有机化学-杂环化合物PPT课件
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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】杂环化合物【课件PPT】
NN
O + Br2 0 OC
O Br 80%
S
95% H2SO4
25oC
S
SO3H (69~76%)
21
+ Ac2O
N
乙酸酐
H
N H
CH3 O
吡咯和呋喃遇强酸时, 杂原子能质子化, 使芳香大 键破坏, 所以不能用强酸进行硝化和磺化反应, 需选用较温和的非质子性试剂。例如吡咯硝化需 用硝酸乙酰基酯。
1N 6 5
7
N
2
N
3
4
NH9
8
嘌呤
嘌呤是由咪唑和 嘧啶两个杂环稠 合而成。
23
6
1N 5
7
N
2
8
N
3
4
NH9
9H-嘌呤
N Quinoline
6
1N 5
7
NH
2 N4 N 8
39
7H-嘌呤
N Isoquinoline
CH3O
CH3O
N
罂粟碱
OCH3
OCH3
24
水溶度： ∞ 1:1
1:1
微溶
答: 吡啶能与水形成氢键。羟基或氨基取代的 吡啶因分子间氢键的形成而降低了水溶度。
14
2. 碱性：吡啶环 N 原子的孤电子对处于sp2杂化 轨道上，而一般脂肪胺N上的孤电子对处于sp3杂化 轨道。前者碱性较弱 (pKb=8.8) 。
+ HCl N
+ Cl N H
碱性比较：脂肪胺 >>
N N Pyridazine
哒嗪
N
N Pyrimidine
嘧啶
N
N Pyrazine
杂环化合物PPT课件
.
8
二、六员杂环的结构
1.吡啶的结构 吡啶的构造式可表示为:
或
N
N
• 吡啶环上的C与 N原子均为sp2
杂化, 各提供一个 p-电子, 共有6
个(4n+2) p电子相互重叠, 形成 环状封 闭的共轭体系, 具有芳
NN H
香性. N原子sp2杂化轨道有未成
键电子对，可与质子结合, 具有
碱性.
• sp2-N吸电子能力较sp2- C强, 故吡啶为缺电子体系.
Br2, 0℃
O Br O O
C l2
+
O -40℃ O C l C l O C l
80%
吡咯卤化常得四卤化物，唯有2－氯吡咯可直接卤化制
得。
Br
Байду номын сангаасBr
Br N Br H
Br2, 0℃
SOCl2 (1 mol)
EtOH
N
H
Et2O, 0℃
N Cl H 80%
.
12
(2) 硝化
呋喃、噻吩和吡咯通常用较温和的硝化试剂－硝酸乙酰 酯在低温下进行反应；
§12-1 杂环化合物的简介
在环上含有杂原子(非碳原子)的有机物称为杂环化合物。
一、 脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。
三元杂环
O
(环氧乙烷)
H
N (氮杂环丙烷)
四元杂环
O
(β-丙内酯)
O O
O
(β-丙内酰胺)
NH
五元杂环
O (顺丁烯二酸酐)
O
七元杂环
(氧杂 )
O
(1H-氮杂 )
N H
.
1
OO
O
S017 第十七章 杂环化合物 有机化学 教学课件
❖杂环化合物，是指环状化合物中构成环的原子除碳原 子外，还有其他原子的化合物。
❖常见的杂原子：O、N、S。
O
非芳香杂环：
O
O
N
H
芳香杂环：
O
S
N
2 杂环化合物的命名
❖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。
N H
氮杂-2,4,6-环庚三烯
3 呋喃、吡咯、噻吩、吡啶的性质
(1) 亲电取代反应
❖呋喃、吡咯、噻吩具有芳香性，能进行卤代、硝化、 磺化等亲电取代反应，且反应的速度比苯快得多，发生 反应时取代基优先进入α-位。
H2SO4, 25℃
SO3H
S
S
α-噻吩磺酸
❖呋喃和吡咯对及氧化剂都比较敏感，应使用特殊的试 剂乙酰硝酸酯进行硝化，使用吡啶三氧化硫进行磺化。
戊糖 碱基
磷酸
❖脱氧核糖核酸(DNA)中的戊糖是脱氧核糖，核糖核 酸(RNA)中的戊糖是核糖。 ❖RNA中的碱基是胞嘧啶、脲嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤；
❖DNA中的碱基是胞嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤。
(1) 戊糖：
CHO OH OH OH
C H 2O H
D-核糖
CHO
OH OH C H 2O H
D-2-脱氧核糖
4 N3
5
N2
O
1
1,2,3-噁二唑
❖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
异喹啉
6
1N
2
N
3
5 N7
8
4
N H
9
嘌呤
❖常见的杂原子：O、N、S。
O
非芳香杂环：
O
O
N
H
芳香杂环：
O
S
N
2 杂环化合物的命名
❖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。
N H
氮杂-2,4,6-环庚三烯
3 呋喃、吡咯、噻吩、吡啶的性质
(1) 亲电取代反应
❖呋喃、吡咯、噻吩具有芳香性，能进行卤代、硝化、 磺化等亲电取代反应，且反应的速度比苯快得多，发生 反应时取代基优先进入α-位。
H2SO4, 25℃
SO3H
S
S
α-噻吩磺酸
❖呋喃和吡咯对及氧化剂都比较敏感，应使用特殊的试 剂乙酰硝酸酯进行硝化，使用吡啶三氧化硫进行磺化。
戊糖 碱基
磷酸
❖脱氧核糖核酸(DNA)中的戊糖是脱氧核糖，核糖核 酸(RNA)中的戊糖是核糖。 ❖RNA中的碱基是胞嘧啶、脲嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤；
❖DNA中的碱基是胞嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤。
(1) 戊糖：
CHO OH OH OH
C H 2O H
D-核糖
CHO
OH OH C H 2O H
D-2-脱氧核糖
4 N3
5
N2
O
1
1,2,3-噁二唑
❖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
异喹啉
6
1N
2
N
3
5 N7
8
4
N H
9
嘌呤
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。
第十六章--杂环化合物ppt课件
- 0 .0 4
- 0 .0 6
0
0
0
- 0 .0 3
O
+ 0 .1
S
+ 0 .2 0
- 0 .0 6
- 0 .1 0
N H
+ 0 .3 2
五元杂环具有芳香性，但其芳香性不
如苯环，因环上的π电子云密度比苯环大，
且分布不匀，它们在亲电取代反应中的速率
也比要苯快得多。
亲电取代反应的活性为：
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯，主要进入α-位。
BuLi
O
Br(CH2)3Br
H3C O
(CH2)3Br
2．加氢反应
H 2 , Ni or Pd O
H 2 , Ni or Pd N H
H 2 , Ni
S
四 氢 呋 喃 ( THF ) O
四氢吡咯 N H
不 能 用 Pd 催 化
S
因 噻 吩 能 Pd 使 中 毒
3．呋喃、吡咯的特性反应 （1）呋喃易起D-A反应
3．糠醛的用途
O O CH C O
OH
糠醛是良好的溶剂，常用作精练石油的溶剂， 以溶解含硫物质及环烷烃等。可用于精制松香，脱 出色素，溶解硝酸纤维素等。糠醛广泛用于油漆及 树脂工业。
（二）吡咯的重要衍生物
最重要的吡咯衍生物是含有四个吡咯环和四 个次甲基(-CH= )交替相连组成的大环化合物。其取 代物称为卟啉族化合物。
2、 咪唑上有两个N，烷基化反应首先在吡啶N上发生 一 烷基化产物经互变异构又产生一个吡啶N，可进 一步产生二烷基化产物，因此咪唑烷基化时经常得 到一烷基化产物和二烷基化产物；
N C 3 I H N C 3 H N C 3 H -+ H N C 3
杂环化合物PPT课件
R3 C O
CH
R2
X
COOC2H5
pyridine
+
CH2
O C R5
R3
COOC2H5
R2 O R5 Feist-Benery Reaction
H2N-R1
R3
COOC2H5
R2 N R5 Hantzesch Reaction R1
杂环化合物的合成
1、五元杂环化合物的合成
• 吡咯和呋喃的一般合成方法
OH
R
NNO
HO OH
NH N
O
N R = -CH2OH, -CHO, -CH2NH2
维生素B2
维生素B6
OS
H N
O N HO
OH
维生素H
食品中的杂环化合物
食品中的杂环化合物
食品中的杂环化合物
二、杂环化合物的合成
杂环化合物的合成
• 杂环化合物的重要不仅仅在于药物中的应用 • 据统计，在现今已知的有机化合物中，杂环
杂环化合物
一、药物与杂环化合物
药物中的杂环化合物
药物中的杂环化合物
天然存在的青霉素
药物中的杂环化合物
•常用喹诺酮类抗菌药
OO
N
OH
HN
N NN
吡哌酸
F
HN N
OO OH
N
环丙沙星
药物中的杂环化合物
C6H5 C6H5 N N
Cl
克霉唑
• 唑类抗真菌药
Cl Cl
N N
O N
Cl
Cl
昔康唑
药物中的杂环化合物
杂环化合物的合成
1、五元杂环化合物的合成
• 吡咯和呋喃的一般合成方法 • A、[2+3]型环合反应 • 可以有三种方式，但共同之处在于：采用含
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• 环系中可含一个、两个或多个相同或不同的杂原子。
•环可以有三元环、四元环、五元环、六元环或更大，可 以是稠合的环。
• 杂环化合物种类繁多，约占全部已知有机化合物的
三分之一。
.
3
• 已经学过的杂环化合物：
• 本章介绍的是具有不同芳香性的杂环化合物 （简称芳杂化合物）。
.
4
17.1 杂环化合物的分类和命名
（1）呋喃的制备
ZnO-Cr2O3-MnO2
• 实验室采用糠酸加热脱羧制得：
.
23
（2）化学性质 呋喃具有芳香性，较苯活泼，容易发生取代反应；还有 一定程度的不饱和化合物的性质(发生加成反应)。
（A）取代反应—— 位取代
吡咯与SO3的络合物 .
24
傅-克酰基化反应 （B）加成反应 呋喃具有共轭双键的性质(双烯合成)
•在催化剂作用下,呋喃加氢生成四氢呋喃 (优良的溶剂和有机原料):
.
25
二、 糠醛—-呋喃甲醛
（1）糠醛的制法 （麦杆、花生壳、甘蔗渣等含多缩戊糖的物质）：
.
26
（2）性质和用途
糠醛在醋酸存在下与苯胺作用显红色—检验糠醛； 糠醛可发生银镜反应； 糠醛具有一般醛基的性质：
.
27
糠醛为没有-氢的醛，其性质与苯甲醛或甲醛相似： A：坎尼扎罗反应（歧化反应）
第十七章 杂环化合物
.
1
RO C HN O
S N
CH3 CH3
COOH
青霉素
H3CO N
H3CO
H3CO
OCH3
罂粟碱
COONa
O
O
H2 O H
N
CH2O C CH3
CCN
S
S
头孢菌素
HO H3C
CH2OH CH2OH
N
.
维生素B6
2
一般把除碳以外的成环原子叫杂原子，常见的杂原子 有O、S和N：
芳香性强弱的次序
• 苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
离域能：152 117 88
67 KJ/mol
取代反应活性的次序
• 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯
位电子 云密度 -0.10 -0.03 -0.06
0 (不一致)
.
18
（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
杂原子均 以 sp2 杂 化 （未杂化 的P上有1 电子参加 成环）
• 吡啶在发生亲电取代反应较苯困难，主要发生在位。
• 相对来说，吡啶较易发生亲核取代反应，取代基往往
进入位。
.
19
由于芳杂环中电子的离域作用，环中的单、双键与 孤立的单、双键不同，因此，可用下列式子表示：
• 也可用共振式的叠加来表示，如吡咯：
.
12
命名2：根据相应的碳环来命名。把杂环看作相应碳 环中的碳原子被杂原子取代而形成的化合物，命名时
在相应的碳环名称前加上杂原子的名称：
• 在没有误会的情况下，“杂”字可以省去。
.
13
碳环母核
重要的杂环
单
五 元
4
3
5 O2 S
4
3
N
N 5 S2
N N
杂 环
环戊二烯
1
1
呋喃 噻吩 吡咯 噻唑 咪唑
五个原子处于同一平面；有一个闭合的共轭体系。
杂原子均以 sp2 杂 化 （ 未杂化的P 上有2个电 子参加成环 ）
• 杂原子的未共用电子对参
加了芳香性的六电子体系的
形成。体系符合4n+2休克尔
规. 则。
16
• 芳香性程度的比较：
• 呋喃、吡咯、噻吩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大，故 比苯容易发生亲电取代反应. ，取代通常发生在-位1。7
N H (pyrrole) 吡咯
O (furan) 呋喃
S (thiophene)
噻吩
N
N
N
(pyrimidine) (quinoline)
嘧啶
喹啉
.
N H (indole) 吲哚
N (pyridine)
吡啶
N
N
NN H
(purine) 嘌呤 8
•编号： 带有取代基的杂环化合物，以杂环为母体，从杂原子 开始顺着环编号；当环上含有两个或以上相同的杂原 子时，应使杂原子所在位次的数字最小；环上有不同 杂原子时，按O、S、N的次序编号：
.
20
• 芳香族化合物的电荷分布：
• 环上碳原子电荷密度比苯大的称为多芳杂环，通常为 五元芳杂环；比苯小的，称为缺芳杂环，六元杂环。
.
21
•下列化合物哪些具有芳香性？
N有3个键的,如-NH-,则N为SP2（1,1,1）,剩余P=2电子(电子) N有2个键的,如-N=,则N为SP2（1,1,2）,剩余P=1电子(电子)
１.按杂环的大小分
五元杂环：
O
S
六元杂环：
N
.
N N
5
2.按杂原子的不同分
氧杂环：
O
O COOH
硫杂环：
S
氮杂环： N
N
.
6
3.按分子内所含环的数目分：
单杂环
O －CHO
N N
α－呋喃甲醛
咪唑
稠杂环
N
喹啉
N
吲哚
.
7
二、命名
1.音译法，即按照英文名称的译音，选用同音汉字， 在加上“口”旁以表示环状化合物。
杂
六
元
环
杂 环
苯
4
5
3
6 N2
1
5
N6 N
4 3
N
2
N
1
吡啶 哒嗪 嘧啶
.
N
N
吡嗪
14
杂环分类 碳环母核
稠
苯
杂 茚
环 蒽
重要的杂环
N
喹啉
N
异喹啉
N
吲哚
N
N
O
苯并呋喃
NN
H
嘌呤
8 7
91 2
6
N
3
5 10 4
吖啶
.
15
17.2 杂环化合物的结构与芳香性
（1）五元杂环化合物——呋喃、噻吩、吡咯的结构
.
10
4γ
5
3β
6 N 2α 1
CH3
SO3H
N
4-甲 基 吡 啶 γ -甲 基 吡 啶
N
4-吡 啶 磺 酸 γ -吡 啶 磺 酸
O
N
H
四 氢 呋 喃 ?
六 氢 吡 啶
醚
仲 胺
.
11
含有两个或以上的相同杂原子的单杂环衍生物，编号从连 有取代基（或氢原子）的那个杂原子开始，顺序定位， 使另一个杂原子的位次保持最小：
环上只有一个杂原子时，有时也把靠近杂原子 的位置叫位，其次为位，再次为位：
.
9β43β源自43α5 O
2α
5 S
2
1
1
43
5
2
N H1
CH3
3 4 CH3
O
H5C22 S1 5
CHO O
3 - 甲 基 呋 喃 β - 甲 基 呋 喃
4 - 甲 基 - 2 - 乙 基 噻 吩 2 - 呋 喃 甲 醛 α - 甲 基 - β - 乙 基 噻 吩α - 糠 呋 醛 喃 甲 醛
电子数=6
有芳香性
电子数=8
反芳香性
电子数=6
有芳香性
非共轭体系
无芳香性
电子数=6
有芳香. 性
电子数=6
有芳香性22
17.3 五元杂环化合物
一、呋喃
存在于松木焦油中，为无色液体，难溶于水，易溶 于有机溶剂。其蒸汽遇有被盐酸浸过的松木时，即 呈绿色（叫松木反应，鉴别呋喃的存在）。 工业上用糠醛（-呋喃甲醛）制备：
B：生成-呋喃丙烯酸
普尔金反应