有機化學雜環(huán)化合物

有機化學課件雜環(huán)化合物第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

環(huán)系中可含一個、兩個或多個相同或不同的雜原子。環(huán)可以有三元環(huán)、四元環(huán)、五元環(huán)、六元環(huán)或更大，可以是稠合的環(huán)。

雜環(huán)化合物種類繁多，約占全部已知有機化合物的

三分之一。一般把除碳以外的成環(huán)原子叫雜原子，常見的雜原子有O、S和N：第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

本章介紹的是具有不同芳香性的雜環(huán)化合物（簡稱芳雜化合物）。

已經學過的雜環(huán)化合物：第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月１.按雜環(huán)的大小分五元雜環(huán)：OS六元雜環(huán)：NNN17.1雜環(huán)化合物的分類和命名第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2.按雜原子的不同分氧雜環(huán)：硫雜環(huán)：氮雜環(huán)：SNON第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.按分子內所含環(huán)的數(shù)目分：單雜環(huán)稠雜環(huán)O－CHONNNNα－呋喃甲醛咪唑喹啉吲哚第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、命名1.音譯法，即按照英文名稱的譯音，選用同音漢字，在加上“口”旁以表示環(huán)狀化合物。第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月編號：帶有取代基的雜環(huán)化合物，以雜環(huán)為母體，從雜原子開始順著環(huán)編號；當環(huán)上含有兩個或以上相同的雜原子時，應使雜原子所在位次的數(shù)字最??；環(huán)上有不同雜原子時，按O、S、N的次序編號：環(huán)上只有一個雜原子時，有時也把靠近雜原子的位置叫位，其次為位，再次為位：第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月含有兩個或以上的相同雜原子的單雜環(huán)衍生物，編號從連有取代基（或氫原子）的那個雜原子開始，順序定位，使另一個雜原子的位次保持最?。旱?1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

在沒有誤會的情況下，“雜”字可以省去。命名2：根據(jù)相應的碳環(huán)來命名。把雜環(huán)看作相應碳環(huán)中的碳原子被雜原子取代而形成的化合物，命名時在相應的碳環(huán)名稱前加上雜原子的名稱：第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月OSNNNNNN單雜環(huán)SNNN五元雜環(huán)六元雜環(huán)環(huán)戊二烯碳環(huán)母核重要的雜環(huán)苯16543254321NN12233445561呋喃噻吩吡咯噻唑咪唑吡啶噠嗪嘧啶吡嗪第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月稠雜環(huán)雜環(huán)分類碳環(huán)母核重要的雜環(huán)N61234578910NNNO茚蒽苯喹啉異喹啉吲哚苯并呋喃嘌呤吖啶第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

雜原子的未共用電子對參加了芳香性的六電子體系的形成。體系符合4n+2休克爾規(guī)則。17.2雜環(huán)化合物的結構與芳香性雜原子均以sp2雜化（未雜化的P上有2個電子參加成環(huán)）（1）五元雜環(huán)化合物——呋喃、噻吩、吡咯的結構五個原子處于同一平面；有一個閉合的共軛體系。第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

呋喃、吡咯、噻吩環(huán)中的雜原子上的未共用電子對參與了環(huán)的共軛體系，使環(huán)上的電子云密度增大，故比苯容易發(fā)生親電取代反應，取代通常發(fā)生在-位。

芳香性程度的比較：第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月芳香性強弱的次序

苯>噻吩>吡咯>呋喃取代反應活性的次序吡咯>呋喃>噻吩>苯離域能：1521178867KJ/mol-0.10-0.03-0.060(不一致)位電子云密度第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

吡啶在發(fā)生親電取代反應較苯困難，主要發(fā)生在位。相對來說，吡啶較易發(fā)生親核取代反應，取代基往往進入位。（2）六元雜環(huán)化合物——吡啶雜原子均以sp2雜化（未雜化的P上有1電子參加成環(huán)）氮原子與碳原子處在同一平面。吡啶的結構與苯相似，符合休克爾規(guī)則，具有芳香性第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

也可用共振式的疊加來表示，如吡咯：

由于芳雜環(huán)中電子的離域作用，環(huán)中的單、雙鍵與孤立的單、雙鍵不同，因此，可用下列式子表示：第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

芳香族化合物的電荷分布：

環(huán)上碳原子電荷密度比苯大的稱為多芳雜環(huán)，通常為五元芳雜環(huán)；比苯小的，稱為缺芳雜環(huán)，六元雜環(huán)。第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月電子數(shù)=6電子數(shù)=8電子數(shù)=6非共軛體系電子數(shù)=6電子數(shù)=6N有3個鍵的,如-NH-,則N為SP2（1,1,1）,剩余P=2電子(電子)N有2個鍵的,如-N=,則N為SP2（1,1,2）,剩余P=1電子(電子)下列化合物哪些具有芳香性？思考有芳香性有芳香性有芳香性有芳香性反芳香性無芳香性第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

實驗室采用糠酸加熱脫羧制得：17.3五元雜環(huán)化合物一、呋喃（1）呋喃的制備存在于松木焦油中，為無色液體，難溶于水，易溶于有機溶劑。其蒸汽遇有被鹽酸浸過的松木時，即呈綠色（叫松木反應，鑒別呋喃的存在）。工業(yè)上用糠醛（-呋喃甲醛）制備：ZnO-Cr2O3-MnO2第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月吡咯與SO3的絡合物（2）化學性質（A）取代反應——位取代呋喃具有芳香性，較苯活潑，容易發(fā)生取代反應；還有一定程度的不飽和化合物的性質(發(fā)生加成反應)。第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

呋喃具有共軛雙鍵的性質(雙烯合成)在催化劑作用下,呋喃加氫生成四氫呋喃

(優(yōu)良的溶劑和有機原料):

傅-克?；磻˙）加成反應第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、糠醛—-呋喃甲醛（1）糠醛的制法（麥桿、花生殼、甘蔗渣等含多縮戊糖的物質）：第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）性質和用途糠醛在醋酸存在下與苯胺作用顯紅色—檢驗糠醛；糠醛可發(fā)生銀鏡反應；糠醛具有一般醛基的性質：第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月B：生成-呋喃丙烯酸A：坎尼扎羅反應（歧化反應）普爾金反應（Perkin）糠醛為沒有-氫的醛，其性質與苯甲醛或甲醛相似：第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、噻吩方法1

噻吩存在于煤焦油的粗苯中，約為粗苯含量的0.5%在石油和頁巖油中也含有噻吩及其同系物。噻吩在濃H2SO4存在下，與靛紅一起加熱顯藍色，用于鑒定。（1）噻吩的制法第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月方法3——實驗室制法方法2第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）噻吩的性質親電取代發(fā)生在位傅-克反應第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月四、吡咯1.吡咯的制備（A）弱酸性2.吡咯的性質無色油狀液體，b.p.131oC,難溶于水，易溶于醇或醚中，吡咯的蒸氣或其醇溶液能使浸過鹽酸的松木片變成紅色。第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（B）取代反應四碘吡咯常用來代替碘仿作傷口消毒劑.（C）偶合反應第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月五、吲哚

吲哚的結構

異吲哚的結構——苯并吡咯第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.吲哚的制法2.吲哚的性質片狀晶體，熔點52oC，具有糞臭味，與吡咯相似，與K作用生成吲哚鉀，親電取代發(fā)生在β位，加成和取代都在吡咯環(huán)上發(fā)生，吲哚也能使浸有鹽酸的松木片顯紅色。第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

吡啶容易和SO3結合生成N-磺酸吡啶，作為緩和的磺化劑。17.4六元雜環(huán)化合物一、吡啶（1）存在和制取——存在于煤焦油和頁巖油中。（2）性質（A）堿性—吡啶環(huán)上氮原子有一對未共用電子沒參加環(huán)上的共軛體系，因此能與質子結合，具有弱堿性：第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

吡啶與酰氯作用生成鹽，是良好的?；瘎哼拎づc叔胺相似，可與鹵烷結合生成相當于季銨鹽的產物，受熱則發(fā)生分子重排而生成吡啶的同系物第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月吡啶不能起傅-克反應親電取代位取代（B）取代反應

—親電取代反應與硝基苯類似，發(fā)生在位；較苯難磺化、硝化和鹵化。第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

與2-硝基氯苯相似，2-氯吡啶與堿或氨等親核試劑作用，可生成相應的羥基吡啶或氨基吡啶：親核取代取代產物與硝基苯相似：吡啶與強的親核試劑起親核取代反應，主要生成取代產物（齊齊巴賓反應）：第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（C）氧化與還原

——吡啶比苯穩(wěn)定，不易被氧化劑氧化。吡啶的同系物被氧化時總是側鏈先氧化而芳雜環(huán)不破壞，生成相應的吡啶甲酸：第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

吡啶經催化氫化或用乙醇和鈉還原，可得六氫吡啶：吡啶用過氧羧酸氧化（或30%的H2O2和CH3COOH作用）時，生成吡啶N-氧化物或稱氧化吡啶：第40頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月尼古丁吡啶和哌啶的衍生物第41頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、喹啉和異喹啉