杂环化合物讲义
第十八章杂环化合物
教学要求
1.了解杂环化合物的分类、命名。
2.掌握重要的五元、六元及稠环杂环化合物的结构和性质。如：呋喃、噻吩、吡咯、喹啉（斯克奥浦合成）。
3.了解嘧啶及嘌呤的结构。
4.了解生物碱的一般概念。
杂环化合物是指组成环的原子中含有除碳以外的原子(杂原子——常见的是N、O、S等)的环状化合物。
杂环化合物不包括极易开环的含杂原子的环状化合物，例如：
本章我们只讨论芳香族杂环化合物。
杂环化合物是一大类有机物，占已知有机物的三分之一。杂环化合物在自然界分布很广、功用很多。例如，中草药的有效成分生物碱大多是杂环化合物；动植物体内起重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基都是含氮杂环；部分维生素，抗菌素；一些植物色素、植物染料、合成染料都含有杂环。
第一节杂环化合物的分类和命名
一、分类
二、命名
杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。
当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起依次用1,2,3,… (或α,β,γ…)编号。
如杂环上不止一个杂原子时，则从O、S、N顺序依次编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小。
第二节五元杂环化合物
含一个杂原子的典型五元杂环化合物是呋喃、噻吩和吡咯。含两个杂原子的有噻唑、咪唑和吡唑。本节重点讨论呋喃、噻吩和吡咯，简单介绍一下噻唑、咪唑和吡唑。
一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构
呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为sp2杂化，故成环的五个原子处在同一平面，杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体系，其π电子数符合休克尔规则（π电子数 = 4n+2），所以，它们都具有芳香性。
二、呋喃、噻吩、吡咯的性质
1、存在与物理性质
2、光谱性质
3、化学性质
（1）亲电取代反应
从结构上分析，五元杂环为∏56共轭体系，电荷密度比苯大，如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为0），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：
五元杂环有芳香性，但其芳香性不如苯环，因环上的π电子云密度比苯环大，且分布不匀，它们在亲电取代反应中的速率也比要苯快得多。
亲电取代反应的活性为：吡咯 > 呋喃 > 噻吩> 苯，主要进入α-位。
说明：吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应，对试剂及反应条件必须有所选择和控制。
卤代反应：不需要催化剂，要在较低温度和进行。
硝化反应：不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯(CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行。
磺化反应：呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺化试剂——吡啶三氧化硫的络合物，噻吩可直接用浓硫酸磺化。
（2）加氢反应
（3）呋喃、吡咯的特性反应
1）呋喃易起D-A 反应
吡咯、噻吩要在特定条件下才能发生D-A反应。
2）吡咯的弱酸性和弱碱性
吡咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。
吡咯具有弱酸性，（其酸性介与乙醇和苯酚之间。
故吡咯能与固体氢氧化钾加热成为钾盐，与格式试剂作用放出RH而生成吡咯卤化镁。
吡咯钾盐和吡咯卤化镁都可用来合成吡咯衍生物。
三、重要的五元杂环衍生物
1、糠醛（α- 呋喃甲醛）
（1）制备：由农副产品如甘蔗杂渣、花生壳、高粱杆、棉子壳……用稀酸加热蒸煮制取。
（2）糠醛的性质：同有α-H的醛的一般性质。
1）氧化还原反应
2）歧化反应
3）羟醛缩合反应
4）安息香缩合反应
（3）糠醛的用途
糠醛是良好的溶剂，常用作精练石油的溶剂，以溶解含硫物质及环烷烃等。可用于精制松香，脱出色素，溶解硝酸纤维素等。糠醛广泛用于油漆及树脂工业。
2、吡咯的重要衍生物
最重要的吡咯衍生物是含有四个吡咯环和四个次甲基(-CH= )交替相连组成的大环化合物。其取代物称为卟啉族化合物。
卟啉族化合物广泛分布与自然界。血红素，叶绿素都是含环的卟啉族化合物。在血红素中环络合的是Fe，叶绿素环络合的是Mg。
血红素的功能是运载输送氧气叶绿素是植物光合作用的能源。
1964年，Woodward用55步合成了叶绿素。1965年接着合成VB12，用11年时间完成了全合成。 Woodward一生人工合成了20多种结构复杂的有机化合物，是当之无愧的有机合成大师。
Woodward 20岁获博士学位，30岁当教授，48岁时（1965年）获诺贝尔化学奖。
四、噻唑和咪唑
1．噻唑
噻唑是含一个硫原子和一个氮原子的五元杂环，无色，有吡啶臭味的液体，沸点117℃，与水互溶，有弱碱性。是稳定的化合物。
一些重要的天然产物几合成药物含有噻唑结构，如青霉素、维生素B1等。
青霉素是一类抗菌素的总称，已知的青霉素大一百多种，它们的结构很相似，均具有稠合在一起的四氢噻唑环和β- 内酰胺环。
青霉素具有强酸性(pKa≈2.7),在游离状态下不稳定(青霉素O例外)，故常将它们变成钠盐、钾盐或有机碱盐用于临床。
维生素B1（VB1）
第三节六元杂环化合物
六元杂环化合物中最重要的有吡啶、嘧啶和吡喃等。
吡啶是重要的有机碱试剂，嘧啶是组成核糖核酸的重要生物碱母体。
一、吡啶
1、来源、制法和应用
吡啶存在于煤焦油页岩油和骨焦油中，吡啶衍生物广泛存在于自然界，例如，植物所含的生物碱不少都具有吡啶环结构，维生素PP、维生素B6、辅酶Ⅰ及辅酶Ⅱ也含有吡啶环。吡啶是重要的有机合成原料（如合成药物）、良好的有机溶剂和有机合成催化剂。
吡啶的工业制法可由糠醇与氨共热（500℃）制得，也可从乙炔制备。
吡啶为有特殊臭味的无色液体，沸点115.5℃，相对密度0.982，可与水、乙醇、乙醚等任意混和。
2、吡啶的结构
由于吡啶环的N上在环外有一孤对电子，故吡啶环上的电荷分布不均。
3、吡啶的性质
（1）碱性与成盐
吡啶的环外有一对未作用的孤对电子，具有碱性，易接受亲电试剂而成盐。
吡啶的碱性小于氨大于苯胺。吡啶易与酸和活泼的卤代物成盐。
（2）亲电取代反应
吡啶环上氮原子为吸电子基，故吡啶环属于缺电子的芳杂环，和硝基苯相似。其亲电取代反应很不活泼，反应条件要求很高，不起傅-克烷基化和酰基化反应。亲电取代反应主要在β-位上。
（3）氧化还原反应
1）氧化反应
吡啶环对氧化剂稳定，一般不被酸性高锰酸钾、酸性重铬酸钾氧化，通常是侧链烃基被氧化成羧酸。
吡啶易被过氧化物（过氧乙酸、过氧化氢等）氧化生成氧化吡啶。
氧化吡啶在有机合成中用于合成4-取代吡啶化合物。
2）还原反应
吡啶比苯易还原，用钠加乙醇、催化加氢均使吡啶还原为六氢吡啶（即胡椒啶）。
（4）亲核取代
由于吡啶环上的电荷密度降低，且分布不均，故可发生亲核取代反应。例如：
二、嘧啶及其衍生物
嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很广，脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶是遗传物质核酸的重要组成部分，微生素B1也含有嘧啶环。合成药物的磺胺嘧啶也含这种结构。
uracil thymine cy tosine
三、吲哚
吲哚是白色结晶，熔点52.5℃。极稀溶液有香味，可用作香料，浓的吲哚溶液有粪臭味。素馨花、柑桔花中含有吲哚。吲哚环的衍生物广泛存在于动植物体内，与人类的生命、生活有密切的关系。
杂环化合物
第十七章 杂环化合物 一、写出下列化合物的构造式： 1，3－甲基吡咯 2，碘化N,N －二甲基四氢吡咯 3，四氢呋喃 4，β－氯代呋喃 5，α－噻吩磺酸 6，糠醛，糠醇，糠酸 7，γ－吡啶甲酸 8，六氢吡啶 9，β－吲哚乙酸 10，8－羟基喹啉 H 1. CH 3 N 2. N CH 3 CH 3 + I -O 3. 4. Cl O 5. S SO 3H 6. O O O CHO CH 2OH COOH 7. COOH N 8. N H 9. N H CH 2COOH 10. N 二、用化学方法区别下列各组化合物： 1，苯，噻吩和苯酚 解：加入三氯化铁水溶液，有显色反应的是苯酚。在浓硫酸存在下，与靛红一同加热显示蓝色的位噻吩。 2，吡咯和四氢吡咯 解：吡咯的醇溶液使浸过浓盐酸的松木片变成红色，而四氢吡咯不能。 3，苯甲醛和糠醛 解：糠醛在醋酸存在下与苯胺作用显红色。
三、用化学方法，将下列混合物中的少量杂质除去。 1，苯中混有少量噻吩 解：在室温下用浓硫酸处理，噻吩在室温与浓硫酸反应生成α－噻吩磺酸而溶于浓硫酸，苯不反应。 2，甲苯中混有少量吡啶 解：用浓盐酸处理，吡啶具有碱性而与盐酸生成盐溶于水相，分离出吡啶。 3，吡啶中有少量六氢吡啶。 解：六氢吡啶是仲胺，在氢氧化钠水溶液中与对甲基苯磺酰氯反应生成固体，过滤除去六氢吡啶。 四、试解释为什么噻吩，吡咯，呋喃比苯容易发生亲电取代反应而吡啶比苯难发生？ 解：噻吩，吡咯，呋喃是五元杂环化合物，属于多л－电子杂环化合物，芳环上电子云密度比苯大，所以易于发生亲电取代。而吡啶是六元杂环化合物，是缺л－电子杂环化合物，芳环上电子云密度小于苯环，所以难于发生亲电取代反应。 五、完成下列反应式：
常见杂环化合物的部分性质
常见五元杂环化合物的部分性质 一，五元杂环： 1.单杂环的电子效应： 有两个影响的因素：“吸电子诱导效应”和“给电子共轭效应”但无论怎样，杂环上的π电子密度都上升了。杂环的反应性都大于苯（不能直接硝化），又因为此，杂环的α位电子密度要高于β位。从中我们能够得出，稳定性（芳香性）顺序：苯<噻吩<吡啶<呋喃。 2.单杂五元单杂环的反应性质：
加成反应：苯<噻吩<吡啶<呋喃 亲电取代：苯<噻吩<呋喃<吡啶（取代考虑的具体因素应该是α位的电子云密度问题，而不是整个环的稳定性。）·呋喃太容易实行加成，在溴水/甲醇中得到 只有用二氧六环溴合物才能得到正常的溴代产物，当然，钝化基团的加入能够使反应变得较为温和。 ·与苯炔反应时，呋喃生成D-A产物，而吡咯生成苯炔的加成产物（1-苯基吡咯），噻吩则不能反应。 3.双杂五元单杂环的反应性质： 咪唑能够互变，通常4,5位混杂，不过在有基团时并不相等，例如“4（5）-硝基咪唑”绝绝绝大部分都为4位。咪唑分子间有氢键（20个分子左右），沸点异常地高。相比之下吡唑一般二聚。 唑环的电子云密度比相对应的单杂环要低，其亲电取代的顺序为： 苯>氮杂>硫杂>氧杂 其反应时，取代位通常为三级氮的间位。机理上先是氮的质子化（噻唑能够在较弱条件下硝化，而噻吩不能够）。弱的亲电试剂不能够和唑环反应，例如F-C。 虽然唑环硝化和磺化时反应活性比苯环低，但是卤化时却比苯环高。 因为存有三级氮，唑环还能够发生亲核取代（在其邻对位）。
4.单杂五元苯并杂环： 5.吲哚 吲哚合成法： 1>Fischer：苯腙+酮 其机理如下： 2>Reisset：邻硝基甲苯+草酸二乙酯 3>Nenitzescu：对苯醌+β-氨基巴豆酸乙酯
杂环化合物
第10章杂环化合物 §10.1 杂环化合物的分类和命名 10.1.1 分类 1、按照环的多少分类 ?单杂环：常见的是五元杂环和六元杂环，环上的杂原子有一个或两个。 ?五元杂环： ?六元杂环： ?吡喃没有芳香性，生成盐后则具有芳香性。 ?稠杂环：由苯环与单杂环或两个以上单杂环稠合而成的。 10.1.2 命名 常见的基础杂环多数是具有芳香性的，命名时作为杂环化合物的母核。 1、音译法 中文名称采用音译法，用带口字旁的同音汉字表示。 对于无特定名称的杂环化合物，中国化学会1980年颁布的有机化学命名原则规定： 采用“杂”字作介词，把杂环看作是相应的碳环母核中碳原子被杂原子置换后的衍生物来命名。 ?国外现在采用的Hantzsch-Widman系统，规范了10元以下一般杂环的词尾词干的书写
格式。 ?为了正确表明取代基位置，需将杂环母核编号，编号规则主要有： （1）含一个杂环原子的单杂环，从杂原子开始编号。 有时也使用希腊字母，把靠近杂原子的位置叫做α位，其次是β位，再其次是γ位。 （2）含两个及以上相同杂环原子的单杂环，编号从连有氢原子的杂原子开始，并使另一杂原子所在位次保持最小。 （3）含两个及以上不同杂环原子的单杂环，编号从价数小杂原子开始，价数相同时则从原子序数小的开始。 ?因此，常见杂原子编号优先顺序为O、S、N。 ?一般常见的稠杂环有特定的编号，或是沿用习惯。 §10.2 五元杂环化合物 10.2.1 结构和物理性质 1、结构 这三种杂环上的原子都是sp2杂化，为平面结构。 ?每个碳原子垂直于环平面的p轨道有一个电子，杂原子垂直于环平面的p轨道有二个电子。
杂环化合物
杂环化合物和生物碱 在环状有机化合物中，组成环的原子除碳原子外，还有其它非碳原子时，这类化合物称为杂环化合物。这些非碳原子叫做杂原子，常见的杂原子有氮、氧、硫。杂环化合物在自然界分布很广，其数量几乎占已知有机化合物的三分之一，用途也很多。许多重要的物质如叶绿素、血红素、核酸以及临床应用的一些有显著疗效的天然药物和合成药物等，都含有杂环化合物的结构。 内酯、交酯和环状酸酐等环也含有杂原子，如 但由于它们与相应的开链化合物性质相似，又容易开环变成开链化合物，所以不包括在杂环化合物之内。本章主要讨论那些环系比较稳定，并且有不同程度芳香性的杂环化合物。 一．杂环化合物的分类和命名 杂环化合物可按杂环的骨架分为单杂环和稠杂环。单杂环又按环的大小分为五元杂环和六元杂环；稠杂环按其稠合环形式分为苯稠杂环和稠杂环。 （一）音译法 杂环化合物的命名主要采用外文译音法，按英文名称译音，用带“口”字旁的同音汉字表示。例如： 音译法是根据国际通用名称译音的，使用方便，缺点是名称和结构之间没有任何联系。 （二）以相应的碳环母核命名 H 2C C O H 2C C O O CH 2 C CH 2 CH 2 O O H 2C 丁二酸酐 δ-戊 内酯 N H Pyrrolo 吡咯O Furan 呋喃 S thiophono 噻吩 N N H 咪唑 Imidazole S N thiazole 噻唑 N Pyridino 吡啶O Pyrin 吡喃 N N Pyrimidine 嘧啶 N H Indole 吲哚N N N N H Purine 嘌呤
即在相应的碳环的名称上冠以杂原子的名称。 杂环化合物的命名原则： 1．以杂环为母体，编号从杂原子开始。环上只有一个杂原子时，杂原子的编号为1，依次用2、3、4…；或从临近杂原子的碳原子开始，标以希腊字母α、β、γ，邻近杂原子的碳原子为α位，其次为β位，再次为γ位。 2．当杂环上连有-R ，-X ，-OH ，-NH 2等取代基时，以杂环为母体，标明取代基位次；如果连有-CHO ，-COOH ，-SO 3H 等时，则把杂环作为取代基。 3．环上有两个或两个以上相同杂原子时，应从连接有氢或取代基的杂原子开始编号，并使这些杂原子所在位次的数字之和为最小。如有相同的两个氮原子时，仲氮先标位，叔氮后标。 4．环上有不同杂原子时，则按氧→硫→氮为序编号。 二．杂环化合物的结构 五元杂环化合物呋喃、噻吩、吡咯的结构和苯相类似。构成环的四个碳原子和杂原子（N ，S ，O ）均为sp2杂化状态，它们以σ键相连形成一个环面。每个碳原子余下的一个p 轨道有一个电子，杂原子（N ，S ，O ）的p 轨道上有一对未共用电子对。这五个p 轨道都垂直于 N H 吡咯O S 噻吩 N N H 咪唑 S N 噻唑 N 吡啶吡喃N N 嘧啶N H 吲哚N N N N H 嘌呤 （氮杂茂） 呋喃（氧杂茂） （硫杂茂）（1,3-二氮杂茂）（1-硫-3-氮杂茂） O （氮杂苯）（氧杂己）（1,3-二氮杂苯）（氮杂茚）（1,3,7,9-四氮杂茚） 13 2 12 312 3 123 4 56 71 2345 6 789O 呋喃 N 吡啶 S N 噻唑 12 312 3 45 α β1 23456 α β βαγ 45 3-甲基吡啶1 23 4 5 6 α β βαγ N CH 3β-甲基吡啶 NH 2 2-氨基嘧啶 1 2 3 4 56 N N O 2-呋喃甲醛CHO
七元杂环化合物的合成学生讲义
七 一、二、心血反应三、1．所球形瓶 2．3. 薄用验 七元杂环化实验目的1、了解并2、了解七3、掌握薄4、掌握低5、理解通 实验原理苯并二氮血管和抗病应合成该类仪器与试所需仪器：形冷凝管，所需试剂:苯薄层色谱所验钞机替代化合物2,4 并掌握羟醛七元含氮杂薄层色谱板低熔点固体通过薄层色理 氮杂类化合毒药物。本类化合物。反 O Ph 试剂 三口圆底烧温度计，温苯甲醛，苯所需仪器：硅代）；溶剂需4-二苯基-2醛缩合反应；杂环化合物的板（TLC ）监体化合物的重色谱法和红外合物是一类本实验由苯反应式如下+Ph O +烧瓶（100 m 温度计套管苯乙酮，氢氧硅胶板一大需要甲醇、乙实验十一2,3-二氢 的合成； 监测反应的重结晶方法外光谱法分类重要的七甲醛和苯乙下： NH 2NH 2E mL& 250mL 管，电磁搅拌氧化钠，邻大块；展缸两乙酸乙酯、一 -1H -1,5-苯的原理及操作法 分析有机反应元杂环化合乙酮首先合成Ph EtOH L ），单口圆拌（或机械邻苯二胺、两个；点样二氯甲烷和 苯并二氮杂作； 应及反应机合物，常被成查尔酮，Ph O N H N Ph Ph 底烧瓶，恒械搅拌），布哌啶、乙醇管一盒；紫和石油醚。杂的合成机理的方法 被用作镇静剂再与邻苯二 恒压滴液漏斗布氏漏斗，抽醇 紫外灯一台 成 剂、二胺斗，抽滤（可
四、1）醛、温度半时至1向体重结2）3.54回流晶体洗脱六、实验步骤查尔酮的合在装有滴6.0 g(50 m 度在5±2o 时，体系开15-20 o C ，并体系中加入结晶，得到 2,4-二苯基在装有回4g(17 mmol 流4 h 后，得体, 过滤，滤脱）分离纯 注意事项1. 液体化称量，2. 制备查3. 查尔酮能够实4. 查尔酮和抽滤5. 做好实等均需6. 使用薄洗。 骤 合成 滴液漏斗和温mmol)苯乙酮C ，用滴液漏开始出现浑浊并继续搅拌入50mL 冷水浅黄色晶体基-2,3-二氢-1流冷凝管的l)查尔酮和得深红色溶滤饼用无水纯化, 得黄色项 化合物，通注意不要查尔酮的反酮熔点较低实现重结晶酮重结晶时滤瓶必须洗实验记录，如需及时记录薄层色谱板温度计的10酮和25mL 漏斗滴加1浊，然后浅拌反应0.5h 后水再过滤)，体8.0~8.4 g 1H -1,5-苯并的100 mL 三和25mL 无水溶液，将反应水乙醇重结晶色晶体2.5g,通过量筒量取要溅洒样品。反应温度不宜低，重结晶时晶。冷却后，时，如果体系洗干净，贴滤如重结晶时录。 板时，不要蘸00 mL 三口乙醇，电磁12.5 mL 的浅黄色固体逐后，出现大，并用水洗g, 产率77~并二氮杂三口烧瓶中水乙醇，电磁应混合物浓晶或硅胶柱, 熔点128取体积来计 宜过高，过时易呈现熔若加入晶系比较浑浊滤纸时，需时该加入多蘸水；放展口烧瓶中，加磁搅拌，用10％NaOH 逐渐增多），大量浅黄色固洗涤至中性，~81％，熔点的合成 中，加入1.8磁搅拌，再浓缩至约20柱层析（乙酸－129℃, 产计算体积；固过高易生成副熔融状态，必晶种，会加速浊，则需要过需用水润湿才少溶剂等，展开剂（流动加入5.2 g(冰水浴冷却H 水溶液（，滴加完毕固体。过滤，得到的固点54－55℃84g(17 mm 再加入0.2 m 0 mL ，放入酸乙酯和石产率49％。固体化合物副产物。 必须加入溶速结晶的形过滤。过滤才能贴紧。每次TLC 动相）的展(50 mmol)苯 却至5o C ，控（当加入大约毕后，恢复温生成的固体固体用无水乙℃。 mol)邻苯二胺mL 哌啶，加入冰箱析出黄石油醚混合溶 物，则通过天溶剂到呈均相形成。 滤时，布氏漏 板的具体情展缸也不要用苯甲控制约一温度 体(可乙醇胺、 加热黄色溶剂天平相才漏斗情况用水
杂环化合物
杂环化合物 杂环化合物：成环原子除C 外还有O 、S 、N 、P 等杂原子，且环系较稳定、具有一定芳香性的环状化合物。 下列化合物成环原子虽也含有杂原子，但环系不稳定，因此不属于杂环化合物范畴： O O O O O H 3C CH 3 O O O O O NH 交酯 内酯 酸酐 内酰胺 一、分类和命名 （一）分类 杂环化合物分单杂环和稠杂环两大类。 （二）命名 1、一般采用音译，取同音汉字加“口”字旁作为类别名称，取代基标注位置； 2、只有一个杂原子时，杂原子为1号； 3、含有多个杂原子时，按O ，S ，N(H)，N 顺序编号，且另外的杂原子位号尽量小； 4、常见稠杂环有固定的编号（表12-1）。 例如： 1、 O 2、 S 3、 N H 4、 N 5、 N H 123456 6、 N 1 2 435 67 7、9N H N N N 12 345678 8、 O SO 3H 9、N H I I I I 10、 O 11、 N H CH 2COOH 12、N N N N H NH 2 13、 O O 2N CHO 14、 N OH 15、 O CH 2OH 16、 N H 17、 N CONH 2 18、 N COOH 19、 N CONHNH 2 20、 N COOH COOH 21、 N H 22、 N CH 3 23、 S Cl COOH
解：1、呋喃 2、噻吩 3、吡咯 4、吡啶 5、吲哚 6、喹啉 7、嘌呤 8、α-呋喃磺酸 9、四碘吡咯 10、四氢呋喃 11、β-吲哚乙酸 12、6-氨基嘌呤 13、5－硝基－2－呋喃甲醛（'α－硝基－α－呋喃甲醛） 14、8－羟基喹啉 15、α－呋喃甲醇 16、四氢吡咯 17、β-吡啶甲酰胺 18、β-吡啶甲酸 19、γ-吡啶甲酰肼 20、2,3-吡啶二甲酸 21、六氢吡啶 22、N-甲基吡咯 23、4-氯-2-噻吩甲(羧)酸 二、结构 （一）单杂五元环 1、成环原子均为sp2，杂原子孤对电子参与共轭，πe=6，具芳香性； 2、芳香环上电荷密度非均化，因此芳香性﹤苯，较苯易加成； 3、芳香杂环属于5原子6电子的“富电子”体系，电荷密度>苯，故亲电取代活性>苯，且亲电取代主要进入α位（杂原子提供2个电子共轭，相当于给电子基的作用）； 4、吡咯中N 的孤对电子完全参与共轭，因此其碱性↓，反而显弱酸性； 5、O 、S 的另一对孤对电子因处于sp2，其碱性亦↓（了解）。 6、咪唑、吡唑存在互变异构，例如： H 3C H N H N H 3C N N 4(5)—甲基咪唑 （二）单杂六元环（仅以吡啶为例） 1、成环原子均为sp2，N 提供1e 参与共轭，πe=6，具芳香性； 2、芳香环上电荷密度非均化，因此芳香性﹤苯，较苯易加成； 3、N 电负性>C ，因此环上电荷向N 转移，吡啶环属于“缺电子”体系，亲电活性<苯， 且亲电取代主要进入β位（N 相当于起到吸电子基作用）； 4、N 孤对e 不参与共轭，因此具有碱性，碱性>苯胺；孤对e 处于sp2上，故其碱性<氨。 三、五元单杂环的化学性质（呋喃，噻吩，吡咯） （一）酸碱性 1、吡咯N 的孤e 参与共轭，碱性↓↓，显弱酸性； + KOH (S) N K -+ + H 2O N H
杂环化合物
第14章杂环化合物 杂环化合物是由碳原子和非碳原子共同组成环状骨架结构的一类化合物。这些非碳原子统称为杂原子，常见的杂原子为氮、氧、硫等。前面已经学过的内酯、内酰胺、环醚等化合物都是杂环化合物，但是这些化合物的性质与同类的开链化合物类似，因此都并入相应的章节中讨论。本章将主要讨论的是环系比较稳定、具有一定程度芳香性的杂环化合物，即芳杂环化合物。 杂环化合物的种类繁多，数量庞大，在自然界分布极为广泛，许多天然杂环化合物在动、植物体内起着重要的生理作用。例如：植物中的叶绿素、动物血液中的血红素、中草药中的有效成分生物碱及部分苷类、部分抗生素和维生素、组成蛋白质的某些氨基酸和核苷酸的碱基等都含有杂环的结构。在现有的药物中，含杂环结构的约占半数。因此，杂环化合物在有机化合物（尤其是有机药物）中占有重要地位。 第一节分类和命名 一、杂环化合物的分类 芳杂环化合物可以按照环的大小分为五元杂环和六元杂环两大类；也可按杂原子的数目分为含一个、两个和多个杂原子的杂环，还可以按环的多少分为单杂环和稠杂环等。见表14-1。 表14-1 有特定名称的杂环的分类、名称和标位 14-1
二、杂环化合物的命名 （一）有特定名称的稠杂环14-2
杂环化合物的命名比较复杂。现广泛应用的是按IUPAC（1979）命名原则规定，保留特定的45个杂环化合物的俗名和半俗名，并以此为命名的基础。我国采用“音译法”，按照英文名称的读音，选用同音汉字加“口”旁组成音译名，其中“口”代表环的结构。见表14-1。 （二）杂环母环的编号规则 当杂环上连有取代基时，为了标明取代基的位置，必须将杂环母体编号。杂环母体的编号原则是： 1．含一个杂原子的杂环 含一个杂原子的杂环从杂原子开始编号。见表14-1中吡咯、吡啶等编号。 2．含两个或多个杂原子的杂环 含两个或多个杂原子的杂环编号时应使杂原子位次尽可能小，并按O、S、NH、N 的优先顺序决定优先的杂原子，见表14-1中咪唑、噻唑的编号。 3．有特定名称的稠杂环的编号有其特定的顺序 有特定名称的稠杂环的编号有几种情况。有的按其相应的稠环芳烃的母环编号，见表14-1中喹啉、异喹啉、吖啶等的编号。有的从一端开始编号，共用碳原子一般不编号，编号时注意杂原子的号数字尽可能小，并遵守杂原子的优先顺序；见表14-1中吩噻嗪的编号。还有些具有特殊规定的编号，如表14-1中嘌呤的编号。 4．标氢 上述的45个杂环的名称中包括了这样的含义：即杂环中拥有最多数目的非聚集双键。当杂环满足了这个条件后，环中仍然有饱和的碳原子或氮原子，则这个饱和的原子上所连接的氢原子称为“标氢”或“指示氢”。用其编号加H（大写斜体）表示。例如： N N H O O 1H-吡咯2H-吡咯2H-吡喃4H-吡喃 若杂环上尚未含有最多数目的非聚集双键，则多出的氢原子称为外加氢。命名时要指出氢的位置及数目，全饱和时可不标明位置。例如： 14-3
杂环化合物讲义
第十八章杂环化合物 教学要求 1.了解杂环化合物的分类、命名。 2.掌握重要的五元、六元及稠环杂环化合物的结构和性质。如：呋喃、噻吩、吡咯、喹啉（斯克奥浦合成）。 3.了解嘧啶及嘌呤的结构。 4.了解生物碱的一般概念。 杂环化合物是指组成环的原子中含有除碳以外的原子(杂原子——常见的是N、O、S等)的环状化合物。 杂环化合物不包括极易开环的含杂原子的环状化合物，例如： 本章我们只讨论芳香族杂环化合物。 杂环化合物是一大类有机物，占已知有机物的三分之一。杂环化合物在自然界分布很广、功用很多。例如，中草药的有效成分生物碱大多是杂环化合物；动植物体内起重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基都是含氮杂环；部分维生素，抗菌素；一些植物色素、植物染料、合成染料都含有杂环。 第一节杂环化合物的分类和命名 一、分类
二、命名 杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。 当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起依次用1,2,3,… (或α,β,γ…)编号。 如杂环上不止一个杂原子时，则从O、S、N顺序依次编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小。 第二节五元杂环化合物 含一个杂原子的典型五元杂环化合物是呋喃、噻吩和吡咯。含两个杂原子的有噻唑、咪唑和吡唑。本节重点讨论呋喃、噻吩和吡咯，简单介绍一下噻唑、咪唑和吡唑。 一、呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构 呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为sp2杂化，故成环的五个原子处在同一平面，杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体系，其π电子数符合休克尔规则（π电子数 = 4n+2），所以，它们都具有芳香性。
杂环化合物
杂环化合物 杂环化合物是一种含有环的化合物，这个环由一种以上原子所组成。 一般将杂环化合物分为两类：一类是脂肪族杂环化合物，另一类是具有方向性的杂环化合物。杂环化合物在日常生活中应用广泛。是合成药物，合成染料，合成材料的重要原料之一。是一大类有机化合物。在理论上和实际中都有十分重要意义。 杂环化合物已经成为芳香性杂环化合物的代名词。杂环化合物数目很多，根据环的大小，杂原子的多少和单环、稠环来分类。最常见的和最稳定的是五元和六元单杂环及其相应的稠杂环，咋换上的编号一般是从杂原子开始，从阿拉伯数字1、2、3表示顺次，如同环中含有不同杂原子时，按O\S\N先后顺序排列进行编号，若有取代基则要考虑到取代基编号最小。五元杂环-- 五元杂环中含有两个杂原子，其中一个必须是N原子（称固定氮原子）的叫做唑，第二个原子为氧原子的叫恶唑；第二个原子为硫原子的叫噻唑，第二个原子为氮原子的叫咪唑或吡唑，命名时还要标出两个杂原子的位置。即为1,2-唑 六元杂环 含有两个杂原子的六元环有三种情况：杂原子互为邻位、间位、和对位。含有两个氮原子的叫二嗪。如”吡啶“含一个氮原子的吡啶 稠杂环 稠杂环是两个以上环稠合而成，其中一个是基本环，另一个是附加环，命名时附加环在前，基本环在后。 单环都可以作为基本环，个别稠杂环是基本环，如吲哚（苯并吡咯），喹啉（苯并吡啶），嘌啉（嘧啶并吡唑) 由芳环与杂环组成的稠杂环。杂环优先（即杂环为基本环），如：苯并呋喃、苯并咪唑，由两个杂环组成的稠杂环，大环优先于小环。环数相同时，N、O、S杂原子顺序确定。如；吡咯并吡啶，噻吩并吡咯。环上杂原子数目多的优先，杂原子数目相同时，杂原子种类多的优先例如：吡啶并嘧啶、咪唑并恶唑、咪唑并噻唑。环上杂原子数目及种类都相同时，同环杂原子编号低的优先。 （2）稠环共用边的标记。附加环按其杂环的编号顺序编号，并以阿拉伯数字1、2、3.。。将各原子进行标记，苯环上的原子不需要编号，命名时在附加环名称的后面加一个并字。（3）基本环编号标记，基本环按原杂环的编号顺序编号，并以a\b\c\d将各边进行标记。稠杂环命名时，在附加环的并字之后和基本环之间加上方括号，方括号里加上阿拉伯数字和abcd等，其间加一短横。 含一个杂原子的五元杂环化合物 呋喃、噻吩、吡咯是最重要的一类五元杂环化合物，近代物理研究法表明，这三个化合物都为平面结构，环上所有原子都是SP2杂化，头头重叠形成西格玛键。每个碳原子都有一个未杂化的带一个电子的P轨道，而杂原子P轨道中有一对电子。着五个P轨道都垂直于所在平面肩并肩交盖，形成闭合的环状共轭体系。体系中派电子数为6，复核人胡克尔规则，所以这三个杂环都具有芳香性 芳香性的化学行为表现在环上易取代，不宜加成或开环，分子能量低而稳定。噻吩中氮原子体积大，环内键角张力最小，稳定性高，芳香性强。吡咯、呋喃环内张力接近，但吡咯中氮原子电负性小，孤对电子想环上离域的程度高，因而它芳香性大一点，但相比苯环，上述三种环的环内张力都大，其稳定性即芳香性都比苯小。 呋喃、噻吩、吡咯的化学性质 （1）亲电取代反应
第十六章 杂环化合物
第十六章杂环化合物 教学要点： 掌握五元杂环化合物的结构、性质；了解吡啶和生物碱。教学时数： 6 学时 教学方法：教师讲授、 教学手段：多媒体、自制模型 第一节杂环化合物的分类和命名杂环大体可分为：单杂环和稠杂环两类。 1. 分类： 稠杂环是由苯环与单杂环或有两个以上单杂环稠并而成。
2．命名：杂环的命名常用音译法，是按外文名称的音译，并加口字旁，表示为环状化合物。如杂环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起用1，2，3，4，5……（或可将杂原子旁的碳原子依次编为α ,β, γ, δ …）来编号。 如杂环上不止一个杂原子时，则从O,S,N 顺序依次编号，编号时杂原子的位次数字之和应最小： 五元杂环中含有两个杂原子的体系叫唑（azole） 第二节五元杂环化合物 一.含有一个杂原子的五元杂环单环体系:呋喃，噻吩，吡咯。 （1）呋喃，噻分，吡咯的电子结构和光谱性质。 电子结构：这三个杂环化合物中，碳原子和杂原子均以sp2杂化轨道互相连接成σ健，并且在一个平面上，每个碳原子及杂原子上均有一个p轨道互相平行，在碳原子的p轨道中有一个p电子，在杂原子的p轨道中有两个p电子，形成一个环形的封闭的π电子的共轭体系。这与休克尔的4n+2规则相符，因此这些杂环或多或少的具有与苯类似的性质，故称之为芳香杂环化合物。 芳香性大小,试验结果表明:
光谱性质：IR: νc-H = 3077~3003cm-1,νN-H = 3500~3200 cm-1(在非极性溶剂的稀溶液中，在3495 cm-1，有一尖峰。在浓溶液中则于3400 cm-1,有一尖峰。在浓和淡的中间浓度时，两种谱带都有),杂环C＝C伸缩振动:1600~1300 cm-1（有二至四个谱带）。 NMR：这些杂环化合物形成封闭的芳香封闭体系，与苯环类似，在核磁共振谱上，由于外磁场的作用而诱导出一个绕环转的环电流，此环电流可产生一个和外界磁场方向相反的感应磁场，在环外的质子，处在感应磁场回来的磁力线上，和外界磁场方向一致，在去屏蔽区域，故环上氢吸收峰移向低场。化学位移一般在7ppm左右。 呋喃：α－H δ=7.42ppm β－H δ=6.37ppm 噻吩：α－H δ=7.30ppm β－H δ=7.10ppm 吡咯：α－H δ=6.68ppm β－H δ=6.22ppm 二．呋喃，噻吩，吡咯的制备。 1.玉米心，稻糠，花生壳，大麦壳，高粱秆等用稀硫酸处理得戊糖，戊糖失水得糠醛，再在400℃下加热，同时在催化剂ZnO,Cr2O3存在下，失去一氧化碳而得呋喃。 2.工业上制备噻吩是用丁烷，丁烯或丁二烯与硫磺混合，在600℃反应得到： 3.噻吩也可用琥珀酸钠盐与五硫化二磷一起加热反应制得：
第十二章 杂环化合物
第十二章 杂环化合物 【目的要求】 1、掌握杂环化合物的分类方法；杂环化合物的命名方法；含一个杂原子的五元杂环化合物的结构和主要化学性质；含一个杂原子的六元杂环化合物的结构和主要化学性质。 2、熟悉特定杂环母核的音译名；特定杂环母核的编号规则；部分氢化杂环的“标氢”规则；含两个杂原子的五元杂环化合物、含两个杂原子的六元杂环化合物和稠杂环化合物的结构特点和主要化学性质。 3、了解含两个杂原子的五元杂环化合物、含两个杂原子的六元杂环化合物和稠杂环化合物的衍生物的结构特点及其应用。 【教学内容】 由碳原子和非碳原子共同参与组成环的环状化合物叫杂环化合物。在杂环化合物中，除碳原子之外组成环的其它原子，称为杂原子。最常见的杂原子是氧、硫、氮。 第一节 杂环化合物的分类和命名 一、分类 （一）、骨架分类法：单杂环类和稠杂环类。 （二）、环碳电子密度分类法：多π-杂环化合物和 缺π-杂环化合物 （三）、按杂环中所含杂原子不同分类法：含氧杂环、含硫杂环和含氮杂环。 二、命名 第二节 五元杂环化合物 一、单杂五元杂环化合物 （一）、呋喃、噻吩和吡咯的结构 （二）、水溶性：均难溶于水。 （三）、环的稳定性 （四）、 酸碱性：噻吩和呋喃为中性化合物。吡咯呈弱酸性。 （五）、化学性质：卤代、磺化、硝化、付-克酰化反应、催化氢化反应。 （六）、衍生物 1、糠醛。 O S N
312 二、五元杂环化合物 （一）、吡唑、咪唑和噻唑的结构 （二）、氢键 （三）、 酸碱性：弱碱性。 （四）、 环的稳定性。 （五）、化学性质 三个化合物的亲电取代反应活性顺序：咪唑＞ 吡唑＞ 噻唑。反应以5位取代产物为主。 （六）、衍生物 1、毛果芸香碱。 2、阿莫西林。 第三节 六元杂环化合物 一、六元杂环化合物 (一)、 吡喃 （二） 、吡啶 1、结构 缺π芳杂环，芳香性比苯要弱，不易发生亲电取代反应。同时氮的存在还改变了苯分子原来正六边型的对称结构，并使吡啶成为较强的偶极分子。 2、性质 （1）、水溶性。 （2）、环的稳定性 （3）、碱性 （4）、亲电取代反应：吡啶很难发生亲电取代反应。其卤代、硝化及磺化反应要在剧烈条件下才能进行，不能发生付-克反应，取代基通常进入环中β-位。 （5）、亲核取代反应:：吡啶容易发生亲核取代反应。这都是由于环碳原子电 N O N N N S N O N N N S