有机化学高教第四版十七章杂环化合物公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

第十八章 杂环化合物(一)杂环化合物分类、命名和结构(二)五元杂环化合物及其化学性质(三)六元杂环化合物(四)稠杂环化合物（吲哚、喹啉）第1页第1页(一)杂环化合物分类、命名和结构(1)分类和命名(2)结构和芳香性(甲)五元杂环结构(乙)六元杂环结构 第2页第2页第十八章 杂环化合物 杂环化合物种类诸多，广泛存在于自然界中，与动植物生理作用及药物、染料等关系密切。(一一)杂环化合物分类、命名和结构杂环化合物分类、命名和结构 (1)分类和命名分类和命名 依据有无芳香性，可将杂环化合物分为非芳香性杂环和芳香性杂环。非芳香性杂环化合物含有与相应脂肪族化合物相类似性质。比如：通常，杂环化合物是指含有杂原子构成环、有一定芳香性通常，杂环化合物是指含有杂原子构成环、有一定芳香性环状化合物。环状化合物。第3页第3页常见杂环化合物下列：第4页第4页第5页第5页命名：命名：杂环化合物命名惯用音译法。比如：第6页第6页(2)结构和芳香性结构和芳香性(甲甲)五元杂环结构五元杂环结构 呋喃、噻吩、吡咯分子中所有原子共平面，含有与苯环类似结构。吡咯()：第7页第7页呋喃()：噻吩()含有与呋喃相同结构。第8页第8页杂原子上一对p电子与平面垂直，与未参与杂化p轨道平行，形成 56大键，这种大键由于含有6个电子，符合休克尔4n+2规则要求，因此它们含有一定芳香性（可发生环上亲电取代反应）；由于环上5 个原子共享6个电子，电子云密度比苯环大，发生亲电取代反应速度也比苯快得多。第9页第9页下列试验事实均阐明呋喃、噻吩、吡咯含有芳香性：键长数据 呋喃、噻吩、吡咯都含有一定程度键长平均化：注：普通CC键长0.133nm；普通CC键长0.154nm。第10页第10页 环流效应 它们核磁共振吸取均出现在低场：离域能数据 以上数据或试验事实阐明，芳香性：第11页第11页(乙乙)六元杂环结构六元杂环结构 吡啶中氮原子采用不等性sp2杂化：由于吡啶环中有6中心6电子大键，符合休克尔4n+2规则，因此吡啶环亦有芳香性。但由于键长未完全平均化，其芳香性不及苯。吡啶分子偶极矩数据(D7.410-30Cm)也表明吡啶分子中电子云不是完全平均分布。第12页第12页 吡啶环也有环流效应，阐明吡啶有芳香性：由于吡啶环中氮原子上一对孤对电子与苯环共平面（填入sp2轨道中），不参与环状共轭体系，因此这一对孤对电子很容易给出去从而表现出碱性。吡啶结构可用共振论表示为：第13页第13页(二)五元杂环化合物及其化学性质(1)亲电取代(2)加成(3)吡咯弱碱性和弱酸性(4)糠醛（呋喃甲醛）(5)颜色反应 第14页第14页(二)五元杂环化合物及其化学性质(1)亲电取亲电取代代 比苯快，新引入基上位。第15页第15页阐明：噻吩环芳性比呋喃环和吡咯环强，较稳定；噻吩环上电子云密度比苯环大，更容易磺化。第16页第16页利用磺化反应可分离苯和噻吩：第17页第17页付氏酰基化：第18页第18页(2)加成加成 第19页第19页(3)吡咯弱碱性和弱酸性吡咯弱碱性和弱酸性 吡咯分子中氮原子上即使带有孤对电子，但是由于其参与了环状56共轭，为整个环状共轭体系所共享，从而使氮上电子云密度减少，孤对电子难以给出去而表现碱性。因此，吡咯碱性很弱，甚至于大大弱于苯胺碱性。碱性：苯胺（Kb=3.810-10）吡咯（Kb=2.510-14）能与强酸成盐 不能与强酸成盐，遇酸分解 第20页第20页另一方面，吡咯有弱酸性：但是，吡咯（pKa=17）酸性非常小，甚至远远小于酚(pKa=10)。第21页第21页(4)糠醛（糠醛（呋喃甲醛）呋喃甲醛）命名：命名：最初由米糠与稀酸共热而得，故名糠醛。性质：性质：糠醛含有典型无H醛性质：第22页第22页第23页第23页(5)颜色反应颜色反应 第24页第24页(三)六元杂环化合物(1)碱性与亲核性(2)亲电取代(3)亲核取代(4)氧化与还原(5)其它第25页第25页(三)六元杂环化合物 由于氮上孤对电子与苯环共面，不参与环体系共轭，因此吡啶有碱性和亲核性，且碱性不小于苯胺：(1)碱性与亲核性碱性与亲核性 第26页第26页第27页第27页(2)亲电取代亲电取代 似硝基苯，新引入基上。可见：可见：氮氮原原子子上上电电子子云云密密度度大大，吡啶环上电子云密度小；吡啶环上电子云密度小；Nm-电子云密度比电子云密度比o-、p-大。大。因此：吡啶与苯相比较，吡啶不易发生芳环上亲电取代反应；假如吡啶发生芳环上亲电取代反应，新引入基上m-。第28页第28页第29页第29页(3)亲核取代亲核取代 第30页第30页(4)氧化与还原氧化与还原 第31页第31页问题：吡啶、吡咯、苯、哌啶四种化合物碱性强弱顺序？第32页第32页吡啶在有机化学中是一个惯用溶剂，它能溶解许多有机化合物和部分无机盐；吡啶及其衍生物在自然界分布较广，在药物中也常见吡啶及其衍生物：第33页第33页吡啶可由煤焦油中提取：第34页第34页(四)稠杂环化合物（吲哚、喹啉）(1)化学性质(2)喹啉及其衍生物制法 Skraup合成法 第35页第35页(四)稠杂环化合物（吲哚、喹啉）吲哚在自然界中广泛存在。（如天然精油及动物粪便中）吲哚乙酸是一个植物生长调整剂。8羟基喹啉是一个惯用金属离子络合剂，可与“较硬”离子如Al3+、Mg2+等络合。第36页第36页(1)稠杂环化学性质稠杂环化学性质 吲哚碱性与吡咯相称；喹啉碱性与吡啶相称。亲电取代在苯环，亲核取代在吡啶环：第37页第37页 苯环比吡啶环更稳定，加氢还原在吡啶环：第38页第38页(2)喹啉及其衍生物制法喹啉及其衍生物制法 Skraup合成法合成法 历程(以喹啉制备为例)：第39页第39页第40页第40页本章总结：本章总结：1、分子中有 ，环上电子云密度大 于 ，亲电取代反应活性不小于苯，新引入基上-位；2、分子中有 ，且电负性NC，环上电子 云密度小于 ，亲电取代反应活性小于苯，新引入 基上-位。第41页第41页3、化性似 ，碱性小于 ；化性似 ，碱性不小于 ；4、芳香性：5、碱性：第42页第42页