杂环化合物的分类和反应课件

杂环化合物的分类和反应1.杂环化合物的分类和典型芳香杂环化合物的命名杂环化合物的分类和典型芳香杂环化合物的命名2.芳杂环的共性：芳香亲电取代芳杂环的共性：芳香亲电取代3.五员芳杂环的特性五员芳杂环的特性4.呋喃的酸性开环、吡咯的酸性聚合、吡咯钾呋喃的酸性开环、吡咯的酸性聚合、吡咯钾盐的反应、还原、盐的反应、还原、Diels-Alder反应反应4.吡啶的芳香亲核取代吡啶的芳香亲核取代5.吡啶的碱性和亲核性吡啶的碱性和亲核性6.吡啶吡啶位位和和位位侧链上的反应：亲核加成和取代侧链上的反应：亲核加成和取代7.吡啶的氧化和吡啶的氧化和N-氧化吡啶的性质：亲电性和亲核性氧化吡啶的性质：亲电性和亲核性8.喹啉的喹啉的Skraup合成法合成法主要学习内容主要学习内容16.1 杂环化合物杂环化合物Heterocyclic Compounds 的分类和命名的分类和命名一、杂环化合物的分类一、杂环化合物的分类 按杂原子分类：按杂原子分类：N,O,S 按碳原子数目：三员、四员、按碳原子数目：三员、四员、五员五员、六员六员 按环数目、并环方式按环数目、并环方式 单环单环 稠环稠环 桥杂环桥杂环 螺杂环螺杂环二、从反应性分类二、从反应性分类 脂肪杂环脂肪杂环 芳香杂环芳香杂环 Hckel规则规则 平面、平面、单环环状状闭合的共合的共轭体系，体系，仅当有当有(4 4n+2)个个电子子时，该化合物具有芳香性化合物具有芳香性。芳香杂环化合物的芳香性芳香杂环化合物的芳香性 有有4 4n+2个个电子电子 每个原子都提供每个原子都提供p p轨道轨道三、杂环化合物的命名三、杂环化合物的命名 含含1 1个杂原子个杂原子 五员芳香杂环五员芳香杂环 六员芳香杂环六员芳香杂环 芳香稠杂环芳香稠杂环 含含2 2个或个或2 2个以上杂原子个以上杂原子 五员芳香杂环五员芳香杂环 六员芳香杂环六员芳香杂环 芳香稠杂环芳香稠杂环本章涉及的主要杂环化合物：本章涉及的主要杂环化合物：四、杂环化合物的命名规则四、杂环化合物的命名规则 一般杂原子编号最小一般杂原子编号最小 有有2 2个或以上杂原子时，尽可能使杂原子编号最小个或以上杂原子时，尽可能使杂原子编号最小 使连有氢的杂原子编号最小使连有氢的杂原子编号最小 有不同杂原子时，按氧、硫、氮顺序编号有不同杂原子时，按氧、硫、氮顺序编号16.2 五员芳香杂环化合物的性质五员芳香杂环化合物的性质一、典型芳杂环的性质分析一、典型芳杂环的性质分析二、单环芳杂环的二、单环芳杂环的芳香亲电取代反应芳香亲电取代反应1.1.五员芳杂环的活泼性五员芳杂环的活泼性 反应活性高，应使用温和条件和试剂反应活性高，应使用温和条件和试剂 环上电荷密度高，易被氧化环上电荷密度高，易被氧化不宜使用不宜使用 氧化性试剂氧化性试剂进行亲电取代反应进行亲电取代反应 吡咯、呋喃遇酸不稳定吡咯、呋喃遇酸不稳定不宜使用酸性不宜使用酸性 试剂试剂进行亲电取代反应进行亲电取代反应 吡咯遇酸聚合吡咯遇酸聚合机理机理:2,52,5 二取代呋喃遇酸开环二取代呋喃遇酸开环机理：机理：2.2.五员芳杂环的亲电取代反应取向五员芳杂环的亲电取代反应取向由于中由于中间体的体的稳定性，主要定性，主要产物物为位位取代取代产物，物，类似苯似苯环上推上推电子基的定位子基的定位效效应。3.3.典型亲电取代反应举例典型亲电取代反应举例 硝化反应硝化反应：使用温和的非质子硝化试剂使用温和的非质子硝化试剂AcONO2 磺化反应磺化反应：使用温和的非质子性磺化试剂使用温和的非质子性磺化试剂PySO3 噻吩可直接用硫酸磺化噻吩可直接用硫酸磺化应用：除去苯或甲苯中的用：除去苯或甲苯中的噻吩吩 卤代卤代 FriedelCrafts反应反应4.4.环上取代基对亲电取代取向的影响：定位效应环上取代基对亲电取代取向的影响：定位效应 推电子基推电子基Electron Donating Group 吸电子基吸电子基Electron Withdrawing Group 举例：推电子基举例：推电子基 吸电子基吸电子基三、苯并五员芳杂环的亲电取代反应三、苯并五员芳杂环的亲电取代反应 举例：举例：四、五员芳杂环的特殊性质四、五员芳杂环的特殊性质 吡咯吡咯NH的弱酸性的弱酸性 能与强碱能与强碱(如：如：K)反应反应 吡咯负离子的典型反应吡咯负离子的典型反应 呋喃呋喃-H 的弱酸性的弱酸性 还原还原 Diels-Alder反应反应(复习复习)16.3 16.3 吡啶的性质吡啶的性质一、芳环上的芳香亲电取代反应一、芳环上的芳香亲电取代反应 实验事实：实验事实：亲电取代反应取向亲电取代反应取向2.2.环上推电子基对亲电取代取向的影响：定位效应环上推电子基对亲电取代取向的影响：定位效应 举例：举例：二、芳环上的芳香亲核取代反应二、芳环上的芳香亲核取代反应1.1.与与NaNH2的亲核取代的亲核取代Chichibabin反应反应机理：机理：2.2.与芳基锂或烷基锂等亲核试剂的反应与芳基锂或烷基锂等亲核试剂的反应 Alkylation&Arylation3.或或位有离去基团时的亲核取代位有离去基团时的亲核取代机理：机理：举例：举例：三、吡啶的其它性质三、吡啶的其它性质1.1.碱性碱性 合成上作为有机碱合成上作为有机碱Knoevenagel反反应2.2.亲核性亲核性 烷基化烷基化 酰基化酰基化 温和非质子性温和非质子性磺化试剂磺化试剂例：例：3.3.还原还原4.4.氧化氧化四、吡啶衍生物的性质四、吡啶衍生物的性质1.1.N氧化吡啶的两面性氧化吡啶的两面性 亲电取代反应亲电取代反应 亲核加成反应亲核加成反应 为什么为什么N氧化吡啶既有氧化吡啶既有亲电性亲电性又有又有亲核性亲核性？邻对位邻对位负电荷负电荷密度较大密度较大邻对位邻对位正电荷正电荷密度较大密度较大请写出吡写出吡啶与与亲电试剂或或亲核核试剂反反应的的中中间体的共振式，并比体的共振式，并比较它它们的的稳定性。定性。反应机理反应机理 亲电取代亲电取代 亲核加成亲核加成2.2.吡啶吡啶和和位侧链位侧链氢的弱酸性氢的弱酸性 与醛酮加成与醛酮加成 Michael加成加成 烷基化烷基化 强碱促进的亲和加成反应强碱促进的亲和加成反应 Lewis酸作用下的加成反应酸作用下的加成反应机理：机理：16.4 含一个杂原子的六员杂环苯并体系含一个杂原子的六员杂环苯并体系一、喹啉的一、喹啉的Skraup合成法合成法 Haworth萘合成法萘合成法 喹啉的喹啉的Skraup合成法合成法机理：机理：喹啉衍生物的制备喹啉衍生物的制备思考题：思考题：二、性质分析二、性质分析 具有具有吡啶吡啶和和吸电子基取代萘吸电子基取代萘的性质的性质 杂原子有碱性和亲核性杂原子有碱性和亲核性 亲电取代易发生在苯环上亲电取代易发生在苯环上 能与亲核试剂反应能与亲核试剂反应 杂环易被还原、苯环易被氧化杂环易被还原、苯环易被氧化 能发生杂环支链上的反应能发生杂环支链上的反应 萘的亲电取代反应的取向：萘的亲电取代反应的取向：吸电子基的定位效应吸电子基的定位效应 位有吸电子基位有吸电子基 位有吸电子基位有吸电子基三、亲电取代三、亲电取代 喹啉的亲电取代反应举例喹啉的亲电取代反应举例 异喹啉的亲电取代反应举例异喹啉的亲电取代反应举例 喹啉的反常取代反应喹啉的反常取代反应可能机理：可能机理：异喹啉的反常取代反应异喹啉的反常取代反应可能机理：可能机理：四、与亲核试剂的反应四、与亲核试剂的反应 Chichibabin反应 有离去基团时有离去基团时 亲核加成亲核加成五、侧链五、侧链-H的反应的反应16.5 遗传物质中的杂环化合物：嘌呤和嘧啶遗传物质中的杂环化合物：嘌呤和嘧啶1.1.芳杂环的共性：芳香亲电取代芳杂环的共性：芳香亲电取代2.2.五员芳杂环的特性五员芳杂环的特性3.3.呋喃的酸性开环、吡咯的酸性聚合、呋喃的酸性开环、吡咯的酸性聚合、4.4.吡咯钾盐的反应、还原、吡咯钾盐的反应、还原、Diels-Alder反应反应3.3.吡啶的性质吡啶的性质 芳香亲核取代、碱性和亲核性、芳香亲核取代、碱性和亲核性、位和位和 位侧链上的反应位侧链上的反应(亲核加成和取代亲核加成和取代)、氧化、氧化3.N氧化吡啶的性质：亲电性和亲核性氧化吡啶的性质：亲电性和亲核性4.4.喹啉的喹啉的Skraup合成法合成法本章重点内容本章重点内容 苯的芳香亲电取代反应苯的芳香亲电取代反应(复习复习)