杂环化合物HeterocyclicCompound.ppt

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杂环化合物HeterocyclicCompound

杂环化合物 Heterocyclic Compound 第一节 杂环化合物的分类和命名 稠杂环 第二节 五元杂环化合物 一、吡咯的结构 一、吡啶的结构和性质 磺胺类药物 习题 P263 3 8 《Essentials of Organic Chemistry》P24 9.3 Reactions of pyrrole and pyridine * 单杂环 五元杂环 六元杂环 稠杂环 杂环 五元杂环 六元杂环 呋喃 furan 吡咯 pyrrole 咪唑 imidazole 吡喃 pyrane 吡啶 pyridine 嘧啶 pyrimidine 吲哚 indole 喹啉 quinoline 嘌呤 purine 3-吡啶甲酸 β-吡啶甲酸 4-甲基咪唑 5-甲基咪唑 6-巯基嘌呤 sp2杂化 第二节 五元杂环化合物 二、吡咯的性质 1. 酸碱性 第二节 五元杂环化合物 二、吡咯的性质 2. 亲电取代反应 第二节 五元杂环化合物 三、吡咯的衍生物 第三节 六元杂环化合物 不等性sp2杂化 一、吡啶的结构和性质 第三节 六元杂环化合物 碱性:氨>吡啶>苯胺 一、吡啶的结构和性质 第三节 六元杂环化合物 亲电取代反应 β-吡啶磺酸 一、吡啶的结构和性质 第三节 六元杂环化合物 氧化 还原 六氢吡啶 哌啶 二、嘧啶及其衍生物 第三节 六元杂环化合物 第四节 稠杂环化合物 对氨基苯磺酰胺 (磺胺) 4 1 杂环化合物在自然界中广泛存在。如动植物体内的血红素、叶绿素、核酸、生物碱等,还有许多药物,结构中都有杂环。 杂环化合物的分类通常按骨架来分,按环数目分为单环和稠环;按环的大小单环又有五元环和六元环 吡咯氮原子sp2杂化,3个sp2轨道分别与相邻的2个碳原子和1个氢原子形成3个σ键,成环的5个原子在同一平面,氮原子上有一对未共用电子对在没有参加杂化的p轨道上,与环上的4个碳原子的p轨道平行,垂直于环平面,p轨道之间相互重叠,形成闭合的共轭体系,即大π键,π电子数为6。符合Huckel的4n+2规则:在一单环多烯化合物中,具有共平面的离域体系,π电子数等于4n+2(n=0,1,2,3…),这样的化合物具有芳香性。除了吡咯以外,P249表中其他的五元杂环也都为芳香杂环化合物。 由于吡咯分子中氮原子上的未共用电子对参与了环共轭体系,使之难与质子结合,否则将破坏共轭体系;反之,共轭的结果氮上的电子云向环上碳原子转移,氮上电子云密度降低,使N-H键极性增加,表现为弱酸性。能与强碱固体氢氧化钾共热而成盐。 吡咯具有芳香性,能够发生环上的亲电取代反应。吡咯是5原子6π电子环系,环上电子云密度比苯大,比苯容易发生亲电取代,且取代易在α位进行。吡咯的取代反应不能在强酸条件下进行,(酸质子与氮原子结合会破坏大π键)需要较温和的非质子性试剂。吡咯的硝化反应:吡咯与硝酸在乙酐中反应生成主要产物α-硝基吡咯;吡咯的磺化反应:吡咯与三氧化硫在吡啶中反应生成α-吡咯磺酸。 杂环的编号从杂原子开始:如吡啶----- 环上有2个氮原子时,从仲胺氮原子开始编号:如咪唑。咪唑环N上的H可以转移到另一个N上,发生互变异构,例如:----。如环上有不同的杂原子,从主族数大的杂原子开始;同一主族的杂原子,从周期数小的杂原子开始。按O、S、N顺序编号。如P249 5-甲基噻唑。 嘌呤的编号是特殊的,先编嘧啶环,再编咪唑环。如---- 吡咯衍生物广泛存在于动植物体内。如血红素、叶绿素的基本骨架称为卟吩(覆盖在血红素结构下),它是由4个吡咯环通过4个次甲基相连接,成环原子都在一个平面,形成一个复杂的共轭体系。血红素中卟吩环的4个氮原子以共价键及配位键与亚铁原子结合,同时环上还有不同的取代基。血红素与蛋白质结合成血红蛋白,是体内运输氧气的物质。 吡啶中氮原子与5个碳原子都是sp2杂化,但是氮是不等性杂化,3个sp2轨道上,2个是单电子轨道分别与相邻的碳原子形成σ键,还有1个sp2轨道被一对电子占据;氮原子与环上的5个碳原子共平面,氮上未参加杂化的p轨道上1个电子,与环上碳原子的p轨道平行重叠垂直于环平面,形成闭合的共轭体系,6个π电子,符合Huckel规则,具有芳香性。吡啶氮上的未共用电子对没有参与环的共轭体系,可以结合质子,具有碱性。 吡啶的碱性比苯胺强,比氨和脂肪胺弱,能与无机酸成盐。吡啶与盐酸反应生成吡啶盐酸盐。 吡啶有芳香性,能够发生环上的亲电取代反应。吡啶与苯一样,6原子享有6π电子,但是由于氮原子的电负性强,大π键的电子云偏向于氮,环上碳原子的电子云密度比苯低,所以比苯难发生亲电取代,取代基通常进入电子云密度相对较高的β位。 吡啶环上有烷基侧链时,可以

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