9.1杂环化合物（课件）-《有机化学》同步教学（北京出版社）

杂环化合物和生物碱 第九章 1 1. 理解杂环化合物的结构特征和分类； 2. 掌握常见杂环化合物的名称、简单杂环化合物结构与性质的关系； 3. 了解重要的杂环化合物。 学习目标 第一节　杂环化合物 2 医药与杂环化合物 杂环化合物广泛存在于自然界中，且种类繁多、数量很大，其衍生物中有很多具有生理活性，如植物中的叶绿素、动物血液中的血红素、细胞的重要成分核酸以及许多酶等，它们的分子中都含有杂环结构。天然药物中所含的生物碱、合成药物中的抗生素、维生素、抗肿瘤药等也多属于杂环化合物。 例如增强胃动力的多潘立酮（又称吗丁啉）结构中含有两个苯并咪唑杂环；人类发现的第一个抗生素——青霉素也含有杂环结构；常用于治疗肠道感染的氟哌酸结构中含有喹啉杂环结构，诸如此类含有杂环结构的药物数不胜数。 【走进医药】 3 一、分类和命名 常见杂环化合物的分类和命名 分类 碳环母体 含有一个杂原子的杂环 含有两个以上杂原子的杂环 五元杂环 六元杂环 稠杂环 4 一、分类和命名 常见杂环化合物的分类和命名 分类 碳环母体 含有一个杂原子的杂环 含有两个以上杂原子的杂环 苯稠 杂环 5 课堂活动一 命名下列杂环化合物： （一）五元杂环的结构 二、杂环化合物结构 （一）五元杂环的结构 五元杂环中比较重要的是呋喃、噻吩和吡咯，它们的成环碳原子和各自的杂原子氧、硫、氮都是sp2杂化。各环上的四个碳原子与杂原子相互各自以两个sp2杂化轨道构成σ键。环上的五个原子还各有一个未参与杂化的p 轨道，其中四个碳的p轨道上各有一个电子，杂原子的p轨道上有两个电子。由于环上五个原子共平面，这五个p轨道都垂直于这个平面，互相侧面重叠而形成包括五个原子及六个π 电子的闭合共轭体系。属于多电子共轭体系。π 电子总数符合休克尔“4n + 2”规则，所以呋喃、噻吩、吡咯都具有一定程度的芳香性。又由于杂原子未共用电子对参与环系共轭，使环上电子云密度有所增加，比苯活泼，容易进行环上的亲电取代。当发生亲电取代反应时，主要发生在α 位。其活性顺序为：呋喃＞吡咯＞噻吩＞苯。而另一方面，由于这几个杂原子的电负性都大于碳。因此，呋喃、吡咯及噻吩环上的电子云密度并不是均匀分布的，而是在杂原子周围的电子云密度较大，所以它们的芳香性远不如苯，稳定性比苯小。比苯更容易发生亲电取代反应。稳定性顺序：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃。 二、杂环化合物结构 （二）六元杂环的结构 二、杂环化合物结构 （二）六元杂环的结构 六元芳香杂环中最常见的是吡啶。吡啶的分子结构与苯相似，环中的五个碳原子和一个氮原子均以sp2杂化轨道相互重叠形成σ键。环上的六个原子在同一平面上，同时每个原子各有一个电子在其没有参与杂化的p轨道上，这六个p轨道都垂直于环所在的平面，“肩并肩”地相互重叠，形成闭合的6π 电子共轭体系，且π 电子总数符合休克尔“4n + 2”规则，因此也具有芳香性。但要注意的是氮原子上的未共用电子对在sp2杂化轨道上，它与环共平面，因此不能参与环系的共轭。 吡啶分子中，由于氮的电负性大于碳，环上的电子云密度不像苯那样均匀分布，而是氮原子周围的电子云密度较高，环上的电子云密度较低。因此，吡啶与苯有所不同，较难发生亲电取代反应。且取代反应主要在β 位。 二、杂环化合物结构 1. 吡咯属于仲胺，但由于氮原子上未共用电子对与环中π 电子形成了共轭体系，削弱了它与H+ 结合的能力，因此吡咯是一个很弱的碱（pKb=13.6），不能与稀酸或弱酸成盐。同时由于共轭，吡咯氮上的电子云密度相对较低，氮上的氢容易以H+ 的形式解离，所以吡咯又显弱酸性（pKa=15），可与氢氧化钠或氢氧化钾生成盐。 （一） 酸碱性 三、杂环化合物的性质 2. 吡啶环上的氮原子具有叔胺结构，氮原子上的未共用电子对能与H+ 结合，故显弱碱性（pKb=8.8），能与强酸成盐。 碱性比较：pKb 值越大，碱性越弱。 pKb 值： 3.4 4.8 8.8 9.3 13.6 （一） 酸碱性 三、杂环化合物的性质 1. 吡咯分子由于氮原子上的未共用电子对参与环系共轭，表现出斥电子的性质，所以它比苯更容易发生亲电取代反应，尤其是在环α 位置上的氢易被取代。 （二）亲电取代反应 三、杂环化合物的性质 1. 吡咯分子由于氮原子上的未共用电子对参与环系共轭，表现出斥电子的性质，所以它比苯更容易发生亲电取代反应，尤其是在环α 位置上的氢易被取代。 2. 吡啶的亲电取代反应较苯难发生，必须在剧烈条件下才能进行，反应主要发生在环的β 位。 （二）亲电取代反应 三、杂环化合物的性质 吡咯和吡啶包括呋喃和噻吩都可进行催化加氢反应，生成相应的饱和产物而失去芳香性。 （三） 催化氢化 三、杂环化合物的性质 四、重要的杂环化合物及衍生物 （一）吡咯及其衍生物 吡咯为无色液体。沸点13