14-杂环化合物药学专升本陆涛7版共93页
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14杂环化合物药学专升本陆涛7版
第十四章 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 的元素都可以成为杂原子，但最常见的是O、S和N。
前面学过的内酯、内酰胺、环氧化合物、环状酸酐等:
N-H
因其性质与相应的脂肪族化合物较相似，因此 并入脂肪族化合物中讨论，而不列为杂环化合物。
9
1
2
6
N
3
5
10
4
吖啶
9
10
N
8
7
N
6
5
吩嗪
1
H
9
N
28
10
1 2Biblioteka 3746S
5
3 4
吩噻嗪
例如：1. 单杂环的编号从杂原子开始。
4
3(b)
5 1 2(a)
O COCH3 2-乙酰基呋喃
5 4(g) 3(b)CH3
6 1 2(a)
3-甲基吡啶
O
CHO
Br
4
3(b)
5 1 2(a)
CH3 N-甲基吡咯
5 6
7
4 3
2
81
OH 8-羟基喹啉
NH2
1 65
7
2 49 8 3
6-氨基嘌呤
O
4 5
3 CO2H
CH3 1 6 5 N
N 7 CH3
6
12
Br 7
2
O
3
N
4
N
8
9
CH3
6-溴吲哚-3-羧酸 1,3,7-三甲基嘌呤-2,6-二酮
标H和无特定名称的稠杂环母环的命名规则 略
第二节
六元杂环化合物
“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 的元素都可以成为杂原子，但最常见的是O、S和N。
前面学过的内酯、内酰胺、环氧化合物、环状酸酐等:
N-H
因其性质与相应的脂肪族化合物较相似，因此 并入脂肪族化合物中讨论，而不列为杂环化合物。
9
1
2
6
N
3
5
10
4
吖啶
9
10
N
8
7
N
6
5
吩嗪
1
H
9
N
28
10
1 2Biblioteka 3746S
5
3 4
吩噻嗪
例如：1. 单杂环的编号从杂原子开始。
4
3(b)
5 1 2(a)
O COCH3 2-乙酰基呋喃
5 4(g) 3(b)CH3
6 1 2(a)
3-甲基吡啶
O
CHO
Br
4
3(b)
5 1 2(a)
CH3 N-甲基吡咯
5 6
7
4 3
2
81
OH 8-羟基喹啉
NH2
1 65
7
2 49 8 3
6-氨基嘌呤
O
4 5
3 CO2H
CH3 1 6 5 N
N 7 CH3
6
12
Br 7
2
O
3
N
4
N
8
9
CH3
6-溴吲哚-3-羧酸 1,3,7-三甲基嘌呤-2,6-二酮
标H和无特定名称的稠杂环母环的命名规则 略
第二节
六元杂环化合物
有机化学课件：第十四章杂环化合物和维生素
O
N H
次黄嘌呤
黄嘌呤
N N H
尿酸
O HN ON
H
H N
N H
O
黄嘌呤（2,6-二羟基嘌呤），存在酮式-烯醇式互变异构
H ON
NHNNH NhomakorabeaO
HO N N
N
N
H
OH
咖啡因 具有利尿和 O
CH3 NN
兴奋中枢
N
N
神经作用 H3C
O
CH3
O
HN
NH
O NH NH O
尿酸
酮式（为主）
OH
6
1N
5
N7
2
4
8
反应活性部位有何不同？ 3. 核酸中存在的嘧啶衍生物有哪些？嘌呤衍生物呢？ 4. 什么是维生素？维生素是如何分类的？ 5. 对人体重要的维生素有哪些？其生理功能分别有何表现？
第十四章 杂环化合物和维生素
主要内容：重点学习杂环化合物的结构、命名、典型性质； 了解磺胺类药物、维生素的结构和功能。
由碳原子与其它原子（O，S，N 等）组成的具有一定程度芳香 性的稳定的环状化合物叫杂环化合物。（属非苯型芳烃）
2. 有几个相同杂原子时，一般从连氢的杂原子开始编号，
并使杂原子的位置数字之和最小。
3. 有几个不同杂原子时，按 O→S→-NH → =N 顺序编号。 4. 少数稠杂环有特定的编号方法，与上述规则不相符合。
呋4
3
喃5O 2
1
4
5
3
6
2
N
1
吡啶
4 N3
5
2
N H
1
咪唑
43
5
2
S
杂环化合物-全
共用杂原子编号 共用C 不编号
Ph
5 6 3
4 1 2
N
b a
3 c
3 2
N
b a
4 c d 4 5 3
N
7
S
1
2
O
1
N6 H
1 2
N5
5-苯基咪唑并[2，1-b]噻唑
6H-吡唑并[4，5-d]噁唑
杂环化合物的结构与芳香性
1. 五元单杂环（呋喃、噻吩、吡咯）的结构
富电子芳环
N H
N
π电子数=6 符合4n+2规则
A
A
E
A
反应相对活性
>
N H O
>
S
>
5 109 1
3
1018
6
1011
含一个杂原子的五元单杂环----亲电取代
对取代位置的解释
分析反应中间体的相对稳定性 i. 取代在α位
E
A A H E A H E A H E
− H+
A E
哪个共振式贡献最大？ 中间体有三个主要共振式，较稳定
ii. 取代在β位
E H E H E −H A
吡咯和吡啶的比较 吡 咯 吡 啶
N H
N
N
结 构 性 质
N上的孤对电子 在p轨道上，参 与环内共轭 富电子芳杂环 弱酸性 易亲电取代
N上的孤对电子在sp2 轨道上，在环外，未 参与环内共轭 “缺电子芳杂环” 碱性 易亲核取代
杂环化合物的结构和芳香性
由于芳杂环中电子的离域作用，环中的单、双键与孤立的单、双键不 同， 因此，可用下列式子表示
含一个杂原子的单环杂环
主要内容 五元芳杂环的化学性质 亲电取代（活性比较，反应取向） 还原反应和DielsAlder反应 某些五元杂环的特殊性质 吡啶的化学性质 碱性、亲核性、吡啶的亲电及亲核取代、侧链反应 N-氧化吡啶的性质（亲电性和亲核性）
杂环化合物大全
给杂原子编号，使杂原子的位置号尽量小。
其他官能团视为取代基。
杂环化合物大全
（部分学员对基本杂环方面知识还有所欠缺，本人特整理此表，志于全面，欢迎 补充）
环数
名称
分子式结构式衍生源自物单环吖丙啶
C2H5N
三元环
环氧乙
烷
C2H4O
环氧 丙烷
环硫乙
C2H4S
四元环
含一 个杂 原子
吖丁啶
噻丁环
呋喃
吡咯
噻吩
C3H7N
杂环化合物大全
药师学习百科】——第
杂环一概念与碳环相对， 指的是成环的原子不仅包括碳， 还包括氮、 氧或硫 等原子。简单的杂环环系从3到10元不等；可以是脂环（如四氢呋喃），也可 以是芳环（如吡啶）。复杂的杂环系可以由2个或更多简单环并合而成 （如吲哚）。
杂环化合物的系统命名法如下
把杂环看作碳环中碳原子被杂原子替换而形成的环，称为“某杂（环的名 称）”；
C3H6O
C3H6S
C4H4O
四氢 呋喃 呋喃 甲醛
五元
环
吡唑
C4H5N
四氢
吡咯
C4H4S
四氢
噻吩
C3H4N2
含两 个杂 原子
咪唑
C3H4N2
恶唑
噻唑
异恶唑
异噻唑
吡啶
六元
环
个杂
原子
吡喃
噻喃
C5H6S
哒嗪
含两 个杂 原子
嘧啶
吡嗪
C5H5N
C5H6O
六氢 吡啶 烟酸 烟酸 胺
异烟 肼
其他官能团视为取代基。
杂环化合物大全
（部分学员对基本杂环方面知识还有所欠缺，本人特整理此表，志于全面，欢迎 补充）
环数
名称
分子式结构式衍生源自物单环吖丙啶
C2H5N
三元环
环氧乙
烷
C2H4O
环氧 丙烷
环硫乙
C2H4S
四元环
含一 个杂 原子
吖丁啶
噻丁环
呋喃
吡咯
噻吩
C3H7N
杂环化合物大全
药师学习百科】——第
杂环一概念与碳环相对， 指的是成环的原子不仅包括碳， 还包括氮、 氧或硫 等原子。简单的杂环环系从3到10元不等；可以是脂环（如四氢呋喃），也可 以是芳环（如吡啶）。复杂的杂环系可以由2个或更多简单环并合而成 （如吲哚）。
杂环化合物的系统命名法如下
把杂环看作碳环中碳原子被杂原子替换而形成的环，称为“某杂（环的名 称）”；
C3H6O
C3H6S
C4H4O
四氢 呋喃 呋喃 甲醛
五元
环
吡唑
C4H5N
四氢
吡咯
C4H4S
四氢
噻吩
C3H4N2
含两 个杂 原子
咪唑
C3H4N2
恶唑
噻唑
异恶唑
异噻唑
吡啶
六元
环
个杂
原子
吡喃
噻喃
C5H6S
哒嗪
含两 个杂 原子
嘧啶
吡嗪
C5H5N
C5H6O
六氢 吡啶 烟酸 烟酸 胺
异烟 肼
药本-14杂环化合物(7版)
的 (3)基本环的环应最大。
选
择
O
原
则
O
呋喃并吡喃
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
基 (1)芳环和杂环组成的稠环，选杂环为基本环。
本 (2)杂环和杂环组成的稠环按氮、氧、硫顺序选 环 择基本环。
的 (3)基本环的环应最大。
选 (4)杂原子数目以及杂原子种类应最多。
择
原
N
则
N
N
NN
ON H
吡啶并嘧啶
环化合物和缺π电子芳杂环化合物。
二、命名
按IUPAC(1979)原则规定，保留45个杂环化合物 的俗名并以此作为命名的基础。
我国则采用音译法。这些保留的俗名主要有： 1）含一个杂原子的五元杂环，含两个杂原子的 五元杂环； 2）含一个杂原子的六元杂环，含二个杂原子的 六元杂环。
1、特定杂环的命名规则 单杂环及稠杂环母核的编号如下：
4
5
3
6
12
7
稠 杂
吲哚
环
N N H
苯并咪唑
N H
咔唑
kǎzuò
5 6
7
4 3
2
81
喹啉
5 6
7
4 3
2
81
异喹啉
嘌呤是个特例，不仅共 用碳参与编号，而且编 号顺序也很特别。
稠 杂 环
N
吖啶
N N
吩嗪
6 157 2 49 8
3
嘌呤
H N
S
吩噻嗪
例如：1. 单杂环的编号从杂原子开始。
4
3(b)
5 1 2(a)
进攻β-位没有特别不稳定的极限式存在，其活性中间 体比进攻α-位或γ-位的稳定，所以有利于在β-位取代。
选
择
O
原
则
O
呋喃并吡喃
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
基 (1)芳环和杂环组成的稠环，选杂环为基本环。
本 (2)杂环和杂环组成的稠环按氮、氧、硫顺序选 环 择基本环。
的 (3)基本环的环应最大。
选 (4)杂原子数目以及杂原子种类应最多。
择
原
N
则
N
N
NN
ON H
吡啶并嘧啶
环化合物和缺π电子芳杂环化合物。
二、命名
按IUPAC(1979)原则规定，保留45个杂环化合物 的俗名并以此作为命名的基础。
我国则采用音译法。这些保留的俗名主要有： 1）含一个杂原子的五元杂环，含两个杂原子的 五元杂环； 2）含一个杂原子的六元杂环，含二个杂原子的 六元杂环。
1、特定杂环的命名规则 单杂环及稠杂环母核的编号如下：
4
5
3
6
12
7
稠 杂
吲哚
环
N N H
苯并咪唑
N H
咔唑
kǎzuò
5 6
7
4 3
2
81
喹啉
5 6
7
4 3
2
81
异喹啉
嘌呤是个特例，不仅共 用碳参与编号，而且编 号顺序也很特别。
稠 杂 环
N
吖啶
N N
吩嗪
6 157 2 49 8
3
嘌呤
H N
S
吩噻嗪
例如：1. 单杂环的编号从杂原子开始。
4
3(b)
5 1 2(a)
进攻β-位没有特别不稳定的极限式存在，其活性中间 体比进攻α-位或γ-位的稳定，所以有利于在β-位取代。
有机含氮化合物药学专升本陆涛7版等待跟新
脂 C2H5-NH2 肪 乙胺 胺
1°胺
CH3-NH-C2H5 甲乙胺
2°胺
CH3 C2H5-N-CH2CH2CH3
甲乙丙胺
3°胺
芳 香 胺
-NH2
-NH-C2H5
-N(CH3)2
苯胺
N-乙基苯胺
N,N-二甲基苯胺
注意：只有N原子直接与芳环相连才属于芳香胺。
-NH2 -CH2 NH2
芳香胺
脂肪胺
酸性
脂肪族硝基化合物中， α-氢受硝基的影响，较 为活泼，可发生类似酮-烯醇互变异构。
烯醇式中连在氧原子上的氢相当活泼，反映了 分子的酸性，称假酸式。所以含α-氢的1°和2°脂 肪族硝基化合物能逐渐溶于强碱的水溶液中并形成 盐，表现出明显的酸性。
缩合反应
具有α-氢的硝基化合物能与羰基化合物发生羟醛 缩合及克莱森缩合等反应。
+
OH NO2
NO2
Cl O2N NO2 Na2CO3 35℃ NO2 H
+
OH O2N NO2
NO2
(2)增强甲基的活性
苯环上甲基的邻位和对位均有硝基时，在碱催化 下能与苯甲醛发生缩合反应。
3.硝基的还原反应
硝基容易被还原。反应条件及介质对还原反应 有影响。 在酸性介质中还原为苯胺：
NO2 SnCl + HCl 或 Fe + HCl NH2
甲基异丙基胺
CH3
(C2H5)3N 三乙胺
在中性介质中主要生成苯基羟胺：
在碱性介质中发生双分子还原：
氧化偶氮苯
NO2 Zn NaOH N N Zn NaOH
NH NH H H
偶氮苯
氢化偶氮苯
氢化偶氮苯进一步还原得苯胺；如在酸性介质中 可发生重排，则得联苯胺，称联苯胺重排。
有机化学第十四章杂环化合物讲课文档
S
S —NO2
为什么不用硝酸而用硝基乙酸酯呢？
原因：
1、硝酸是强氧化剂，容易使呋喃、噻吩、吡咯氧化。
2、硝酸是强酸，呋喃、吡咯环的稳定性较差，容易开 环，形成聚合物。
第十九页，共47页。
3、磺化 ＋ SO3
O
吡啶
N —SO3H
O —SO3H
＋ H2SO4
S
N ＋(CF3CO) 2O
第十五页，共47页。
（一）吡咯的酸碱性
＋ KOH
N H
pKb: 13.6
N ＋ H2O
K+
（二）吡咯、呋喃和噻吩的亲电取代反应
乙醚 Br—
—Br
＋ Br2
N
Br— —Br N
H
H
第十六页，共47页。
问题：为什么吡咯、呋喃和噻吩的稳定性比苯小， 且苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃？
电负性
S 2.58 N 3.04 O 3.44 C 2.55 S电负性小，容易给环提供电子
第九页，共47页。
确定基本环的原则是：
（1）碳环与杂环组成的稠杂环，
S
以杂环为基本环。例如：
苯并噻吩
cd f e
b
aN
苯并[f]喹啉
（2）由大小不同的两个杂环组成的 N N
稠杂环，以大环为基本环，例如：
H
吡咯并吡啶
（3）大小相同的两个单杂环组成稠 杂环时，基本环按所含杂原子N、O、
S
N H
S顺序优先确定。例如：
一、分类
单杂环
杂环化合物 多杂环
五元环 六元环 五元环 六元环
N
O
H
N
N
N H
N N
S
o
S —NO2
为什么不用硝酸而用硝基乙酸酯呢？
原因：
1、硝酸是强氧化剂，容易使呋喃、噻吩、吡咯氧化。
2、硝酸是强酸，呋喃、吡咯环的稳定性较差，容易开 环，形成聚合物。
第十九页，共47页。
3、磺化 ＋ SO3
O
吡啶
N —SO3H
O —SO3H
＋ H2SO4
S
N ＋(CF3CO) 2O
第十五页，共47页。
（一）吡咯的酸碱性
＋ KOH
N H
pKb: 13.6
N ＋ H2O
K+
（二）吡咯、呋喃和噻吩的亲电取代反应
乙醚 Br—
—Br
＋ Br2
N
Br— —Br N
H
H
第十六页，共47页。
问题：为什么吡咯、呋喃和噻吩的稳定性比苯小， 且苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃？
电负性
S 2.58 N 3.04 O 3.44 C 2.55 S电负性小，容易给环提供电子
第九页，共47页。
确定基本环的原则是：
（1）碳环与杂环组成的稠杂环，
S
以杂环为基本环。例如：
苯并噻吩
cd f e
b
aN
苯并[f]喹啉
（2）由大小不同的两个杂环组成的 N N
稠杂环，以大环为基本环，例如：
H
吡咯并吡啶
（3）大小相同的两个单杂环组成稠 杂环时，基本环按所含杂原子N、O、
S
N H
S顺序优先确定。例如：
一、分类
单杂环
杂环化合物 多杂环
五元环 六元环 五元环 六元环
N
O
H
N
N
N H
N N
S
o
医用化学14芳香杂环化合物
1
N
N
N
N
哒嗪
pyridazine
吡嗪
pyrazine
6
稠环
5 4 5 4 3 5 6 7 4 3
6
7 8
3
6
N
1
2
7
8 1
N2
喹啉
quinoline
6 1N 2
异喹啉
isoquinoline
7 9 8 7 8 6 5 口 9 1
吲哚
N H
1
2
indole
5
4
N N H
2
N
3
10
N
3 4
purine
N N
N N
N
3
2.据环的形式分
五元杂环 单环 六元杂环 杂环化合物 稠环 苯稠杂环
稠杂环
4
单环——五元杂环
4 5 3 4 2 5 3 4 2 5 3
N
2
口
O
1
S
1
N H
1
O
呋喃
furan
噻吩
thiophene
4 5 3
吡咯
pyrrole
N3 N H
1 2
恶唑
oxazole
4 5
N3 S
1
2
4 5
34
O N CH3 N
O HN H2N N N OH N O
S HN N
H N N
阿昔洛韦 （抗病毒药）
6-巯基嘌呤 （抗肿瘤药）
35
五元杂环
4 5 3 4 2 5 3 4 2 3 4
N3 S
1
4 5 1
N3 N H
2
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（1）对于单杂环母核，一般从杂原子开始，顺 着环编号。若环上有取代基，编号时使带有取代基的 碳原子的位次保持最小。若同一环上有多个杂原子， 应使杂原子所在位次的编号最小，并按O、S、一NH 一、 一N= 的顺序决定优先的杂原子。
4
3(b)
5 1 2(a)
O
呋喃
五
元
杂
3
4
环2 1 5
咪唑
4
3
5 12
Benzine
H H
H
环中的N和C都
H
以 sp2 杂 化 轨 道 相 互
以s 键相连。每个原
子余下的p轨道相互
平行重叠，形成环
闭共轭体系，p电子
数为6，具有芳香性。
H
N原子的处于sp2杂化 轨道上的一对未共 用电子，与环共平面， 未参与环的共轭体系.
p电子云向电负性较大的N原子转移，使N带部分负 电荷，C带部分正电荷，p电子云出现的几率密度如下：
其固定的编号顺序
5 6
7
4 3
2
81
萘
4
5
3
6
12
7
茚
4
5
3
6
12
7
稠 杂
吲哚
环
4
5
N3
6 7
2
N1 H
苯并咪唑
5 6
4 3
7
N9
8
H
2 1
咔唑
kǎzuò
5 6
7
4 3
2
81
喹啉
5 6
7
4 3
2
81
异喹啉
5
N
6
4
N3
6 157
7N
2
N
2 49 8
8
1
稠 杂
蝶啶
3
嘌呤
环
piào lìng
8 7
9
1. 吡啶的电子结构和芳香性
吡啶分子式为C5H5N，结构似苯，也是平面六边形 分子(但不是正六边形)。分子中 C—C键长139pm(与苯 的 相 等 ) ， C—N 键 长 137pm ， 介 于 一 般 的 C—N 单 键 (147pm)与C=N双键(128pm) 之间。
139pm
139pm
137pm Pyridine
0.87
1.00
1.01
0.84
吡啶环中C上p电子云比苯
1.43
低(间位与苯近似)，这类芳杂
环亦称为“缺p芳杂环”。表现
在性质上，亲电取代变难，亲核取代变易，氧化变难，
还原变易；另外N能给出其未共用电子对，具有一定程
度的碱性，可成盐。
2.吡啶的水溶性
吡啶氮原子上的一对未共用电子能与水 形成氢键，吡啶能与水互溶，但吡啶环上引 入羟基或氨基后，化合物的水溶性却明显降 低，且引入的羟基或氨基数目愈多，水溶性 愈差，主要原因是溶质分子间缔合（分子间 氢键等），抑制了与水分子间的缔合。
（4）还原反应
喹啉与异喹啉可在催化剂存在下加氢，或用化 学还原剂还原，反应条件不同，产物也不同。
（三）喹啉与异喹啉衍生物 许多具有重要的药用价值。
CH=CH2
HO
N
CH
R
R=OCH3 ,奎宁
R=H,辛可宁碱
N
Cl
CH3 NHCH(CH2)3N(C2H5)2
氯喹 N
（三）喹啉与异喹啉衍生物
许多具有重要的药用价值。
六元杂环化合物包括环中有1个杂原子的六元杂 环(如吡啶等)；环中有多个杂原子的六元杂环(如嘧 啶等)；以及稠杂环(如喹啉、嘌呤等)。其中最重要 的是吡啶。
（一）吡啶 (C5H5N) 吡啶是具有特殊臭味的无色液体，bp115.5℃，
可与水、乙醇、乙醚等混溶。
吡啶分子本身在自然界中并不存在，其衍生物 广泛存在于自然界。工业上主要从煤焦油的轻油部 分提取吡啶。
（二）命名
按IUPAC(1979)原则规定，保留45个杂环化合物 的俗名并以此作为命名的基础。我国则采用音译法， 并以此为基础，对这之外的杂环化合物进行命名。 这些保留的俗名主要有：
1）含一个杂原子的五元杂环，含两个杂原子的 五元杂环；
2）含一个杂原子的六元杂环，含二个杂原子的 六元杂环。
1、特定杂环的命名规则 单杂环及稠杂环母核的编号如下：
2.化学反应
①喹啉和异喹啉的亲电取代反应比吡啶容易， 主要发生在苯环上。
②喹啉和异喹啉的亲核取代反应也比吡啶容易， 主要发生在吡啶环上。
③喹啉和异喹啉的其氧化反应苯环较易，吡啶 环则较易被还原。
(1)亲电取代反应
喹啉和异喹啉在强酸条件下进行亲电取代反 应时，杂环氮上接受质子带正电荷，亲电取代反 应发生在较为活泼的苯环的C-5与C-8位上：
3. 碱性：
吡啶环N原子的一对孤电子对处于sp2杂化轨道上， 它并不参与环上的共轭体系，因此可能和质子结合或 给出电子，呈现弱碱性。吡啶中氮原子上的未共用电 子对处于sp2杂化轨道中，s成分较大，受N的束缚力较 强，给出电子倾向较小，与 H+ 的结合力较弱，所以碱 性较弱。
+ HCl ——>
Cl -
吡啶与路易斯酸作用，形成盐。 ⑴
氮
+SO3
(
SO3)
原
N
+N
N
SO3-
子
N-磺酸吡啶
上
的
反
+CrO3
应
N
(
CrO3)
+N
N
CrO3-
N-铬酸吡啶
4.化学反应
吡啶具有亲核性，和卤代烷反应，可生成相 ⑴ 应的吡啶季胺盐；也能与酰卤等反应生成盐。
氮
+CH3I
原
N
I- 碘化N-甲基吡啶
+N
子
CH3
上
+PhCOCl
5 7
6 8
4 3
+2
1N H
5 7
6 8
4 3
+N H
2 1
以硝化、磺化、卤化为例，喹啉主要发生在 C-5与C-8位，而异喹啉以C-5产物为主。
异喹啉以C-5产物为主
(2)亲核取代反应
喹啉取代主要发生在C-2位上，异喹啉主要在C-1位 上。
N aN H 2， 二 甲 苯
N
100℃
N N H 2
5 6
7
4 3
2
81
OH 8-羟基喹啉
NH2
1 65
7
2 49 8 3
6-氨基 嘌呤
O
4 5
3 CO2H
CH3 1 6 5 N
N 7 CH3
6
12
Br 7
2
O
3
N4 N
8
9
CH3
6-溴吲哚-3-羧酸 1,3,7-三甲基嘌呤-2,6-二酮
标H和无特定名称的稠杂环母环的命名规则 略
第二节
六元杂环化合物
S
噻吩
4
3
512
吡咯
4
N3
512
S
噻唑
sāi,zuò
4
3
5 12
吡唑
4
N3
512
O
噁唑
5
3
5
3
5
3
6
2
6
2
6
2
1
1
1
吡啶
吡喃
哒嗪
六
dā,qín
元
杂
5
3
环
6
2
1
H
5
N4
3
6
2
N1
H
5 N4 3 6 N1 2
嘧啶
哌嗪
吡嗪
pài,qín
（2）有特定名称的稠杂环有其固定的编号顺序， 通常是从一端开始依次编号，共用的碳原子—般不 编号；编号时还要注意使杂原子尽可能取较小的编 号，并遵守杂原子的优先顺序；嘌呤是个特例，不 仅共用碳参与编号，而且编号顺序也很特别。
本章讨论的杂环化合物主要指环系较稳定，包 括杂原子在内的环是平面型，环内有4n+2个p电子 处于环闭共轭体系中，统称为芳(香)杂环化合物。
S
吡啶
呋喃 噻吩 吡咯
哌啶 四氢呋喃
其它不具芳香性的杂环化合物，统称为非芳 香杂环化合物或杂脂环化合物。
一、 分类和命名
（一）分类 1）按含杂环原子数目分为含一个、两个或多个杂 原子的杂环； 2）按环的形式可分为单杂环和稠杂环， 3）是按环的大小分为五元杂环和六元杂环（更有 意义）。 4）按杂环上碳原子的电子云密度分为多π电子芳杂 环化合物和缺π电子芳杂环化合物。
第十四章 杂环化合物
第十四章 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 的元素都可以成为杂原子，但最常见的是O、S和N。
前面学过的内酯、内酰胺、环氧化合物、环状酸酐等:
N-H
因其性质与相应的脂肪族化合物较相似，因此 并入脂肪族化合物中讨论，而不列为杂环化合物。
HO
CH2OH
HO
CH2OH
CH3
N
吡哆醛
CH3
N
吡哆胺
(二)喹啉和异喹啉
5 7
6 8
4 3
2
N
1
喹啉
5 7
6 8
4 3
N2
1
异喹啉
1.结构
（1）喹啉和异喹啉分子中苯环与吡啶环上的所 有π电子形成一个相互重叠的含有10个电子的芳香 大π 体系，其结构为平面型分子。
（2）喹啉与异喹啉分子中氮原子上的未共用电 子对均位于 sp2 杂化轨道，碱性与吡啶相近。
4
3(b)
5 1 2(a)
O
呋喃
五
元
杂
3
4
环2 1 5
咪唑
4
3
5 12
Benzine
H H
H
环中的N和C都
H
以 sp2 杂 化 轨 道 相 互
以s 键相连。每个原
子余下的p轨道相互
平行重叠，形成环
闭共轭体系，p电子
数为6，具有芳香性。
H
N原子的处于sp2杂化 轨道上的一对未共 用电子，与环共平面， 未参与环的共轭体系.
p电子云向电负性较大的N原子转移，使N带部分负 电荷，C带部分正电荷，p电子云出现的几率密度如下：
其固定的编号顺序
5 6
7
4 3
2
81
萘
4
5
3
6
12
7
茚
4
5
3
6
12
7
稠 杂
吲哚
环
4
5
N3
6 7
2
N1 H
苯并咪唑
5 6
4 3
7
N9
8
H
2 1
咔唑
kǎzuò
5 6
7
4 3
2
81
喹啉
5 6
7
4 3
2
81
异喹啉
5
N
6
4
N3
6 157
7N
2
N
2 49 8
8
1
稠 杂
蝶啶
3
嘌呤
环
piào lìng
8 7
9
1. 吡啶的电子结构和芳香性
吡啶分子式为C5H5N，结构似苯，也是平面六边形 分子(但不是正六边形)。分子中 C—C键长139pm(与苯 的 相 等 ) ， C—N 键 长 137pm ， 介 于 一 般 的 C—N 单 键 (147pm)与C=N双键(128pm) 之间。
139pm
139pm
137pm Pyridine
0.87
1.00
1.01
0.84
吡啶环中C上p电子云比苯
1.43
低(间位与苯近似)，这类芳杂
环亦称为“缺p芳杂环”。表现
在性质上，亲电取代变难，亲核取代变易，氧化变难，
还原变易；另外N能给出其未共用电子对，具有一定程
度的碱性，可成盐。
2.吡啶的水溶性
吡啶氮原子上的一对未共用电子能与水 形成氢键，吡啶能与水互溶，但吡啶环上引 入羟基或氨基后，化合物的水溶性却明显降 低，且引入的羟基或氨基数目愈多，水溶性 愈差，主要原因是溶质分子间缔合（分子间 氢键等），抑制了与水分子间的缔合。
（4）还原反应
喹啉与异喹啉可在催化剂存在下加氢，或用化 学还原剂还原，反应条件不同，产物也不同。
（三）喹啉与异喹啉衍生物 许多具有重要的药用价值。
CH=CH2
HO
N
CH
R
R=OCH3 ,奎宁
R=H,辛可宁碱
N
Cl
CH3 NHCH(CH2)3N(C2H5)2
氯喹 N
（三）喹啉与异喹啉衍生物
许多具有重要的药用价值。
六元杂环化合物包括环中有1个杂原子的六元杂 环(如吡啶等)；环中有多个杂原子的六元杂环(如嘧 啶等)；以及稠杂环(如喹啉、嘌呤等)。其中最重要 的是吡啶。
（一）吡啶 (C5H5N) 吡啶是具有特殊臭味的无色液体，bp115.5℃，
可与水、乙醇、乙醚等混溶。
吡啶分子本身在自然界中并不存在，其衍生物 广泛存在于自然界。工业上主要从煤焦油的轻油部 分提取吡啶。
（二）命名
按IUPAC(1979)原则规定，保留45个杂环化合物 的俗名并以此作为命名的基础。我国则采用音译法， 并以此为基础，对这之外的杂环化合物进行命名。 这些保留的俗名主要有：
1）含一个杂原子的五元杂环，含两个杂原子的 五元杂环；
2）含一个杂原子的六元杂环，含二个杂原子的 六元杂环。
1、特定杂环的命名规则 单杂环及稠杂环母核的编号如下：
2.化学反应
①喹啉和异喹啉的亲电取代反应比吡啶容易， 主要发生在苯环上。
②喹啉和异喹啉的亲核取代反应也比吡啶容易， 主要发生在吡啶环上。
③喹啉和异喹啉的其氧化反应苯环较易，吡啶 环则较易被还原。
(1)亲电取代反应
喹啉和异喹啉在强酸条件下进行亲电取代反 应时，杂环氮上接受质子带正电荷，亲电取代反 应发生在较为活泼的苯环的C-5与C-8位上：
3. 碱性：
吡啶环N原子的一对孤电子对处于sp2杂化轨道上， 它并不参与环上的共轭体系，因此可能和质子结合或 给出电子，呈现弱碱性。吡啶中氮原子上的未共用电 子对处于sp2杂化轨道中，s成分较大，受N的束缚力较 强，给出电子倾向较小，与 H+ 的结合力较弱，所以碱 性较弱。
+ HCl ——>
Cl -
吡啶与路易斯酸作用，形成盐。 ⑴
氮
+SO3
(
SO3)
原
N
+N
N
SO3-
子
N-磺酸吡啶
上
的
反
+CrO3
应
N
(
CrO3)
+N
N
CrO3-
N-铬酸吡啶
4.化学反应
吡啶具有亲核性，和卤代烷反应，可生成相 ⑴ 应的吡啶季胺盐；也能与酰卤等反应生成盐。
氮
+CH3I
原
N
I- 碘化N-甲基吡啶
+N
子
CH3
上
+PhCOCl
5 7
6 8
4 3
+2
1N H
5 7
6 8
4 3
+N H
2 1
以硝化、磺化、卤化为例，喹啉主要发生在 C-5与C-8位，而异喹啉以C-5产物为主。
异喹啉以C-5产物为主
(2)亲核取代反应
喹啉取代主要发生在C-2位上，异喹啉主要在C-1位 上。
N aN H 2， 二 甲 苯
N
100℃
N N H 2
5 6
7
4 3
2
81
OH 8-羟基喹啉
NH2
1 65
7
2 49 8 3
6-氨基 嘌呤
O
4 5
3 CO2H
CH3 1 6 5 N
N 7 CH3
6
12
Br 7
2
O
3
N4 N
8
9
CH3
6-溴吲哚-3-羧酸 1,3,7-三甲基嘌呤-2,6-二酮
标H和无特定名称的稠杂环母环的命名规则 略
第二节
六元杂环化合物
S
噻吩
4
3
512
吡咯
4
N3
512
S
噻唑
sāi,zuò
4
3
5 12
吡唑
4
N3
512
O
噁唑
5
3
5
3
5
3
6
2
6
2
6
2
1
1
1
吡啶
吡喃
哒嗪
六
dā,qín
元
杂
5
3
环
6
2
1
H
5
N4
3
6
2
N1
H
5 N4 3 6 N1 2
嘧啶
哌嗪
吡嗪
pài,qín
（2）有特定名称的稠杂环有其固定的编号顺序， 通常是从一端开始依次编号，共用的碳原子—般不 编号；编号时还要注意使杂原子尽可能取较小的编 号，并遵守杂原子的优先顺序；嘌呤是个特例，不 仅共用碳参与编号，而且编号顺序也很特别。
本章讨论的杂环化合物主要指环系较稳定，包 括杂原子在内的环是平面型，环内有4n+2个p电子 处于环闭共轭体系中，统称为芳(香)杂环化合物。
S
吡啶
呋喃 噻吩 吡咯
哌啶 四氢呋喃
其它不具芳香性的杂环化合物，统称为非芳 香杂环化合物或杂脂环化合物。
一、 分类和命名
（一）分类 1）按含杂环原子数目分为含一个、两个或多个杂 原子的杂环； 2）按环的形式可分为单杂环和稠杂环， 3）是按环的大小分为五元杂环和六元杂环（更有 意义）。 4）按杂环上碳原子的电子云密度分为多π电子芳杂 环化合物和缺π电子芳杂环化合物。
第十四章 杂环化合物
第十四章 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 的元素都可以成为杂原子，但最常见的是O、S和N。
前面学过的内酯、内酰胺、环氧化合物、环状酸酐等:
N-H
因其性质与相应的脂肪族化合物较相似，因此 并入脂肪族化合物中讨论，而不列为杂环化合物。
HO
CH2OH
HO
CH2OH
CH3
N
吡哆醛
CH3
N
吡哆胺
(二)喹啉和异喹啉
5 7
6 8
4 3
2
N
1
喹啉
5 7
6 8
4 3
N2
1
异喹啉
1.结构
（1）喹啉和异喹啉分子中苯环与吡啶环上的所 有π电子形成一个相互重叠的含有10个电子的芳香 大π 体系，其结构为平面型分子。
（2）喹啉与异喹啉分子中氮原子上的未共用电 子对均位于 sp2 杂化轨道，碱性与吡啶相近。