杂环化合物的碱性顺序总结
第12章杂环化合物和生物碱
嘌呤(purine)
2、系统命名法
① 从杂原子开始 1，2，3，4……（或用希腊字母α、β、 γ…… ） ② 当环上含有两个或两个以上相同的杂原子时，应使杂原子 所在位次的数字最小 ③ 不止一个杂原子，按O，S，N顺序编号
第十二章 杂环化合物和生物碱 5
4
3
H3C 5 O 2 CH3 1
4 COOH 3 5 2 6 N 1
第十二章 杂环化合物和生物碱 25
嘌呤
N H
N N
N
N
NH2 N N N H
N H
O HN H2N N N H N
N H
Purine
腺嘌呤（ A） Carbazole
鸟嘌呤（G）
嘌呤有（Ⅰ）和（Ⅱ）两种互变异构体：
N N N H
N
N N N
NH
（I）9H-嘌呤
（II）7H-嘌呤
第十二章 杂环化合物和生物碱 26
2． 亲核取代 由于氮的吸电子作用，使得吡啶环上电子云密度减低， 不易进行亲电取代，但却有利于亲核取代。例如它与氨基 钠作用，生成α-氨基吡啶。
+ NaNH2 N
-H2 H2O
N
NHNa
N
NH2
3．酸碱性 呋喃、噻吩为中性；吡咯具有弱碱性。吡咯属仲胺，似乎应具 有较强的碱性，但由于氮原子的孤对电子参与形成闭合的共轭体 系，氮原子上的电子密度有所降低，吸引质子的能力降低，因此 吡咯的碱性（pKb=13.6）非常微弱，不但比脂肪族仲胺弱得多， 而且比芳香胺还弱，以至它与酸不能生成稳定的盐；另一方面， 氮原子上的氢原子离解为离子的倾向增大，这就使吡咯反而有弱 酸性，其酸性介与乙醇和苯酚之间，可与固体KOH（或与金属 15 第十二章 杂环化合物和生物碱 K，Na）共热，形成不稳定的盐，遇水即分解。
杂环化合物和生物碱
N H
1H-吡咯
N
2H-吡咯 2H-吡喃
O
4H-吡喃
O
三、常见的杂环化合物的性质 显色反应
⑴ 松木片反应：吡咯蒸汽 + 盐酸浸泡过的松木片→显红色 呋喃 + 盐酸浸泡过的松木片→显绿色
⑵ 噻吩 + 浓硫酸 + 靛红 → 显蓝色
O 5.76 × 10-30C. m S 6.33 × 10-30C. m N H 5.26 × 10-30C. m
黄连
二、吗啡、可待因和海洛因的结构、功能和毒害
R1O
R1
可待因
CH3
R2
H
O R2O
N
CH3
吗啡
海洛因
H
O CCH3
H O CCH3
来源：吗啡和可待因存在于罂粟中。 海洛因是由吗啡人工合成的。 罂粟现在以印度与土耳其为两大主要产地；亚洲方面，以中国、 泰国、缅甸边境的金三角为主要非法种植地区。
罂粟是一年或二年生草本植物，高60~150cm,花期4~6 月，有白色、粉红色、紫红色等；果期6~8月。
杂环化合物
“杂环”就是组成环的原子除 C 外，还含有其它元素的原子， 这些非碳原子统称为杂原子。 原则上二价以上的元素都可成 为杂原子, 但最常见的是 O、S 和 N。
含芳香杂环的药物：
O H 3C N O H N
H3CO
N H CH3OOC
N O O C OCH3 OCH3 OCH3 OCH3
(2)冰毒和摇头丸（苯丙胺类）
是一类具有致幻和成瘾作用的毒品。 冰毒：N-甲基苯异丙胺（去氧麻黄素）
CH3 CH2CHNHCH3
摇头丸（蓝精灵）：
O H2C O
CH2CHCH3 NH2
五元杂环化合物的结构和性质.
N NH
HN N
卟 吩
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。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。
CH=CH2 H3C N
+
CH3 CH=CH2 N
Fe Cl N H3C HOOCCH2CH2 N
-
CH3 CH2CH2COOH
乙 酸 酐 O +CH3COONO 2 -5~-30 C 乙 酸 酐 S +CH3COONO 2 -10 C
0 0
O
NO2
+CH3COOH +CH3COOH
S
NO2
+
N H
N SO3
+
-
C2H4Cl2
100 ¡ æN H来自SO3H+
N
（二）化学性质
（3）磺化反应
+
N H N SO3
+ -
C2H4Cl2
（二）化学性质
3、亲电取代反应
比苯容易，亲电取代反应通常发生在α位上。 亲电取代反应活性：吡咯 ＞呋喃＞噻吩＞苯
（1）卤代反应
O
S
+ Br2
二氧六环
0℃
乙醚 0℃
O
S
Br
Br
+ Br2
（二）化学性质 （2）硝化反应
乙 酸 酐 N H +CH3COONO 2 -10 C
0
N H
NO2 +CH3COOH
沸点：吡咯、噻吩和呋喃分别为131℃、84℃、31℃
（二）化学性质
1、酸碱性
吡咯碱性极弱, 氮上的氢原子显示出弱酸性， pKa为17.5, 能与强碱共热成盐。
《有机化学》第13章 杂环化合物和生物碱
4-甲基嘧啶
4-甲基噻唑
⑶ 连有取代基的杂环化合物命名时，也可将杂环作为取代基，以侧链为母体来命名。
4-嘧啶磺酸
β-吲哚乙酸（3-吲哚乙酸）
2-苯并咪唑甲酸乙酯
⑷ 为区别杂环化合物的互变异构体，需标明杂环上与杂原子相连的氢原子所在的位 置，并在名称前面加上标位的阿拉伯数字和大写H的斜体字。
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⑴ 卤代反应
在室温条件下，吡咯、呋喃和噻吩能与氯或溴发生激烈反应，得到多卤代物。将反应 物用溶剂稀释并在低温下进行反应时，可以得到一氯代物或一溴代物。碘化反应需要 在催化剂存在下进行。例如：
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6
（2）硝化反应
在低温条件下，吡咯、呋喃和噻吩能与比较缓和的硝化剂硝酸乙酰酯（CH3COONO2） 发生硝化反应，主要生成α-硝基化合物。例如：
3. 颜色反应
生物碱能与一些试剂发生颜色反应，比如钒酸铵的浓硫酸溶液、浓硝酸、浓硫酸、 甲醛、氨水等，利用此性质可鉴别生物碱。比如莨菪碱遇1％钒酸铵的浓硫酸溶液显 红色，可待因遇甲醛-浓硫酸试剂显紫红色等。
二、重要的生物碱 1. 烟碱 又叫尼古丁，主要以苹果酸盐及柠檬酸盐的形式存在于烟草中。其结构式
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13
血红素是卟啉环与Fe2+形成的配合物；叶绿素是卟啉环与Mg2+形成的配合物，它们的 结构式如下：
血红素在体内与蛋白质结合形成血红蛋白，存在于红细胞中，是人和其他哺乳动物 体内运输氧气的物质。叶绿素是植物进行光合作用不可缺少的物质。
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二、呋喃衍生物
呋喃甲醛是最常见的呋喃衍生物，又称为糠醛，它是一种无色液体，沸点为161.7℃， 在空气中易氧化变黑，是一种良好的溶剂。 糠醛是合成药物的重要原料，通过硝化可制得一系列呋喃类抗菌药物，如治疗泌尿 系统感染的药物呋喃坦丁、治疗血吸虫病的药物呋喃丙胺等。
杂环化合物
C H3 HO C HC H2 2
4 5
N3 S
1 2
O 4 - 硝基噁唑
4 - 甲基 - 5 - ( 2' -羟乙基 ) 噻唑
C. 稠杂环有特定的母体和固定的编号
嘌呤 (purine)
D.如果接有 —SO3H、—COOH、—NH2、 —CHO等基团时，杂环为取代基。
COOH CHO N
3-吡 啶甲 酸
等电子体系
N
未参与共轭
N
吡啶电子结构与吡咯不同：
N H
N
2.物理性质
氮原子的电负性较大,使吡啶有较大极性,其偶极距数值较大.
=2.20D
=1.17D
吡啶能与水以任意比例混溶,又能溶解大多数极 性或非极性有机化合物,甚至许多无机盐类,是一个 良好的溶剂。
3.化学性质
γ
δ δ δ δ δ
β α
O
HO CHO O
NaOH
O C O
KCN
CH O
CHO O
O
CH2OH
+
COOH O
HOOCCH2CH2 N H
CH2COOH CH2NH2
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 N H
3-吲哚乙酸(植物生长促进剂)
OH N C2H5 N H H3COOC H3CO H N C2H5 N R HO OCOCH3 COOCH3
O
2-呋 喃甲 醛
二、五元杂环化合物
1. 结构与芳香性
（1）呋喃、吡咯和噻吩的结构
C C N C H
C C C O C
杂原子均以sp2 杂化（未杂化 的P上有2个电 子参加成环）
单杂环化合物的化学性质
单杂环化合物的化学性质一、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，可与强碱成盐：+ KOH (S)N K -++ H 2ON H2、吡咯的酸性介于醇酚间：醇＜吡咯＜酚：N HOHK a =×1.3 10-101 10-181 10-15××CH 3CH 2OH3、吡咯与前面所学各类含氮化合物碱性的比较：季铵碱 > 脂肪胺 > 氨 > 苯胺 > 尿素 > 酰胺 > 吡咯 > 酰亚胺例题：NHN HNH 2三者碱性强弱排序？解：吡咯中N 的孤对电子完全参与共轭；苯胺中N 的孤对电子不完全参与共轭（N 是接近于sp2的sp3杂化）；四氢吡咯属于环状仲胺，拥有孤对电子。
因此有碱性顺序：N HNH NH 2<<(K b =×3.8 10-10 2 10-4)2.5 10-14××（二）亲电取代N H O（四溴吡咯）N H Br 2BrBr Br Br, 0℃EtOH Br 2OBrS Br 2HOAcSBr, 0℃,1、呋喃、噻吩、吡咯均为富e 体系，亲电活性>苯，且进入α位；2、硝/磺化时：不可用强酸（了解，不要求掌握）：因杂原子遇强酸能质子化，破坏大π键显示共轭二烯性质，易聚合、氧化 ；可改用非质子性试剂。
3、亲电取代反应活性：吡咯>呋喃>噻吩>苯： 分析：（1）五元单杂环是富电子体系，电荷密度高于苯，因此苯的反应活性最小；（2）噻吩中S 的轨道匹配性最差，给电子能力在三个单杂环中最弱；（3）O 的电负性比N 大，因此呋喃环的电荷密度小于吡咯，活性比吡咯小。
（三）加成1、呋喃、噻吩、吡咯芳香性<苯，因此较苯易加成；2、产物失去芳香性，性质类似脂杂环。
N S OHH 2N HH 2H 2H 2H 2N HOS SMoS 2（噻吩能使Pd 中毒）二、六元单杂环的化学性质（吡啶） （一）碱性1、吡啶N 孤e 不参与共轭，因此显碱性：NH Cl -N ++ HCl2、N 孤e 处于sp2杂化轨道，因而碱性↓，碱性介于氨和苯胺之间：CH 3NH 2NH 3NNH 2pK b3.384.768.809.423、与各类含氮化合物碱性比较：季铵碱> 脂胺>氨>吡啶>苯胺>尿素>酰胺>吡咯>酰亚胺（二）亲电取代吡啶属于缺电子体系，环上ρe ↓，因此亲电活性↓，<苯，进入β位：NNBrNO 24SO 3H NN20%71%33%（三）加成（还原）吡啶芳香性<苯，因此比苯易加成（还原），产物为环状仲胺，碱性↑。
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
杂环化合物
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
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。
Br2
0℃，二
O
口 恶烷
O
Br
（80% ）
Cl2
-40℃ ， CH3COOH
O
Cl
（64% ）
Br2
CH3 COOH
S
Br
（78%）
S
Cl2
50℃
S
Cl
（36%）
I2,HgO
C6H6, 0℃
S
I
（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
茶碱
NH2 N N N N H
咖啡碱
O HN H2N N
可可碱
H N N
腺嘌呤(adenine, A)
鸟嘌呤(guanine, G)
NO2
浓 HNO3
N
o 浓H2SO4， 0C
+
N 50%
N NO2 48%
浓 H2SO4 N 220 C
SO3H
Br
o
N
54%
Br2 ， AgSO4 N 浓 H2SO4，
N
+
N 1:1 Br
NO2
浓 HNO3
o N 浓H2SO4， 0C
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杂环化合物的碱性顺序总结
排序应该是：a>c>d>b（吸电子效应，羰基>Cl>OH）。
脂肪胺的碱性强于芳香胺，更强与氮杂芳环的碱性。
所以哌啶的碱性最强。
吡咯的氮的孤对电子参与芳环共轭，但是吡啶类氮原子不参与，有孤对电子，所以吡咯的碱性最弱。
杂环胺碱性比较，应该就是比较氮原子上的那一对孤对电子的活性。
a中N 原子上的孤对电子与共轭双键形成芳香体系，所以，孤对电子的活性最低；b中N原子参与成键了，然后它的那一对孤对电子是在芳香体系外边的，与π键是垂直的关系，基本不受影响。
按碳原子数：
最常见的杂环化合物是五元和六元杂环及苯并杂环化合物等。
五元杂环化合物有：呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑等。
六元杂环化合物有：吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪等。
稠环杂环化合物有：吲哚、喹啉、蝶啶、吖啶等。
杂环化合物中，最小的杂环为三元环，最常见的是五、六元环，其次是七元环。
杂环的成环规律和碳环一样，最稳定、最常见的杂环也是五元或六元的。