09 第十二章 杂环化合物.ppt

第1页：杂环化合物章节封面

12 杂环化合物（heterocyclic compound）：环状化合物中，成环的原子除 C 外还含有 O、S、N 等其他原子的化合物称为杂环化合物。

• 12.1 杂环化合物的分类和命名
• 12.2 杂环化合物的结构与芳香性
• 12.3 杂环化合物的性质
• 12.4 重要杂环化合物

第2页：杂环的分类与命名法

12.1 杂环化合物的分类和命名

1、杂环化合物的分类

单杂环（五元杂环、六元杂环）、稠杂环（苯并杂环、杂环并杂环）

2、杂环化合物的命名

有音译法和系统命名法两种；音译法是按外文名称音译，以口字旁同音汉字表示

第3页：五元杂环的命名

编号从杂原子开始，按 O、S、N 的顺序使杂原子的序号最低；α、β 表示与杂原子相邻或相间的位次。

命名示例：2-甲基呋喃、2-呋喃甲醛、2-甲基-5-乙基呋喃

第4页：五元杂环命名示例

命名示例

• 2,5-二甲基咪唑
• N-甲基-4-乙基咪唑
• 5-甲基噻唑
• 5-甲基咪唑
• 2,5-二甲基噁唑

第5页：六元杂环与稠杂环

六元杂环：吡啶、3-吡啶甲酸（烟酸）

稠杂环：5-甲基吲哚、8-羟基喹啉、6-氨基嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶

第6页：五元杂环的结构

12.2 杂环化合物的结构和芳香性

呋喃、噻吩、吡咯结构上的共同点

• 环上 5 个原子都是 sp² 杂化，位于同一平面上
• 碳原子 p 轨道上有 1 个单电子，杂原子 p 轨道上有 2 个电子
• 5 个 p 轨道垂直于环所在平面，侧面交盖形成闭合的共轭体系

以 O（S）为例：2S²2P⁴ 经 sp² 杂化形成 3 个 sp² 杂化轨道，未杂化的 p 轨道参与共轭。

第7页：吡咯的结构与芳香性

吡咯 N 的杂化：N 的价电子 2S²2P³ 经 sp² 杂化形成 3 个 sp² 杂化轨道，未杂化的 p 轨道上有 2 个电子参与共轭。

符合休克尔 4n+2 规则（6 个 π 电子），具有芳香性，属于富电子芳杂环。

第8页：吡啶的结构与芳香性

以吡啶为例说明六元杂环的结构和芳香性：吡啶 N 为 sp² 杂化（2S²2P³），形成 3 个 sp² 杂化轨道，未杂化的 p 轨道参与共轭。

符合休克尔 4n+2 规则，具有芳香性，属于缺电子芳杂环。

第9页：芳香性判断练习

练习：下列化合物是否有芳香性？数出 π 电子数，用休克尔 4n+2 规则判断。

注：本页源文件以结构式为主，具体化合物与答案以原课件图片为准。

第10页：亲电取代反应活性

12.3 杂环化合物的化学性质——1、亲电取代反应

活性次序：吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 > 吡啶。

第11页：杂环的还原反应

2、还原反应

• 呋喃、噻吩、吡咯很容易被还原为饱和的环系，呈现共轭烯烃的性质
• 四氢呋喃（THF）是常用的溶剂
• 吡啶比五元杂环难被还原，催化氢化得六氢吡啶

注：源文件给出吡咯类与吡啶类化合物的 pK_b 数据（如 3.7、2.88），具体对应关系以原课件图片为准。

第12页：杂环的氧化反应

3、氧化反应

• 呋喃、吡咯对氧化剂都很敏感，在空气中就能被氧化
• 吡啶对氧化剂相当稳定

第13页：吡咯、吡啶的酸碱性

4、吡咯、吡啶的酸碱性：含氮化合物碱性的强弱取决于氮原子上未共用电子对与 H⁺ 结合的能力。

注：本页源文件以结构分析为主，具体碱性次序见本页与下一页的对照，以原课件图片为准。

第14页：碱性强弱与显色反应

5、显色反应

• 呋喃遇盐酸浸过的松木片显绿色，可用于检验呋喃及其低级衍生物
• 吡咯蒸气遇浓盐酸浸过的松木片显红色，可用于鉴别吡咯及其低级衍生物

第15页：呋喃的衍生物

12.4 重要杂环化合物——呋喃衍生物

• 糠醛、5-硝基糠醛
• 5-硝基糠醛是医药工业的原料，醛基与氨基化合物缩合可制备呋喃西林、呋喃唑酮等杀菌和抗菌药物

第16页：吡咯的衍生物

吡咯衍生物广泛存在于自然界，如叶绿素、血红素等，其核心骨架为卟吩。

第17页：吡啶及其衍生物

吡啶及其衍生物

• 吡啶是有臭味的液体，能与水、乙醇互溶
• 吡啶是非常有用的溶剂，能溶解氯化铜、氯化锌、氯化汞、硝酸银等许多无机盐
• 重要衍生物：β-吡啶甲酸（烟酸或尼克酸）、β-吡啶甲酰胺（烟酰胺或尼克酰胺）、维生素 PP、维生素 B₆（吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺）

第18页：嘧啶与吲哚衍生物

嘧啶及其衍生物

核酸中的嘧啶碱：胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）

吲哚及其衍生物

吲哚的松木片反应呈红色；β-吲哚乙酸简称 IAA，是最早发现的植物内源激素之一

第19页：嘌呤及其衍生物

嘌呤及衍生物：重要的嘌呤衍生物是组成核酸的嘌呤碱——腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）。