有机化学 课件 模块十 烃含杂原子环状化合物的变化及应用

主题3六元杂环化合物一、吡啶六元杂环化合物中，比较具有代表性的是吡啶。吡啶是无色有臭味的液体，其蒸气有毒。能溶于水，与乙醇、乙醚等有机溶剂混溶，是良好的有机溶剂。吡啶多存在于煤焦油和页岩油中。吡啶环上的碳原子和氮原子均以SP2杂化轨道成键，环上的所有原子均处于同一平面内，环上每个原子P轨道的一个P电子形成环状的共轭体系，具有芳香性。氮原子上没有参与成键的SP2杂化轨道，被一对电子占居，所以吡啶具有碱性。1．吡啶的碱性吡啶氮原子上的孤对电子，并没参与成键；苯胺中苯环双键是拉电子基团，会使氮原子上的电子云密度下降，或者也可以这样理解，-NH2与苯环直接相连，是一个供电子基团，会使苯环上的电子云密度升高，而氮原子的上电子云密度下降，碱性减弱。吡咯中的孤对电子参与环上的共轭，导致氮原子上的电子云密度下降，碱性减弱；烷基是供电子基，会使脂肪胺中氮原子上的电子云密度升高，碱性增强。因此，吡啶的碱性要比苯胺和吡咯的要强，比脂肪胺的碱性要弱。2．亲电取代反应吡啶氮原子上的孤独电子并没有参与环上的共轭体系，氮原子的电负性比碳原子的大，会使吡啶环上的电子云密度下降。亲电反应的活性要比苯困难。如同硝基苯一样，反应主要发生在β位（氮原子的间位）。吡啶也不能起傅瑞德尔—克拉夫茨反应。实例：3．亲核取代反应与硝基苯相似，吡啶在与强的亲核取代试剂发生亲核取代反应时，主要生成α-和γ-取代产物。实例：4．催化加氢在金属Pt的作用下，吡啶与氢气反应，可制备六氢吡啶（又称哌啶）。在催化剂Cr2O3-MoO2-Fe2O3作用下，吡啶与氢气高温下脱氮，生成戊烷和氨气。5．氧化反应吡啶比苯稳定，不易被氧化剂氧化，当吡啶侧链上有α-H时，容易被氧化剂氧化生成相应的吡啶甲酸。此外，在2-甲基吡啶和4-甲基吡啶中，甲基上的氢原子受到吡啶氮原子的影响，性质比较活泼，可以和醛、酮的羰基发生缩合反应。小贴士二、喹啉喹啉存在于煤焦油和骨油中。常温下喹啉是无色油状液体，有特殊的气味，沸点为238℃，难溶于水，易溶于有机溶剂。喹啉氮原子上具有孤对电子，显碱性，与强酸可成盐。工业喹啉在10%的稀HCl中全溶。可用稀硫酸从煤焦油或骨油中提取喹啉。喹啉的化学性质与吡啶的相似，氮原子上的孤对电子并没有参与环上共轭体系。喹啉的亲电取代反应（如硝化、磺化、溴化等）要比吡啶容易进行。【交流与讨论】喹啉的亲电取代反应，引入的取代基主要进入喹啉的哪个位置？1．取代反应喹啉中含氮原子的吡啶环上，由于氮原子的拉电子性，会使环上的电子云密度下降，活性降低，性质稳定。而相邻的苯环上电子云密度较高，活性较高，因此喹啉的亲电取代反应，后引入的取代基主要进入喹啉的5和8位与吡啶相似，喹啉与强的亲核取代试剂发生亲核取代反应时，主要生成2位取代产物。2．氧化还原反应【交流与讨论】喹啉被氧化时，含氮原子的吡啶环被氧化，还是相邻的苯环被氧化？喹啉中含氮原子的吡啶环上电子云密度降低，活性降低。相邻的苯环电子云密度较高，因此苯环一侧易被氧化。模块十烃含杂原子环状化合物的变化及应用模块十烃含杂原子环状化合物的变化及应用主题1杂环化合物的分类和命名主题2五元杂环化合物主题3六元杂环化合物任务训练108-羟基喹啉的合成目录1．知道杂环化合物的分类并会给其命名；2．掌握五元杂环化合物(呋喃、吡咯、噻吩)和六元杂环（吡啶）的化学性质；3．知道五元杂环化合物(呋喃、吡咯、噻吩)和六元杂环（吡啶）结构与性质的关系；4．会进行杂环化合物的制备；5．能用水蒸气蒸馏分离液体混合物。学习目标【问题引入】在环状化合物中，成环的原子除碳原子之外，还有其它的原子，例如氧原子、氮原子和硫原子等杂原子，这样的化合物称为杂环化合物。杂环化合物与生物的生长、发育、繁殖，以及遗传、变异等有密切的关系，对于生命科学有着极为重要意义。杂环化合物是有机化合物中的一大类，约占全部已知有机化合物的三分之一，普遍存在于生物界里，如血红蛋白中的血红素；绿色植物中的叶绿素；茶叶中具有刺激心脏、兴奋大脑神经和利尿作用的咖啡因；核酸中的碱基。它们在医药上也具有重要意义，如中药黄连的药效成分黄连素；用作消炎杀菌的阿莫西林等的分子结构中都含有杂环。煤、石油中也含有杂环化合物。本模块学习的是一类环比较稳定，在结构上是闭合共轭体系，在性质上具有所谓“芳香性”的杂环化合物。例如：五元芳香杂环化合物表现出了共轭二烯的性质，可以和某些亲双烯体发生狄尔斯——阿尔德反应。芳香杂环化合物的芳香性较苯差，加成反应（如催化加氢）要比苯容易的多。呋喃噻吩吡咯吡啶喹啉小贴士主题1杂环化

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