《有机与药物合成化学》课程教学课件（讲稿）杂环化合物

第十七章 杂环化合物 王鹏 山东科技大 山车科枝大学化学与材料工程学院 化学与环境工程学院

山东科技大学 化学与环境工程学院 王鹏 山东科技大学化学与材料工程学院 1 第十七章 杂环化合物

17.1杂环化合物的分类、命名和结构 >概述 : 口成环原子除碳以外，还有其它如O、N、S、P等杂 原子的环状化合物，统称为杂环化合物 ▣杂环化合物具有重要的作用，多数药物和功能性大 分子均存在杂环，如血红素等 杂环化合物 非芳香性杂环化合物，如：、 、内酯、环状酸酐等。 芳香性杂环化合物 口本章讨论的是环为平面型，环的π电子符合4n+2规 则，即具有芳香性的杂环化合物 山东科技大学 化学与环境工程学院

山东科技大学 王鹏 化学与环境工程学院 ➢概述： 成环原子除碳以外，还有其它如O、N、S、P等杂 原子的环状化合物，统称为杂环化合物 杂环化合物具有重要的作用，多数药物和功能性大 分子均存在杂环，如血红素等 本章讨论的是环为平面型，环的π电子符合4n+2规 则，即具有芳香性的杂环化合物 17.1 杂环化合物的分类、命名和结构

17.1杂环化合物的分类、命名和结构 >杂环化合物的分类： 五元杂环，如 单杂环 六元杂环，如 杂环化合物 苯环与单杂环稠并，如 稠杂环 两个以上单杂环稠并 山东科技大学 化学与环境工程学院

山东科技大学 王鹏 化学与环境工程学院 17.1 杂环化合物的分类、命名和结构 ➢杂环化合物的分类： 杂环化合物 单杂环 五元杂环, 如 O N H S 六元杂环, 如 N 稠杂环 苯环与单杂环稠并, 如 N H N 两个以上单杂环稠并

17.1杂环化合物的分类、命名和结构 >杂环化合物的命名： 口音译法：在同音汉字左边+“口”字，编号都将杂 原子定为1号 Ni H furan pyrrole thiophene pyridine 呋喃 吡咯 噻吩 吡啶 indole quinoline 吲哚 喹啉 山东科技大学 化学与环境工程学院

山东科技大学 王鹏 化学与环境工程学院 17.1 杂环化合物的分类、命名和结构 ➢杂环化合物的命名： 音译法：在同音汉字左边+ “口”字，编号都将杂 原子定为1号 O N H S N furan pyrrole thiophene pyridine 呋 喃 吡 咯 噻 吩 吡 啶 1 1 1 1 N H N indole quinoline 吲 哚 喹 啉 1 1

171杂环化合物的分类、命名和结构 ▣杂环化合物的编号： ·按照O、S、N的优先顺序将杂原子命名为1号， 杂原子邻 位的碳原子也可依次用α、B、Y.编号，若环上连有不同 的取代基，其编号按次序规则和最低系列 COOH COOH CH3 CHO NCOOH 2-甲基吡咯 2-呋喃甲醛 3-噻吩甲酸 2,3-吡啶二甲酸 a-甲基吡咯 a-呋喃甲醛 阝-噻吩甲酸 a,阝-吡啶二甲酸 山东科技大学 化学与环境工程学院

山东科技大学 王鹏 化学与环境工程学院 17.1 杂环化合物的分类、命名和结构 杂环化合物的编号： • 按照O、S、N的优先顺序将杂原子命名为1号，杂原子邻 位的碳原子也可依次用α、β、γ.编号，若环上连有不同 的取代基，其编号按次序规则和最低系列 1 2 N H O S CH3 CHO COOH 2 - 甲基吡咯 2 - 呋喃甲醛 3 - 噻吩甲酸 N COOH COOH 2, 3 - 吡啶二甲酸 α β α α β α - 甲基吡咯 α - 呋喃甲醛 β - 噻吩甲酸 α , β - 吡啶二甲酸

17.1杂环化合物的分类、命名和结构 >二、结构与芳香性 ▣杂环化合物为什么具有芳香性？ 。 以吡咯和呋喃为例：它们均同面，且满足4+2规则 未参与共轭 富电子体系 五元杂环化合物具有芳香性的一个标志就是环上氢原子 的核磁共振信号都出现在低场区，这主要是受离域电子 环流的影响 山东科技大学 化学与环境工程学院

山东科技大学 王鹏 化学与环境工程学院 ➢二、结构与芳香性 杂环化合物为什么具有芳香性？ • 以吡咯和呋喃为例：它们均同面，且满足4n+2规则 • 五元杂环化合物具有芳香性的一个标志就是环上氢原子 的核磁共振信号都出现在低场区，这主要是受离域电子 环流的影响 17.1 杂环化合物的分类、命名和结构 未参与共轭 C C C N C H C C C O C N H O π 5 6 富电子体系

171杂环化合物的分类、命名和结构 杂环氢的核磁共振： 66.99 66.22 δ6.24 δ7.18 66.68 δ7.29 ▣吡啶是六元杂环的典型代表，结构与苯环相似 π6 等电子体系 未参与共轭 山东科技大学 化学与环境工程学院

山东科技大学 王鹏 化学与环境工程学院 17.1 杂环化合物的分类、命名和结构 • 杂环氢的核磁共振： 吡啶是六元杂环的典型代表，结构与苯环相似 S N H O δ δ 6.99 δ 6.22 δ 6.24 7.18 δ 6.68 δ 7.29 π 6 6 等电子体系 N C C N C C C 未参与共轭

17.1杂环化合物的分类、命名和结构 >具有芳香性的杂环与苯环的异同点： 口五元杂环化合物： Z-C C2-C3 C3-C4 呋喃 0.136(0.143) 0.1361 0.1430 吡咯 0.1370(0.147) 0.1383 0.1417 Z=O、NH、S 噻吩 0.17140.182) 0.1370 0.1423 C=C C-C 0.134 0.154 五元杂环化合物的芳香性比苯差。其芳香性次序是： 山东科技大学 化学与环境工程学院

山东科技大学 王鹏 化学与环境工程学院 17.1 杂环化合物的分类、命名和结构 ➢具有芳香性的杂环与苯环的异同点： 五元杂环化合物： • 五元杂环化合物的芳香性比苯差。其芳香性次序是： Z Z = O、NH、S 呋喃 吡咯 噻吩 Z C 0.136(0.143) 0.1361 0.1430 2 4 3 C2 C3 C3 C4 0.1370(0.147) 0.1383 0.1417 0.1714(0.182) 0.1370 0.1423 C=C C C 0.134 0.154 S N H O

171不化合物的分类、命名和结构 五元杂环化合物是富电子体系，其亲电取代反应比苯容 易，尤其易发生在-位。同时杂原子的存在相当于在环 上引入了-NH2、-OH、-SH等活化基团而使环活化，故 进行亲电取代反应的活泼顺序是： H ▣六元杂环化合物： 0.140 、吡啶是等电子体系 相当于带有硝基的苯环，因此 0.139 亲电反应弱于苯环 0.147单 0.134 0.128双/ 山东科技大学 化学与环境工程学院

山东科技大学 王鹏 化学与环境工程学院 17.1 杂环化合物的分类、命名和结构 • 五元杂环化合物是富电子体系，其亲电取代反应比苯容 易，尤其易发生在α- 位。同时杂原子的存在相当于在环 上引入了-NH2、-OH、 -SH 等活化基团而使环活化，故 进行亲电取代反应的活泼顺序是： 六元杂环化合物： • 吡啶是等电子体系， 相当于带有硝基的苯环，因此 亲电反应弱于苯环 N S H O N 2 3 4 0.139 0.140 0.134 0.147 0.128 单 双

17.1杂环化合物的分类、命名和结构 口五元、六元杂环化合物虽然都具有芳香性，但其环 上的电子云的密度是不同的，其电子云密度由高到 低的顺序是： 芳香性体现的是电子云分布的平均性，电子云密度则体 现了亲电反应的难易 芳杂环电子云密度由杂原子的电负性和其共轭电子数共 同决定 山东科技大学 化学与环境工程学院

山东科技大学 王鹏 化学与环境工程学院 17.1 杂环化合物的分类、命名和结构 五元、六元杂环化合物虽然都具有芳香性，但其环 上的电子云的密度是不同的，其电子云密度由高到 低的顺序是： • 芳香性体现的是电子云分布的平均性，电子云密度则体 现了亲电反应的难易 • 芳杂环电子云密度由杂原子的电负性和其共轭电子数共 同决定 S N H O N