第十四章杂环化合物方案课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十四章 杂环化合物,杂环化合物（ 含杂原子的环状化合物）的类型：,芳香族杂环,（本章重点）,普通杂环,符合,H,ckel,规则（,i,.,环状,ii,.,共平面,iii,.,垂直平面的,p,轨道,iv,. 4n+2,p,电子）,共振能：,1629,千卡,/mol,均能发生芳香族化合物的典型反应,亲电取代反应,1,H NMR,在,d,=69ppm,处有芳香族化合物的特征吸收,杂环芳香族化合物的芳香性,杂原子,: sp,2,杂化,问题：分析各杂原子未共用电子对的状况,分类的几种方式,:,i.,杂原子的类型和数目,ii.,环的大小 （五元环或六元环）,iii.,环的个数,例：,杂环的种类和名称,(1),含 一 个杂原子的五元芳杂环,五元芳杂环衍生物,吡咯,pyrrole,呋喃,furan,噻酚,thiophene,3-,乙基吡咯,（,b,-,乙基吡咯）,吡咯烷,pyrrolidine,2, 5,-,二氢吡咯,2, 3,-,二氢吡咯,四氢呋喃,(,THF,),t,etra,h,edro,f,uran,（,3,）,含,1,个杂原子的六,元,环,（,2,）,含,2,个以上杂原子的五,元,环,吡唑,Pyrazole,1, 2-,唑,咪唑,Imidazole,1, 3-,唑,噁唑,Oxazole,1, 3-,唑,异噁唑,Isoxazole,1, 2-,唑,1, 2, 4-,三唑,吡啶,pyridine,2,-,甲基吡啶,（,a-,甲基吡啶）,六氢吡啶,（哌啶）,piperidine,（,4,）,含,2,个以上杂原子的六,元,环,哒嗪,pyridazine,嘧啶,pyrimidine,吡嗪,pyrazine,1, 3, 5,-,三嗪,2,-,嘧啶酮,尿嘧啶,胸腺嘧啶,胞嘧啶,（,5,）,多环杂环,吲哚,indole,苯并呋喃,benzofuran,苯并噻酚,benzothiophene,苯并咪唑,benzoimidazole,喹啉,quinoline,异喹啉,isoquinoline,嘌啉,purine,本章主要要求掌握以下几类化合物的主要性质：,含一个杂原子的五,元,芳杂化合物,（吡咯、呋喃、噻酚）,含一个杂原子的六,元,芳杂化合物,（吡啶）,含一个杂原子的双环芳杂化合物,（吲哚、喹啉、异喹啉）,含一个杂原子的五元芳杂化合物的性质,杂原子的性质,杂原子对环的影响,芳香性,共轭二烯性质,不饱和性,五元芳杂化合物的亲电取代反应,亲电取代反应相对活性,a-,取代,b-,取代,主要产物,取代位置,310,18,610,11,510,9,1,对取代位置的解释（分析反应中间体的相对稳定性）,i.,取代在,a,位,中间体有三个主要共振式，较稳定,哪个共振式贡献最大？,ii.,取代在,b,位,中间体有二个主要共振式，较不稳定,对亲电取代反应活性的解释,i.,由五元杂环的结构分析,环上的电荷密度比苯环大,ii.,由反应中间体的稳定性分析,满足八隅体,对比：苯环亲电取代中间体的稳定性,亲电取代反应举例,提示：五元杂环较活泼，遇酸不稳定,HNO,3,/H,2,SO,4,（硝化）,或,H,2,SO,4,（磺化）,解决办法：用温和试剂替代,氧化,聚合,分解,反应剧烈,强酸,A = NH,O,S,五元杂环的硝化反应,硝化试剂,吡咯和噻酚发生正常亲电取代反应,硝基乙酰酯,呋喃发生加成反应（呋喃的特殊性：共轭烯烃性质）,机理,加成,消除,磺化试剂：,五元杂环的磺化反应,吡啶,-,SO,3,加合物,噻吩还可直接用硫酸磺化（活性大，较稳定）,应用：除去苯或甲苯中的噻吩,溶解于硫酸中,（少量）,反应快,其它亲电取代,卤代反应,Friedel,Crafts,反应,与重氮盐偶联,较弱的,Lewis,酸,环上已有取代基对亲电取代取向的影响,四种单取代情况,(,给电子基,),(,吸电子基,),(,给电子基,),(,吸电子基,),a,位有取代基,b,位有取代基,反应举例,a,位给电子基,a,位吸电子基,a,位吸电子基,主要产物,例外：,呋喃的特殊性,b,位给电子基,b,位吸电子基,主要产物,主要产物,(i),a,位有给电子基,从中间体稳定性分析取代基对反应取向的影响,二个共振式,推电子基使,稳定,二个共振式,推电子基未,起作用,三个共振式,推电子基使,稳定,较稳定,不稳定,最稳定,(ii),a,位有吸电子基,二个共振式,吸电子基使,不稳定,二个共振式,吸电子基未,起作用,三个共振式,推电子基使,不稳定,较稳定,不稳定,最稳定,(iii),b,位有给电子基,三个共振式,推电子基使,稳定,二个共振式,推电子基未,起作用,三个共振式,推电子基未,起作用,较稳定,不稳定,最稳定,(iv),b,位有吸电子基,三个共振式,吸电子基使,不稳定,二个共振式,吸电子基未,起作用,三个共振式,吸电子基未,起作用,较稳定,不稳定,最稳定,五员芳杂环的其它反应,还原成饱和杂环化合物,使用特殊催化剂,噻吩能使常用氢化催化剂中毒,C,-,S,键易还原脱硫,THF,（常用溶剂）,吡咯烷,用,Raney Ni,催化氢化使噻酚还原脱硫,其它脱硫的例子,一种还原羰基至亚甲基的方法,Diels-Alder,反应（共轭二烯性质）,呋喃的几个特殊反应,2, 5-,二取代呋喃的酸性开环,合成上进一步应用,制备环戊烯酮衍生物,芳香性最小,36,29,2122,16,(kcal/mol),共振能对比,1, 4,-,二酮,呋喃酸性开环机理,呋喃的加成反应（呋喃的共轭二烯性质）,例：与,AcONO,2,的反应（前面已介绍）：,例：,2, 5,-,二甲氧基,-,2, 5,-,二氢呋喃,对比：,加成,消除,亲电取代,2, 5,-,二甲氧基二氢呋喃的形成机理：,合成上的应用举例,琥珀醛,1, 4,-,丁二醛,缩酮结构,呋喃,a-,H,的弱酸性及其相关反应和应用,例,a-,烷基取代呋喃,思考题,1,：写出此步转变的机理,思考题,2,：写出此步反应的产物。,参考：,教材,p880,习题,19-4, xiv,？,吡咯的一些特殊性质,吡咯,N,的碱性很弱,吡咯的质子化发生在环上（主要是,a,位），不在,N,上,正电荷分散在多个原子上,K,b,10,-,14,10,-,4,正电荷集中在,N,原子上,吡咯在酸性条件下发生聚合,聚合机理,:,吡咯,N-H,的弱酸性,吡咯钾盐的生成,p,Ka, 35,17.5,17,10,吡咯钾盐的性质,吡咯负离子的结构特点,吡咯负离子的共振式,烯胺负离子片断,环上每个位置的负电荷密度均增大,对比,吡咯负离子的一些典型反应,这三个反应与哪些反应相似？,酚类化合物：,Kolbe-Schmitt,反应,Reimer-Tiemann,反应,Fries,重排,本次课小结,:,五元芳杂环化合物的亲电取代（反应活性、反应位置、一些特殊,的反应试剂）,已有取代基对五元芳杂环化合物的亲电取代取向的影响,五元芳杂环化合物的还原和,Diel-Alder,反应,呋喃的一些特殊性质（酸性开环和加成反应）,吡咯的酸性聚合，吡咯钾盐的反应,吡啶（六元芳杂化合物）的性质,吡啶的结构,共振能：,23,卡,/mol,sp,2,轨道有未共用电子对,与苯相似,有芳香性,可亲电取代,不饱和性,可加氢还原,象叔胺,有亲核性和碱性,N,可被氧化,有亚胺片断,有亲电性,与亲核试剂反应,吡啶的碱性和亲核性,吡啶的碱性,合成上作为有机碱,Knoevenagel,反应,其它应用,制备吡啶盐试剂,如磺化试剂,例,吡啶的亲核性,吡啶的烷基化,N-,甲基吡啶盐的重排,N,-,甲基吡啶盐,吡啶的酰基化及其应用,酰基化机理,酰基化试剂,吡啶充当一个好的离去基团,吡啶环上的亲电取代,取代位置和反应活性（例：吡啶的硝化）,起强吸电子基作用,对比：,钝化,b,取代,其它亲电取代反应,给电子基使亲电取代反应较易进行,钝化,b,取代,(i),由吡啶的共振式分析,:,环上带正电,不利于亲电取代,b,位的正电荷密相对较低，相对较为活泼,对反应取向及钝化现象的解释,(ii),反应中间体的稳定性分析,取代在,a,位,（取代在,g,位类似）,贡献最小，为什么？,中间体有两个主要共振式,取代在,b,位,中间体有三个主要共振式，,较稳定,环上已有给电子基的定位作用,归纳一下，有什么规律？,吡啶环上的亲核取代反应,通过氧化去氢,或其它途径,亚胺结构,吡啶的亲电性,吡啶的亲核取代通式,亲核加成,负氢消除,NaNH,2,与吡啶的亲核取代, Chichibabin,反应,机理,:,另一解释,PhLi,与吡啶的亲核取代,机理,a,或,g,卤代吡啶的亲核取代,机理：,制备,a-,吡啶酮的其它方法,例：,好离去基,a-,吡啶酮,（仍有芳香性）,反应易进行,其它取代例子,取代机理,吡啶的还原和氧化,吡啶的还原,吡啶环比苯环易被还原,喹啉,1, 2, 3, 4,-,四氢喹啉,十氢喹啉,吡啶的氧化,氧化在侧链上,氧化在,N,上,尼古丁,(,烟碱,),烟酸,N-,氧化吡啶,对比：叔胺的,H,2,O,2,氧化,胺氧化合物,N,-,氧化吡啶的性质,（比吡啶）易发生亲电取代反应,（有亲核性）,对比,反应活性不同,取代位置不同,主要产物,（比吡啶）易发生亲核加成,（有亲电性）,对比：,反应较快,为什么,N-,氧化吡啶既有亲电性又有亲核性？,(a),邻对位负电荷密度较大,(1),N-,氧化吡啶有两种形式的共振式,有相似性,保留吡啶的特点,邻对位负电荷密度较大,(b),有相似性,(2),反应的中间体较稳定,(a),亲电取代机理,八隅体，较稳定,(b),亲,核加成及进一步消除,中间体比较稳定,亲电性较强,消除较易进行,吡啶,a,和,g,位侧链上的反应,吡啶,a,和,g,位氢有弱酸性,烯胺负离子,共轭烯胺负离子,有亲核性,性质类似烯醇负离子,(1),与醛酮加成,机理：,类似于醛酮的什么反应？,(2),Michael,加成,(3),烷基化,(4),Lewis,酸作用下的加成反应,机理：,Lewis,酸加强了,a,氢的酸性,本次课小结,吡啶的碱性及应用，吡啶的亲核性（烷基化及加热重排，,酰基化吡啶作为酰基化试剂）,吡啶的亲电取代（反应活性，反应取向及解释）,吡啶的亲核取代（,Chichibabin,反应，与,PhLi,的反应）,吡啶的还原合氧化（侧链氧化及,N,上的氧化）,N-,氧化吡啶的双重性质（亲电性和亲核性）,吡啶,a,或,g,位侧链上的反应,含一个杂原子的苯并五元杂环体系,三种苯并五元杂环体系,亲电取代反应：,吲哚,苯并呋喃,苯并噻吩,亲电取代在杂环上，为什么？,亲电取代中间体分析：,苄基型正碳离子,较稳定,有两个主要共振式,较稳定,两种中间体均有一定的稳定性,亲电取代反应举例：,含一个杂原子的六员杂环苯并体系,喹啉和异喹啉,亲电取代,氧化和还原反应,结构和性质分析,喹啉,异喹啉,碱性和亲和性,亲电取代,亲核取代,氧化和还原反应,支链上的反应,杂环部分象吡啶,碳环部分象萘,喹啉的共振式分析：,喹啉的性质,不存在芳环,保留一个芳环,两个芳环,(1),喹啉的亲电取代反应,通常,5,位与,8,位活性相当，为什么？,从结构特点解释：,苯环比吡啶环活泼,结构类似萘环（萘的,a,位易取代）,问题：,5,位带有,dd+,，为何,与,8,位活性相当？,例,机理分析,亲电取代反应举例,由反应中间体的稳定性解释反应取向,两个反应中间体稳定性差别不大，故,5,和,8,位活性相当。,反常的取代现象及解释,（了解）,可能机理,（非亲电取代机理）,:,(2),喹啉的亲核取代反应,反应与吡啶类似,Chichibabin,反应,取代卤素,(3),喹啉的氧化和还原,氧化：在负电荷密度大的环上,(4),侧链的反应,请写出反应的机理,还原： 在较不稳定的环上,异喹啉的性质,异喹啉的共振式分析,(1),异喹啉的亲电取代反应,反常的取代取向,（了解）,机理,试解释：,为什么不取代,3,位的,Cl,？,(2),异喹啉的亲核取代反应,取代卤素,(3),侧链的反应,3,位上侧链不活泼，为什么,?,对比,喹啉的合成, Skraup,喹啉合成法,反应机理,(i),甘油脱水成丙烯醛,丙烯醛,(ii),环合和氧化芳构化,PhNO,2,：溶剂和弱氧化剂,Michael,加成,Friedel-Crafts,反应,可进一步参与反应,用,Skraup,法制备,喹啉衍生物,8,-,羟基喹啉,5, 6,-,苯并喹啉,（,1,-,氮杂菲）,（氧化剂）,通过,a, b-,不饱和醛制备喹啉衍生物,如何用,Skraup,喹啉合成法制备以下化合物？,完成下列反应,思考题：,本次课小结,苯并五元芳杂环的亲电取代，反应的取向,喹啉和异喹啉的性质（主要：亲电和亲核取代，侧链,上的反应）,喹啉的,Skraup,合成法及机理,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,