《有机化学 第四版课件 教学课件 ppt 作者 邓苏鲁 编第十二章 杂环化合物》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机化学 第四版课件 教学课件 ppt 作者 邓苏鲁 编第十二章 杂环化合物（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,有机化学第四版电子课件,邓苏鲁 编,2,第十二章 杂环化合物,【学习目标】,了解杂环化合物的分类，掌握含一个杂原子的五元杂环、六元杂环和稠杂环化合物的命名方法。 熟悉重要的含一个杂原子的杂环和稠杂环化合物的来源、性质和用途。 了解生物碱的一般概念及其生理功能。,3,参与成环的原子除碳原子外，还有O、N、S等杂原子，且具有类似苯环结构及芳香性的环状化合物叫杂环化合物。在前几章中，曾遇到一些含有杂原子的环状化合物。如：,这些化合物的环比较容易生成，也容易破裂，性质与脂肪族相似，所以一般放在脂肪族化合物中讨论，不列入杂环化合物的讨论范围。 杂环化合物的种类繁多，在自然界中分布非常广泛，其中很多具
2、有重要的生理作用，如叶绿素、血红素、花色素、维生素、抗生素、生物碱和与生命活动有密切关系的核酸等。杂环化合物也是合成许多药物、染料、农药等的原料。因此，研究杂环化合物对于科学研究和实际应用方面都很重要。,第一节 杂环化合物的分类和命名,4,一、杂环化合物的分类,杂环化合物一般可分为单杂环和稠杂环两大类。常见的单环有五环及六环杂环，稠杂环常由苯环与单杂环或单杂环与单杂环稠合而成。环中的杂原子可以是一个、两个或多个，而且杂原子可以相同，也可以不同。一些简单的杂环化合物的分类及命名见表121。,5,表121 杂环化合物的分类和命名,6,二、杂环化合物的命名,杂环化合物的命名一般采用译音法.译音法是根
3、据国际通用英文名称的译音,选择带”口”字旁的同音汉字来命名,例如:,7,环上有取代基的杂环化合物，若取代基是烃基、硝基、卤素、氨基（或烷氨基）、烷酰基、羟基等，则以杂环作为母体；,8,若取代基是磺酸基、醛基、羧基等，则把杂环当作取代基。,9,从杂原子开始编号。 杂原子位次为1。 当环上含有两个或相同的杂原子时，应从连有取代基（或氢原子） 的那个杂原子开始编号，并使其他杂原子的位次尽可能最小。 当环上有不同的杂原子时，则按O、S、N、的顺序编号。例如：,杂环编号的一般原则是：,10,环上只有一个杂原子，也可用希腊字母编号，把靠近杂原子的位置叫 位，其后依次为位和位。五元杂环只有位和位，六元杂环有
4、、位。例如：,11,第二节 重要的五元杂环化合物及其衍生物,呋喃、噻吩、吡咯是含一个杂原子的典型的五元杂环化合物，它们的分子结构示意图如下：,从分子结构示意图看出，它们在结构上具有共同之处，根据近代物理方法表明，环上五个碳原子在同一平面上，五个碳原子间以键相互结合，杂环中存在与苯环一样的闭合大键。因此，它们与苯环相似，具有芳香性，但芳香性比苯弱，所以杂环化合物比苯容易发生卤化、硝化等取代反应，并且主要得到-位取代物，它们与苯取代反应的活性顺序如下：,12,一、呋喃和糠醛,呋喃,性质与用途 呋喃为无色液体。沸点为31.4,有类似氯仿的气味。它遇盐酸浸湿的松木片呈绿色，这叫松木片反应，可用于检验呋
5、喃的存在。 呋喃是重要的化工原料，可用来合成药物，除草剂和洗涤剂等精细化工产品。 呋喃容易进行环上取代反应，主要发生在-位。它也可以发生加成反应。,13,取代反应 呋喃在室温下与氯和溴反应强烈，可得到多卤化物。例如：,14,加成反应 呋喃在催化剂存在下能进行加氢反应，生成相应的四氢呋喃（THF）,四氢呋喃为无色液体，沸点65，它是一种优良的溶剂和重要的有机合成原料，也是生产医药的原料。常用四氢呋喃合成己二酸、己二胺。,15,糠醛,性质和用途 糠醛为无色液体，沸点161.7，熔点38.7,密度1.159g/Cm3,20,可溶于水并能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中。 糠醛在醋酸存在下，与苯胺作用呈红色
6、，可用于检验糠醛。 糠醛除具有呋喃环的反应性能外，还具有与苯甲醛相似的性质，比较容易被氧化和还原，也可以发生坎尼扎罗反应和银镜反应等。,16,氧化反应,加氢反应 糠醛在不同条件下，可以得到不同程度的还原产物。如下式为制取糠醇的反应。,糠醇为优良的溶剂，也是合成糠醇树脂的单体。,17,歧化反应 糠醛为不含- 氢的醛，在强碱作用下，发生歧化反应，生成糠醇和糠酸。,糠醛可用作色谱分析试剂，也是有机化工原料，可用以制取糠醇、糠醛、呋喃。也可用以合成医药、农药、己二酸、己二胺、酚糠醛树脂等，还可用作溶剂。糠酸是制造增塑剂和香料的原料。,18,二、噻吩,来源,性质和用途,噻吩是无色易挥发的液体，沸点84.
7、2,20时密度为1.065g/Cm3,有类似于苯的气味,不溶于水易溶于多种有机溶剂。噻吩与靛红在浓硫酸存在下加热而显蓝色，可用于检验噻吩。,19,噻吩比呋喃更易发生氧化、硝化、磺化等取代反应,噻吩及其衍生物主要用作合成药物的原料，例如：由- 噻吩乙酸合成的先锋霉素是常用的抗生素。此外，还是制造感光材料、染料、除草剂和香料的原料。,20,三、吡咯,四氢吡咯有较强的碱性，其碱性强弱与脂肪族仲胺相当，比吡咯强。,在叶绿素、血红素、胆红素及许多生物碱等重要分子的结构中都含有吡咯环、吡咯是重要的化工原料。吡咯在工业上主要用于合成医药中间体。,21,第三节 重要的六元杂环及稠杂环化合物,一、吡啶,性质与用
8、途,吡啶是无色具有特殊臭味的液体，沸点115.5熔点42 ，密度（20）0.982g/Cm3,能与水、乙醇、乙醚等混溶，还能溶解大部分有机化合物和许多无机盐类，是一种优良的溶剂。吡啶的化学反应如下：,22,碱性 吡啶环上的氮原子有一对未共用电子对，能与质子结合而显碱性，它的水溶液能使石蕊试纸变蓝。它的碱性比苯胺强，但比氨和脂肪族胺弱得多。,吡啶可与强无机酸生成盐,加入强碱后吡啶又游离出来.此性质可用于分离或提纯吡啶.,23,取代反应 吡啶可发生卤化、硝化和磺化反应，但反应比苯困难，需在强裂条件下进行，取代基主要进入位，例如：,氧化反应,吡啶环比苯环更稳定，比苯更难于氧化。但与吡啶环相连的支链在
9、酸性高锰酸钾溶液作用下能生成相应的吡啶甲酸。例如：,24,还原反应,吡啶比苯容易加氢，用铂作催化剂，在常温、常压下得到高产率的六氢吡啶 。,六氢吡啶为无色液体，熔点7，易溶于水、乙醇、乙醚等，具有特殊臭味。其碱性（PKb 2.8)比吡啶强，化学性质与脂肪族胺相似，常用作溶剂及水分测定试剂，又可作为合成医药、农药、表面活性剂的原料。 吡啶的衍生物广泛存在于生物体中，而且大都具有生理作用。例如维生素B6以及吡啶系生物碱中的烟碱（尼古丁）、毒芹碱和颠茄碱等。,25,二、喹啉,来源与制法,喹啉存在于煤焦油和骨焦油中，可用稀硫酸提取得到。也可由苯胺、甘油、浓硫酸和硝基苯共热制得。,性质和用途,喹啉为无色
10、油状液体，沸点238，密度（20）1.095g/Cm3 难溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。本身也是一种高沸点的溶剂。喹啉分子中含有吡啶环，因此化学性质与吡啶相似，具有弱碱性（PKb9.06） ，其碱性比吡啶稍弱。与无机酸作用生成盐，与卤代烷作用生成季铵盐。喹啉的主要化学反应如下：,26,8羟基喹啉为白色晶体，在分析化学中用于金属的测定和分离。它又是制备染料和药物的中间体,取代反应 喹啉在发生卤化、硝化、磺化等反应时，取代基主要进入喹啉中苯环的5位及8位。例如：,氧化反应 喹啉被高锰酸钾氧化后，苯环发生破裂，生成2，3吡啶二甲酸，2，3吡啶二甲酸进一步加热脱羧可制得烟酸。,8羟基喹啉,28,
11、还原反应 喹啉在催化剂铂存在下，于40与氢气反应时，生成十氢喹啉。十氢喹啉是重要的溶剂。,喹啉是重要的医药原料，如用于制备烟酸类，8羟基喹啉类和喹啉类三大类药物。喹啉也可用作高沸点溶剂及萃取剂，还可用于保存解剖标本等。,29,本 章 小 结,杂环化合物的结构特征,环中有O、S、N等杂原子；成环原子在同一平面上，具有类似苯环的结构；环系稳定，具有芳香性。,杂环化合物的命名,采用译音法，在同一汉字左边加“口”字旁。,杂环化合物的反应规律,五元杂环化合物 呋喃、噻吩、吡咯都比苯易发生卤代、硝化、磺化等取代反应，取代反应主要发生在位，其反应活性顺序为：,30,喹啉是稠杂环化合物，卤化硝化等取代反应主要
12、发生在苯环的5位和8位。喹啉具有弱碱性，其碱性比吡啶 稍弱，但比苯胺稍强些。,杂环化合物的鉴别,吡啶与叔胺相似，具有碱性，与卤代烷反应生成季铵盐。吡啶 的卤化、硝化等取代反应比苯难，取代反应主要发生在位。吡啶环上连有烷基时，可以发生侧链的氧化反应，生成相应的吡啶甲基酸。也可发生还原反应。,31, 给下列化合物命名或由名称写出构造式。,习 题,32, 完成下列化学反应。,+ 2H2,O,？,N,O,COOH,O,Ni, ，加压,S,+ H2,Ni,O,CHO,+ HCHO,浓NaOH,？,？,？,+ ？,+ H2SO4,？,33, 填空题。,34, 选择题, 下列化合物中具有芳香性的是（ ）。,
13、 除去甲苯中少量噻吩常用的试剂是（ ）。,A,浓H2SO4,B,NaOH溶液,C,乙烷,D,CCl4, 区别吡啶和-甲基吡啶的试剂是（ ）。,A,HCl,B,NaOH溶液,C,KMnO4 ，H+,D,乙醇, 用化学方法鉴别下列各组化合物。, 呋喃、糠醛、噻吩, 苯甲醛、糠醛,35, 用化学方法，将下列 混合物中的少量杂质除去。, 苯中混有少量的噻吩, 甲苯中含有少量的吡啶, 将下列各组化合物按其碱性由强到弱顺序排列。, 甲胺、吡啶、氨、苯胺, 吡啶、六氢吡啶、喹啉、苯胺, 某化合物A分子式为C6H6OS ，它不能与托伦试剂反应，但能与羟胺反应生成肟，与次碘酸钠反应生成-噻吩甲酸钠。试推测化合物
14、A的构造式。, 某杂环化合物A的分子式为C5H4O2 ，经氧化后生成羧酸C5H4O3 ，把此羧酸的钠盐与碱石灰作用，转变为C4H4O ，后者可发生松木片反应，试推测化合物A的构造式。,36,阅续材料,生物碱及其生理功能,生物碱是一类重要的天然有机化合物。自1803年从鸦片中分离出吗啡以后，迄今已从自然界中分离出一万多种生物碱。生物碱是指存在于生物的体内，具有明显生理活性的碱性含氮有机化合物，大多数生物碱是结构较复杂的含氮杂环化合物，少数是胺类化合物。 生物碱来源于是植物，所以曾称为植物碱。它们是一些中草药的重要有效成分，对人体有特殊的生理活性，具有止痛、平喘、止咳、清热、抗癌等作用。被广泛用于
15、治疗疾病。但是，生物碱一般毒性较大，适量使用能治疗疾病，用量过大则可能引起中毒以致死亡。 下面介绍几种重要的生物碱及其生理功能：,烟碱,N,N,CH3,烟碱,又名尼古丁，属于吡啶类生物碱，它在烟,37,草中含量较高，国产烟叶约含烟碱性1%4% 。,烟碱有剧毒，少量能引起中枢神经的兴奋，血压升高，大量就会抑制中枢神经系统，使心脏麻痹致死。成人口服致死量为4060mg 。因此吸烟对人体有害，尤其是对青少年危害更大，应提倡不要吸烟！ 烟碱在农业上用作杀虫剂。,吗啡碱、可待因和海洛因,吗啡碱、可待因和海洛因均存在于罂粟科植物鸦片中，它们都属于异哇啉类生物碱。吗啡碱对中枢神经有麻醉作用有极快的镇痛效力，但久用成稳，要严格控制使用。可待因镇痛作用较吗啡弱，镇咳效果较好，成稳性虽较小，但不宜滥用。海洛因是麻醉作用和毒性都比吗啡强得多的毒品，极易成稳，绝对不能食用，它们的结构式如下：,38, 小檗碱,小檗碱 又名黄连素，存在于黄连,和黄柏中，属于异喹啉类生物碱。黄连素能抑制痢疾杆菌，链球菌和葡萄球菌，临床主要用于治疗细菌性痢疾和肠胃炎。, 喜树碱,O,N,O,O,HO,C2H5,喜树碱 是从我国特有植物喜树中,提取的一种喹啉类生物碱，喜树碱具有抗癌作用，用于治疗胃癌、肠癌和白血病。,39,THANK
