OrgCh杂环化合物学习教案

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1、会计学1OrgCh杂环化合物杂环化合物第一页，共48页。 制作(zhzu)：王永刚 教 授 王启宝 副教授 张 军 讲 师中国矿业大学中国矿业大学( (北京北京(bi jn)(bi jn)化学与环化学与环境工程学院境工程学院教材教材: :徐寿昌徐寿昌 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社有机化学有机化学 Organic Chemistry第十七章第十七章 杂环化合物杂环化合物(Heterocyclic Ring Compound)第1页/共47页第二页，共48页。 环系中可含一个、两个环系中可含一个、两个(lin )或多个相同或不同的杂原子。或多个相同或不同的杂原子。环可以有三元环、四元环、

2、五元环、六元环或更大，可以是稠环可以有三元环、四元环、五元环、六元环或更大，可以是稠合的环。合的环。第十七章第十七章 杂环化合物杂环化合物 杂环化合物种类繁多，约占全部杂环化合物种类繁多，约占全部(qunb)已知有机化合物的已知有机化合物的 三分之一。三分之一。第2页/共47页第三页，共48页。 本章介绍的是具有本章介绍的是具有(jyu)不同芳香性的杂环化合不同芳香性的杂环化合物（简称芳杂化合物）。物（简称芳杂化合物）。 已经已经(y jing)学过的杂环化合物：学过的杂环化合物：第3页/共47页第四页，共48页。17.1 杂环化合物的分类杂环化合物的分类(fn li)和命名和命名喹啉喹啉(k

3、u ln) 呋喃呋喃 噻吩噻吩吡咯吡咯吡啶吡啶吲哚吲哚 噻唑噻唑 嘧啶嘧啶第4页/共47页第五页，共48页。 命名命名2：环上只有：环上只有(zhyu)一个杂原子时，有时也把一个杂原子时，有时也把靠近杂原子的位置叫靠近杂原子的位置叫位，其次为位，其次为位，再次为位，再次为位：位：第5页/共47页第六页，共48页。第6页/共47页第七页，共48页。 在没有误会的情况在没有误会的情况(qngkung)下，下，“杂杂”字可以字可以省去。省去。第7页/共47页第八页，共48页。 杂原子的未共用电子杂原子的未共用电子(dinz)对参加了芳香性的六对参加了芳香性的六电子电子(dinz)体系的形成。体系符合

4、体系的形成。体系符合4n+2休克尔规则。休克尔规则。17.2 杂环化合物的结构杂环化合物的结构(jigu)与芳香性与芳香性杂原子均以杂原子均以sp2杂化（未杂化的杂化（未杂化的P上有上有2个电子参加成环）个电子参加成环）p(2), sp2(1,1,1)p(2), sp2(1,1,2)p(2), sp2(1,1,2)第8页/共47页第九页，共48页。 呋喃、吡咯、噻吩环中呋喃、吡咯、噻吩环中(hun zhn)的杂原子上的未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，取代通常发度增大，故比苯容易发生亲

5、电取代反应，取代通常发生在生在-位。位。 芳香性程度芳香性程度(chngd)的比较：的比较：第9页/共47页第十页，共48页。取代取代(qdi)反应活性的次反应活性的次序序吡咯吡咯 呋喃呋喃 噻吩噻吩 苯苯离域能离域能：152 117 88 67 KJ/mol -0.10 -0.03 -0.06 0 (不一致不一致)a位电子位电子云密度云密度第10页/共47页第十一页，共48页。 吡啶吡啶(bdng)在发生亲电取代反应较苯困难，主要发生在在发生亲电取代反应较苯困难，主要发生在位。位。 相对来说，吡啶相对来说，吡啶(bdng)较易发生亲核取代反应，取代基往往进入较易发生亲核取代反应，取代基往往进

6、入位。位。（2）六元杂环化合物）六元杂环化合物吡啶吡啶(bdng)杂原子均以杂原子均以sp2杂化（未杂化的杂化（未杂化的P上有上有1电子参加成环）电子参加成环）P(1), Sp2(1,1,2)第11页/共47页第十二页，共48页。 也可用共振式的叠加来表示也可用共振式的叠加来表示(biosh)，如，如吡咯：吡咯： 芳香族化合物的电荷分布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环上碳原子电荷密度比苯大的称为多芳杂环，通常芳杂环，通常(tngchng)为五元芳杂环；比苯小的，称为缺为五元芳杂环；比苯小的，称为缺芳杂环，六元杂环。芳杂环，六元杂环。第12页/共47页第十三页，共48

7、页。 电子数电子数=6 电子数电子数=8 电子数电子数=6非共轭体系非共轭体系 电子数电子数=6 电子数电子数=6N有有3个个 键的键的,如如-NH-,则则N为为SP2（1,1,1）,剩余剩余(shngy)P=2电子电子( 电子电子)N有有2个个 键的键的,如如-N=,则则N为为SP2（1,1,2）,剩余剩余(shngy)P=1电子电子( 电子电子) 作业作业(zuy)第第8题题:下列化合物哪些具有芳香下列化合物哪些具有芳香性？性？有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性反芳香性反芳香性无芳香性无芳香性第13页/共47页第十四页，共48页。 实验室采用实验室采用(ciy

8、ng)糠酸加热脱羧糠酸加热脱羧制得：制得：17.3 五元五元(w yun)杂环杂环化合物化合物17.3.1 呋喃呋喃（1）呋喃的制备）呋喃的制备第14页/共47页第十五页，共48页。 硝化（缓和硝化（缓和(hunh)试剂试剂）：）： 磺化（缓和磺化（缓和(hunh)试剂试剂）：）：吡咯与吡咯与SO3的络合物的络合物（2）化学性质）化学性质（A）取代反应）取代反应 a a位取代位取代第15页/共47页第十六页，共48页。 呋喃具有共轭双键的性质呋喃具有共轭双键的性质(xngzh)(双烯合双烯合成成) 在催化剂作用下在催化剂作用下,呋喃加氢生成四氢呋喃呋喃加氢生成四氢呋喃 (优良优良(yuling

9、)的的溶剂和有机原料溶剂和有机原料): 傅傅-克酰基化反应克酰基化反应四氢呋喃四氢呋喃（B）加成反应）加成反应无芳香性无芳香性第16页/共47页第十七页，共48页。17.3.2 糠醛糠醛第17页/共47页第十八页，共48页。（2）性质）性质(xngzh)和用途和用途 糠醛可发生糠醛可发生(fshng)银镜反应；银镜反应；第18页/共47页第十九页，共48页。B：生成：生成(shn chn)-呋喃丙烯酸呋喃丙烯酸 A：坎尼扎罗反应：坎尼扎罗反应(fnyng)（歧化反应（歧化反应(fnyng)）普尔金反应普尔金反应（Perkin）第19页/共47页第二十页，共48页。 噻吩存在于煤焦油的粗苯中，约

10、为粗苯含量的0.5%在石油(shyu)和页岩油中也含有噻吩及其同系物。 噻吩的结构：（1）噻吩的制法17.3.3 噻吩噻吩(sifn)丁烷丁烷(dn wn)、丁烯和丁二烯、丁烯和丁二烯方法方法1第20页/共47页第二十一页，共48页。方法方法(fngf)3实实验室制法验室制法方法方法(fngf)2第21页/共47页第二十二页，共48页。（2） 噻吩噻吩(sifn)的的性质性质亲电取代发生亲电取代发生(fshng)在在位位傅傅-克克反应反应(fnyng)第22页/共47页第二十三页，共48页。17.3.4 吡咯吡咯(blu) 吡咯吡咯(blu)的制备的制备（A）弱酸性）弱酸性第23页/共47页第

11、二十四页，共48页。（B）取代）取代(qdi)反反应应偶合偶合(u h)反应反应四碘吡咯常用四碘吡咯常用(chn yn)来代替碘仿来代替碘仿作伤口消毒剂作伤口消毒剂.第24页/共47页第二十五页，共48页。 17.3.5 吲哚吲哚(yn du) 吲哚吲哚(yn du)的结构的结构 异吲哚异吲哚(yn du)的结构的结构苯并吡咯苯并吡咯NHNH第25页/共47页第二十六页，共48页。 吡啶吡啶(bdng)容易和容易和SO3结合生成结合生成N-磺酸磺酸吡啶吡啶(bdng)，作为缓，作为缓和的磺化剂。和的磺化剂。17.4 六元杂环化合物六元杂环化合物17.4.1 吡啶吡啶(bdng)第26页/共47

12、页第二十七页，共48页。 吡啶与酰氯作用吡啶与酰氯作用(zuyng)生成盐，是良好的酰化剂生成盐，是良好的酰化剂：第27页/共47页第二十八页，共48页。吡啶吡啶(bdng)不能起傅不能起傅-克克反应反应亲电取代亲电取代(qdi)位取代位取代(qdi)第28页/共47页第二十九页，共48页。 与与2-硝基氯苯相似，硝基氯苯相似，2-氯吡啶与碱或氨等亲核试剂氯吡啶与碱或氨等亲核试剂(shj)作用，可生成相应的羟基吡啶或氨基吡啶：作用，可生成相应的羟基吡啶或氨基吡啶：强的亲核试剂强的亲核试剂(shj)亲核取代亲核取代a a取代产物取代产物第29页/共47页第三十页，共48页。第30页/共47页第三

13、十一页，共48页。 吡啶吡啶(bdng)经催化氢化或用乙醇和钠还原，可得六氢吡啶经催化氢化或用乙醇和钠还原，可得六氢吡啶(bdng)：作业作业(zuy)5(3)湿AgOH, ？第31页/共47页第三十二页，共48页。尼古丁尼古丁吡啶吡啶(bdng)和哌啶的衍生物和哌啶的衍生物第32页/共47页第三十三页，共48页。17.4.2 喹啉喹啉(ku ln)和异喹啉和异喹啉(ku ln)喹啉喹啉(ku ln)的制备的制备第33页/共47页第三十四页，共48页。喹啉喹啉(ku ln)的化学反应的化学反应 亲电取代，进入亲电取代，进入(jnr)苯环的苯环的5，8-位（异环）位（异环） 亲核取代亲核取代(q

14、di)，进入吡啶环的，进入吡啶环的-位（同位（同环）环）第34页/共47页第三十五页，共48页。 苯环苯环(bn hun)的破裂的破裂 吡啶吡啶(bdng)环的环的氢化氢化 苯环苯环(bn hun)和吡啶环和吡啶环均氢化均氢化第35页/共47页第三十六页，共48页。（2）异喹啉）异喹啉(ku ln)异喹啉异喹啉(ku ln)比较重要的衍生物比较重要的衍生物罂粟碱、黄连素罂粟碱、黄连素罂粟花罂粟花第36页/共47页第三十七页，共48页。17.5 嘧啶嘧啶(m dn)、嘌呤及其衍生物、嘌呤及其衍生物 （1）嘧啶）嘧啶(m dn)的衍生物的衍生物广泛存在于生物体内。广泛存在于生物体内。是核酸的重要是

15、核酸的重要(zhngyo)组成部分组成部分第37页/共47页第三十八页，共48页。（2）嘌呤）嘌呤(piolng)及其衍生物及其衍生物 嘌呤嘌呤(piolng)的结构的结构是核酸是核酸(h sun)的重要组成部分的重要组成部分 嘌呤的衍生物（嘌呤的衍生物（1）第38页/共47页第三十九页，共48页。 嘌呤嘌呤(piolng)的衍生物的衍生物（2）尿酸尿酸咖啡碱咖啡碱第39页/共47页第四十页，共48页。有机有机(yuj)化合物和合成化合物和合成方法方法 资料：资料：* 1900-2000年的年的100年中，化学合成和分离了年中，化学合成和分离了2285万种化合万种化合物（包括天然产物物（包括天

16、然产物(chnw)、药物、材料等）。其中大、药物、材料等）。其中大部分都是有机合成的产物部分都是有机合成的产物(chnw)。* 许多天然存在的有机化合物，包括复杂的天然产物许多天然存在的有机化合物，包括复杂的天然产物(chnw)，都可以用有机合成方法制得。，都可以用有机合成方法制得。第40页/共47页第四十一页，共48页。* 生命科学生命科学: 生物大分子，生物活性分子，生化分析试生物大分子，生物活性分子，生化分析试剂等剂等* 医药学医药学: 药物，药理、病理分析试剂等药物，药理、病理分析试剂等* 农业农业: 农药、农用化学品等农药、农用化学品等* 石油石油: 石油化工产品等石油化工产品等*

17、材料科学材料科学: 高分子化合物，功能材料等高分子化合物，功能材料等* 食品食品(shpn): 食品食品(shpn)添加剂等添加剂等* 日用化工日用化工: 染料，涂料，化装品等染料，涂料，化装品等有机合成是有机化学有机合成是有机化学(yu j hu xu)(yu j hu xu)中永不枯中永不枯竭的研究资源竭的研究资源第41页/共47页第四十二页，共48页。有机合成有机合成是从容易得到的简单工业原料（有机或是从容易得到的简单工业原料（有机或 无机试剂），通过一步或多步反应来制无机试剂），通过一步或多步反应来制 备所需的化合物。备所需的化合物。通常有机合成的方法有两种：通常有机合成的方法有两种：

18、（1）从已给的原料出发，通过有机反应逐步转变为所）从已给的原料出发，通过有机反应逐步转变为所 需要的化合物（目标化合物）。这种方法一般需要的化合物（目标化合物）。这种方法一般(ybn)是是 目标化合物比较简单，反应步骤少；目标化合物比较简单，反应步骤少；（2）逆向分析法）逆向分析法从目标化合物开始，通过从目标化合物开始，通过“切断切断” 和倒推，以得到简单的起始原料。和倒推，以得到简单的起始原料。 （反合成分（反合成分 析）。析）。第42页/共47页第四十三页，共48页。第43页/共47页第四十四页，共48页。合成步骤合成步骤(bzhu)设计设计合成一种目标分子应尽可能考虑以下几点：合成一种目

19、标分子应尽可能考虑以下几点：1、步骤少、步骤少 (多则总产率低、时间、原材料消耗多多则总产率低、时间、原材料消耗多)；2、产率高、产率高 (副反应少，分离能化简副反应少，分离能化简)；3、原料便宜易得、原料便宜易得 （还要加上无毒、少毒）反应条件、（还要加上无毒、少毒）反应条件、 设备易于实现设备易于实现(shxin)；还应加上绿色化学的考虑；还应加上绿色化学的考虑： (“原子原子 经济性经济性”，污染尽可能少，污染尽可能少)。 在设计一种合成法时，应主要考虑基本在设计一种合成法时，应主要考虑基本(jbn)骨架的构骨架的构成、官能团的引入，基团的保护与去除及立体化学等因素。成、官能团的引入，基

20、团的保护与去除及立体化学等因素。第44页/共47页第四十五页，共48页。提供多媒体课件（已经提供多媒体课件（已经(y jing)(y jing)做好，可以做好，可以拷贝）；拷贝）；希望同学在假期里自学这三章；希望同学在假期里自学这三章；准备考研究生的同学，请一定自己看看，可准备考研究生的同学，请一定自己看看，可随时和我讨论。随时和我讨论。第45页/共47页第四十六页，共48页。物理化学物理化学(w l hu xu)简介简介主讲教师：邹立壮主讲教师：邹立壮 教授教授 多年的教学经验多年的教学经验 界面界面(jimin)化学的专家化学的专家物理化学学习的特点：物理化学学习的特点： 重要的基础课程重

21、要的基础课程 概念抽象概念抽象 难度较大（需要配合必要的课外习题练习）难度较大（需要配合必要的课外习题练习）第46页/共47页第四十七页，共48页。NoImage内容(nirng)总结会计学。环系中可含一个、两个或多个相同或不同的杂原子。环上有不同杂原子时，按O、S、N的次序编号：。命名3：根据相应(xingyng)的碳环来命名。糠醛在醋酸存在下与苯胺作用显红色检验糠醛。糠醛为没有-氢的醛，其性质与苯甲醛或甲醛相似：。吡啶容易和SO3结合生成N-磺酸吡啶，作为缓和的磺化剂。吡啶经催化氢化或用乙醇和钠还原，可得六氢吡啶：。17.4.2 喹啉和异喹啉。（2）逆向分析法从目标化合物开始，通过“切断”第四十八页，共48页。