杂环化合物 (2)

π
6 5
1. 呋喃、噻吩和吡咯的结构
吡咯的结构：

Pyrole is an amine and a conjugated diene, however its chemical properties are not consistent with either of structural features
杂 五 环
元 二 杂
4 5
N3 S1
4 5
N1 H
3
N2
2
4 5
N3 N1 H
2
咪唑 吡唑 (thiazole) (pyrazole) (imidazole)
噻唑
1. 基本杂环结构
六元杂环：
4 5 6
N
4 3 5 2 6 3 N2 5 6
4
N3 5 2 6
N N
4
4 3 5 2 6 3 2
1
N
1
N

指出下列杂环化合物中，各含有哪些杂环 母核？
（ 1）
N N N H NH CH2 N
（ 2）
O CH3 N N CH2 NH2
Cl N
+
S CH2CH2OH CH3
激动素（一种植物激素）
维生素 B1（硫胺素）
（1）含嘌呤环和呋喃环 （2）含嘧啶和噻唑环
2.取代杂环的命名(P.298)
编号的原则：对于单杂环，从杂原子开 始，用阿拉伯数字（或α、β、γ）表示； 若同一环上有多个杂原子，则按O、S、NH （仲氮）和N（叔氮）的顺序编号。
第14章 杂环化合物 内容提要: 一、杂环化合物的定义、分类与 命名 二、五元单杂环化合物 三、六元单杂环化合物 四、稠杂环化合物
一、杂环化合物的定义、分类与命名 （一）定义
广义来讲，构成环的原子除了碳原子外，还含有一个 或多个非碳原子(杂原子)的化合物称为杂环化合物 。
常见的杂原子（hetero-atom）：N、O、S 。
亲电取代活性比苯大， 且α位比β位活泼。
143pm -0.06 -0.10
pm N +0.32
H
吡咯的电荷分布和键长
137pm
13 8
富有电子的大π键。电子离域的 结果，使得杂原子上的电子云密 度降低，环上各碳原子的电子云 密度升高（杂原子的活化作用相 当于酚羟基），键长在一定程度 上发生平均化。
1. 吡咯、呋喃和噻吩的结构
O
CHO
2-呋喃甲醛(糠醛)
2-furan formaldehyde
3-吡啶甲酸 3-pyridine formic acid
COOH N
二、含一个杂原子的五元杂环化合物
（一）呋喃、噻吩和吡咯的结构与性质 1. 呋喃、噻吩和吡咯的结构
Z Z
呋喃、噻吩和吡咯的结构
Z= O、S、N
杂原子均为sp2杂化，形成的都是
为什么吡咯分子的偶极矩与四氢吡咯 的方向相反？
N H
N H
2. 吡咯、呋喃和噻吩的化学性质
（1）亲电取代反应 亲电取代活性比苯大， 且α位比β位活泼。
143pm -0.06 -0.10
pm N +0.32
1. 吡咯、呋喃和噻吩的结构
结构特点： 杂原子上的孤对电子，参与闭合的共轭体系。 π电子数为 6 ，具有一定的芳香性，芳香性比 苯差。
芳香性： 苯> 噻吩 > 吡咯 > 呋喃 共振能： 150.6 121.3 87.8 66.9 （kJ· mol-1）
亲电取代活性比苯大， 且α位比β位活泼。
1. 吡咯、呋喃和噻吩的结构
1
1
O
1
吡啶 (pyridine)
嘧啶 吡嗪 哒嗪 (pyridazine) (pyrimidine) (pyrazine)
吡喃 (pyran)
其中以吡啶和嘧啶最为重要
1.基本杂环结构
稠杂环（苯环与杂环稠合）
5 6 7 8
N
4 3 2 1 6 7
5
4 3 N2
4 5 6 7
N 1 H
3 2
8
1
喹啉 (quinoline)
4 5
O1
3β 2α
N S CH3
H 3C
N N H
CH3
2-甲基呋喃 （α -甲基呋喃） (2-methylfuran)
5-甲基噻唑 5-methylthiazole
4-甲基咪唑 4-methylimidazole
3. 稠杂环的命名
对于稠杂环则有固定的编号顺序，通常是从一端开始， 依次编号，公用的碳原子一般不编号，并尽可能使杂原 子的编号较小如喹啉、异喹啉和吲哚。值得注意的是嘌 呤，不仅公用碳参与编号，而且编号的顺序很特殊。
稠杂环
苯环和杂环稠合、杂环和杂环稠合。
（二）杂环化合物的分类和命名
1.基本杂环结构 3 (β ) 五 4 5 2 (α ) 元 O1 五 一 呋喃 杂 (furan)
4 5
S1
3 (β ) 2 (α )
4 5
N1 H
3 (β ) 2 (α )
元
噻吩 吡咯 (thiophene) (pyrrole)
一、杂环化合物的定义、分类与命名
O O
O
环氧乙烷
O 氮杂环丙烷 γ-丁酸内酯 γ-丁内酰胺 马来酸酐
N H
O
O
N H
O
这些化合物中虽然含有杂原子，但不稳定 易开环，性质类似于开链化合物。习惯上认为 的杂环化合物是： 定义：含有杂原子，具有芳香性或一定程度稳 定性的环状化合物叫杂环化合物。
一、杂环化合物的定义、分类与命名 （二）杂环化合物的分类和命名 单杂环 五元杂环、六元杂环。
4 4 5
N3 N1 H
4 3 2 5 6
N N3
5 6
N
N1 H
2
2
吡咯
4 5 6 7
N1 H
咪唑
5 3 2 6 7 8
N
吡啶
4 3 2 1
1
嘧啶
6 5 4
N N7 N H
1
1N 2
3
9
8
间 氮 咪 唑 和 嘧 啶
吲哚
喹啉
嘌呤
嘧（啶）咪（唑）稠合是嘌呤。
记 忆 口 诀： 氮五吡咯六吡啶； 间氮咪唑和嘧啶； 吲哚喹啉左并苯； 嘧咪相稠是嘌呤。
异喹啉 (isoquinoline)
吲哚 (indole)
1. 基本杂环结构
杂环与杂环的稠合：
6 1N 2 5 4
N N H N7
8 7 6 5
9
1 2 3 4
3
9
8
嘌呤 (purine)
10 吖啶 (acridine)
N
几个重要的含氮杂环化合物
吲 哚 喹 啉 左 并 苯
4 5 3 (β ) 2 (α )
5 6 7 8
4
CH3
NH2
6
3
N CH3
1 N 2
2
5 4
N7பைடு நூலகம்
8
1
N
3
N H
9
1,4-二甲基异喹啉 1,4-二甲基异喹啉 (1,4-dimethylisoquinoline)
6-氨基嘌呤 6-氨基嘌呤（腺嘌呤， A） （腺嘌呤）
(6-aminopurine, adenine)
2.取代杂环的命名
有时，为了命名的方便，也将杂环作为取代 基，以官能团作为母体来命名。