含氮及杂环化合物页PPT文档
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12杂环化合物-51页PPT精品文档
O
C N(C2H5)
N
烟酰二乙胺(可拉明)
CONHNH2
N
异烟酰肼 (雷米封)
CH2OH
HO
CH2OH
H3C N
维生素B6
O
H HS
NH
·H2O
NH2
N
O
CH3
COOH
头 孢 氨 苄 ( 先 锋 霉 素 I V)
N NH 烟碱(尼古丁)
O H3C
CH3
NN
O NN
咖啡碱 CH3
CH CH2 CH3
杂环化合物：环中含有杂原子的环状化物。
常见的杂原子有：O、S、N。
• 已经学过的杂环化合物：
• 这些化合物容易开环，的性质与相应的脂肪族化合 物相近。 本章主要讨论的是最重要的、最令人感兴趣的那 些环比较稳定，具有芳香结构和芳香性的杂环化 合物。（简称芳杂化合物）。
12.1 杂环化合物的分类、命名和结构
有一定程度的不饱和化合物的性质(发生加成反应)。 （1）取代反应—— 位取代 • 溴代：
• 硝化（缓和试剂）：
• 磺化（缓和试剂）：
吡啶与SO3的络合物
傅-克酰基化反应 （使用缓和路易斯酸催化剂）
结论：五元多π芳杂环的亲电取代 a.反应活性比苯大； b.使用温和的反应条件； c.反应部位主要为α-位。
常见的杂环有：
呋喃
噻吩
吡咯
吡啶
喹啉
噻唑
嘧啶
吲哚
命名1：带有取代基的杂环化合物
• 母体选择：磺酸、羧酸及其衍生物外，一般 以杂环为母体。
• 杂环的编号：从杂原子开始;环上有多个 相同杂原子时，使杂原子位号符合最低系列 原则；不同杂原子按O、S、N的次序编号。
有机化学精品课件——杂环化合物
理学、毒理学和临床研究等方面的内容。
05
有机化学与绿色化学
有机化学的发展趋势
1 2 3
新的合成方法
例如，定向合成、组合合成和高选择性催化等 新技术的开发和应用，极大地推动了有机化学 的发展。
新的反应性和反应机制
例如，电化学和光化学反应以及超分子和纳米 反应器等新技术的应用，为有机化学提供了新 的反应性和反应机制。
总结词
杂环化合物在分子生物学领域具有广泛的应用，涉及多种生物学实验技术。
详细描述
杂环化合物可以作为药物分子、基因治疗剂、分子探针等应用于分子生物学研究中。生物学实验技术包括细胞 培养、基因克隆和表达、蛋白质分离和分析等。这些技术可以用来研究杂环化合物在生物体内的吸收、分布、 代谢和排泄等特性。
杂环化合物的应用研究实验
合成方法
通过取代反应
杂环化合物可以通过取代反应合成，如卤代烃、醇、羧酸等 中的杂原子被其他原子取代。
通过成环反应
某些杂环化合物可以通过成环反应合成，如氨基酸、腺苷等 。
02
杂环化合物的种类与性质
含氮杂环化合物
吡啶
弱碱，碱性来自于氮原子上的孤对电子，可参与多种有机反应。
咪唑
碱性较弱，作为配体参与有机反应。
抗疟活性
青蒿素及其衍生物是具有抗疟活性的重要杂环化合物，通过干扰疟原虫的细胞膜 结构和功能，导致疟原虫死亡。
04
有机化学实验技术
杂环化合物的合成实验
总结词
有机化学实验技术中，杂环化合物的合成 实验是掌握杂环化合物性质的重要环节。
VS
详细描述
杂环化合物的合成实验涉及到多种反应类 型，如缩合反应、取代反应、加成反应等 。在实验过程中需要用到各种不同的试剂 和溶剂，如酸、碱、氧化剂、还原剂等。 实验操作也有一定难度，需要掌握一定的 实验技能和操作技巧。
05
有机化学与绿色化学
有机化学的发展趋势
1 2 3
新的合成方法
例如，定向合成、组合合成和高选择性催化等 新技术的开发和应用，极大地推动了有机化学 的发展。
新的反应性和反应机制
例如，电化学和光化学反应以及超分子和纳米 反应器等新技术的应用，为有机化学提供了新 的反应性和反应机制。
总结词
杂环化合物在分子生物学领域具有广泛的应用，涉及多种生物学实验技术。
详细描述
杂环化合物可以作为药物分子、基因治疗剂、分子探针等应用于分子生物学研究中。生物学实验技术包括细胞 培养、基因克隆和表达、蛋白质分离和分析等。这些技术可以用来研究杂环化合物在生物体内的吸收、分布、 代谢和排泄等特性。
杂环化合物的应用研究实验
合成方法
通过取代反应
杂环化合物可以通过取代反应合成，如卤代烃、醇、羧酸等 中的杂原子被其他原子取代。
通过成环反应
某些杂环化合物可以通过成环反应合成，如氨基酸、腺苷等 。
02
杂环化合物的种类与性质
含氮杂环化合物
吡啶
弱碱，碱性来自于氮原子上的孤对电子，可参与多种有机反应。
咪唑
碱性较弱，作为配体参与有机反应。
抗疟活性
青蒿素及其衍生物是具有抗疟活性的重要杂环化合物，通过干扰疟原虫的细胞膜 结构和功能，导致疟原虫死亡。
04
有机化学实验技术
杂环化合物的合成实验
总结词
有机化学实验技术中，杂环化合物的合成 实验是掌握杂环化合物性质的重要环节。
VS
详细描述
杂环化合物的合成实验涉及到多种反应类 型，如缩合反应、取代反应、加成反应等 。在实验过程中需要用到各种不同的试剂 和溶剂，如酸、碱、氧化剂、还原剂等。 实验操作也有一定难度，需要掌握一定的 实验技能和操作技巧。
杂环化合物五元杂环ppt课件
17.2.2 五元杂环化合物的化学性质
A. 亲电取代反应
X
杂原子的＋C 效应，增加了杂环的 亲电取代反应的活性。 亲电取代反应活性顺序：
> N H O > S >
X = N H ,O ,S
它们在亲电取代反应中，使用温和的试剂： 1. 硝化
一般采用硝酸乙酰酯 CH3COONO2作硝化剂
2. 磺化 吡咯、呋喃通常采用吡啶与SO3的加合物：
• 核磁共振信号大都出现在较低场(芳香性又一证据)
δ 6.24 δ 6.99 δ 6.22 δ 6.43 δ 6.28
O
δ 7.29
S
δ 7.18
N H
δ 6.68
呋喃、吡咯和噻吩的芳香性：比苯环差
呋喃、噻吩、吡咯及环戊二烯的键长/nm X－C1(单键) C2－C3 C3－C4
X = O ,S , N H ,C H 2
M o r p h i n e b a s e
吗啡碱
H e r o i n
海洛因
C o d e i n e
可待因
17.1 杂环化合物的分类、命名
芳香性杂环 非芳香性杂环: 杂环
非芳香性杂环
O
O O 四氢呋喃 1,4–二氧六环
N N N
四氢吡咯
H
2.2]辛烷)
芳杂环化合物 :
H
sp2 –杂化
呋喃
噻吩
杂原子以未共用电子对参与环的共轭，具有给电子 的共轭效应，使得环上电子云密度比苯环大，称其为富 电子芳杂环。
五元杂环化合物中各原子的电子云密度如下：
1.02 1.08 O 0.90 1.04 1.06 S 0.80 1.06 1.10 N 0.68 H
第十二章含氮有机化合物详解演示文稿
NH3+ Cl-
氯化苯铵
第11页，共56页。
（二）酰化反应
伯胺和仲胺都能与酰氯或酸酐反应，反应时胺分子中氨基 上的氢原子被酰基取代而生成酰胺。
O CH3CH2NH2 + CH3 C Cl
O CH3 C NHCH2CH3
第12页，共56页。
三、重要的胺及胺的衍生物
(一) 苯胺
苯胺为无色油状液体，有刺激性气味，沸点184℃。微溶于水，
第三节 含氮杂环化合物
具有环状结构，且成环的原子除碳原子外，还含有其它 元素原子的化合物，称为杂环化合物。环中除碳原子外的 其它元素的原子称为杂原子。最常见的杂原子是氧、硫、 氮等。
N
N
N
O
S
N H
S
N
NN H
第33页，共56页。
一、杂环化合物的分类、命名
（一）分类
杂环
单杂环
五元杂环 六元杂环
苯稠杂环－ 苯环与杂环稠合 稠杂环
生物碱 H+ 生物碱盐 OH-
(难溶于水) (易溶于水)
第54页，共56页。
二、生物碱
(一) 烟碱
烟碱又名尼古丁，是一种无色至淡黄色透明油状液体，是 烟草中含氮生物碱的主要成分，在烟叶中的含量为1%～3%。露 置空气中渐变棕色，味辛辣，易溶于水和乙醇等。
N
N
CH3
第55页，共56页。
(五) 嘧啶
嘧啶是无色结晶，熔点为22℃，易溶于水，有弱碱性。嘧 啶的衍生物广泛存在于自然界，如构成核酸的碱基尿嘧啶、胞 嘧啶和胸腺嘧啶含有嘧啶环。
O HN ON
H
尿嘧啶
NH2 N ON
H
胞嘧啶
O
HN
CH3
氯化苯铵
第11页，共56页。
（二）酰化反应
伯胺和仲胺都能与酰氯或酸酐反应，反应时胺分子中氨基 上的氢原子被酰基取代而生成酰胺。
O CH3CH2NH2 + CH3 C Cl
O CH3 C NHCH2CH3
第12页，共56页。
三、重要的胺及胺的衍生物
(一) 苯胺
苯胺为无色油状液体，有刺激性气味，沸点184℃。微溶于水，
第三节 含氮杂环化合物
具有环状结构，且成环的原子除碳原子外，还含有其它 元素原子的化合物，称为杂环化合物。环中除碳原子外的 其它元素的原子称为杂原子。最常见的杂原子是氧、硫、 氮等。
N
N
N
O
S
N H
S
N
NN H
第33页，共56页。
一、杂环化合物的分类、命名
（一）分类
杂环
单杂环
五元杂环 六元杂环
苯稠杂环－ 苯环与杂环稠合 稠杂环
生物碱 H+ 生物碱盐 OH-
(难溶于水) (易溶于水)
第54页，共56页。
二、生物碱
(一) 烟碱
烟碱又名尼古丁，是一种无色至淡黄色透明油状液体，是 烟草中含氮生物碱的主要成分，在烟叶中的含量为1%～3%。露 置空气中渐变棕色，味辛辣，易溶于水和乙醇等。
N
N
CH3
第55页，共56页。
(五) 嘧啶
嘧啶是无色结晶，熔点为22℃，易溶于水，有弱碱性。嘧 啶的衍生物广泛存在于自然界，如构成核酸的碱基尿嘧啶、胞 嘧啶和胸腺嘧啶含有嘧啶环。
O HN ON
H
尿嘧啶
NH2 N ON
H
胞嘧啶
O
HN
CH3
第十三章 杂环化合物 49页PPT文档
Organic Chemistry
第十三章 杂环化合物
Fuzhou University
Organic Chemistry
第十三章 杂环化合物
(Heterocyclic ompounds)
一. 分类和命名 二. 五元杂环化合物 三. 吡 啶 四. 喹啉、异喹啉
Fuzhou University
Organic Chemistry
N H
C H 2C H 2C O 2C H 3 N H
吡咯不能双烯合成
Organic Chemistry
3. 吡咯的其它性质 吡咯的弱酸性，它的pKa=16.5，比酚弱，比醇强， 可与强碱（NaNH2， KNH2、RMgX）或金属作用。
Fuzhou University
Na , K
N H
或浓NaOH
Organic Chemistry
Br2
300℃ N
Br N 39%
Br2 Br
20℃ N NH2
N NH2 90%
Fuzhou University
亲电取代可以进行，但比较难。 芳环上有给电子取代基时，有利于亲电取代。
Organic Chemistry
3.亲核取代反应，主要生成α位取代产物
Organic Chemistry
一、分类和命名 杂环化合物
单杂环 稠杂环 巨杂环 螺杂环 桥杂环 杂环多面体
Fuzhou University
Organic Chemistry
单杂环
三元杂环 O S
四元杂环
NN S
五元杂环 O
O
六元杂环 NN H
七元杂环
N H
Fuzhou University
第十三章 杂环化合物
Fuzhou University
Organic Chemistry
第十三章 杂环化合物
(Heterocyclic ompounds)
一. 分类和命名 二. 五元杂环化合物 三. 吡 啶 四. 喹啉、异喹啉
Fuzhou University
Organic Chemistry
N H
C H 2C H 2C O 2C H 3 N H
吡咯不能双烯合成
Organic Chemistry
3. 吡咯的其它性质 吡咯的弱酸性，它的pKa=16.5，比酚弱，比醇强， 可与强碱（NaNH2， KNH2、RMgX）或金属作用。
Fuzhou University
Na , K
N H
或浓NaOH
Organic Chemistry
Br2
300℃ N
Br N 39%
Br2 Br
20℃ N NH2
N NH2 90%
Fuzhou University
亲电取代可以进行，但比较难。 芳环上有给电子取代基时，有利于亲电取代。
Organic Chemistry
3.亲核取代反应，主要生成α位取代产物
Organic Chemistry
一、分类和命名 杂环化合物
单杂环 稠杂环 巨杂环 螺杂环 桥杂环 杂环多面体
Fuzhou University
Organic Chemistry
单杂环
三元杂环 O S
四元杂环
NN S
五元杂环 O
O
六元杂环 NN H
七元杂环
N H
Fuzhou University
大学有机化学课件-杂环化合物
(糠醛）
β —CHO
γ 4 5 6
3β 2α
COOH
1 吡啶—3—甲酸 （尼古丁酸 —吡啶甲酸 或烟酸）
N
CH3
4 5
3 N
Br
2
4 5
N S1
2
3
N1 H
5—甲基咪唑
4—溴噻唑
9
稠杂环化合物（P232）
5 6 7 8 N 1 4 3 2
6 7 8 1 5 4 3
N2
喹啉 (quinoline)
糠醛是不具α—氢的芳醛，能进行类似于苯甲 醛的反应。
NaOH
__
O
CH2OH
+
O
__
COONa
O
2
O
__
CHO
康尼查罗反应
OH KCN 乙醇
__
CH___ C___
O
O
安息香缩合反应
O CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C CH=CHCOOH O
30
普尔金反应
O
CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C
4β 5α
O 1
β 3 α2
4β 5α
β 3
4β 5α
β 3 α2
呋喃(furan)
1 α2 N H
吡咯(pyrrole)
S 1 噻吩(thiophene)
唑的命名 含有两个或两个以上杂原子的五元杂环，若至少有 一个杂原子是氮时，则该杂环化合物称为唑。
4 5 N H1 3 N2
5 4 N3 2
4 5
N H
＞
O
＞
S
＞
＞
12
β —CHO
γ 4 5 6
3β 2α
COOH
1 吡啶—3—甲酸 （尼古丁酸 —吡啶甲酸 或烟酸）
N
CH3
4 5
3 N
Br
2
4 5
N S1
2
3
N1 H
5—甲基咪唑
4—溴噻唑
9
稠杂环化合物（P232）
5 6 7 8 N 1 4 3 2
6 7 8 1 5 4 3
N2
喹啉 (quinoline)
糠醛是不具α—氢的芳醛，能进行类似于苯甲 醛的反应。
NaOH
__
O
CH2OH
+
O
__
COONa
O
2
O
__
CHO
康尼查罗反应
OH KCN 乙醇
__
CH___ C___
O
O
安息香缩合反应
O CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C CH=CHCOOH O
30
普尔金反应
O
CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C
4β 5α
O 1
β 3 α2
4β 5α
β 3
4β 5α
β 3 α2
呋喃(furan)
1 α2 N H
吡咯(pyrrole)
S 1 噻吩(thiophene)
唑的命名 含有两个或两个以上杂原子的五元杂环，若至少有 一个杂原子是氮时，则该杂环化合物称为唑。
4 5 N H1 3 N2
5 4 N3 2
4 5
N H
＞
O
＞
S
＞
＞
12
杂环化合物-PPT文档资料
约有一半已知的有机化合物中含有杂环结构单元。
* 许多重要的生命活动与杂环化合物密切相关
核酸、蛋白质（20种天然氨基酸中有三个为杂环化合物：组氨酸、
脯氨酸、酪氨酸）血红素和叶绿素、神经递质(5-HT)、维生素(B1, B2, B3, B6, C)、辅酶(NAD+和NADP+)
* 工农业的重要产品
药物、农药、兽药、发光剂、抗氧剂、防腐剂、染料、各种其他功 能的添加剂、有机导电材料等。
呋喃环可被酸断裂，释放1,4-二羰基
A. P. Kozikowski, in Comprehensive Heterocyclic Cheistry, Vol. 1, ed.O. Meth-Cohn, Pergamon Prees, Oxford, 1984, p413 B. H. Lipshutz, Chem. Rev., 1986, 86, 795
人工合成大量杂环化合物
许多药物和大多数实际应用的杂环化合物不 是从天然资源中萃取的，而是人工合成的。
有机化学的发展的一个源泉是依赖于对天然 产物的研究，下面用三类与天然产物有关的 药物为例， 来说明天然产物化学对合成杂环 化学的推动。
与5-羟色胺（Serotonin）相关的化合物
NH
2
HO
N H 5 S e r o to n in (5 -H T )
* 杂环化合物作为有机合成中间体的利用正在不断发展
许多杂环相对比较稳定，能经历多步的合成反应而不 受攻击，然后可在适当的步骤将其断裂释放出需要的 官能团。例如：呋喃类杂环常用来作为潜在的1,4-二 羰基化合物。
R 2 R 3
+ H ,H O 2
R 2 R 1
O
R 4 R 1 O R 4 O R 3
* 许多重要的生命活动与杂环化合物密切相关
核酸、蛋白质（20种天然氨基酸中有三个为杂环化合物：组氨酸、
脯氨酸、酪氨酸）血红素和叶绿素、神经递质(5-HT)、维生素(B1, B2, B3, B6, C)、辅酶(NAD+和NADP+)
* 工农业的重要产品
药物、农药、兽药、发光剂、抗氧剂、防腐剂、染料、各种其他功 能的添加剂、有机导电材料等。
呋喃环可被酸断裂，释放1,4-二羰基
A. P. Kozikowski, in Comprehensive Heterocyclic Cheistry, Vol. 1, ed.O. Meth-Cohn, Pergamon Prees, Oxford, 1984, p413 B. H. Lipshutz, Chem. Rev., 1986, 86, 795
人工合成大量杂环化合物
许多药物和大多数实际应用的杂环化合物不 是从天然资源中萃取的，而是人工合成的。
有机化学的发展的一个源泉是依赖于对天然 产物的研究，下面用三类与天然产物有关的 药物为例， 来说明天然产物化学对合成杂环 化学的推动。
与5-羟色胺（Serotonin）相关的化合物
NH
2
HO
N H 5 S e r o to n in (5 -H T )
* 杂环化合物作为有机合成中间体的利用正在不断发展
许多杂环相对比较稳定，能经历多步的合成反应而不 受攻击，然后可在适当的步骤将其断裂释放出需要的 官能团。例如：呋喃类杂环常用来作为潜在的1,4-二 羰基化合物。
R 2 R 3
+ H ,H O 2
R 2 R 1
O
R 4 R 1 O R 4 O R 3
湖南大学有机化学含氮化合物之杂环
1. 吡啶的结构
5C、1N共面，都是sp2 杂化，6个p轨道侧面交 叠形成闭合大p键;孤电 子对在sp2杂化轨道上。
1.40Å 1.39Å = 1.17D
N H
N 1.34Å
=2.20D
共轭效应和诱导效 应都是吸电子的
结构特征：吡啶环具有芳香性；N是sp2杂化，孤电子对不参与共轭。 化学反应： N上的孤电子对呈现较强碱性； N电负性使环不易发生亲电取代反应但易发生亲核取代反应； 发生亲电取代反应时，环上N起间位定位基的作用； 发生亲核取代反应时，环上N起邻对位定位基的作用； 邻对位的侧链a-H有酸性； 比苯难氧化，但易还原。
N
S Thiophene 噻吩
N S Thiazole 噻唑
N
五元环
含两个杂原子
Oxazole 噁唑
N
O
Isoxazole 异噁唑
N H Pyrazole 吡唑
S
Isothiazole 异噻唑
含一个杂原子：
N Pyridine
吡啶
O Pyran
吡喃
六元环
N N
含两个杂原子：
N
N
N Pyrimidine
N 卤代 O + Br2 N 0OC Br O 80% BF3. Et2O 0OC CF3 O O 72~92% NO2 硝化 S
-+ + CH3COO-+NO2
酰化 O
+ (CF3CO)2O
硝酸乙酸酯
0OC -10OC
S 60% 70% HCl
NO2 +
S 10% 5%
磺化 N H
+
N. SO3
100OC
X
X
5C、1N共面，都是sp2 杂化，6个p轨道侧面交 叠形成闭合大p键;孤电 子对在sp2杂化轨道上。
1.40Å 1.39Å = 1.17D
N H
N 1.34Å
=2.20D
共轭效应和诱导效 应都是吸电子的
结构特征：吡啶环具有芳香性；N是sp2杂化，孤电子对不参与共轭。 化学反应： N上的孤电子对呈现较强碱性； N电负性使环不易发生亲电取代反应但易发生亲核取代反应； 发生亲电取代反应时，环上N起间位定位基的作用； 发生亲核取代反应时，环上N起邻对位定位基的作用； 邻对位的侧链a-H有酸性； 比苯难氧化，但易还原。
N
S Thiophene 噻吩
N S Thiazole 噻唑
N
五元环
含两个杂原子
Oxazole 噁唑
N
O
Isoxazole 异噁唑
N H Pyrazole 吡唑
S
Isothiazole 异噻唑
含一个杂原子：
N Pyridine
吡啶
O Pyran
吡喃
六元环
N N
含两个杂原子：
N
N
N Pyrimidine
N 卤代 O + Br2 N 0OC Br O 80% BF3. Et2O 0OC CF3 O O 72~92% NO2 硝化 S
-+ + CH3COO-+NO2
酰化 O
+ (CF3CO)2O
硝酸乙酸酯
0OC -10OC
S 60% 70% HCl
NO2 +
S 10% 5%
磺化 N H
+
N. SO3
100OC
X
X