Гетероциклические соединения - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Гетероциклические соединения. Доклад-сообщение содержит 87 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Гетероциклические соединения Гетероциклическими соединениями называют циклические системы, содержащие гетероатом в цикле – насыщенном, ненасыщенном, ароматическом.

Слайд 2

Описание слайда:

Классификация и номенклатура Циклы классифицируют: 1. По размеру цикла Циклы могут быть разного размера: 3-, 4-членные(малые) 5- 8-членные (нормальные), циклы, содержащие 8-12 атомов, и больше 12 атомов (макроциклы).

Слайд 3

Описание слайда:

2. По характеру гетероатома 2. По характеру гетероатома В качестве гетероатома может выступать любой атом, кроме элементов 1 группы и углерода. Наибольшее значение и распространение в природе имеют гетероциклы, содержащие в качестве гетероатома O ,N, S.

Слайд 4

Описание слайда:

3. По наличию ароматичности: 3. По наличию ароматичности: а) неароматические б) ароматические

Слайд 5

Описание слайда:

4. По числу гетероатомов и конденсированных циклов: 4. По числу гетероатомов и конденсированных циклов:

Слайд 6

Описание слайда:

Номенклатура Размер цикла обозначается соответствующим корнем и суффиксом, а природа гетероатома – префиксом. Наибольшее значение и распространение в природе имеют гетероциклы, содержащие в качестве гетероатома O - (окса-), N - (аза-), S - (тиа). -; если гетероатом не один, применяют перед префиксами умножающие приставки ди-, три-, тетра-и т.д.

Слайд 7

Описание слайда:

Когда в цикле присутствуют разные гетероатомы, они перечисляются в порядке старшинства: O > S > N. Когда в цикле присутствуют разные гетероатомы, они перечисляются в порядке старшинства: O > S > N. Степень ненасыщенности гетероцикла выражают суффиксами, которые несколько отличаются в зависимости от того, содержит или не содержит цикл азот.

Слайд 8

Описание слайда:

Корни и суффиксы для моноциклов разных размеров, насыщенных и ненасыщенных приведены на стр.519 (Учебник).

Слайд 9

Описание слайда:

Трехчленные

Слайд 10

Описание слайда:

Четырехчленные

Слайд 11

Описание слайда:

Пятичленные

Слайд 12

Описание слайда:

Шестичленные

Слайд 13

Описание слайда:

ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. ПИРРОЛ,ФУРАН,ТИОФЕН

Слайд 14

Описание слайда:

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ Пиррол – при фракционной перегонке каленноугольной смолы. Тиофен:

Слайд 15

Описание слайда:

Фуран – из растительного сырья:

Слайд 16

Описание слайда:

Лабораторные способы: Из 1,4-дикарбонильных соединений Реакция Пааля-Кнорра – нагревание 1,4-дикарбонильного соединения с NH3 или амином

Слайд 17

Описание слайда:

Взаимопревращения фурана, пиррола и тиофена: цикл Юрьева. Эта реакция может рассматриваться как метод синтеза фурана, пиррола и тиофена

Слайд 18

Описание слайда:

Синтез пиррола по Кнорру: α- Aминокарбонильное соединение подвергают конденсации с β-кетоэфиром:

Слайд 19

Описание слайда:

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРОЕНИЕ Молекулы всех этих гетероциклов имеют плоское строение. Ароматический секстет π-электронов образуется за счет 4е атомов С и 2-e неподеленных электронных пар гетероатомов, находящихся на негибридизованных pz-орбиталях.

Слайд 20

Описание слайда:

Атомно-орбитальные модели пиррола и фурана:

Слайд 21

Описание слайда:

Теория резонанса подтверждает ароматический характер фурана, пиррола и тиофена.

Слайд 22

Описание слайда:

Эти гетероарены различаются направлением дипольных моментов:

Слайд 23

Описание слайда:

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Реакции электрофильного ароматического замещения

Слайд 24

Описание слайда:

Относительная активность гетероаренов в SE реакциях: Относительная активность гетероаренов в SE реакциях: Пиррол > фуран > тиофен Но даже тиофен превосходит бензол по реакционной способности.

Слайд 25

Описание слайда:

Пятичленные гетероароматические соединения ацидофобны. В присутствии сильных кислот они протонируются с нарушение сопряжения π-электронной системы. Пятичленные гетероароматические соединения ацидофобны. В присутствии сильных кислот они протонируются с нарушение сопряжения π-электронной системы.

Слайд 26

Описание слайда:

Поскольку протонированию подвергается сопряженная π-система пиррола, основность этого соединения оказывается значительно ниже , чем основность любого из аминов, которые протонируются по N-атому. Поскольку протонированию подвергается сопряженная π-система пиррола, основность этого соединения оказывается значительно ниже , чем основность любого из аминов, которые протонируются по N-атому. Из-за чувствительности к кислотам в ряде SE реакций гетероаренов используют специфические реагенты.

Слайд 27

Описание слайда:

Реакции электрофильного замещения пиррола

Слайд 28

Описание слайда:

Реакции электрофильного замещения пиррола

Слайд 29

Описание слайда:

Реакции электрофильного замещения пиррола

Слайд 30

Описание слайда:

Реакции электрофильного замещения фурана

Слайд 31

Описание слайда:

Реакции электрофильного замещения фурана

Слайд 32

Описание слайда:

Реакции электрофильного замещения фурана

Слайд 33

Описание слайда:

Реакции электрофильного замещения тиофена

Слайд 34

Описание слайда:

Реакции электрофильного замещения тиофена

Слайд 35

Описание слайда:

Пиррол имеет и особые свойства – он проявляет не только основные, но и кислотные свойства, т.е. является амфотерным соединением. При действии сильных оснований пиррол образует пирролят –ион. Пиррол имеет и особые свойства – он проявляет не только основные, но и кислотные свойства, т.е. является амфотерным соединением. При действии сильных оснований пиррол образует пирролят –ион.

Слайд 36

Описание слайда:

Алкилирование

Слайд 37

Описание слайда:

РЕАКЦИИ РАЗРУШЕНИЕМ АРОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Способность вступать в реакции 1,4-циклоприсоединения наиболее выражена у фурана и наименее у тиофена, что вполне согласуется с изменением ароматичности этих соединений.

Слайд 38

Описание слайда:

Присоединение по Дильсу-Альдеру

Слайд 39

Описание слайда:

Реакции восстановления Гидрирование пиррола, фурана и тиофена протекает с трудом и требует использования сильных восстановителей или жестких условий.

Слайд 40

Описание слайда:

Биологическое значение пиррола Пиррольные ядра образуют основу многих биологически важных пигментов (красящих в-в): пигментов крови (гемоглобин), зеленых частей растений (хлорофилл), желчи, витамина В12. Все эти соединения содержат плоское 16-членное кольцо – ядро порфина.

Слайд 41

Описание слайда:

Все эти соединения содержат плоское 16-членное кольцо – ядро порфина. Все эти соединения содержат плоское 16-членное кольцо – ядро порфина.

Слайд 42

Описание слайда:

Порфины, входящие в состав природных пигментов имеют заместители в пиррольных ядрах (порфирины). Порфирины в природе находятся в виде комплексов с ионами металлов. Комплекс с ионом железа является основой гемоглобина

Слайд 43

Описание слайда:

Комплекс с ионом магния является основой хлорофилла.

Слайд 44

Описание слайда:

ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. ПИРИДИН.

Слайд 45

Описание слайда:

Способы получения В промышленных масштабах пиридин и его гомологи получают при коксохимической переработке каменного угля.

Слайд 46

Описание слайда:

Метод синтеза Ганча:

Слайд 47

Описание слайда:

Известны синтезы пиридина на основе ещё более простых реагентов.

Слайд 48

Описание слайда:

Физические свойства Пиридин представляет собой бесцветную жидкость с Ткип. 115,3оС. Он обладает характерным неприятным запахом, смешивается во всех отношениях с водой, этанолом, диэтиловым эфиром; устойчив при хранении.

Слайд 49

Описание слайда:

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ПИРИДИНА Пиридин является шестичленным гетероароматическим аналогом бензола. Его плоская молекула имеет сопряжённую систему из шести -электронов. Все атомы цикла (и С, и N) находятся в состоянии sp2-гибридизации и вносят по одному электрону в ароматический секстет.

Слайд 50

Описание слайда:

Неподеленная Электронная Пара (НЭП) атома азота находится вне сопряженной системы и занимает sp2 –орбиталь, ориентированную в плоскости цикла и имеющую σ-симметрию. Неподеленная Электронная Пара (НЭП) атома азота находится вне сопряженной системы и занимает sp2 –орбиталь, ориентированную в плоскости цикла и имеющую σ-симметрию.

Слайд 51

Описание слайда:

Ароматическая делокализация π-электронов в молекуле пиридина иллюстрируется следующим набором резонансных структур: Ароматическая делокализация π-электронов в молекуле пиридина иллюстрируется следующим набором резонансных структур:

Слайд 52

Описание слайда:

В большей части этих структур атом азота имеет отрицательный заряд, что соответствует его большей электроотрицательности. Степень разделения зарядов в молекуле пиридина характеризует сравнительно высокий дипольный момент. В соответствии с этим пиридин рассматривают как электронодефицитный гетроцикл. В большей части этих структур атом азота имеет отрицательный заряд, что соответствует его большей электроотрицательности. Степень разделения зарядов в молекуле пиридина характеризует сравнительно высокий дипольный момент. В соответствии с этим пиридин рассматривают как электронодефицитный гетроцикл.

Слайд 53

Описание слайда:

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА I. Основные и нуклеофильные свойства Поскольку НЭП азота в молекуле пиридина не входит в ароматический секстет, пиридин обнаруживает и основные, и нуклеофильные свойства.

Слайд 54

Описание слайда:

a) Взаимодействие с кислотами

Слайд 55

Описание слайда:

Как и в случае аминов, основность гетероциклических оснований, в том числе пиридина и пиррола, принято оценивать значениями pKa их сопряженных кислот - pKa (ВН+). Как и в случае аминов, основность гетероциклических оснований, в том числе пиридина и пиррола, принято оценивать значениями pKa их сопряженных кислот - pKa (ВН+).

Слайд 56

Описание слайда:

b) Пиридин легко алкилируется с образованием N-алкилпиридиниевых солей. В этой реакции пиридин выступает в качестве нуклеофила. b) Пиридин легко алкилируется с образованием N-алкилпиридиниевых солей. В этой реакции пиридин выступает в качестве нуклеофила.

Слайд 57

Описание слайда:

c) Нуклеофильные свойства пиридина подтверждаются и легкостью образования c) Нуклеофильные свойства пиридина подтверждаются и легкостью образования N-ацилпиридиниевых солей. Такие соли образуются в качестве интермедиатов в реакциях О-ацилирования карбоновых кислот хлорангидридами в присутствии пиридина.

Слайд 58

Описание слайда:

Вследствие солеобразования пиридиниевое кольцо сильно дезактивируется к электрофильной атаке. Скорость реакции нитрования соли пиридина по сравнению с пиридином уменьшается в 1013 раз. Вследствие солеобразования пиридиниевое кольцо сильно дезактивируется к электрофильной атаке. Скорость реакции нитрования соли пиридина по сравнению с пиридином уменьшается в 1013 раз. Пиридин вступает в реакции электрофильного замещения гораздо медленней, чем бензол, напоминая в этом отношении нитробензол. Активность же пиридиний- катиона еще ниже.

Слайд 59

Описание слайда:

II. Электрофильное ароматическое замещение

Слайд 60

Описание слайда:

SE в пиридинах протекает исключительно в β-положения, и только когда эти положения заняты электронодонорными заместителями, возможна ориентация в α- или γ-положения. Преимущество атаки в β-положение объясняется строением промежуточных σ-аддуктов. Только при β-атаке нет резонансных структур с положительным зарядом на N и заряд делокализован между 3-мя атомами С. SE в пиридинах протекает исключительно в β-положения, и только когда эти положения заняты электронодонорными заместителями, возможна ориентация в α- или γ-положения. Преимущество атаки в β-положение объясняется строением промежуточных σ-аддуктов. Только при β-атаке нет резонансных структур с положительным зарядом на N и заряд делокализован между 3-мя атомами С.

Слайд 61

Описание слайда:

Mеханизм SE Атака в положение 2:

Слайд 62

Описание слайда:

Атака в положение 4:

Слайд 63

Описание слайда:

Атака в положение 3:

Слайд 64

Описание слайда:

Орто и пара ориентирующие заместители, находящиеся в α- или γ-положениях пиридинового кольца, способствуют атаке электрофила в β-положения: Орто и пара ориентирующие заместители, находящиеся в α- или γ-положениях пиридинового кольца, способствуют атаке электрофила в β-положения:

Слайд 65

Описание слайда:

III. N-Оксид пиридина a) получение

Слайд 66

Описание слайда:

Слайд 67

Описание слайда:

b) Электрофильное замещение

Слайд 68

Описание слайда:

Замещению подвергается непротонированный N-оксид, реакционная способность которого в 4х10-6 раза ниже бензола. Интермедиат, образующийся при атаке Е+ в положение 4, резонансно стабилизирован атомом кислорода. Замещению подвергается непротонированный N-оксид, реакционная способность которого в 4х10-6 раза ниже бензола. Интермедиат, образующийся при атаке Е+ в положение 4, резонансно стабилизирован атомом кислорода.

Слайд 69

Описание слайда:

Mеханизм SE

Слайд 70

Описание слайда:

c) Дезоксигенирование N-оксида пиридина

Слайд 71

Описание слайда:

IV. Нуклеофильное замещение Высокое сродство к электрону способствует особой склонности пиридина к реакциям с нуклеофильными реагентами. Классическим примером такой реакции является реакция Чичибабина (1914 г.). В этой реакции пиридин обрабатывают амидом натрия при нагревании в N,N-диметиланилине или толуоле в качестве растворителя.

Слайд 72

Описание слайда:

a) Реакция Чичибабина

Слайд 73

Описание слайда:

Механизм реакции Чичибабина Стадия 1 – реакция идёт с преимущественной атакой нуклеофила по С2 (С6), поскольку отрицательный заряд в соответствующем -комплексе делокализован с участием электроотрицательного атома азота цикла:

Слайд 74

Описание слайда:

Слайд 75

Описание слайда:

Стадия 2 – на этой стадии элиминирует гидрид-ион с реароматизацией цикла.

Слайд 76

Описание слайда:

b) 2-и 4-аминопиридины способны к таутомерным превращениям (содержание амино-формы в 1000 раз превышает содержание имино-формы)

Слайд 77

Описание слайда:

c) Другие реакции SN

Слайд 78

Описание слайда:

d) 2-гидроксипиридин также способен к таутомерии

Слайд 79

Описание слайда:

2-гидроксипиридин получается также из 2-аминопиридина

Слайд 80

Описание слайда:

V. Восстановление Электронодефицитный характер пиридина проявляет себя и в относительной лёгкости восстановления пиридинового цикла. Важно, что восстановление гладко проходит не только как гидрирование в присутствии Pt-катализатора, но и при действии натрия в абсолютном спирте.