五元单杂环化合物芳香性和反应活性讨
饱和五元杂环化合物与松香衍生物合成及生物活性研究的开题报告
饱和五元杂环化合物与松香衍生物合成及生物活性
研究的开题报告
题目：饱和五元杂环化合物与松香衍生物合成及生物活性研究
一、研究背景和意义：
饱和五元杂环化合物是一类具有广泛应用价值的有机化合物，在生
物医药、绿色合成、材料科学等领域均具有重要应用。
目前，饱和五元
杂环化合物的合成研究还存在许多困难，如反应效率低、副反应多等。
而松香衍生物则被广泛应用于香料、涂料、树脂、纸张等工业中。
因此，利用松香衍生物作为原料制备饱和五元杂环化合物是一种非常有效的方法，能够提高产品产量和降低成本。
本研究旨在通过对饱和五元杂环化
合物与松香衍生物的化学反应进行探究，合成出具有生物活性的化合物，为该领域的研究提供一定的理论和实验基础。
二、研究内容和方法：
本研究的总体思路是以松香衍生物为起始物质，利用化学反应的方
法合成出饱和五元杂环化合物。
具体步骤如下：
1.以松香衍生物为原料，经催化条件下的羰基化反应，制备出羧酸
衍生物。
2.以羧酸衍生物为原料，经环化反应，制备出饱和五元杂环化合物。
3.对合成的化合物进行结构表征和生物活性测试。
在实验过程中，需要用到一些化学试剂和设备，如：NMR、HPLC、GC-MS、IR、LC-MS等。
三、预期研究成果和意义：
本研究旨在通过对饱和五元杂环化合物与松香衍生物的反应进行探究，合成出具有生物活性的化合物，并对其结构进行表征和生物活性测
试。
通过对合成化合物的性质和活性进行分析，可以为相关领域的研究提供一定的理论和实验基础，同时也对提高饱和五元杂环化合物的合成效率和降低成本具有一定的实际应用价值。
几种杂环化合物的芳香性顺序和亲电取代活性
几种杂环化合物的芳香性顺序和亲电取代活性
赵瑜藏;张运申
【期刊名称】《信阳师范学院学报：自然科学版》
【年(卷),期】2000(13)3
【摘要】从定性和定量两方面对五元杂环化合物和吡啶芳香性强弱进行了分析论证并排序 ,对五元杂环和六元杂环吡啶的亲电取代反应的部位及难易原因进行了分析论证并排序 .
【总页数】4页(P292-295)
【关键词】杂环化合物;芳香性;亲电取代
【作者】赵瑜藏;张运申
【作者单位】濮阳教育学院生化系
【正文语种】中文
【中图分类】O626
【相关文献】
1.五元芳杂环的芳香性和亲电取代活性顺序 [J], 姚子鹏;任平达
2.五元单杂环化合物芳香性和反应活性讨论 [J], 孙喜龙
3.五员杂环化合物的芳香性和亲电取代活性 [J], 王子云
4.五元杂环化合物的芳香性与亲电取代反应 [J], 杨斌
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第十七章杂环化合物
-NO2 S
5%
③ 磺化反应 吡咯、呋喃不能直接用硫酸磺化，因为它们在浓硫酸中 不稳定，会发生聚合，通常用一种温和的磺化剂—— 吡啶 三氧化硫进行磺化。
+ SO3
+
吡啶
N
N 吡啶三氧化硫 SO3
100 ℃
+ N H
HCl
N SO3 -SO3H +
90%
+
N H 90% Cl
-SO3 ·
-
N+ H
4 - 甲基 - 5 - ( 2' -羟乙基 ) 噻唑
N O 苯并呋喃 S 苯并噻唑
3) 根据相应碳环母核命名
把杂环当作是相应的碳环中碳原子被杂原子置换而形 成的，命名时在碳环母体名称前加“某杂” （杂原子的名 称）两字，以表示其中的杂原子。 N 氮（杂）茂 N
苯（碳环母核）
茂（碳环母核）
O 氧（杂）茂
150 ℃~160 ℃
N N H H 2-乙酰基吡咯 呋喃与酸酐或酰氯在催化剂作用下发生酰基化反应。 + (CH3CO)2O
BF3
-COCH3 60%
-COCH3 75%~92%
O
（或CH3COCl）
H2PO4
或SnCl4
O 2-乙酰基呋喃
噻吩酰化反应要用磷酸或氯化锡作催化剂。
S
+ (CH3CO)2O
① 卤代反应 像苯酚和苯胺一样，吡咯、呋喃、噻吩很容易发生卤代 反应。 氯代、溴代不但不需催化剂，而且为避免多取代物，往 往采用温和条件，如用溶剂稀释和采用低温。 吡咯反应活性最大，在低温下进行，一般得多卤产物。 Br-Br C2H5OH + Br2 Br-Br 0℃ N N
大学无机化学 第十二章 杂环化合物总结
O
O
O O
(环氧乙烷) (β-丙内酯)
H N
O NH
(氮杂环丙烷) (β-丙内酰胺)
(顺丁烯二酸酐) (氧杂桌)
N H
(1H-氮杂桌)
多杂原子环 或多杂环
O N H N
1-氧-4-氮杂环己烷
奎宁环
1.2 芳香杂环化合物的分类
杂化化合物特指： 环状化合物具有芳香结构（闭合共轭体系），一定程度的 稳定性。
吡 咯 N( 孤 电 子 对参与共轭，所 以碱性较弱)
N O
<
N S
N
N H 吡咯N(孤电子对参与 共轭，所以碱性较弱)
<
1,2-唑与1,3-唑都有未成键孤电子对，所以都有碱性。
2 唑类杂化的反应--亲电取代反应
唑的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差，这是因为分子中多了一个 吡啶N，使共轭体系的电子云密度降低，所以亲电反应活性降低。
CH3
4
3 O 2 1
Br Br
2-甲基-5-硝基-1-（2’-羟 乙基）吡咯
5
2，3-二溴呋喃
（2) 五元杂环苯并体系
4 5 6 7 O 1 3 2
5 6 7 S 1 4 3 2
5 6 7 N H1 4 3 2
苯并呋喃 (benzofuran)
苯并噻吩 (benzothiophene)
苯并吡咯 吲哚 (indole)
磺化须强烈条件下进行反应
HO3S S
N S
S O3 + 浓 H2S O4
N
S
发烟 H 2S O4 , HgS O 4
N
N
(90 %)
250℃
HO3S
芳香杂环化合物
抗菌活性
抗菌活性
部分芳香杂环化合物具有抗菌活性，如喹啉、异喹啉等。这些化合物主要通过抑制细菌生 长、破坏细菌细胞壁或影响细菌基因表达等方式发挥抗菌作用。
抑制细菌生长
芳香杂环化合物能够抑制细菌生长，通过干扰细菌代谢和/或抑制细菌酶的活性来达到抗 菌效果。
破坏细菌细胞壁
一些芳香杂环化合物能够破坏细菌细胞壁，导致细菌细胞内容物外泄，从而达到杀菌效果 。
其他应用
高分子材料
芳香杂环化合物在合成高分子材料中也有应用，如聚酰亚胺、聚醚醚酮等，这 些高分子材料具有优良的耐高温、绝缘、耐腐蚀等性能。
电子化学品
芳香杂环化合物在电子化学品如液晶材料、光电材料等的合成中也有应用，这 些材料在显示技术、光电子器件等领域有广泛应用。
03
芳香杂环化合物的生物活性
抗癌活性
抗炎活性
抗炎活性
部分芳香杂环化合物具有抗炎活性，如吲哚、呋喃等。这些化合物 主要通过抑制炎症介质产生、降低炎症反应等方式发挥抗炎作用。
抑制炎症介质产生
芳香杂环化合物能够抑制炎症介质的产生，通过干扰炎症信号传导 和/或抑制炎症基因表达来减轻炎症反应。
降低炎症反应
一些芳香杂环化合物能够降低炎症反应，通过抑制炎症细胞的活化和 /或减少炎症细胞的募集来减轻炎症症状。
杀菌剂
含芳香杂环化合物的杀菌剂如三 唑酮、戊唑醇等，通过抑制病原 菌的生长或干扰其代谢来发挥杀 菌作用。
染料合成
偶氮染料
芳香杂环化合物在偶氮染料的合成中扮演重要角色，如苯胺 、苯酚等，这些染料广泛应用于纺织、皮革、纸张等行业的 染色。
荧光染料
一些荧光染料也含有芳香杂环化合物结构，如荧光素、荧光 黄等，这些染料在生物医学、化学和物理等领域有广泛应用 。
153有机化学教案@安徽医高专_第三十一次课教案(杂环)
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构
含一个杂原子的五元杂环中最重要的吡咯．呋喃．噻吩都是芳香杂环，它们的结构．性质和合成方法有许多共同点。
（二）吡咯、呋喃和噻吩的性质（富л电子体系）
1.环的稳定性
[板书]与苯比较，将环的稳定性顺序排列如下：
苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃
吡咯、呋喃对氧化剂不稳定
吡咯、呋喃和噻吩对碱稳定
在这里，氮原子的作用类似于硝基苯中的硝基，即碳上电子云密度比苯低（间位处则近似）。所以这类芳杂环，又被称为“缺π”芳杂环。表现在性质上，亲电取代变难、氧化变难、还原变易。
由于氮原子的电负性较大，使吡啶成为较强的永久偶极分子，极性较强。其偶极矩数值较大。
吡啶的碱性比苯胺（pKa=4.70）强，比氨（pKa=9.24）、脂肪胺（pKa一般在9-11之间）、哌啶（pKa=11.2）的碱性弱。
（三）吡啶及其衍生物
1、烟酸和烟酰胺
2、维生素B6
3、维生素B1
四、复习小结新课7’
按板书顺序进行小结并复习。
五、指导预习3’
下节课学习稠环芳香烃、非苯芳烃
六、布置作业3’
课后习题
参考
资料
1．有机化学（第二版）胡宏纹主编高等教育出版社
2．基础有机化学邢其毅等编高等教育出版社
3．有机化学陈光旭主编北京师范大学出版社
鉴别：吲哚使浸有盐酸的松木片显红色。（松木片反应）
引导学生学习5-羟色胺（人脑组织中存在）
（二）嘌呤及其衍生物
教师重点讲述：尿酸（核蛋白的代谢产物）的分子互变异构现象，引出痛风的病例
五、重要的杂环化合物及其衍生物
（一）呋喃及其衍生物
鉴别：呋喃使浸有盐酸的松木片显绿色。（松木片反应）
杂环化合物
第13章杂环化合物本章重点介绍杂环化合物的分类和命名；五元杂环化合物的结构特点、芳香性、亲电取代反应，六元杂环化合物的结构特点、芳香性、亲核取代反应；五元、六元杂环化合物的衍生物及其生物活性；稠杂环化合物的结构特点等。
在环状有机化合物中，构成环系的原子除碳原子外，还含有一个或多个非碳原子时，叫做杂环化合物（heterocyclic compound）；环上除碳以外的原子称为杂原子，常见的杂原子有氧、硫、氮等。
大多数杂环化合物具有不同程度的芳香性，环也比较稳定。
因此，杂环化合物是有机化合物中数量最庞大的一类，约占总数的三分之二以上。
自然界中最具有强烈生物活性的天然有机化合物，绝大多数正是杂环化合物。
例如：对核酸（nucleic acid）的活性起决定作用的碱基就是嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）的衍生物。
又如叶绿素（chlorophyll）、氨基酸（amino acid）、维生素（vitamin）、血红素（haeme）、核酸（nucleic acid）、生物碱（alkaloid）等，大多数都在生命的生长、发育、遗传和衰亡过程中起着关键作用。
在现有的药物中，杂环类化合物占了相当大的比重。
它们应用于各种疾病和医疗领域，其数量之大和种类之多，是难以想象的，比如我们非常熟悉的青霉素（benzylpenicillin）、头孢菌素（先锋霉素cephalosporin）、喹喏酮（Quinolone）类以及治疗肿瘤的5–Fu（5–Fluorouracil）、喜树碱（comptothecin）、紫杉醇（Taxol）等，都是含有杂环的化合物。
内酯、交酯、环状酸酐、内酰胺性质上与相应的开链化合物相似，它们不列入杂环化合物中讨论。
本章将着重讨论五元和六元具有芳香性的化合物。
你在学完本章后，应该能回答以下问题：1．你能写出一些常见杂环化合物的结构和名称吗？2．为什么吡咯有一定的酸性而吡啶却显碱性？3．为什么吡啶可以任意比例溶于水，同时又能溶于其它有机化溶剂？4．为什么吡啶既能起亲电取代反应又可进行亲核取代反应？5．你能写出青霉素、头孢菌素、咖啡因、尼群地平、雷米封等常用药物的结构及英文名称吗？13．1 杂环化合物的分类和命名法杂环化合物的分类是以杂环的骨架为基础，按环的形状分为单杂环和稠杂环，最有意义的是五元杂环和六元杂环，详见表13–1。
第十章杂环化合物
O O
O
H
H
H
H
O OH2
O HO
H O
O
OO
催化加氢：
H2, Ni
O
O THF
四氢呋喃（THF），bp 67℃ ，性质与乙醚相似， 是重要的化学溶剂。
2、糠醛
糠醛的化学性质与苯甲醛相似。可以发生交叉 羟醛缩合反应、Cannizzaro反应、Perkin反应。
dil.NaOH
O
CHO CH3CHO
mp26℃，bp 243℃。难溶于水，易溶于有机溶剂。
N
喹啉
N
异喹啉
来源： 煤焦油和骨油。
制备： Skraup合成法
CH2OH CHOH CH2OH
H2SO4 2H2O
CHO CH C6H5NH2
CH2
C6H5NO2
N
H2SO4
H2O
N H
H C O CH2
CH2 NH
H HO C
CH CH2 NH
五元杂环化合物亲电取代活性顺序： 吡咯>呋喃>噻吩>苯
三、六元杂环化合物的性质
六元杂环化合物发生亲电取代反应主要在β-位。 可以从反应中间体的稳定性给予说明。
α位
E
N
β位
H NE
H E
N
H N
E
H NE
H 不稳定共H振结 构式
E
E
N
N
1、吡啶
吡啶有特殊臭味的无
色液体，bp 115℃，可与
N
水、乙醇、乙醚等混溶。
N
PCl3
NO2 N
HNO3
N
H2SO4
O
NO2
N O
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五元单杂环化合物芳香性和反应活性讨
组员分工：总结和演讲：曹朋成
收集资料：尹文，晏杭，冯柏塨，周英杰，卓帅
整理资料：龙贤哲，冉天飞
PPT制作：刘泽宇
五元单杂环化合物，呋喃、吡咯、噻吩中各原子在同一平面上，碳原子与杂原子（氧，硫，氮）都是sp2杂化。
每个碳原子剩下一个未杂化P轨道，其中填充有一个P电子。
杂原子的P轨道上填充有一对未共用的电子，组成一个五原子，六电子的环状共轭体系，符合休克尔规则，具有杂芳香
呋喃、
>
吡咯>呋喃。
另外从呋喃、吡咯、噻吩的共轭能也证明了这个芳香性大小次序。
共轭能高，说明环共轭体系稳定性高，芳香性大。
共轭能低，环共轭体系稳定性低，芳香性小。
根据上表数据可见，噻吩的共轭能高、芳香性大，呋喃的共轭能低、芳香性小，吡咯介于噻吩、呋喃之间。
2.加成反应与芳香性
加成反应与芳香性的标志之一是不易进行加成反应。
那么，如果容易进行加成反应，则芳香性小，甚至无芳香性。
所以，可以从吡咯、呋喃、噻吩加成反应的难易来分析它们芳香性的大小。
呋喃、吡咯、噻吩有芳香性，也能进行加成反应。
例如，呋喃、吡咯、噻吩都能催化氢化，呋喃较易加氢，并很快生成四氢呋喃。
吡咯、噻吩相对加成较慢，特别是噻吩，加氢时硫可以使催化剂(Pd、Pt、Ni)
>吡咯>
这可能
杂原子是
噻
的稳定件大于呋喃，这样噻吩的亲电取代反应活性小于呋喃。
4.结果讨论
五元杂环化合物呋喃、吡咯、噻吩都有芳香性，芳香性大小是，噻吩>吡咯>呋喃。
都易进行亲电取代反应，反应活性次序是吡咯>呋喃>噻吩。
芳香性和亲电反应活性看似没有规律性联系，这是二者考虑问题的角度不同，芳香性考虑是键长、电子密度平均化程度、环的稳定性等。
亲电取代反应活性考虑环上电子密度大小。
电子密度大的易进行亲电取代，电子密度小不易进行亲电取代。
虽然如此，二者还是有联系的。
例如噻吩，芳香性在三个单杂环化合物中是最大的，在亲电取代反应中是最不活泼的。
这是因为，对富电子的芳香杂环化合物，电子云平均化程度越大，芳香性越大，亲电取代反应活性越小，噻吩就是如此。
按上述观点，又不符合呋喃和吡咯规律，这是因为亲电取代反应，不仅考虑芳香性，还要考虑环上电子云密度大小。
环上电子云密度大小与杂原子电负性以及分子偶极矩有关。
在前面的讨论已清楚，氧原子电负性大，在呋喃环中氧原子周围的电子云密度。