有机化学- 杂环化合物
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有机化学---第17章 杂环化合物
、 内酯、环状酸酐等。
环为平面型共轭体系，环内π电子数符合4n+2规 则，具有一定芳香性的杂环化合物。
2
2、杂环化合物的分类
五元杂环, 如 单杂环 六元杂环, 如 杂环化合物 稠杂环 两个以上单杂环稠并
N N N H
O N
N H
S
苯环与单杂环稠并, 如 N H
N
N
3
3、杂环化合物的命名 （1）音译法 ——在同音汉字左边 + 口字旁
N ..
H2SO4,HgSO4 220℃
N
N
NO2
β-硝基吡啶
SO3H
β-吡啶磺酸
34
当吡啶环上连有供电子基团时，将有利于亲电取
代反应的发生；反之，就更难以进行亲电取代反应。
NO2
HNO3,H2SO4
H3 C N CH3
100℃
H3 C
N
CH3
吡啶环也象硝基苯一样，不能发生F―C烷基化和 酰基化反应。
吲哚具有芳香性，亲电取代反应发生在吡咯环上； 吲哚亲电取代反应的活性比苯高，但比吡咯低。 亲电取代反应的位置：
5 4 3 7
E+
1
苯 环
6
N H
2
吡咯环
26
进攻 C2 N H + E
+
进攻 C3
只有一个带有完 E N 2 H 整苯环的共振杂化体。 H 3 E 3 E H H + + N N H H
OH
6
S1
苯并呋喃
1
苯并吡咯 喹啉
N
9 7 8
苯并噻唑
N N
3
5 4
HO
N H
OH
《有机化学》杂环化合物
噁唑
N H Pyrrole
吡咯
N
N H Imidazole
咪唑
N O Isoxazole
异噁唑
N N H Pyrazole
吡唑
S
Thiophene
噻吩
N
S Thiazole
噻唑
N S Isothiazole
异噻唑
4
六元环
含一个杂原子：
N Pyridine
吡啶
OБайду номын сангаас
Pyran
吡喃
含两个杂原子：
N N Pyridazine
在所有的杂环母核中，凡是具有共轭双键体系的五 元环和六元环，都具有芳香性。
五个原子分享六个π电子，电子离域使环上各碳原 子的电子云密度相对升高，这类杂环进行亲电性取 代比苯容易。
呋喃
噻吩
吡咯
11
六元杂环化合物：吡啶 •氮原子sp2杂化 •构成芳香体系的是π-π共轭。 •由于氮原子的电负性较强，使 环上碳原子的电子云密度相对 降低，亲电性取代反应比苯要 难，主要在间位。
N
300 oC
H2SO4, SO3 N 230 oC, 24 h
Br
N
-溴吡啶
SO3H
N
-吡啶磺酸
KNO3 + H2SO4
NO2
N
Fe, 300 oC
N -硝基吡啶
16
亲核取代比苯容易，主要发生在α位上。
了解
N
＋ NaNH2 100℃
N
H2O NHNa
N NH2
当α 或 γ位上有易离去基时，较弱的亲核试剂就能 发生亲核取代反应。
代基的杂原子编号为１，并使另一个杂原子的编号
N H Pyrrole
吡咯
N
N H Imidazole
咪唑
N O Isoxazole
异噁唑
N N H Pyrazole
吡唑
S
Thiophene
噻吩
N
S Thiazole
噻唑
N S Isothiazole
异噻唑
4
六元环
含一个杂原子：
N Pyridine
吡啶
OБайду номын сангаас
Pyran
吡喃
含两个杂原子：
N N Pyridazine
在所有的杂环母核中，凡是具有共轭双键体系的五 元环和六元环，都具有芳香性。
五个原子分享六个π电子，电子离域使环上各碳原 子的电子云密度相对升高，这类杂环进行亲电性取 代比苯容易。
呋喃
噻吩
吡咯
11
六元杂环化合物：吡啶 •氮原子sp2杂化 •构成芳香体系的是π-π共轭。 •由于氮原子的电负性较强，使 环上碳原子的电子云密度相对 降低，亲电性取代反应比苯要 难，主要在间位。
N
300 oC
H2SO4, SO3 N 230 oC, 24 h
Br
N
-溴吡啶
SO3H
N
-吡啶磺酸
KNO3 + H2SO4
NO2
N
Fe, 300 oC
N -硝基吡啶
16
亲核取代比苯容易，主要发生在α位上。
了解
N
＋ NaNH2 100℃
N
H2O NHNa
N NH2
当α 或 γ位上有易离去基时，较弱的亲核试剂就能 发生亲核取代反应。
代基的杂原子编号为１，并使另一个杂原子的编号
有机化学 第二十章杂环化合物
2.加成反应 呋喃、吡咯催化氢化，失去芳香性，得到饱和 的杂环化合物:
四氢吡咯为有机碱，广泛存在于自然界中的某 些生物碱中。
四氢呋喃是重要的有机溶剂。
噻吩中含硫，会使一般的催化剂中毒，氢化时必 须采用特殊催化剂。
工业上通常用开链化合物合成四氢噻吩。四氢噻 吩氧化成四亚甲基砜（或环丁砜），它是一个重要的 溶剂。
(6 )取代呋喃、噻吩、吡咯的定位效应
一取代呋喃、噻吩及吡咯进一步取代，定位效 应应由环上杂原子的α定位效应及取代基共同决定。 例如，3位上有取代基，第二个基团进入环的1位或5 位（即α位），是1位还是5位又由环上原有取代基 的性质决定◦例如，噻吩-3-甲酸溴代，生成5-溴噻 吩-3-甲酸。羧基是间位定位基，因此第二个基团进 入5位即羧基的间位。
一、五元杂环
五元环中含两个或两个（至少有一个氮原子） 以上的杂原子的体系称唑（azole)。如果杂原子不 同，则按氧、硫、氮的顺序编号。
二、六元杂环 三、稠杂环
20.2 五元单杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯的物理性质和结构
呋喃、噻吩、吡咯是最重要的含一个杂原子的 五元杂环化合物。它们的重要性不在于它们的单体， 而是它们的衍生物。它们的衍生物不但种类繁多， 而且有些是重要的工业原料，有些具有重要的生理 作用。
叶绿素与蛋白质结合，存在于植物的叶和绿色 的茎中，叶绿素利用卟啉环的多共辗体系易吸收紫 外光，成为激发态，促进光合作用，使光能转变为 化学能。
血红素存在于哺乳动物的红血球中，它与蛋白 质结合成血红蛋白，血红素中的Fe2+具有空的d轨道， 可以可逆地络合氧，在动物体内起到输送氧气的作 用。一氧化碳会使人中毒，其原因之一是因为它与 血红蛋白结合的能力强于氧，从而阻止了血红蛋白 与氧的结合。
有机化学中的杂环化合物
有机化学中的杂环化合物有机化学是研究含有碳元素的化合物的科学，而杂环化合物则是其中的一个重要分支。
杂环化合物指含有不同种类的原子构成的环状分子结构，较为复杂且具有广泛的应用领域。
本文将介绍杂环化合物的特点、合成方法以及其在药物研发、材料科学等领域的应用。
一、杂环化合物的特点杂环化合物相对于纯碳环化合物而言，在结构上更加多样化复杂。
其分子结构中含有不同种类的原子，例如氧、氮、硫等，这些原子的加入使得杂环化合物具有更多的化学性质和应用价值。
与其它类型的有机化合物相比，杂环化合物不仅具有较高的化学活性，还表现出更多的生物活性，因此在医药领域中具有重要的地位。
二、杂环化合物的合成方法1. 环加成反应：环加成反应是最常用的合成杂环化合物的方法之一。
该反应通过在分子中引入一个或多个非常活泼的碳原子，进而使其与分子内的其它部分发生反应，从而形成杂环结构。
环加成反应的应用十分广泛，不仅可以用于合成天然产物和药物分子，也可以用于构建新型材料等领域。
2. 脱水缩合反应：脱水缩合反应是另一种常用的杂环化合物合成方法。
在这类反应中，两个或多个分子通过脱水缩合形成新的分子，并在过程中形成杂环结构。
这种方法的优点是原料易得且反应条件温和，适用于大规模合成。
3. 氧化反应：氧化反应是一种引入氧原子的方法，常用于合成含有杂环结构的化合物。
具体来说，通过选择合适的氧化剂，可以将杂环化合物中的氢原子氧化为羟基或羰基等含氧官能团，从而形成具有新特性的分子结构。
三、杂环化合物在药物研发中的应用由于其特殊的结构和多样的化学性质，杂环化合物在药物研发中具有广阔的应用前景。
大量的已上市药物以及正在研发的新药都含有杂环结构。
杂环化合物在这一领域的应用主要表现在两个方面：1. 抗肿瘤药物：许多抗肿瘤药物都是杂环化合物，其通过与癌细胞中的特定酶或DNA结合，从而抑制癌细胞的生长和分裂。
其中，典型的例子包括含有异喹啉、吡嗪等杂环结构的药物。
这些药物的研发和应用使得抗癌治疗取得了重大突破。
有机化学第十六章杂环
取代基顺序
按照英文字母顺序排列取代基，并按照取代基的数目和位置进行编 号。
编号顺序
按照取代基的编号顺序进行编号，取代基的编号越小，优先级越高。
分类方法
1
根据杂环母核的环状结构分类：分为单环、双环 和多环杂环化合物。
2
根据杂环母核中杂原子的种类分类：分为含氧、 含氮、含硫和含磷等杂环化合物。
3
根据杂环母核中碳原子和杂原子的成键情况分类： 分为碳-碳键和碳-杂原子键杂环化合物。
杂环化合物的特点
01
02
03
稳定性
杂环化合物通常比相应的 碳环化合物更加稳定，因 为杂原子可以提供额外的 电子，增加环的稳定性。
芳香性
有些杂环化合物具有芳香 性，其特点是具有特殊的 电子分布和化学性质。
反应性
杂环化合物的反应性取决 于其结构和取代基的性质， 有些杂环化合物容易进行 亲电或亲核反应。
THANKS
感谢观看
随着科学技术的发展，杂环化合物在 未来的应用将更加广泛和深入。
同时，随着人们对环境保护和可持续 发展的重视，开发环境友好型的杂环 化合物合成方法和技术也将成为未来 的重要研究方向。
未来发展的方向包括开发新的杂环化 合物合成方法、研究杂环化合物的生 物活性与作用机制、探索杂环化合物 在其他领域的应用等。
杂环化合物的取代反应机理通常涉及亲核和亲电取代反应。
详细描述
杂环化合物的取代反应机理通常涉及亲核和亲电取代反应。在亲核取代反应中，亲核试剂进攻杂环上 的碳原子，形成负离子中间体；在亲电取代反应中，亲电试剂进攻杂环上的碳原子，形成正离子中间 体。这些中间体可以进一步发生重排或水解，最终形成取代产物。
05
在材料科学中的应用
杂环化合物在材料科学中也有广泛的应用，如高分子材料、功能材料和复合材料等。
按照英文字母顺序排列取代基，并按照取代基的数目和位置进行编 号。
编号顺序
按照取代基的编号顺序进行编号，取代基的编号越小，优先级越高。
分类方法
1
根据杂环母核的环状结构分类：分为单环、双环 和多环杂环化合物。
2
根据杂环母核中杂原子的种类分类：分为含氧、 含氮、含硫和含磷等杂环化合物。
3
根据杂环母核中碳原子和杂原子的成键情况分类： 分为碳-碳键和碳-杂原子键杂环化合物。
杂环化合物的特点
01
02
03
稳定性
杂环化合物通常比相应的 碳环化合物更加稳定，因 为杂原子可以提供额外的 电子，增加环的稳定性。
芳香性
有些杂环化合物具有芳香 性，其特点是具有特殊的 电子分布和化学性质。
反应性
杂环化合物的反应性取决 于其结构和取代基的性质， 有些杂环化合物容易进行 亲电或亲核反应。
THANKS
感谢观看
随着科学技术的发展，杂环化合物在 未来的应用将更加广泛和深入。
同时，随着人们对环境保护和可持续 发展的重视，开发环境友好型的杂环 化合物合成方法和技术也将成为未来 的重要研究方向。
未来发展的方向包括开发新的杂环化 合物合成方法、研究杂环化合物的生 物活性与作用机制、探索杂环化合物 在其他领域的应用等。
杂环化合物的取代反应机理通常涉及亲核和亲电取代反应。
详细描述
杂环化合物的取代反应机理通常涉及亲核和亲电取代反应。在亲核取代反应中，亲核试剂进攻杂环上 的碳原子，形成负离子中间体；在亲电取代反应中，亲电试剂进攻杂环上的碳原子，形成正离子中间 体。这些中间体可以进一步发生重排或水解，最终形成取代产物。
05
在材料科学中的应用
杂环化合物在材料科学中也有广泛的应用，如高分子材料、功能材料和复合材料等。
医学有机化学--第十一章 杂环化合物
O N N N H
鸟嘌呤（G）（2-氨基-6-羟基嘌呤）
2、尿酸
O HN O N H N H NH O HO N N H N OH N OH
尿酸
2，6，8-三羟基嘌呤
尿酸难溶于水。正常人血浆中含尿酸 2~6mg%。每天由尿中排出0.5~1g。
第十四章
要点
1、杂环化合物的命名结构式的写法
2、五元杂环和六元杂环的化学性质
4-甲 基 嘧 啶
2-羟 基 噻 唑
2-氨 基 咪 唑
5 6 7 8
4 3 N 1 2
CH3
1N
6
NH2
5 3 9 4 7
பைடு நூலகம்
N N H
N
3-甲基异喹啉
6-氨基嘌呤
2、当侧链为羧基、磺酸基、醛基等时：一般把杂环作取代基。
C OOH
C HO O
N
2-呋喃甲醛（糠醛）
3-吡啶甲酸
第二节 五元杂环化合物
一、吡咯、呋喃和噻吩的结构
NO2 N H
O
C H3
N
2-甲基呋喃
α-甲基呋喃
4-丙基吡啶
γ-丙基吡啶
4 3
3-硝基吡咯
β -硝基吡咯
5 6 7 8
C H3
2
3-甲基异喹啉
N
1
②含多个杂原子时：按 O，S，NH，N 的顺序使杂原子的 编号最小。有固定编号的例外。
CH3 4 5 6 N 1 N 3 2
4 5 S 1 N 3 2 OH 4 5 N1 H N3 2 NH2
4.8
8.8
N HC l 或
9.4
+
13.6
N HC l
吡啶盐酸盐
有机化学--杂环化合物
杂环化合物
➢ 杂环化合物的简解和命名 ➢ 含一个杂原子的五元杂环体系 ➢ 含两个杂原子的五元杂环体系 ➢ 含一个杂原子的六元杂环体系 ➢ 含两个和三个氮原子的六元杂环体系 ➢ 含一个杂原子的五元杂环苯并体系 ➢ 含一个杂原子的六元杂环苯并环系 ➢ 嘧啶和咪唑的并环体系--嘌呤环系
杂环化合物的简解和命名
O SO3- N H
N -O3S H
O SO3- N H
S+ N
ClCH2CH2Cl
r. t.
Ba(OH)2
SO3
Ba2+
S
SO3- 2
+ N H
N SO3
100 oC
HCl
N
SO3- N
H
H
N SO3H H
（4） 呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应
反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代(Cl, Br)产 物，要采用低温、溶剂稀释等温和条件。
含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是 氮，则该杂环化合物称为唑。
命名时的编号原则是： 1） 让杂原子的位号尽可能小； 2）当两个杂原子不相同时，编号的次序是：价数小的在前， 大的在后； 3）价数相等时，原子序数小的在前，大的在后。
O、S、N的 次序如左：
OS
2价 原子序数小
N
3价 原子序数大
NO2 N
H2O 60℃
OH N
O
(95 %) N H
5. 吡啶的氧化还原反应
吡啶环本身不易被氧化，但它的侧链很容易被氧化成醛或羧酸。
CH3
O2, DMF
t-BuOK, 室温
N
COOH N
N
HNO 3
N
CH3
COOH N
➢ 杂环化合物的简解和命名 ➢ 含一个杂原子的五元杂环体系 ➢ 含两个杂原子的五元杂环体系 ➢ 含一个杂原子的六元杂环体系 ➢ 含两个和三个氮原子的六元杂环体系 ➢ 含一个杂原子的五元杂环苯并体系 ➢ 含一个杂原子的六元杂环苯并环系 ➢ 嘧啶和咪唑的并环体系--嘌呤环系
杂环化合物的简解和命名
O SO3- N H
N -O3S H
O SO3- N H
S+ N
ClCH2CH2Cl
r. t.
Ba(OH)2
SO3
Ba2+
S
SO3- 2
+ N H
N SO3
100 oC
HCl
N
SO3- N
H
H
N SO3H H
（4） 呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应
反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代(Cl, Br)产 物，要采用低温、溶剂稀释等温和条件。
含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是 氮，则该杂环化合物称为唑。
命名时的编号原则是： 1） 让杂原子的位号尽可能小； 2）当两个杂原子不相同时，编号的次序是：价数小的在前， 大的在后； 3）价数相等时，原子序数小的在前，大的在后。
O、S、N的 次序如左：
OS
2价 原子序数小
N
3价 原子序数大
NO2 N
H2O 60℃
OH N
O
(95 %) N H
5. 吡啶的氧化还原反应
吡啶环本身不易被氧化，但它的侧链很容易被氧化成醛或羧酸。
CH3
O2, DMF
t-BuOK, 室温
N
COOH N
N
HNO 3
N
CH3
COOH N
有机化学精品课件——杂环化合物
11
▪ 取代位置
E+ A
+
A
E
α-取代
▪反应中间体的相对稳定性 主要产物
E
A
β-取代
E+
A
取代
E+
A
β-取代
AE
E A
AE
H
A E 三个主要共振式稳定
贡献最大 （满足八隅体）
E H
二个主要共振式不稳定
A
贡献最大
（满足八隅体） 12
▪ 亲电取代反应举例 注意：五员杂环较活泼，遇酸不稳定
A
（吡咯，呋喃，噻吩）
ONa
CO2 加压
OH
CO2
H+
OH
CO2H
Kolbe-Schmitt反应
OH CHCl3
OH
OH
CHO +
O OC R
AlCl3
O OH RC
OH
Reimer-Tiemann反应
CHO OH
+ C
OR
Fries重排
39
5. 呋喃、吡咯和噻吩环的制法
呋喃、吡咯和噻吩环的制备方法，常采用1,4-二羰 基化合物为原料。
起作用
• 三个共振式 • 推电子基使
稳定
22
(ii) 位有吸电子基
43
5
A
W
E+
进入5位
E+ 进入3位
E AW
E+ 进入4位
E
不稳定
A
W
最稳定
E
A
W
E
A
W
• 二个共振式 • 吸电子基使
不稳定
• 二个共振式 • 吸电子基未
▪ 取代位置
E+ A
+
A
E
α-取代
▪反应中间体的相对稳定性 主要产物
E
A
β-取代
E+
A
取代
E+
A
β-取代
AE
E A
AE
H
A E 三个主要共振式稳定
贡献最大 （满足八隅体）
E H
二个主要共振式不稳定
A
贡献最大
（满足八隅体） 12
▪ 亲电取代反应举例 注意：五员杂环较活泼，遇酸不稳定
A
（吡咯，呋喃，噻吩）
ONa
CO2 加压
OH
CO2
H+
OH
CO2H
Kolbe-Schmitt反应
OH CHCl3
OH
OH
CHO +
O OC R
AlCl3
O OH RC
OH
Reimer-Tiemann反应
CHO OH
+ C
OR
Fries重排
39
5. 呋喃、吡咯和噻吩环的制法
呋喃、吡咯和噻吩环的制备方法，常采用1,4-二羰 基化合物为原料。
起作用
• 三个共振式 • 推电子基使
稳定
22
(ii) 位有吸电子基
43
5
A
W
E+
进入5位
E+ 进入3位
E AW
E+ 进入4位
E
不稳定
A
W
最稳定
E
A
W
E
A
W
• 二个共振式 • 吸电子基使
不稳定
• 二个共振式 • 吸电子基未
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N
SO3, H2SO4
HgSO4
Br
N
NO2
N
SO3H
N
注意:
1）亲电取代反应活性: 吡啶 < 苯环<噻吩<呋喃<吡咯
2）吡啶环不能发生傅氏反应。 3）亲电取代反应发生在β位。
3. 氧化还原反应 吡啶比苯稳定，不易被氧化 侧链可氧化生成相应的吡啶甲酸。
CH3
HNO3 , △
-
N
或 KMnO4 /OH
2、 吡啶的性质
１）弱碱性 （pKb=8.8） 碱性: 仲胺＞伯胺＞叔胺＞氨＞吡啶＞苯胺＞吡咯
N + HCl
N HCl
吡啶及其衍生物能溶于强酸，用于鉴别、分离与提纯
2） 亲电取代反应
亲电取代反应发生在β位
卤 化：
N
Br2 ，浮石
300℃
硝化 ：
N
浓HNO3 ，浓 H2SO4 300℃ ,1天
磺 化：
呋喃丙胺（抗血吸虫药）
HOOCCH2CH2
CH2COOH
N
CH2NH2
H
卟吩胆色素原; 通过生物体内特定酶的作用可转变成 卟啉、叶绿素和维生素B12等重要生物活性物质
CH2COOH
3-吲哚乙酸(植物生长促进剂)
N H
OH
N
C2H5
N H
H3COOC H3CO
N H
N R HO
C2H5 OCOCH3 COOCH3
③若两杂原子不同，则按O、S、N的顺序编号
N CH3 S
5-甲基噻唑
5 6
7 8
4 3
N2 1
喹啉
4 5
6 7
3
2 N1 H
吲哚
1N
6
5
7 N
2
8 N4N
3 H9
嘌呤
④喹啉，吲哚，嘌呤有自己独特的编号方式
二、 五元杂环化合物
1、 结构和芳香性
呋喃、噻吩、吡咯
一个闭合的环状共轭体系 符合休克尔4n+2规则，都具有芳香性
Br
（80%）
O
O Cl2
-40℃ ， CH3COOH
Cl
O
（64%）
Br2
CH3COOH
Br
S
（78%）
S Cl2
50℃
Cl
S
（36%）
I2,HgO C6H6, 0℃
I
S
（70%）
吡咯极易卤化生成四卤吡咯。
（2）硝化
呋喃和吡咯很易被氧化，遇无机酸容易发生聚合， 因而不能用硝酸硝化。通常用比较温和的非质子硝化试 剂，如用硝酸乙酰酯
N
K+
3 糠醛
O CHO
说明 糠醛具有一般醛基的性质，如可以发生银镜反应
KMnO4
O
CHO NaOH
COOH
O
（糠酸 ）
NaOH O CHO
O CH2OH +
O COOH
三、一些具有生理活性五元杂环化合物
O
O
O2N
O CH=N N
呋喃唑酮（痢特灵）
O2N O CH=CHCNHCH(CH3)2 O
长春碱(R=CH3);长春新碱(R=CHO); 抗癌药
H3C
N
N
NH2 S
Cl- N +
CH2
CH3
CH2CH2OH
维生素B1
O N
H COOH
CH3 PhCH2CONH
H HS
CH3
青霉素G
四、 六元杂环化合物
1、结构和芳香性
.
N·
·
.N.
sp2杂化
一个闭合的共轭体系 具有芳香性。
符合休克尔4n+2规则
离域能 呋喃、吡咯和噻吩的离域能分别为： 67 kJ·mol-1、 88 kJ·mol-1和117 kJ·mol-1 比苯的离域能（150.5 kJ·mol-1 ）低，但比大多数共 轭二烯烃的离域能（约12～28 kJ·mol-1 ）要大得多。
芳香性：苯>噻吩>吡咯>呋喃
2、 呋喃、噻吩和吡咯化学性质
（4）烷基化和酰基化 吡咯烷基化反应时易得混合物，因此用途不大。吡咯 可用乙酐进行酰基化。
（5）呋喃的特殊反应
O
O+
O
O
O
OO O
2．吡咯的特殊反应
碱性极弱，比苯胺的碱性还要弱得多。 含氮化合物的碱性顺序： 仲胺＞伯胺＞叔胺＞氨＞苯胺＞吡咯 酸性比醇强而比酚弱
+KOH（固?体 ）
△
N
H
-
+H 2 O
COOH
(烟酸 )
N
HNO3
COOH
COOH
N
△
COOH △
N
N
吡啶可被催化加氢或用乙醇和钠还原而成为六氢吡啶。
Na + C2H5OH
N
或 H2/Pt ,0.3MPa,25℃
N H
常见吡啶衍生物
CONH2
N
烟酰胺 (维生素pp)
CONHNH2
CH2OH
HO
CH2OH
H3C N
维生素B6
CON(C2H5)2
1）亲电取代反应 亲电取代反应活性: 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯
注意: 反应主要发生在α-位
E+ z
+H zE
H +E z
烯丙型较稳定
（1）卤化
呋喃、噻吩在室温与氯或溴反应很激烈，得到多卤代物。
若在温和条件下，如用溶剂稀释及采用低温，可得到一卤 代物，不活泼的碘则需在催化剂作用下进行。
Br2
一、命名: 一般采用国际上通用的英文名称的音译法
O 呋喃
N N
嘧啶
S 噻吩
N H
吡咯
N 吡啶
N
喹啉
N
H
吲哚
N
N
N
N
N
N
O
S
H
H
吡唑
咪唑
Pyrazole Imidazole
噁唑 Oxazole
噻唑 Thiazole
①如杂环上有取代基，应从杂原子开始编号，并 尽可能使取代基的位次较小。
CH3
C2H5
O
CH3
N
O2N
O
CHO
2-甲基-5-乙基呋喃 4-甲基吡啶 5-硝基-2-呋喃甲醛 α-甲基-α’-乙基呋喃 γ-甲基吡啶 α’-硝基-α-呋喃甲醛
②如含有两个不同杂原子，则两杂原子的编号尽 可能小，并使杂原子上连有H原子或取代基的杂原子位 次最小。
H3C N
Br N 1,4-二甲基-5-溴咪唑 CH3
第12章 杂环化合物
基本要求：
• 1.掌握呋喃、吡咯、噻吩、吡啶、嘧啶、 喹啉、吲哚、嘌呤及其衍生物的命名。
• 2.掌握呋喃、吡咯、噻吩、吡啶的结构 与芳香性的关系，结构与亲电取代反应 活性的关系。
• 3.掌握吡咯和吡啶的酸碱性，呋喃、吡 咯、噻吩、吡啶的亲电取代反应(卤代、 磺化)，还原反应，吡啶侧链的氧化反应。
CH3COONO2
-5~30℃
O
O
NO2 (35%)
HNO3,H2SO4
S
NO2
NO2 (86%) +
S
S
（14%）
（3）磺化 吡咯和呋喃也不能用硫酸直接磺化，要用温和的非质 子磺化试剂。
N · SO3
- HCl
N
100℃
N
SO3
N
SO3H （90%）
H
H
H
噻吩是这些五元杂环化合物中最稳定的一个, 可在室温下直接磺化： 应用: 苯和噻吩的分离
N
异烟酰肼（雷米封） 抗结核药
N
烟酰二乙胺（可拉明） 中枢神经兴奋药
五、喹啉和异喹啉
N
浓H N 浓H2S
与吡啶类似, 喹啉和异喹啉都有弱碱性（喹啉：
pKb=9.15；异喹啉pKb=8.86）。
喹啉和异喹啉的亲电取代反应（如硝化、磺化、 溴化等）比吡啶容易，亲电试剂主要进攻苯环部分。
亲核取代反应则发生在吡啶环上，其中喹啉主 要在2-位取代，而异喹啉主要在1-位。
六、嘌呤
嘌呤是由一个咪唑环和一个嘧啶环稠合而 成的一类重要化合物
N
N
H
N
N
NN H
NN
Hale Waihona Puke O H3C NH N
ON N CH3
茶碱
NH2
N
N
O H3C N
CH3 N
O CH3
HN
N
ON N CH3
ON N CH3
咖啡碱
可可碱
OH
HN
N
NN H
腺嘌呤
H2N N
N
鸟嘌呤
SO3, H2SO4
HgSO4
Br
N
NO2
N
SO3H
N
注意:
1）亲电取代反应活性: 吡啶 < 苯环<噻吩<呋喃<吡咯
2）吡啶环不能发生傅氏反应。 3）亲电取代反应发生在β位。
3. 氧化还原反应 吡啶比苯稳定，不易被氧化 侧链可氧化生成相应的吡啶甲酸。
CH3
HNO3 , △
-
N
或 KMnO4 /OH
2、 吡啶的性质
１）弱碱性 （pKb=8.8） 碱性: 仲胺＞伯胺＞叔胺＞氨＞吡啶＞苯胺＞吡咯
N + HCl
N HCl
吡啶及其衍生物能溶于强酸，用于鉴别、分离与提纯
2） 亲电取代反应
亲电取代反应发生在β位
卤 化：
N
Br2 ，浮石
300℃
硝化 ：
N
浓HNO3 ，浓 H2SO4 300℃ ,1天
磺 化：
呋喃丙胺（抗血吸虫药）
HOOCCH2CH2
CH2COOH
N
CH2NH2
H
卟吩胆色素原; 通过生物体内特定酶的作用可转变成 卟啉、叶绿素和维生素B12等重要生物活性物质
CH2COOH
3-吲哚乙酸(植物生长促进剂)
N H
OH
N
C2H5
N H
H3COOC H3CO
N H
N R HO
C2H5 OCOCH3 COOCH3
③若两杂原子不同，则按O、S、N的顺序编号
N CH3 S
5-甲基噻唑
5 6
7 8
4 3
N2 1
喹啉
4 5
6 7
3
2 N1 H
吲哚
1N
6
5
7 N
2
8 N4N
3 H9
嘌呤
④喹啉，吲哚，嘌呤有自己独特的编号方式
二、 五元杂环化合物
1、 结构和芳香性
呋喃、噻吩、吡咯
一个闭合的环状共轭体系 符合休克尔4n+2规则，都具有芳香性
Br
（80%）
O
O Cl2
-40℃ ， CH3COOH
Cl
O
（64%）
Br2
CH3COOH
Br
S
（78%）
S Cl2
50℃
Cl
S
（36%）
I2,HgO C6H6, 0℃
I
S
（70%）
吡咯极易卤化生成四卤吡咯。
（2）硝化
呋喃和吡咯很易被氧化，遇无机酸容易发生聚合， 因而不能用硝酸硝化。通常用比较温和的非质子硝化试 剂，如用硝酸乙酰酯
N
K+
3 糠醛
O CHO
说明 糠醛具有一般醛基的性质，如可以发生银镜反应
KMnO4
O
CHO NaOH
COOH
O
（糠酸 ）
NaOH O CHO
O CH2OH +
O COOH
三、一些具有生理活性五元杂环化合物
O
O
O2N
O CH=N N
呋喃唑酮（痢特灵）
O2N O CH=CHCNHCH(CH3)2 O
长春碱(R=CH3);长春新碱(R=CHO); 抗癌药
H3C
N
N
NH2 S
Cl- N +
CH2
CH3
CH2CH2OH
维生素B1
O N
H COOH
CH3 PhCH2CONH
H HS
CH3
青霉素G
四、 六元杂环化合物
1、结构和芳香性
.
N·
·
.N.
sp2杂化
一个闭合的共轭体系 具有芳香性。
符合休克尔4n+2规则
离域能 呋喃、吡咯和噻吩的离域能分别为： 67 kJ·mol-1、 88 kJ·mol-1和117 kJ·mol-1 比苯的离域能（150.5 kJ·mol-1 ）低，但比大多数共 轭二烯烃的离域能（约12～28 kJ·mol-1 ）要大得多。
芳香性：苯>噻吩>吡咯>呋喃
2、 呋喃、噻吩和吡咯化学性质
（4）烷基化和酰基化 吡咯烷基化反应时易得混合物，因此用途不大。吡咯 可用乙酐进行酰基化。
（5）呋喃的特殊反应
O
O+
O
O
O
OO O
2．吡咯的特殊反应
碱性极弱，比苯胺的碱性还要弱得多。 含氮化合物的碱性顺序： 仲胺＞伯胺＞叔胺＞氨＞苯胺＞吡咯 酸性比醇强而比酚弱
+KOH（固?体 ）
△
N
H
-
+H 2 O
COOH
(烟酸 )
N
HNO3
COOH
COOH
N
△
COOH △
N
N
吡啶可被催化加氢或用乙醇和钠还原而成为六氢吡啶。
Na + C2H5OH
N
或 H2/Pt ,0.3MPa,25℃
N H
常见吡啶衍生物
CONH2
N
烟酰胺 (维生素pp)
CONHNH2
CH2OH
HO
CH2OH
H3C N
维生素B6
CON(C2H5)2
1）亲电取代反应 亲电取代反应活性: 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯
注意: 反应主要发生在α-位
E+ z
+H zE
H +E z
烯丙型较稳定
（1）卤化
呋喃、噻吩在室温与氯或溴反应很激烈，得到多卤代物。
若在温和条件下，如用溶剂稀释及采用低温，可得到一卤 代物，不活泼的碘则需在催化剂作用下进行。
Br2
一、命名: 一般采用国际上通用的英文名称的音译法
O 呋喃
N N
嘧啶
S 噻吩
N H
吡咯
N 吡啶
N
喹啉
N
H
吲哚
N
N
N
N
N
N
O
S
H
H
吡唑
咪唑
Pyrazole Imidazole
噁唑 Oxazole
噻唑 Thiazole
①如杂环上有取代基，应从杂原子开始编号，并 尽可能使取代基的位次较小。
CH3
C2H5
O
CH3
N
O2N
O
CHO
2-甲基-5-乙基呋喃 4-甲基吡啶 5-硝基-2-呋喃甲醛 α-甲基-α’-乙基呋喃 γ-甲基吡啶 α’-硝基-α-呋喃甲醛
②如含有两个不同杂原子，则两杂原子的编号尽 可能小，并使杂原子上连有H原子或取代基的杂原子位 次最小。
H3C N
Br N 1,4-二甲基-5-溴咪唑 CH3
第12章 杂环化合物
基本要求：
• 1.掌握呋喃、吡咯、噻吩、吡啶、嘧啶、 喹啉、吲哚、嘌呤及其衍生物的命名。
• 2.掌握呋喃、吡咯、噻吩、吡啶的结构 与芳香性的关系，结构与亲电取代反应 活性的关系。
• 3.掌握吡咯和吡啶的酸碱性，呋喃、吡 咯、噻吩、吡啶的亲电取代反应(卤代、 磺化)，还原反应，吡啶侧链的氧化反应。
CH3COONO2
-5~30℃
O
O
NO2 (35%)
HNO3,H2SO4
S
NO2
NO2 (86%) +
S
S
（14%）
（3）磺化 吡咯和呋喃也不能用硫酸直接磺化，要用温和的非质 子磺化试剂。
N · SO3
- HCl
N
100℃
N
SO3
N
SO3H （90%）
H
H
H
噻吩是这些五元杂环化合物中最稳定的一个, 可在室温下直接磺化： 应用: 苯和噻吩的分离
N
异烟酰肼（雷米封） 抗结核药
N
烟酰二乙胺（可拉明） 中枢神经兴奋药
五、喹啉和异喹啉
N
浓H N 浓H2S
与吡啶类似, 喹啉和异喹啉都有弱碱性（喹啉：
pKb=9.15；异喹啉pKb=8.86）。
喹啉和异喹啉的亲电取代反应（如硝化、磺化、 溴化等）比吡啶容易，亲电试剂主要进攻苯环部分。
亲核取代反应则发生在吡啶环上，其中喹啉主 要在2-位取代，而异喹啉主要在1-位。
六、嘌呤
嘌呤是由一个咪唑环和一个嘧啶环稠合而 成的一类重要化合物
N
N
H
N
N
NN H
NN
Hale Waihona Puke O H3C NH N
ON N CH3
茶碱
NH2
N
N
O H3C N
CH3 N
O CH3
HN
N
ON N CH3
ON N CH3
咖啡碱
可可碱
OH
HN
N
NN H
腺嘌呤
H2N N
N
鸟嘌呤