT课件
N
1、吡咯的结构特点
H
（1）杂化方式： sp2
p
sp2 p
C：
C：
吡啶
sp2 p 吡咯
sp2 p
N：
N：
同： 成环的C、N原子均为sp2杂化 异： 吡啶N：孤电子对处于sp2杂化轨道中
吡咯N：孤电子对处于未杂化的p轨道中 •39
（2）成键方式： e
吡啶：
● ●
●
●
●
吡咯：
●
●
N● ●
●
e
●
●
●
●●
C H = C H2 N
奎宁 （抗疟疾药）
N
CH3
H3CO
α
合成原料应选择：
Nβ
4-甲基-6-甲氧基喹啉
NH2
+ OCH3
β αO CH2=CH-C-CH3
H3CO
NO2
浓H2SO4
H3CO
CH3
N •32
HOOC 例4： 以苯为起始物合成：
N C6H5
合成路线：
CH3Cl AlCl3
CH3
HNO3 H2SO4
① 与质子酸的成盐反应：（无机强酸）
反应：
+ HCl
N
② 与Lewis酸的成盐反应：
+
N
H
Cl -
反应： N + SO3
+
N
–SO-3
N • SO3
N-磺酸吡啶 （温和的非质子磺化剂）
N + CrO3
+
N
–CrO-3
N • CrO3
N-铬酸吡啶
（温和的非质子氧化剂） •15
（3）吡啶芳环的亲电取代反应
有机化学课件：第十四章杂环化合物和维生素
O
N H
次黄嘌呤
黄嘌呤
N N H
尿酸
O HN ON
H
H N
N H
O
黄嘌呤（2,6-二羟基嘌呤），存在酮式-烯醇式互变异构
H ON
NHNNH NhomakorabeaO
HO N N
N
N
H
OH
咖啡因 具有利尿和 O
CH3 NN
兴奋中枢
N
N
神经作用 H3C
O
CH3
O
HN
NH
O NH NH O
尿酸
酮式（为主）
OH
6
1N
5
N7
2
4
8
反应活性部位有何不同？ 3. 核酸中存在的嘧啶衍生物有哪些？嘌呤衍生物呢？ 4. 什么是维生素？维生素是如何分类的？ 5. 对人体重要的维生素有哪些？其生理功能分别有何表现？
第十四章 杂环化合物和维生素
主要内容：重点学习杂环化合物的结构、命名、典型性质； 了解磺胺类药物、维生素的结构和功能。
由碳原子与其它原子（O，S，N 等）组成的具有一定程度芳香 性的稳定的环状化合物叫杂环化合物。（属非苯型芳烃）
2. 有几个相同杂原子时，一般从连氢的杂原子开始编号，
并使杂原子的位置数字之和最小。
3. 有几个不同杂原子时，按 O→S→-NH → =N 顺序编号。 4. 少数稠杂环有特定的编号方法，与上述规则不相符合。
呋4
3
喃5O 2
1
4
5
3
6
2
N
1
吡啶
4 N3
5
2
N H
1
咪唑
43
5
2
S
大学有机化学课件第十四章 杂环化合物
将杂环化学化合物的分类作简单介绍，在五元杂环和六元杂环中重点讨论吡咯和吡啶的 化学性质，同时讲述安息香缩合和斯克劳普合成法作为次重点，将命名和化学性质让学生反 复练习；将生物碱的一般性质和提取方法留给学生自学。 参考书：
邢其毅主编 基础有机化学 下册 高等教育出版社 1983 年 花文廷编著 杂环化学 北京大学出版社 1995 年
青霉素 V
磺胺噻唑（ST）是磺胺类药物的一种，用作肠道消炎药。2-巯基苯并噻唑是一种重要的 橡胶硫化促进剂。
H2N
N
SO2NH
S
磺胺噻唑
N SH
S
2-巯基苯并噻唑
第三节 六元杂环
一、吡啶的结构和性质
1．吡啶的结构 在吡啶分子中，碳原子与氮原子均以sp2杂化，形成了六个σ链，每个原子还均有一个
含一个电子的p轨道，相互交差形成一个闭合的共轭体系，此体系的π电子数为 6，符合 4n+2 规律，故具有芳香性，但是氮原子上还有一个sp2杂化轨道上有一对未成键电子，易与质子 结合，所以吡啶具有碱性。吡啶的pKb=8.75，碱性比苯胺（pKb=9.40）强。
O
CHO Zn4O0-0。CCr2O3
H2 , Ni O
O
呋喃
四氢呋喃（THF）
五、噁唑、噻唑、咪唑和吲哚的性质
N
N
N
O
S
N H
N H
噁唑
噻唑
咪唑
吲哚
(oxazole)
(thiazole)
(imidazole)
(indole)
以咪唑为例来讨论含二个杂原子的五元环的结构，咪唑环上五个原子都采用sp2杂化，
糠醛
糠醛是重要的化工原料，它的主要反应和用途有：
邢其毅主编 基础有机化学 下册 高等教育出版社 1983 年 花文廷编著 杂环化学 北京大学出版社 1995 年
青霉素 V
磺胺噻唑（ST）是磺胺类药物的一种，用作肠道消炎药。2-巯基苯并噻唑是一种重要的 橡胶硫化促进剂。
H2N
N
SO2NH
S
磺胺噻唑
N SH
S
2-巯基苯并噻唑
第三节 六元杂环
一、吡啶的结构和性质
1．吡啶的结构 在吡啶分子中，碳原子与氮原子均以sp2杂化，形成了六个σ链，每个原子还均有一个
含一个电子的p轨道，相互交差形成一个闭合的共轭体系，此体系的π电子数为 6，符合 4n+2 规律，故具有芳香性，但是氮原子上还有一个sp2杂化轨道上有一对未成键电子，易与质子 结合，所以吡啶具有碱性。吡啶的pKb=8.75，碱性比苯胺（pKb=9.40）强。
O
CHO Zn4O0-0。CCr2O3
H2 , Ni O
O
呋喃
四氢呋喃（THF）
五、噁唑、噻唑、咪唑和吲哚的性质
N
N
N
O
S
N H
N H
噁唑
噻唑
咪唑
吲哚
(oxazole)
(thiazole)
(imidazole)
(indole)
以咪唑为例来讨论含二个杂原子的五元环的结构，咪唑环上五个原子都采用sp2杂化，
糠醛
糠醛是重要的化工原料，它的主要反应和用途有：
第14章 杂环化合物ppt课件
O
=
+
3 CO 2
N A C 2 O O c H 0 ℃ S
+
N 2O
N 2O
S
2-硝基噻吩（主）
32
32
A c O N O 2 H
H
吡 啶
4O1-5 --3 0 o CA c O 4O1N O 2 5 ℃
O N O 2
2-硝基呋喃
呋喃的硝化比较特殊,相当于先进行1，4—加成, 然后再加热或用吡啶除去乙酸,得到硝化产物。
一、杂环化合物的定义、分类与命名
O
O
环氧乙烷
N H
O O
O
O
N
H
O
氮杂环丙烷 γ-丁酸内酯 γ-丁内酰胺 马来酸酐
这些化合物中虽然含有杂原子，但不稳定 易开环，性质类似于开链化合物。习惯上认为 的杂环化合物是：
定义：含有杂原子，具有芳香性或一定程度稳 定性的环状化合物叫杂环化合物。
一、杂环化合物的定义、分类与命名 （二）杂环化合物的分类和命名
Na或K
N
或浓NaOH
H
N K+
+ C H 3M gI
N H
N
M gI
+ C H 4
吡咯可将格氏试剂分解，说明分子中有酸性氢。
3.吡咯的特殊性质 （2） 吡咯的偶联
+ N N N H
S3 H O
N N N H
S3 H O
呋喃和噻吩不能偶联，说明吡咯环电子密度高。
（三）吡咯的重要衍生物(P.306)
（三）吡咯的重要衍生物 P.306
1.血红素
CH CH2
H3C H3C
NN Fe
NN
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。
十四章杂环化合物ppt课件共80页文档
当 a 或 位有其它离去基团时，反应易发生
NaOH N Cl
机理：
异构化
N OH
NO H
a-吡 啶 酮
（仍有芳香性）
NO H
N Cl OH
OH
-C l
N Cl
N OH
其 他 制 备 a-吡 啶 酮 的 方 法
NaNH2
(1)NaNO2, HCl
N
N
NH2 (2)H2O,
异构化
N OH
NO H
(4) 氧化和还原反应 • 氧化在侧链上
N(CH3)3
发烟 HNO3 / 发烟 H2SO4
NO2 N
取代在 b 位 NO2
N(CH3)3
其它反应现象
Friedel-Crafts 反应
无反应发生
浓 H2SO4 / HgSO4
SO3H
N
220oC
N
Br2 / 浮石 300oC
Br N
环上有给电子基时反应相对较易进行
KNO3 / 浓H2SO4
HgSO4催化，220 ℃
N
混酸 300 ℃
SO3H 吡啶 3 磺酸 N
解释原因: • 由吡啶的共振式分析:
N
N
N
N
N
N
结论: 1. 环上带正电, 不利 于亲电取代
2. b 位的正电荷密相 对较低
• 由取代反应的中间体稳定 性分析
1. 取代在 a 位
E
N
a位
E N
H
E N
H
E NH
-H+ NE
正电荷在电负性大的 原子上,不稳定
4 化学反应 (1) 氮原子上的反应
+ HCl N
杂环化合物ppt(完美版)
苯胺
..
NH H
吡啶
三乙胺
哌啶
了解 28
了解 2、与卤代烃、酰卤和酸酐的反应
+ CH3I .N.
(孤对电子) 亲核性
+ . I- 碘化N-甲
N CH3
基吡啶
季铵盐
异裂
易受亲核试 剂的进攻
29
2、与卤代烃、酰卤和酸酐的反应
+ PhCOCl reversible
.N.
可逆
+ . Cl- 氯化N-苯甲
掌握
呋喃
噻吩
吡咯
6
含两个杂原子的五元单杂环
吡唑 咪唑 咪唑较常用
恶唑 噻唑 异恶唑
熟悉
7
含一个杂原子的六元单杂环
熟悉
吡啶 2H-吡喃 含两个杂原子的六元单杂环
哒嗪 嘧啶 吡嗪 哌嗪
8
五元及六元稠杂环
吲哚
苯并咪唑
喹啉
异喹啉
嘌呤
熟悉
9
有特定名称杂环母核的编号说明： • 对于单杂环母核，从杂原子开始编号，使 取代基位次最小。
N
酰基吡啶
O CPh
吸电子能力： R4N + > Cl -
正电性增强，易 发生亲核加成
用途： N-酰基吡啶是比酰氯、酸酐更好的酰化剂。
了解
30
3、亲电取代反应 了解
作为 “缺π” 芳杂环，吡啶需较剧烈的条件下进 行，取代基进入β位，但不发生傅-克反应。
（傅-克反应）
α，γ位不发生亲电取代反应。
31
2-乙酰基呋喃 α,α’-二甲基呋喃 熟悉
10
• 若同一环上有多个杂原子，按 O、S 、-NH- 、 -N= 顺序编号，使其他杂原子位次尽可能小。
第十四章杂环化合物与生物碱
25 1
N H
54
β
3
5 6
6 7
12 α
7 8
N
H
γ
43 β
5
6 12 α N
γ
43β
2
1α N
N
6 1
5
23 4
N
N
7
8 9
N H
第十四章 杂环化合物和生物碱
第一节 杂环化合物 目录△
（三）杂环化合物的命名
O2N S
2 - 硝基噻吩 α - 硝基噻吩
CH3
N 4 - 甲基吡啶 β - 甲基吡啶
2. 系统命名法
系统命名法是在碳环名称前加上杂原子的名称，称为：×杂×× 例如：吡啶的系统名称为：氮杂苯 or 氮苯
（二）杂环母核的编号规则
1. 单个杂原子杂环 2. 多个杂原子杂环 3. 苯稠杂环 4. 稠杂环
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
β4 3β α 51 2α
O
N3 4
4
C H2C H3
Mg
CH3 H
8
N
N 5 CH3
7
6
H2C
H H
O
H 2C C O O C H 3 叶绿醇基
OC O
叶绿素
R= C H3 R= C HO
C6H5
S N
5 - 苯基噻唑
N OH 8 - 羟基喹啉
Br
N
N
H2N
N
N NH2 H
2 , 6 - 二氨基 - 6 - 溴嘌呤
N
N
CH3
β -[2-（N-甲基吡咯烷基）]吡啶
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
N H
54
β
3
5 6
6 7
12 α
7 8
N
H
γ
43 β
5
6 12 α N
γ
43β
2
1α N
N
6 1
5
23 4
N
N
7
8 9
N H
第十四章 杂环化合物和生物碱
第一节 杂环化合物 目录△
（三）杂环化合物的命名
O2N S
2 - 硝基噻吩 α - 硝基噻吩
CH3
N 4 - 甲基吡啶 β - 甲基吡啶
2. 系统命名法
系统命名法是在碳环名称前加上杂原子的名称，称为：×杂×× 例如：吡啶的系统名称为：氮杂苯 or 氮苯
（二）杂环母核的编号规则
1. 单个杂原子杂环 2. 多个杂原子杂环 3. 苯稠杂环 4. 稠杂环
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
β4 3β α 51 2α
O
N3 4
4
C H2C H3
Mg
CH3 H
8
N
N 5 CH3
7
6
H2C
H H
O
H 2C C O O C H 3 叶绿醇基
OC O
叶绿素
R= C H3 R= C HO
C6H5
S N
5 - 苯基噻唑
N OH 8 - 羟基喹啉
Br
N
N
H2N
N
N NH2 H
2 , 6 - 二氨基 - 6 - 溴嘌呤
N
N
CH3
β -[2-（N-甲基吡咯烷基）]吡啶
第十四章 杂环化合物和生物碱 第一节 杂环化合物 目录△
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70%
30%
α-位为吸电子基——较远的β位取代
O
SN
O
O2N
S NO2
HNO3
S
+ NO2
O2N
S
NO2
85%
15%
上海交通大学化学化工学院
β位有供电子基——相邻的α位取代
Br S
H N O 3 /Ac2O
Br S N O 2
Br
S
β位有吸电子基——较远的α位取代
C H 2 R
O O
R H 2 C
O
R
（2）1，4加成反应
B r 2 / C H 3 O H
C H 3 O H
O
H 3 C O O B r
H 3 C O O O C H 3
上海交通大学化学化工学院
6、吡咯的酸碱性
KOH
N
N-
H
K+
上海交通大学化学化工学院
碳原子上的电子云密度大于苯环，因而亲电取代比苯容易。 芳香性：呋喃 <吡咯<噻吩 < 苯（离域能，电负性解释）
上海交通大学化学化工学院
2、亲电取代 (α-位)
（1）卤代
I2, K I N H
C l2
O
- 40oC
I
I
IN I H
O Cl
B r2 S C H 3C O O H , 0oC
N
250M Pa
H
O
THF是常用的非质子 溶剂，bp:650C
N H
H 2 /M oS 2
S
S
H 2 RSRR a n e y N i
R
R + N iS
上海交通大学化学化工学院
4、作为共轭二烯的性质
（吡咯、噻吩较难）呋喃芳香性最差
O+
O
O
30℃ O
C O O H
B r2
S
C H 3C O O H
C O O H
B r S
S
O C
OH
H N O 3 ON O 2
O 2 NON O 2 呋喃例外
上海交通大学化学化工学院
3、加成----加H2
O
H 2/ N i 100M P a
H2/ Ni
第十四章杂环化合 物
杂环化合物： 组成环的原子除C原子之外，还有 O、S、N 等其它杂原子的化合物。
一、分类和命名
非芳香性：
O O
芳香性：
H NCO
H N
• 单杂环编号时，总是以杂原子为“1”位，依次为1，2，3……或将
与杂原子相邻的碳原子编为α，β，γ……
O funan
N H
pyrrol
4β 3β
CH3
• 含有不同杂原子时，按 O、S、N 的次序编号：
4 N3
5S 2 1
噻唑（thiazole）
4 N3
5O 2 1
噁唑(oxazole)
上海交通大学化学化工学院
• 稠杂环：（一般按稠杂芳烃的规则编号）
54
6
3
7
N2
81
喹啉
8 7
H N9 1
上海交通大学化学化工学院
（3）磺化
吡咯,呋喃对强酸敏感，需要较缓和的磺化剂，如：SO3-吡啶
S O 3 .C 5H 5N
N H
N H
S O 3H
S O 3 .C 5H 5N
O
O SO3H
S O 3 .C 5H 5N
除去石油和粗苯
S
S S O 3H 中的噻吩
O
CN
S
O
O O
S+ CN
CN CN
呋喃可使浸过盐酸的松木片显绿色。
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5. 呋喃的特殊反应 （1）酸性开环
H 2 O /H + ROR
R
R
O O
H 2 O /H + R H 2 CO C H 2 R
（4）付克酰基化：（烷基化产率较低，选择性差）
(C H 3C O )2O
N H
150oC
N H
C O C H 3 不要催化剂
(CH3CO)2O
O
B F 3.(C 2H 5)2O
O COCH3
较弱的Lewis酸
(C H 3C O )2O
S
SnCl4, 25oC
S COCH3
较弱的Lewis酸
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（5）环上已有取代基对亲电取代取向的影响
α位为供电子基——另一α位取代
S
CH3
HNO3 /Ac2O S CH3 (AcONO2)
+ O2N S CH3
NO2 S CH3
54
6
7 8
3 N2 1
N O
异喹啉
异噁唑
标氢――母环被部分还原
4
3
3
2
N
1
3H-吡咯
2 O 1
4－吡喃
3 2
1 N
3H-吲哚
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二、含一个杂原子的五元环
1、结构
N H
sp2杂化，Π56 , 由于环中杂原子以共用电子对参与共轭，使环内
S Br
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当α位都被占据后，亲电取代也可以在β位：
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亲电反应活泼性：
上海交通大学化学化工学院
5α
2α
S
1
thiophene
4γ
5β
3β
6α
2α
N
1
pyridine
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• 如有两个或两个以上相同的杂原子时，要使连有氢的或 取代基的杂原子为1号，并使其余杂原子的编号尽可能最小。
4 N3
4
3
5
2
N 1 咪唑 H
5
2
N1
N-甲基咪唑
（2） 硝化
N H
HNO 3, (CH3CO )2O -10oC
HNO 3, (CH3CO )2O
O
-10oC
N H
NO2
O NO2
HNO 3, (CH3CO )2O
S
-10oC
S NO2
吡咯和呋喃在强酸作用下容易开环生成聚合物，噻吩用混酸硝化时 反应太猛烈，因而硝化反应一般在低温和乙酐溶液中进行。
2
6 5
3
4
咔 唑 (carbazole)
特例
9 8
7 6
1 0
N
1
2
N
3 (吩 嗪 p h en azin e)
54
67
1N 5N
8
2 N4N 9 3H
(嘌 呤 p u rin e)
上海交通大学化学化工学院
某些母环与特定的母环仅杂原子位置不同-----“异”