雜環(huán)化合物優(yōu)秀課件

1“雜環(huán)”就是組成環(huán)的原子除C外，還含有其它元素的原子，這些非碳原子統(tǒng)稱(chēng)為雜原子。原則上二價(jià)以上的元素都可成為雜原子,但最常見(jiàn)的是O、S和N。前面學(xué)過(guò)的環(huán)氧化合物、環(huán)狀酸酐、內(nèi)酯、內(nèi)酰胺等:

因其性質(zhì)與相應(yīng)的脂肪族化合物較相似，因此并入脂肪族化合物中討論,而不列為雜環(huán)化合物。第十章雜環(huán)化合物第10章雜環(huán)化合物下頁(yè)首頁(yè)2

本章討論的雜環(huán)化合物主要指環(huán)系較穩(wěn)定，包括雜原子在內(nèi)的環(huán)是平面型，環(huán)內(nèi)有4n+2個(gè)p電子處于環(huán)閉共軛體系中，統(tǒng)稱(chēng)為芳(香)雜環(huán)化合物。呋喃噻唑嘧啶 嘌呤

其它不具芳香性的雜環(huán)化合物，統(tǒng)稱(chēng)為非芳香雜環(huán)化合物或雜脂環(huán)化合物。雜脂環(huán)第十三章雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)3一、分類(lèi)和命名六元雜環(huán):五元雜環(huán):雜環(huán)化合物的分類(lèi)和命名

第十三章雜環(huán)化合物

第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類(lèi)和命名

上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)5Pyridine PyrimidinePyridazine

吡啶 嘧啶 噠嗪Quinoline Isoquinoline

喹啉 異喹啉IndolePurine

吲哚嘌呤第十三章雜環(huán)化合物

第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類(lèi)和命名

上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)61.單雜環(huán)的編號(hào)從雜原子開(kāi)始。

雜環(huán)的編號(hào)規(guī)則：第十三章雜環(huán)化合物

第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類(lèi)和命名

呋喃 吡啶 吡咯4 3(b)512(a)4 3(b)512(a)5 3(b)612(a)4(g)2-甲基呋喃3-硝基吡咯4-乙基吡啶(-甲基呋喃)(-硝基吡咯)(-乙基吡啶)上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)72.有多個(gè)雜原子時(shí),按O、S、N(N-R;N-H;N)

順序編號(hào)第十三章雜環(huán)化合物

第一節(jié)雜環(huán)化合物的分類(lèi)和命名

4-甲基咪唑5-甲基噻唑4-甲基嘧啶1-甲基吡唑3.稠雜環(huán)的編號(hào)一般和稠環(huán)芳烴相同,但少數(shù)有例外喹啉吖啶 嘌呤上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)piàolìng9

這些化合物鍵長(zhǎng)的平均化程度遠(yuǎn)不如苯(苯環(huán)上的碳碳鍵均為139pm)，環(huán)的穩(wěn)定性不如苯。在化學(xué)性質(zhì)上,既有與苯相似之處,又有一些差別。共軛能：117(Kj·mol-1) 88 67(苯環(huán)150)

第十三章雜環(huán)化合物

第二節(jié)五元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)10（一）親電取代反應(yīng)

由于環(huán)上的電子云密度比苯大，因此吡咯、呋喃和噻吩親電取代反應(yīng)比苯容易發(fā)生。吡咯的活潑度與苯胺或苯酚相當(dāng)。親電取代反應(yīng)主要發(fā)生在位。第十三章雜環(huán)化合物

第二節(jié)五元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)10.4吡咯、呋喃和噻吩的性質(zhì)11

吡咯和呋喃遇強(qiáng)酸時(shí),雜原子能質(zhì)子化,使芳香大鍵破壞,所以不能用強(qiáng)酸進(jìn)行硝化和磺化反應(yīng),需選用較溫和的非質(zhì)子性試劑。例如吡咯硝化需用硝酸乙酰基酯。第十四章雜環(huán)化合物和維生素第一節(jié)芳香雜環(huán)化合物（三、五元雜環(huán)）

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另一方面，吡咯N上的H卻有微弱的酸性(pKa=17.5

),與醇相當(dāng)，而比酚弱。吡咯在無(wú)水條件下可以與固體氫氧化鉀加熱生成鉀鹽。

第十三章雜環(huán)化合物

第二節(jié)五元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)14（三）吡咯衍生物

吡咯衍生物在自然界分布很廣，植物中的葉綠素和動(dòng)物中的血紅素都是吡咯衍生物。它們都具有重要的生理活性。卟吩(Porphin)血紅素(Heme)

第十三章雜環(huán)化合物

第二節(jié)五元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)bǔfēn15四、咪唑的結(jié)構(gòu)與功能

咪唑可以看作是吡咯3位的CH被氮原子取代而生成的雜環(huán)化合物。

咪唑1位和3位N均取sp2雜化。不同的是,1-N以一對(duì)p電子參與共軛,而3-N則以1個(gè)p電子參與共軛,形成環(huán)狀閉合大鍵,電子數(shù)為6,符合Hückel規(guī)則,有一定芳香性。第十三章雜環(huán)化合物

第二節(jié)五元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)17

咪唑的堿性比吡咯強(qiáng)（pKb=6.8），這是由于引入的氮原子的孤對(duì)電子沒(méi)有參加共軛體系，因而較易與質(zhì)子結(jié)合。水溶度也較吡咯大。

在組氨酸分子中含有一個(gè)咪唑基,其pKa值接近生理pH(7.35)，它既是一個(gè)弱酸，又是一個(gè)弱堿，能起到質(zhì)子傳遞的作用。組氨酸中的咪唑環(huán)是構(gòu)成酶活性中心的重要基團(tuán)，使酶能催化生物體內(nèi)酯和酰胺的水解。第十三章雜環(huán)化合物

第二節(jié)五元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)18

芳香六元雜環(huán)包括環(huán)中有1個(gè)雜原子的六元雜環(huán)(如吡啶)和環(huán)中有多個(gè)雜原子的六元雜環(huán)(如嘧啶)。

吡啶是具有特殊臭味的無(wú)色液體。存在于煤焦油、骨焦油中,其衍生物廣泛存在于自然界。工業(yè)上主要從煤焦油的輕油部分提取吡啶。一、吡啶(C5H5N)的結(jié)構(gòu)第三節(jié)六元雜環(huán)化合物第十三章雜環(huán)化合物

第三節(jié)六元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)19N的p

軌道含1個(gè)電子,組成環(huán)閉共軛體系孤電子對(duì)占據(jù)sp2

雜化軌道

5C1N共面,取sp2雜化;都有一個(gè)垂直于分子平面的p軌道,側(cè)面交疊形成環(huán)閉大π鍵。

吡啶的結(jié)構(gòu)模型第十三章雜環(huán)化合物

第三節(jié)六元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)21(二)吡啶的性質(zhì)1.

水溶性

解釋下列吡啶類(lèi)化合物的水溶性現(xiàn)象？水溶度：∞ 1:1 1:1 微溶答:吡啶能與水形成氫鍵。羥基或氨基取代的吡啶因分子間氫鍵的形成而降低了水溶度。第十三章雜環(huán)化合物

第三節(jié)六元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)222.堿性：吡啶環(huán)N原子的孤電子對(duì)處于sp2雜化軌道上，而一般脂肪胺N上的孤電子對(duì)處于sp3雜化軌道。前者堿性較弱(pKb=8.8)。堿性比較：脂肪胺>> >≈苯胺pKb：3~4.5 8.8

9.3第十三章雜環(huán)化合物

第三節(jié)六元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)233.親電取代反應(yīng)

由于氮原子的電負(fù)性大,吡啶環(huán)上碳原子的電子云密度較苯低，尤其與質(zhì)子或Lewis酸結(jié)合使N帶正電荷后，環(huán)上C的電子云密度更低。吡啶的親電取代反應(yīng)要比苯難得多，與硝基苯相似，親電取代反應(yīng)主要進(jìn)入位。-硝基吡啶-溴吡啶-吡啶磺酸第十三章雜環(huán)化合物

第三節(jié)六元雜環(huán)化合物上頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)25第四節(jié)稠雜環(huán)化合物第十三章雜環(huán)化合物

第四節(jié)稠雜環(huán)化合物

雜環(huán)與雜環(huán)稠合或苯環(huán)與雜環(huán)稠合而成的化合物總稱(chēng)為稠雜環(huán)化合物。常見(jiàn)的稠雜環(huán)化合物有嘌呤、吲哚、喹啉等。嘌呤可看成是由一個(gè)嘧啶環(huán)和一個(gè)咪唑環(huán)共用2個(gè)碳原子稠