第16章杂环化合物.doc
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1、辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称:有机化学第十六章 杂环化合物教学目的:1. 掌握杂环化合物的分类和命名。2理解杂环化合物的结构与芳香性。3. 掌握五元杂环化合物的化学性质。教学重点:杂环化合物命名;结构与芳香性;五元杂环化合物的化学性质教学难点:杂环化合物结构与芳香性;化学性质教学方法 采用模型、多媒体课件和板书相结合的课堂讲授方法。引言杂环化合物是指组成环的原子中含有除碳以外的原子(杂原子常见的是N、O、S等)的环状化合物。 杂环化合物不包括极易开环的含杂原子的环状化合物,例如:本章我们只讨论芳香族杂环化合物。杂环化合物是一大类有机物,占已知有机物的三分之一。 年 月 日 x0404-0
2、8辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称:有机化学环化合物在自然界分布很广、功用很多。例如,中草药的有效成分生物碱大多是杂环化合物;动植物体内起重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基都是含氮杂环;部分维生素,抗菌素;一些植物色素、植物染料、合成染料都含有杂环。16.1 杂环化合物的分类杂环大体可分为:单杂环和稠杂环两类。 稠杂环是由苯环与单杂环或有两个以上单杂环稠并而成。 16.2 杂环化合物的命名杂环的命名常用音译法,是按外文名称的音译,并加口字旁,表示为环状化合物。如杂环上有取代基时,取代基的位次从杂原子算起用1,2,3,4,5 年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称
3、:有机化学(或可将杂原子旁的碳原子依次编为 , , ) 来编号。 如杂环上不止一个杂原子时,则从O,S,N 顺序依次编号,编号时杂原子的位次数字之和应最小: 五元杂环中含有两个杂原子的体系叫唑(azole)当环上有取代基时,取代基的位次从杂原子算起依次用1,2,3, (或,)编号。如杂环上不止一个杂原子时,则从O、S、N顺序依次编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小。16.3五元杂环化合物一、 呋喃、噻吩、吡咯含一个杂原子的典型五元杂环化合物是呋喃、噻吩和吡咯。含两个杂原子的有噻唑、咪唑和吡唑。本节重点讨论呋喃、噻吩和吡咯,简单介绍一下噻唑、咪唑和吡唑。 年 月 日 x0404-08辽宁中医药
4、大学杏林学院讲稿课程名称:有机化学1杂环化合物的结构与芳香性呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点,即构成环的五个原子都为sp2杂化,故成环的五个原子处在同一平面,杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体系,其电子数符合休克尔规则(电子数 = 4n+2),所以,它们都具有芳香性。吡啶的结构 由于吡啶环的N上在环外有一孤对电子,故吡啶环上的电荷分布不均。 年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称:有机化学2物理性质 光谱性质 呋喃,噻分,吡咯的电子结构和光谱性质。 电子结构:这三个杂环化合物中,碳原子和杂原子均以sp2杂化轨道互相连接成健,并且在一个平面上,每个碳原子及杂原子上均有
5、一个p轨道互相平行,在碳原子的p轨道中有一个p电子,在杂原子的p轨道中有两个p电子,形成一个环形的封闭的电子的共轭体系。这与休克尔的4n+2规则相符,因此这些杂环或多或少的具有与苯类似的性质,故称之为芳香杂环化合物。 芳香性大小,试验结果表明: 光谱性质:IR: c-H = 30773003cm-1,N-H = 35003200 cm-1 (在非极性溶剂的稀溶液中,在3495 cm-1,有一尖峰。在浓溶液中则于3400 cm-1,有一尖峰。在浓和淡的中间浓度时,两种谱带都有),杂环CC伸缩振动:16001300 cm-1 (有二至四个谱带)。 年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院
6、讲稿课程名称:有机化学NMR:这些杂环化合物形成封闭的芳香封闭体系,与苯环类似,在核磁共振谱上,由于外磁场的作用而诱导出一个绕环转的环电流,此环电流可产生一个和外界磁场方向相反的感应磁场,在环外的质子,处在感应磁场回来的磁力线上,和外界磁场方向一致,在去屏蔽区域,故环上氢吸收峰移向低场。化学位移一般在7ppm左右。 呋喃:H =7.42ppm H =6.37ppm 噻吩:H =7.30ppm H =7.10ppm 吡咯:H =6.68ppm H =6.22ppm 3化学性质(1)亲电取代反应从结构上分析,五元杂环为56共轭体系,电荷密度比苯大,如以苯环上碳原子的电荷密度为标准(作为0),则五元
7、杂环化合物的有效电荷分布为: 五元杂环有芳香性,但其芳香性不如苯环,因环上的电子云密度比苯环大,且分布不匀,它们在亲电取代反应中的速率也比要苯快得多。亲电取代反应的活性为: 吡咯 呋喃 噻吩 苯,主要进入-位。 年 月 日 x0404-08辽宁中医药大学杏林学院讲稿课程名称:有机化学五元杂环吡咯、呋喃、噻吩的反应实例见P555556 说明:吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应,对试剂及反应条件必须有所选择和控制。卤代反应 不需要催化剂,要在较低温度和进行。 硝化反应 不能用混酸硝化,一般是用乙酰基硝酸酯(CH3COONO2)作硝化试剂,在低温下进行。磺化反应 呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化,要用特殊的磺
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