有机化学第十六章 杂环化合物.
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第十六章 杂环化合物
双烯合成。
O
OO
=
=
O+
O
△
O 90%
=
=
O 顺丁烯二酸酐
O
吡咯也可以与苯炔、丁炔二酸发生类似的反应
N-H
△
N-H +
C-COOH N-H +
△
C-COOH
N-H -COOH -COOH
噻吩芳香性强不发生反应
3. 吡咯的酸碱性
吡咯表面上 是个仲胺，但实 际上吡咯是一个 很弱的碱，碱性 比苯胺弱得多， 基本可以认为其 无碱性
S
+ (CH3CO)2O
H2PO4 或SnCl4
S
-COCH3 70%
2-乙酰基噻吩
呋喃、噻吩、吡咯进行烷基化反应很难得到一烷基取 代物。
呋喃、噻吩、吡咯亲电取代以α-位为主
2. 加成反应
呋喃、噻吩、吡咯分子中都有一个顺丁二烯型结构， 因此它们又具有不饱和性质：
稳定性增加
共振能
S
N
O
（KJ / mol）152 125.5 90.4 71.1 12.6
① 碱性和亲核性 碱性：叔胺 >> 吡啶 > 吡咯
叔胺
N
pKb: ~ 4
8.8
N
NH2
H
9.37
~ 14
碱性增强
+ HCl N
· Cl -
N+ H 吡啶盐酸盐
吡啶氮原子还可以作为亲核试剂与R-X、Br2等亲电 试剂反应形成吡啶盐
+ Br2 N
· Br N+ Br
② 亲电取代反应
亲电取代反应似硝基苯。
常见芳香性六元杂环化合物（单环、稠环）
第十六章杂环化合物
醇和糠酸钠(Cannizzaro反应)。
第十六章
20
呋喃在镍催化下，加氢可得四氢呋喃。四氢呋喃沸点65.5℃，
是良好的溶剂，也是有机合成的原料。从四氢呋喃可得到己二酸和
己二胺，它们是制造尼龙—66的原料。
第十六章
21
尽管呋喃在温和条件下容易发生亲电取代反应，但由于它的芳
香性较弱，呋喃及其衍生物可以容易地进行Diels—Alder反应和一般
合物。最常见的和最稳定的杂环化合物可分为五元杂环和六元杂环 两大类，在每一类中又根据杂原子种类、数目、单环或稠环等再分 类。
第十六章
4
第十六章
5
第十六章
6
杂环化合物的命名采用英文名称的音译，一般在同音汉字的左
边加一“口”旁。对于含一个杂原子的杂环也可把靠近杂原子的位
置叫做α位，其次为β位和γ位。
沸点162℃。糠醛在醋酸存在下遇苯胺呈亮红色，可用来定性检验 糠醛。糠醛可由农副产品如燕麦壳、玉米芯、棉子壳等原料来制取。 这些原料中含有戊醛糖的高聚物 (戊聚糖)。戊聚糖用盐酸处理后， 先解聚变为戊醛糖，然后再失水而成糠醛。
第十六章
19
糠醛是一个很好的溶剂，也是有机合成的原料。糠醛的化学性
质同苯甲醛类似，例如糠醛与约50％氢氧化钠水溶液作用可生成糠
第十六章
7
16.1.2 结构和芳香性
呋喃、噻吩和吡咯是含一个杂原子的五元杂环化合物，组成环
的五个原子位于同一平面上，彼此以 σ键相连接，每个碳原子还有
一个电子在p轨道上，杂原子的未共用电子对也在p轨道上，这五个 p轨道都垂直于环所在的平面。
第十六章
8
呋喃、吡咯和噻吩的离域能分别为67 kJ· mol-1、88 kJ· mol-1和
第十六章
20
呋喃在镍催化下，加氢可得四氢呋喃。四氢呋喃沸点65.5℃，
是良好的溶剂，也是有机合成的原料。从四氢呋喃可得到己二酸和
己二胺，它们是制造尼龙—66的原料。
第十六章
21
尽管呋喃在温和条件下容易发生亲电取代反应，但由于它的芳
香性较弱，呋喃及其衍生物可以容易地进行Diels—Alder反应和一般
合物。最常见的和最稳定的杂环化合物可分为五元杂环和六元杂环 两大类，在每一类中又根据杂原子种类、数目、单环或稠环等再分 类。
第十六章
4
第十六章
5
第十六章
6
杂环化合物的命名采用英文名称的音译，一般在同音汉字的左
边加一“口”旁。对于含一个杂原子的杂环也可把靠近杂原子的位
置叫做α位，其次为β位和γ位。
沸点162℃。糠醛在醋酸存在下遇苯胺呈亮红色，可用来定性检验 糠醛。糠醛可由农副产品如燕麦壳、玉米芯、棉子壳等原料来制取。 这些原料中含有戊醛糖的高聚物 (戊聚糖)。戊聚糖用盐酸处理后， 先解聚变为戊醛糖，然后再失水而成糠醛。
第十六章
19
糠醛是一个很好的溶剂，也是有机合成的原料。糠醛的化学性
质同苯甲醛类似，例如糠醛与约50％氢氧化钠水溶液作用可生成糠
第十六章
7
16.1.2 结构和芳香性
呋喃、噻吩和吡咯是含一个杂原子的五元杂环化合物，组成环
的五个原子位于同一平面上，彼此以 σ键相连接，每个碳原子还有
一个电子在p轨道上，杂原子的未共用电子对也在p轨道上，这五个 p轨道都垂直于环所在的平面。
第十六章
8
呋喃、吡咯和噻吩的离域能分别为67 kJ· mol-1、88 kJ· mol-1和
第十六章--杂环化合物
青霉素是一类抗菌素旳总称，已知旳青霉素大 一百多种，它们旳构造很相同，均具有稠合在一起 旳四氢噻唑环和β- 内酰胺环。
HOOC
N CO
CH3 CH3
S
CH NH C R O
R = CH2
为青霉素 G
R = CH2 O
为青霉素 V 常用青霉素
R = CH CH CH2 S CH3 为青霉素 O
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。
0
0
0
0
0
0
- 0.02
- 0.03
O
+ 0.1
- 0.04
- 0.06
S
+ 0.20
- 0.06
- 0.10
N H
+ 0.32
五元杂环具有芳香性，但其芳香性不如 苯环，因环上旳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旳速率也 比要苯快得多。
亲电取代反应旳活性为：
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯，主要进入α-位。
四、 呋喃、噻吩、吡咯旳制备
试验室制备 1、帕尔-诺尔(Paal, C.-Knorr, L.)合成法
t-Bu
Bu-t
OO
H2SO4-H2O, HAc TsOH, 甲苯, △
t-Bu
Bu-t
OH O
t-Bu
P2S5, 170℃
H
OH -H2O
t-Bu
O Bu-t
O
t-Bu
Bu-t (~40 %)
S
Bu-t
五元杂环 六元杂环
呋喃
O N
噁唑
HOOC
N CO
CH3 CH3
S
CH NH C R O
R = CH2
为青霉素 G
R = CH2 O
为青霉素 V 常用青霉素
R = CH CH CH2 S CH3 为青霉素 O
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。
0
0
0
0
0
0
- 0.02
- 0.03
O
+ 0.1
- 0.04
- 0.06
S
+ 0.20
- 0.06
- 0.10
N H
+ 0.32
五元杂环具有芳香性，但其芳香性不如 苯环，因环上旳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旳速率也 比要苯快得多。
亲电取代反应旳活性为：
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯，主要进入α-位。
四、 呋喃、噻吩、吡咯旳制备
试验室制备 1、帕尔-诺尔(Paal, C.-Knorr, L.)合成法
t-Bu
Bu-t
OO
H2SO4-H2O, HAc TsOH, 甲苯, △
t-Bu
Bu-t
OH O
t-Bu
P2S5, 170℃
H
OH -H2O
t-Bu
O Bu-t
O
t-Bu
Bu-t (~40 %)
S
Bu-t
五元杂环 六元杂环
呋喃
O N
噁唑
杂环化合物
—遇吲哚醌、硫酸呈蓝色
吡咯 —无色液体，b.p. 130～131℃，有弱的苯胺气味 —松木片反应：遇盐酸浸湿的松木片呈红色
二、吡啶的物理性质
▪ 吡啶为具有特殊臭味的无色液体, b.p. 115.5℃, 密度 0.982, 可与水、乙醇、乙醚任意混合
▪ 化学性质稳定 可作溶剂（碱性）
三、五员杂环化合物的化学性质
1.亲电取代反应 反应活性顺序：吡咯>呋喃>噻吩>苯
(1) 卤化 呋喃、噻吩在温和条件下(如溶剂稀释及低温)反应 可得一卤代产物；
Br2, 0℃
O Br O O
Cl2
O
-40℃
+ O Cl Cl O Cl
80%
吡咯卤化常得四卤化物，唯有2－氯吡咯可直接卤化制
得。
Br
Br
Br N Br H
Br2, 0℃
AcONO2
O
-5~-30℃
HNO3/(CH3CO)2O
N H
H O NO2
N NO2 H
AcOPyridine
S
H
H
AcO O NO2
O NO2 35%
混酸
S NO2
(3)磺化
呋喃、噻吩和吡咯常用较温和的磺化试剂－吡 啶与三氧化硫加合物进行反应
SO3, CH2Cl2
N
r. t.
综上所述，五元、六元杂环化合物虽然都具有芳香性，
但其环上的电子云的密度是不同的，其电子云密度由高到 低的顺序是：
S
N
O
N
H
§16-4 杂环化合物的性质
一、呋喃、噻吩、吡咯的物理性质
▪ 呋喃 ▪ —无色液体，b.p. 31.36℃，有氯仿气味 —松木片反应：遇盐酸浸湿松木片呈绿色
吡咯 —无色液体，b.p. 130～131℃，有弱的苯胺气味 —松木片反应：遇盐酸浸湿的松木片呈红色
二、吡啶的物理性质
▪ 吡啶为具有特殊臭味的无色液体, b.p. 115.5℃, 密度 0.982, 可与水、乙醇、乙醚任意混合
▪ 化学性质稳定 可作溶剂（碱性）
三、五员杂环化合物的化学性质
1.亲电取代反应 反应活性顺序：吡咯>呋喃>噻吩>苯
(1) 卤化 呋喃、噻吩在温和条件下(如溶剂稀释及低温)反应 可得一卤代产物；
Br2, 0℃
O Br O O
Cl2
O
-40℃
+ O Cl Cl O Cl
80%
吡咯卤化常得四卤化物，唯有2－氯吡咯可直接卤化制
得。
Br
Br
Br N Br H
Br2, 0℃
AcONO2
O
-5~-30℃
HNO3/(CH3CO)2O
N H
H O NO2
N NO2 H
AcOPyridine
S
H
H
AcO O NO2
O NO2 35%
混酸
S NO2
(3)磺化
呋喃、噻吩和吡咯常用较温和的磺化试剂－吡 啶与三氧化硫加合物进行反应
SO3, CH2Cl2
N
r. t.
综上所述，五元、六元杂环化合物虽然都具有芳香性，
但其环上的电子云的密度是不同的，其电子云密度由高到 低的顺序是：
S
N
O
N
H
§16-4 杂环化合物的性质
一、呋喃、噻吩、吡咯的物理性质
▪ 呋喃 ▪ —无色液体，b.p. 31.36℃，有氯仿气味 —松木片反应：遇盐酸浸湿松木片呈绿色
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。
杂环
第十六章 杂环化合物、生物碱杂环化合物的定义：在环状有机化合物中，构成环的原子除了碳原子外还含有其他原子，这环状种化合物就叫做杂环化合物（heterocyclic compound ）。
除碳以外的其他原子叫做杂原子。
常见的杂原子有：氮、氧、硫。
第一节 杂环化合物的分类和命名 一、 分类按照环的大小和环的数目可分为：杂环单杂环五元环六元环苯环与单杂环的稠合杂环(苯并杂环)两个或两个以上单杂环的稠合杂环O SN H稠杂环NNNNN HN二、 命名1、音译法：根据外文译音，选用同音汉字，加―口‖字旁表示杂环。
O S N H 吡咯呋喃噻吩吡啶N pyrrolefuranthiophenepyridine N H 吲哚indole N N咪啶pyrimidine取代杂环的命名： ① 杂环的编号从杂原子起依次1,2,3 ……（或：α,β,γ……）。
② 如环上不止一个杂原子时，则从O 、S 、N 的顺序依次编号。
③ 有两个相同杂原子的，应从连有H 原子或取代基的开始编号。
④ 编号时注意杂原子或取代基的位次之和最小。
⑤ 稠杂环是特定的母体和固定的编号。
N S 512435-乙基噻唑N N H23454-甲基咪唑CH 3C 2H 5N CH 31234563-甲基吡啶2、根据结构命名：即根据相应于杂环的碳环来命名，把杂环看作是相应的碳环中的碳原子被杂原子置换而形成的。
例如，吡啶可看作是苯环上一个碳原子被氮原子置换而成的，所以叫做氮杂苯。
OSN HN茂(环戊二烯)氮茂氧茂硫茂NN苯氮苯1,3-二氮苯第二节 一杂五元杂环化合物含有一个杂原子的典型五元杂环是呋喃、噻吩、吡咯。
O SN H一、 呋喃、噻吩、吡咯的结构1、据现代物理方法证明：① 呋喃、噻吩、吡咯都是一个平面的五元环结构，即成环的四个C 原子和一个杂原子都是以SP 2杂化轨道成键的。
②环上每个碳原子的P 轨道有一个电子，杂原子P 轨道上有两个电子。
③ P 轨道垂直于五元环的平面，互相侧面重叠而形成一个与苯环相似的闭合共轭体系。
第16章 杂环化合物
取代位置：β-位 (p418)
Br2 300℃ 气 相 (产率 39%)
Br2 发烟 H2SO4 130℃ (产率 86%)
0.87 1.01
0.84
N
1.43
电子云密度
Br
N
H2SO4
N
350℃
SO3H
浓 H2SO4 22℃(产率 70%)
N
混酸 300℃ 24h (产率 6%)
NO2 N
b、亲核取代
7.50
N
7.87 9.15
异喹啉
二、化学性质
1、碱性 异喹啉 pKa=5.4
喹啉
吡啶
pKa=4.94
pKa=5.2
2、取代反应
（1）亲电取代——发生在苯环 (5-或8-位)上
NO2
浓 H2SO4 浓 HNO3
0℃ N
+
N
N
NO2
NO 2
HNO 3,H2SO4 N
+
N
N
NO 2
（2）亲核加成——发生在吡啶环上1,2-位加成
100 82 67 45 43 37 12
呋喃和噻吩均为无色液体。
1HNMR
δ 6.99 δ 7.18
S
δ 6.24 δ 7.29
O
二、化学性质 1、亲电取代 噻吩：对酸敏感性较低
S
呋喃
Br2 CH3COOH
HNO3 (CH3CO)2O
H2SO4
SnCl2 CH3COCl
Br S
S
NO2
S
SO3H
轭酸）=5.2]，比苯胺强
(pKa=4.7)，比脂肪胺弱。
+ HCl
Cl-
Br2 300℃ 气 相 (产率 39%)
Br2 发烟 H2SO4 130℃ (产率 86%)
0.87 1.01
0.84
N
1.43
电子云密度
Br
N
H2SO4
N
350℃
SO3H
浓 H2SO4 22℃(产率 70%)
N
混酸 300℃ 24h (产率 6%)
NO2 N
b、亲核取代
7.50
N
7.87 9.15
异喹啉
二、化学性质
1、碱性 异喹啉 pKa=5.4
喹啉
吡啶
pKa=4.94
pKa=5.2
2、取代反应
（1）亲电取代——发生在苯环 (5-或8-位)上
NO2
浓 H2SO4 浓 HNO3
0℃ N
+
N
N
NO2
NO 2
HNO 3,H2SO4 N
+
N
N
NO 2
（2）亲核加成——发生在吡啶环上1,2-位加成
100 82 67 45 43 37 12
呋喃和噻吩均为无色液体。
1HNMR
δ 6.99 δ 7.18
S
δ 6.24 δ 7.29
O
二、化学性质 1、亲电取代 噻吩：对酸敏感性较低
S
呋喃
Br2 CH3COOH
HNO3 (CH3CO)2O
H2SO4
SnCl2 CH3COCl
Br S
S
NO2
S
SO3H
轭酸）=5.2]，比苯胺强
(pKa=4.7)，比脂肪胺弱。
+ HCl
Cl-
、有机化学：杂环化合物(H)
SO3H 2-吡咯磺酸
N H
SO3H 2-呋喃磺酸
O
H2SO4
H2O
r.t S
SO3H S
S
2-噻吩磺酸：易 溶于水，该性质 可用来鉴别苯与
噻吩。
该反应常用来除去 粗苯中的噻吩，也可用 来提纯噻吩。
付-克反应
Ac2O
COCH3
N 150~200C N
H
H
2-乙酰基吡咯
Ac2O, BF3
COCH3
粱杆、棉子壳等为原料，用稀酸加热蒸煮制取。
玉米芯等 3~5%H2SO4 HOCH CHOH 3~5%H2SO4
农副产品
CH2 CHCHO
CHO + 3H2O O
HO OH
戊醛糖
糠醛
1.2 化学性质
氧化还原反应
CHO O
H2, CuO-Cr2O3 T.P
H2, RaneyNi T.P
CH2OH O
吡咯碘化镁
N-甲基吡咯
四、重要的五元杂环化合物的衍生物
1、糠醛（α- 呋喃甲醛） 糖醛最初是由米糠制得，故而得名之。它为无
色透明具有苦杏仁气味的油状液体，b.p162 ℃，略 溶于水，能和乙醇、乙醚等有机溶剂混溶。在空气 中，糠醛易被氧化而变色（黄色~棕褐色）。
其鉴别方法：
糠醛
苯胺 醋酸
呈鲜红色
1.1 制备 由农副产品如甘蔗渣、玉米芯、花生壳、高
NO2 +
N H
N H
2-硝基吡咯 3-硝基吡咯
（51%）
（13%）
CH3CO2NO2
O
Ac2O, -5~30C
O NO2 2-硝基呋喃（35%）
CH3CO2NO2
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R=-CH3为叶绿素a
R=-Cห้องสมุดไป่ตู้O为叶绿素b
4
维生素B12分子结构
H2NCOCH2CH2 H2NCOCH2 CH3 CH3 CH CONH 2 2 CH2CH2CONH2
CH3
CH3 H2NCOCH2 CH3CHCH2NHCOCH2CH2
O
N CN N Co N N
CH3
CH3
CH3 N O OH H O H N
21
AcONO2 —10℃
N H
N1
H
3 2
NO2
+ N H 2—硝基吡咯 （主产物）
NO2
3—硝基吡咯
AcONO2
O
—10℃
O
NO2
35%
22
（b）磺化反应： 也需采用温和的非质子磺化试剂。 SO3 N N O=S=O O 90%
§17.1杂环化合物的分类和命名
§17.2 杂环化合物的结构和芳香性
§17.3呋喃、噻吩、吡咯的制备及反应
1
定义：成环的原子含有非碳原子的环状化合物。该非碳
原子也称杂原子。 例如：
O
S
N
H
N
2
杂环化合物和生物碱广泛存在于自然界中， 在动植物体内起着重要的生理作用。
O NH NH2 O N H H S
Al2O3
450℃
+ H2O N H
2CH CH + NH3 N H
+ H2
18
二、反应： 呋喃、噻吩、吡啶具有芳香性的共轭体系，因此可发生亲 电取代反应，反应顺序是： > N H O > S >
苯
因为氮和三个σ键相连，中性的氮有较强的给电子能力。
19
据反应形式分为两大类： （a）硝化反应 （1）亲电取代反应
7
§17.1杂环化合物的分类和命名
1.名称：译音法或按环大小及杂原子命名。 N O furan 呋喃 氧杂茂 S thiophene 噻吩 硫杂茂 N N quinoline 喹啉 S thiazole 噻唑 H pyrrole 吡咯 氮杂茂 N N pyrimidine 嘧啶 indole 吲哚 N H
PO2
CH3 CH2CH2CONH2 CH3 CH3
H H HOCH2
5
麻黄碱
* * CH CH NH CH3 OH CH3
茶碱、可可碱和咖啡碱
O CH3 N O N N CH3 NH HN O N N CH3 O N CH3 CH3 N O N N CH3 O N CH3
茶碱 （1，3-二甲基黄嘌呤）
·H2O
H3C
CH3 COOH
CH CH2
CH3 CH CH2
N
N Fe
头孢氨苄(先锋霉素IV)
H3C
N
N CH3
HOOCCH2CH2
血红素(heme)
CH2CH2COOH
3
CH2 CH CH3 N Mg N CH3 H CH2 CH2 O C O
叶绿素分子结构
R CH2CH3 N N CH3 CO OCH3 O
电负性强弱顺序是：氧>氮>硫 芳香性强弱顺序是：苯＞噻吩＞吡咯＞呋 喃
13
呋喃、噻吩、吡咯环中的杂原子上的未 共用电子对参与了环的共轭体系，使环上
的电子云密度增大，故比苯容易发生亲电
取代反应取代基通常在α—位上。 α—位形
成的中间体正离子较稳定。
14
2. 六元环
H H N H H
吡啶
N原子为sp2杂化
N 1
2
2
2—呋喃甲醛
3—吡啶甲酸
1 H 4—甲基咪唑 5—甲基噻唑
9
4
3
N H β—吲哚乙酸
CH2COOH
5 2 O CH3 CH3 1 2,5—二甲基呋喃 α,α’ —二甲基呋喃
CH3 γ β
N
α
γ —甲基吡啶 (4—甲基吡啶）
(3 —吲哚乙酸)
N 苯 氮 (杂 )苯 萘
N 1—氮(杂)萘
10
吡啶的芳香性不如苯。
亲电取代反之比苯困难，且主要发 生在β位上；较易发生亲核取代反应， 且取代基进入α位。
16
§17.3呋喃、噻吩、吡咯的制备及反应
一、（1）呋喃的制备： CHO
(C5H8O4)n H2O
H+
多聚戊糖
—H2O
—CO
CH2OH 戊糖
催化剂 + H 2O 400~500℃
O 糠醛
CHO
N
H
图17.2 吡啶的轨道结构
吡啶π电子数符合休克尔规则，具有芳香性。 吡啶分子中，氮原子的电负性比碳大，使吡啶 环上碳原子的电子云密度相对降低，所以此类杂环 称为缺电子芳杂环或缺π电子芳杂环。
15
由于N的电负性强，电子云分布不均匀，电子 云密度下降
0.140nm 0.139nm N 0.134nm
§17.2 杂环化合物的结构和芳香性
1.五元环
O
呋喃
N H
吡咯
S
噻吩
N H
H
H N H
参与大π键生成 H 的p轨道中的电子
H
sp2 –杂化
图17.1 吡咯的轨道结构
11
●●
●●
O
N
●●
H
S
呋喃、噻吩、吡咯π电子数符合休克尔规 则（4n+2），因此具有芳香性。
12
在呋喃、噻吩、吡咯分子中，是由 5 个原子， 6 个π电子组成的共轭体系，使环上碳原子的电子云 密度增加，所以称为富电子芳杂环或多π电子芳杂 环。 呋喃、噻吩、吡咯分子中各原子间的键长并不 完全相等，因此芳香性比苯差。
8
N pyridine 吡啶
2.命名： ① 选主链：以杂环为母体，其它作为取代基； ② 编号：从杂环开始，顺着环编号，有两个相同杂原子时，
使杂原子的位号加和最小，若有不同的杂原子时，按O、S、
N次序编号。 4 5 O 1 2 3
CHO
5
4
3
COOH
CH3 4
5 N
N3 2
4
CH3 5 S 1
N3
6
（b）磺化反应
（c）卤化 （d）付氏酰基化
（2）加成反应
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（1）亲电取代反应：
（a）硝化反应：呋喃、噻吩、吡咯易被氧化，可被空气氧化。
需用温和的硝化剂—硝酸乙酰酯进行硝化：
（低温、CH3COONO2硝酸乙酰酯为硝化试剂）
NO2
AcNO2,0℃
3 S1
S
2
+ S
NO2
3—硝基噻吩10%
2—硝基噻吩60%
可可碱 （3，7-二甲基黄嘌呤）
咖啡碱 （1，3，7-三甲基黄嘌呤）
6
γ δ
β
α
O
O=
O =O
N H
O
O
O
N H 己内酰胺
O
δ—戊内酯
丁二酰亚胺
丁二酰酐
但是内酯、内酰胺、环氧化合物与相应的脂肪族性质相近。 因此通常不将它们归于杂环化合物中。 我们主要讨论具有芳香性的杂环化合物（简称芳杂环化合 物）。
O 呋喃
+ CO2 + H2
O
CHO
Cu
△
O 呋喃 + CO2 O 呋喃
17
O
COOH
（2）噻吩的制备： nC4H8 或 nC4H10 nC4H6 或 CH2 + 4S 硫磺
600℃
S
△
CH2 + P2S5 COONa COONa
+ P2S5 + 其他 S
（3）吡咯的制备： 主要存在于骨焦油中，煤焦油中存在很少。 + NH3 O