第二十章杂环化合物.
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有机化学课件--第二十章杂环化合物
N H
1
S
1
N
f u r a np y r r o l et h i o p h e n e p y r i d i n e
呋 喃 吡 咯噻 吩吡 啶
1
N H indole
吲哚
1
N
quinoline 喹啉
2019/8/23
课件
7
2. 杂环及环上取代基的编号 (1) 母体杂环的编号：杂原子的编号为“1”。
2019/8/23
课件
11
二、呋喃、噻吩、吡咯杂环的化学性质
1．亲电取代反应 从结构上分析，五元杂环为Π 56共轭体系，电
荷密度比苯大，发生亲电取代反应的速度也比苯快 得多。 如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为 0），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：
0
0
0
0
0
0
- 0.02
- 0.03
O
+0.1
DMF, POCl3
N H
20-30℃
吡啶 SO3 N H
NO2
N H CHO
N H SO3H
N H
3-硝基吲哚 3-吲哚甲醛 3-吲哚磺酸
含吲哚的生物碱广泛存在于植物中， 如麦角碱、马钱子碱、利血平等
2019/8/23
课件
34
C H 2C O O H
β -吲 哚 乙 酸 （ 植 物 生 长 调 节 剂 ） N H
CH3I O
△ N
CH3 N-甲 基 吡 咯
CH3CCl
△ N
COCH3 N-乙 酰 基 吡 咯
C H C l3/KO H
CHO N H α-吡 咯 甲 醛
课件
N
CH3
1
S
1
N
f u r a np y r r o l et h i o p h e n e p y r i d i n e
呋 喃 吡 咯噻 吩吡 啶
1
N H indole
吲哚
1
N
quinoline 喹啉
2019/8/23
课件
7
2. 杂环及环上取代基的编号 (1) 母体杂环的编号：杂原子的编号为“1”。
2019/8/23
课件
11
二、呋喃、噻吩、吡咯杂环的化学性质
1．亲电取代反应 从结构上分析，五元杂环为Π 56共轭体系，电
荷密度比苯大，发生亲电取代反应的速度也比苯快 得多。 如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为 0），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：
0
0
0
0
0
0
- 0.02
- 0.03
O
+0.1
DMF, POCl3
N H
20-30℃
吡啶 SO3 N H
NO2
N H CHO
N H SO3H
N H
3-硝基吲哚 3-吲哚甲醛 3-吲哚磺酸
含吲哚的生物碱广泛存在于植物中， 如麦角碱、马钱子碱、利血平等
2019/8/23
课件
34
C H 2C O O H
β -吲 哚 乙 酸 （ 植 物 生 长 调 节 剂 ） N H
CH3I O
△ N
CH3 N-甲 基 吡 咯
CH3CCl
△ N
COCH3 N-乙 酰 基 吡 咯
C H C l3/KO H
CHO N H α-吡 咯 甲 醛
课件
N
CH3
Chap20、21-杂环、脂类、氨基酸
第二十章杂环化合物1、命名下列化合物。
2、指出下列化合物的分子结构中各有哪些杂环。
3. 下列化合物发生亲电取代反应速度最快的是哪一个？
4. 比较下列化合物的酸碱性。
（1）乙胺、氨、苯胺、吡啶、吡咯
（2）六氢吡啶、吡啶、嘧啶、吡咯
5. 比较下列各化合物中不同氮原子的碱性强弱。
第二十一章脂类、氨基酸
1、选择题
1）组成蛋白质的氨基酸，除甘氨酸外，都是（）
A、D-构型
B、S-构型
C、L-构型
D、R-构型
2）水合茚三酮和下列哪个化合物显紫色（）
A、吡咯
B、3-氨基丙酸
C、氨基乙酸
D、葡萄糖
3）将点样端置于负极，在pH=7.6的缓冲溶液中通以直流电，在正极可能得到的是（）
A、丝氨酸（pI=5.68）
B、精氨酸（pI=10.76）
C、组氨酸（pI=7.59）
D、赖氨酸（pI=9.74）
4）天冬氨酸（pI=2.77）在pH=10.0的溶液中，其主要存在形式是（）
5）某氨基酸的pI是10.5，其水溶液呈（）
A、强酸性
B、碱性
C、中性
D、弱酸性
6）油脂的碘值大小可以判断油脂的（），
油脂的皂化值大小可以判断油脂的（）。
A、活泼性
B、平均相对分子质量
C、不饱和度
D、相对含量
7）油脂没有恒定的熔点是由于（）
A、油脂是混甘油酯
B、油脂是单甘油酯
C、油脂是混甘油酯的混合物
D、油脂易酸败
8）维生素A为动物生长发育所必须，人体缺乏它，会导致夜盲症。
它属于（）A、单萜B、倍半萜
C、双萜
D、三萜
9) 下列属于甾族化合物的是（）。
李艳梅有机化学-20 杂环化合物
SO
4
(CH
H
2
oC
CO)
3
H
25
95 %
PO
3
O
2
4
S SO3H
O S
CH3
20.2.2.2 加成反应
1、催化加氢
N2/Ni O
N2/Ni S
N2/Ni N H
N2/Ni
O
O
N2/Ni
S
S
N2/Ni
N
N
H
H
2、Diels-Alder反应
+ O
+ S
O
30oC
O
O
O
100oC
O
High pressure
氧(杂)茂
O
氮(杂)茂
N H
茂 硫(杂)茂
S
氮苯
N
N N
1,4-二氮苯
1,2-二氮苯
N N
N N
1,3-二氮苯
N 2-氮萘 萘 1-氮萘
N
环上只有一个杂原子时，有时也把靠近杂原子的位置叫α位，其 次是β位，再次为γ位。
β α O
β α
O
γ β α
N
γ β
Nα
20.1.3 杂环化合物的结构
1.44Å 1.35Å
N+ N
H
SO3
C2H4Cl2 3 days, r.t.
100oC
HCl
O SO3 N H
HCl
N SO3 N
H
H
+
C2H4Cl2
S
N
r.t.
SO3
Ba(OH)2
S SO3 Ba2+ 2
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。
杂环化合物命名
杂环化合物命名一）特定杂环的俗名合半俗名IUPAC 原则规定，具有特定俗名和半俗名的杂环共45 个HHThiophene Furan1H-Imidazole1H-Pyrazole Thiazole噻吩呋喃1H- 咪唑1H- 吡咯噻唑ONNNN NN N2H-Pyran Pyridine Pyrazine Pyrimidine2H-b 吡喃吡啶哌嗪嘧啶Oxazole恶唑Pyridazine哒嗪4H-Quinolizine Quinoline4H-喹嗪喹啉Phthalazine [1,8]Naphthyridine Quinoxaline 酞嗪[1，8]萘啶喹喔啉7Phenanthroline654PhenoxathiinePhenanthridine菲啶菲咯啉（1 ，7位）吲嗪1H- 吲哚7H-Purine7H- 嘌呤吩噻恶64 9H-beta-Carboline 9H-bete-咔啉1H-Indazole1H- 吲唑Acridine丫啶Phenazine吩嗪9H-Carbazole10H-Phenothiazine10H- 吩噻嗪以上杂环氢的位置不同者，把H（大写、斜体）及其标号放在词首，在并环上者，注明边号（用 a 、b 、c 表示）当杂原子在环上的位置不同时，可视为异构体几点说明（ 1） 杂环的写法可以不同，但是位号不变。
（ 2） 单杂环的编号从杂原子开始， 并使其他杂原子或指示氢位号尽可能小； 杂 原子不同时，要使优先的杂原子号小，常见的位 O ，S ，-NH- ，-N=顺序； 只含一个杂原子的单杂环，也可对杂原子旁的碳用 αβ γ进行编号。
（ 3） 稠杂环有其固定的编号顺序， 通常从一端开始，依次编号一周（公用碳不 编号，如需编号时，用前一位加 a,b,c 表示），并尽可能使杂原子，特别使 优先的杂原子号小； 也有的杂环按相应的环烃编号， 此时杂原子编号最大 （见咔唑，丫啶），嘌呤使个特例，不仅公用碳编号，且编号顺序也很特 别。
有机化学 杂环化合物
2）五员芳杂环的加成反应
（1）催化加氢
H2 / Ni O O
THF（常用的有 机溶剂） 吡咯烷：一个仲胺
使用特殊催化剂（噻
H2 / Ni N H N H
N i/H 2 脱S
S
H2 / MoS2 S
吩能使常用氢化催 化剂中毒）
(2)Dields-Alder反应
O O + O O O O O O
3) 吡咯的弱酸性
H
N
N
H
A
§15.3 含一个杂原子六员芳杂环(吡啶）
H C H C C H C H C
孤对电子
H
N
I) 符合Hückel规则 II) 吡啶环电子云分布不如苯均匀,吡啶环上的碳原子电 子云密度较苯低,氮原子附近电子云密度较大诱导效应和共轭 效应一致 III)可以质子化,具有碱性,易溶于水
一、吡啶的碱性和亲核性
2
86%
N SO3
H+
+
O r. t. O S O 3H H O 3S O S O 3H
41%
15%
•噻吩活性大，较稳定：可直接用硫酸磺化
H 2S O 4 S r. t. S SO 3H
应用：从煤焦油中得到的苯含噻吩，利用 该反应将其除去
+
H 2S O 4 S （少量） 反应快 S S O 3H r. t.
N
吲哚 indole
5
N
7
N
3
4
N
8 9
H 嘌呤 purine
四、杂环命名的标氢
饱和原子为最低编号H 作字首
O
O
4H-吡 喃
2H-吡 喃
6 1N 2
5
杂环化合物和生物碱-有机化学
溶解1份吡咯、呋喃及噻吩，分别需要17、 35、700份的水。 当五元杂环上连有羟基时，溶解度增大。
如： O
H3C O OH
S
S
OH
(1:35)
(1:20)
(1:700)
(1:16)
3. 杂环化合物的化学性质 (1)、亲电取代反 应
N H O S
HNO3
I2 NaOH
吡咯、呋喃、噻吩 α位取代
I
第四节 稠杂环化合物
稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂环稠合在一起的化 合物。常见的有喹啉、吲哚和嘌呤。
泳衣品牌
3 2 d ★ c
N
a b
N
1
N
★ b 2 a 3
N1
S
N
吡啶并[2,3-d]嘧啶
咪唑并[2,1-b] 噻唑
第二节
五元杂环化合物
五元杂环化合物包括含有1个杂原子的五元杂 环和含2个杂原子的五元杂环。 一、含1个杂原子的五元杂环化合物 1.结构
4 5 1N 3 2
4 5 3 2 4 5 3 2
OH
2．亲电取代反应
Cl2, AlCl 3 100 ℃ Br2, 浮石催化 300 ℃ 气相
Cl
3 氯吡啶
N
Br
3 溴吡啶
N
NO2
N
浓 H2SO4 HgSO4 催化， ℃ 220 混酸 300 ℃
3 硝基吡啶
N
SO3H
吡啶 3 磺酸
N
3．氧化还原反应
（1）氧化反应
COOH N β 吡啶甲酸（烟酸） HNO 3 N COOH N α 吡啶甲酸
由于吡啶环的N上在环外有一孤对电子，故吡啶环上的电荷分布不均。
有机化学杂环
NH2 N ON
H
• 胞嘧啶
O HN ON
H
尿嘧啶
O HN CH3 ON
H
胸腺嘧啶
NH2 NN
NN H
•
腺嘌呤
O HN N H2N N N
H
鸟嘌呤
• 杂环化合物是指成环的原子除碳以外还有 其它元素的原子（即杂原子）的化合物， 常见的杂原子有O、S、N等。但下述化合 物容易开环，性质与脂肪族的化合物相似， 不属于杂环化合物范畴。
N NO2
（β—硝基吡啶 20 %）
N
N
发烟 H2SO4 / HgSO4
230 ℃
SO3H
（吡啶—β —磺酸 71%）
Br2 300℃
N ＋
Br
β—溴代吡啶
N
Br
Br
3，5 二溴吡啶
• 3．氧化还原反应：由于吡啶环上的电子云 密度降低（缺π电子的体系），氧化反应难 以发生，若有侧链，侧链可以被氧化。故 吡啶更适合作氧化反应的溶剂，特别是需 要碱作催化剂时。
N
N
O
S
N
H
H
O
N
第一节 杂环化合物分类和命名
• 一、分类： • 五元杂环 • 六员杂环 • 单杂环 • 稠杂环 • 见表12-1
• 二、命名（母核）
• 杂环化合物的命很复杂。主要讨论最 常用的译音法，即将杂环母核根据国 际通用英文译音，选同音汉字再加 “口”字旁命名。例如：
N
O 恶唑
oxazole
一、呋喃、噻吩、吡咯的结构
3．氧化还原反应：由于吡啶环上的电子云密度降低（缺π电子的体系），氧化反应难以发生，若有侧链，侧链可以被氧化。
第二节 含氮六元杂环
胞嘧啶
H
• 胞嘧啶
O HN ON
H
尿嘧啶
O HN CH3 ON
H
胸腺嘧啶
NH2 NN
NN H
•
腺嘌呤
O HN N H2N N N
H
鸟嘌呤
• 杂环化合物是指成环的原子除碳以外还有 其它元素的原子（即杂原子）的化合物， 常见的杂原子有O、S、N等。但下述化合 物容易开环，性质与脂肪族的化合物相似， 不属于杂环化合物范畴。
N NO2
（β—硝基吡啶 20 %）
N
N
发烟 H2SO4 / HgSO4
230 ℃
SO3H
（吡啶—β —磺酸 71%）
Br2 300℃
N ＋
Br
β—溴代吡啶
N
Br
Br
3，5 二溴吡啶
• 3．氧化还原反应：由于吡啶环上的电子云 密度降低（缺π电子的体系），氧化反应难 以发生，若有侧链，侧链可以被氧化。故 吡啶更适合作氧化反应的溶剂，特别是需 要碱作催化剂时。
N
N
O
S
N
H
H
O
N
第一节 杂环化合物分类和命名
• 一、分类： • 五元杂环 • 六员杂环 • 单杂环 • 稠杂环 • 见表12-1
• 二、命名（母核）
• 杂环化合物的命很复杂。主要讨论最 常用的译音法，即将杂环母核根据国 际通用英文译音，选同音汉字再加 “口”字旁命名。例如：
N
O 恶唑
oxazole
一、呋喃、噻吩、吡咯的结构
3．氧化还原反应：由于吡啶环上的电子云密度降低（缺π电子的体系），氧化反应难以发生，若有侧链，侧链可以被氧化。
第二节 含氮六元杂环
胞嘧啶
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N
Br Br N
Cl
220℃
N
NH2
NH2
NH3 , H2O
Br N
160℃
NaOMe CH3OH
N Cl
N
OMe
除吡啶环 2, 4, 6 位上的卤素容易被亲核试剂取代外，吡 啶环 2位上的负氢离子也能被取代。
+
N H
NaNH 2
N NHNa
+
H2
35
+
N NHNa
H2O
N NH2
+
NaOH
吡啶环上2位的负氢离子被亲核性极强的氨基负离子 取代，同时有氢气放出，称齐齐巴宾（Chichibabin） 反应。 +
1. 五元杂环 β 4 3 β α 5
O 1
2 α
S
N H
furan 呋喃
thiophene
pyrrole
噻吩
吡咯
4
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。
4 3
4
2
3
例：
N
5
4 5
5
N1 H
N1 H
N2
N
2
3
4 5
N
2
3
S1
O1
imidazole
pyrazole
thiazole
N
+
HCl
N Cl H
应用：
OH
+ +
N
O CH3CCl
N
O OCCH3
CH3I
N I CH3
2). 吡啶环上亲电取代反应 与苯环比较吡啶环是缺电子的芳香杂环，性质类似于 硝基苯，它不能进行傅氏烷基化和酰基化反应。
33
亲电取代位置在3-或5-位进行，为什么？
Br2 , H2SO4(SO3)
Br
N
130℃
+ E
X
X
E
X
E
E
X
E
E X
X
芳香性：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃 2. 性质 1). 吡咯
N H
8
a. 吡咯的弱酸性 它的pKa=16.5，比酚弱，比醇强，可与强碱（NaNH2， KNH2、RMgX）或金属作用。
KNH2 NH3
N K
吡咯钾
K
+ H2
N K
N H
C2H5MgBr
N MgBr
+
C2H6
9
1. CO2 2. H3O
第二十章
杂环化合物
(Heterocyclic compounds)
第二十章
杂环化合物 (Heterocyclic compounds)
一. 分类和命名 二. 吡咯、呋喃和噻吩 三. 含两个以上杂原子的五元杂环 四. 吡 啶
五. 喹啉、异喹啉
2
概述：杂环 杂环化合物 杂环化合物分类：
O
来源、用途
第一类：无芳香性的杂环化合物
N H N
属吡咯系杂环
咪唑
噻唑
噁唑
吡唑
1. 结构和性质 1). 弱碱性 新增加的一个氮原子上的孤电 子对在环平面上，与环内的π
电子不共轭，提供了接受质子
N
N
H
的位置，因此吡咯系杂环的碱 性都比吡咯强。
29
吡咯系杂环中除咪唑是中等强度的碱外，其它为
弱碱，因为：
N N H N N H
+ H
NH H N H
的作用：
N ZnCl2
吡啶成盐后，使吡啶环2, 4, 6位烷基的α-H酸性进一步
增强，可以发生羟醛缩合和迈克尔反应：
+
N Cห้องสมุดไป่ตู้3
CH3I
N CH3 I
CH3
37
CH3 N CH3 I
+
NH
CHO
25℃
N CH3
OH CH2C I H
CH3 N I
CH3
+ 3CH2 CHCN
(C2H5)3N C2H5OH
oxazole
咪唑
2. 六元杂环
N
N
吡唑
噻唑
N
N N
噁唑
N
N
pyridine pyrimidine pyridazine
pyrazine
吡啶
嘧啶
哒嗪
吡嗪
5
3. 稠杂环
4
5 6 7 8 4 3 6 7 8 1 2 5 4 3
6
3 2
N
1
N2
5 6 7
1N 2
5
N7
8
N1 H
N 4 N9 H 3
quinoline 喹啉
N CH3
PPA
N H
100℃
N H
苯乙酮苯腙
2-苯基吲哚
25
BF3,CH3CO2H
N N H
65℃
N H
环己酮苯腙 机理：相当于联苯胺重排。 3). 卟啉环系化合物
四氢咔唑
卟啉环系是由四个吡咯和四个次甲基交替相联组成
的共轭体系。卟啉环呈平面结构，环的中间空隙以 共价键、配位键和不同的金属结合。
26
H
α– 氨基酮
β– 二羰基化合物
CH3 CH3CH2OOC N H COOCH 2CH3 CH3
CH3CO CH3CH2OOCH2
Zn , HOAc
Na NO 2 HOAc
CH3CO CH3CH2OOCH NO
CH3CO CH3CH2OOC NOH
CH3CO CH3CH2OOCH NH2
19
②. Paal-Knorr（帕尔-克诺耳）合成法：
CH C NHR
Cl
EtO2C
CH2 COCH3
+
CH3
H3C
N R
CH3
呋喃环和噻吩环的合成：
CH2 C6H5 C O CH2 CCH2CO2H O
C6H6 , P2O5
C6H5
O
CH2CO2H
CH2 CH3 C O
CH2 C O CH3
P2S5
△
CH3 S CH3
21
4. 吡咯、呋喃和噻吩的重要衍生物 1). 糠醛 是一种无色液体,沸点162℃，在空气中易变黑。 是一种良好的溶剂。它不含α-H，性质类似于苯甲醛。
C6H5LI
+
N C6H5
LIH
N
H
4). 侧链α-H的反应
吡啶环2, 4, 6位烷基的α-H具有一定的酸性，其酸性 与甲基酮的α-H相同。
36
CH3 CH2CH3 N
CH2
CH2CH3
CH2CH3
NaNH 2
N
CH3I
N
CH2CH3
+
N CH3
O H H
ZnCl 2
N CH2CH2OH
ZnCl2
N H
+ CH2 CHCO 2CH3
BF3
N H
CH2CH2CO2CH3
2). 呋喃 a. 亲电取代反应 呋喃的稳定性较吡咯小，与亲电试剂往往得到加成产 物，即使得到取代产物，也是由加成产物转化来的。
Br2,CS2
H Br
Br
O
HBr
_
50 ℃
O
H Br + H Br
O
H Br
O
13
b. 加成反应
25℃
C(CH2CH2CN)3
CH3 N I
5). 吡啶的氧化和还原
a. 氧化
CrO3
N
COOH N COOH
38
O
HNO3
N N CH3
N
COOH
NH3
N
CNH2
尼古丁（烟碱）
尼古丁酸（烟酸）
尼古丁酰胺（烟酰胺）
CH3 N O
CH3 30%H O CH COOH 3 2 2 N
70℃ , 2 4h.
例：
O
O
O
N H
N H
四氢呋喃 丁二酸酐
四氢吡咯
六氢吡啶
第二类：具有一定程度的芳香性的杂环化合物
O
N H
N
呋喃
吡咯
吡啶
3
一. 分类和命名
芳杂环的数目很多，可根据环大小、杂原子的多少以 及单环和稠环来分类。 常见的杂环为五元、六元的单杂环及稠杂环。 稠杂环是由苯环及一个或多个单杂环绸合而成。
命名：采用外文名的音译，用带“口”字旁的同音汉字表示。
CH2 CH3 C O CH2 C O CH3
+ NH3
△
CH3
N H
CH3
2, 5-己二酮
CH2 CH3 C O CH2 C O CH3
+
RNH 2
△
CH3
N R
CH3
③. Hantzsch（汉栖）合成法：
CH3COCH 2 2CO2Et + RNH
CH3C CHCO 2Et NHR
20
EtO2C
NH H N H
的酸性大于
为什么？
N H
咪唑分子间可形成氢键：
N N H N N H N N H
吡唑通过氢键可缔合成二聚体：
N H
N N
H N
30
2). 亲电取代反应
吡咯系杂环的亲电取代反应活性小于吡咯、呋喃和噻吩。
N
N H
S
N
O
N
吡唑
异噻唑
异噁唑
N N H
N S
N O
咪唑
噻唑
Br Br N
Cl
220℃
N
NH2
NH2
NH3 , H2O
Br N
160℃
NaOMe CH3OH
N Cl
N
OMe
除吡啶环 2, 4, 6 位上的卤素容易被亲核试剂取代外，吡 啶环 2位上的负氢离子也能被取代。
+
N H
NaNH 2
N NHNa
+
H2
35
+
N NHNa
H2O
N NH2
+
NaOH
吡啶环上2位的负氢离子被亲核性极强的氨基负离子 取代，同时有氢气放出，称齐齐巴宾（Chichibabin） 反应。 +
1. 五元杂环 β 4 3 β α 5
O 1
2 α
S
N H
furan 呋喃
thiophene
pyrrole
噻吩
吡咯
4
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。
4 3
4
2
3
例：
N
5
4 5
5
N1 H
N1 H
N2
N
2
3
4 5
N
2
3
S1
O1
imidazole
pyrazole
thiazole
N
+
HCl
N Cl H
应用：
OH
+ +
N
O CH3CCl
N
O OCCH3
CH3I
N I CH3
2). 吡啶环上亲电取代反应 与苯环比较吡啶环是缺电子的芳香杂环，性质类似于 硝基苯，它不能进行傅氏烷基化和酰基化反应。
33
亲电取代位置在3-或5-位进行，为什么？
Br2 , H2SO4(SO3)
Br
N
130℃
+ E
X
X
E
X
E
E
X
E
E X
X
芳香性：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃 2. 性质 1). 吡咯
N H
8
a. 吡咯的弱酸性 它的pKa=16.5，比酚弱，比醇强，可与强碱（NaNH2， KNH2、RMgX）或金属作用。
KNH2 NH3
N K
吡咯钾
K
+ H2
N K
N H
C2H5MgBr
N MgBr
+
C2H6
9
1. CO2 2. H3O
第二十章
杂环化合物
(Heterocyclic compounds)
第二十章
杂环化合物 (Heterocyclic compounds)
一. 分类和命名 二. 吡咯、呋喃和噻吩 三. 含两个以上杂原子的五元杂环 四. 吡 啶
五. 喹啉、异喹啉
2
概述：杂环 杂环化合物 杂环化合物分类：
O
来源、用途
第一类：无芳香性的杂环化合物
N H N
属吡咯系杂环
咪唑
噻唑
噁唑
吡唑
1. 结构和性质 1). 弱碱性 新增加的一个氮原子上的孤电 子对在环平面上，与环内的π
电子不共轭，提供了接受质子
N
N
H
的位置，因此吡咯系杂环的碱 性都比吡咯强。
29
吡咯系杂环中除咪唑是中等强度的碱外，其它为
弱碱，因为：
N N H N N H
+ H
NH H N H
的作用：
N ZnCl2
吡啶成盐后，使吡啶环2, 4, 6位烷基的α-H酸性进一步
增强，可以发生羟醛缩合和迈克尔反应：
+
N Cห้องสมุดไป่ตู้3
CH3I
N CH3 I
CH3
37
CH3 N CH3 I
+
NH
CHO
25℃
N CH3
OH CH2C I H
CH3 N I
CH3
+ 3CH2 CHCN
(C2H5)3N C2H5OH
oxazole
咪唑
2. 六元杂环
N
N
吡唑
噻唑
N
N N
噁唑
N
N
pyridine pyrimidine pyridazine
pyrazine
吡啶
嘧啶
哒嗪
吡嗪
5
3. 稠杂环
4
5 6 7 8 4 3 6 7 8 1 2 5 4 3
6
3 2
N
1
N2
5 6 7
1N 2
5
N7
8
N1 H
N 4 N9 H 3
quinoline 喹啉
N CH3
PPA
N H
100℃
N H
苯乙酮苯腙
2-苯基吲哚
25
BF3,CH3CO2H
N N H
65℃
N H
环己酮苯腙 机理：相当于联苯胺重排。 3). 卟啉环系化合物
四氢咔唑
卟啉环系是由四个吡咯和四个次甲基交替相联组成
的共轭体系。卟啉环呈平面结构，环的中间空隙以 共价键、配位键和不同的金属结合。
26
H
α– 氨基酮
β– 二羰基化合物
CH3 CH3CH2OOC N H COOCH 2CH3 CH3
CH3CO CH3CH2OOCH2
Zn , HOAc
Na NO 2 HOAc
CH3CO CH3CH2OOCH NO
CH3CO CH3CH2OOC NOH
CH3CO CH3CH2OOCH NH2
19
②. Paal-Knorr（帕尔-克诺耳）合成法：
CH C NHR
Cl
EtO2C
CH2 COCH3
+
CH3
H3C
N R
CH3
呋喃环和噻吩环的合成：
CH2 C6H5 C O CH2 CCH2CO2H O
C6H6 , P2O5
C6H5
O
CH2CO2H
CH2 CH3 C O
CH2 C O CH3
P2S5
△
CH3 S CH3
21
4. 吡咯、呋喃和噻吩的重要衍生物 1). 糠醛 是一种无色液体,沸点162℃，在空气中易变黑。 是一种良好的溶剂。它不含α-H，性质类似于苯甲醛。
C6H5LI
+
N C6H5
LIH
N
H
4). 侧链α-H的反应
吡啶环2, 4, 6位烷基的α-H具有一定的酸性，其酸性 与甲基酮的α-H相同。
36
CH3 CH2CH3 N
CH2
CH2CH3
CH2CH3
NaNH 2
N
CH3I
N
CH2CH3
+
N CH3
O H H
ZnCl 2
N CH2CH2OH
ZnCl2
N H
+ CH2 CHCO 2CH3
BF3
N H
CH2CH2CO2CH3
2). 呋喃 a. 亲电取代反应 呋喃的稳定性较吡咯小，与亲电试剂往往得到加成产 物，即使得到取代产物，也是由加成产物转化来的。
Br2,CS2
H Br
Br
O
HBr
_
50 ℃
O
H Br + H Br
O
H Br
O
13
b. 加成反应
25℃
C(CH2CH2CN)3
CH3 N I
5). 吡啶的氧化和还原
a. 氧化
CrO3
N
COOH N COOH
38
O
HNO3
N N CH3
N
COOH
NH3
N
CNH2
尼古丁（烟碱）
尼古丁酸（烟酸）
尼古丁酰胺（烟酰胺）
CH3 N O
CH3 30%H O CH COOH 3 2 2 N
70℃ , 2 4h.
例：
O
O
O
N H
N H
四氢呋喃 丁二酸酐
四氢吡咯
六氢吡啶
第二类：具有一定程度的芳香性的杂环化合物
O
N H
N
呋喃
吡咯
吡啶
3
一. 分类和命名
芳杂环的数目很多，可根据环大小、杂原子的多少以 及单环和稠环来分类。 常见的杂环为五元、六元的单杂环及稠杂环。 稠杂环是由苯环及一个或多个单杂环绸合而成。
命名：采用外文名的音译，用带“口”字旁的同音汉字表示。
CH2 CH3 C O CH2 C O CH3
+ NH3
△
CH3
N H
CH3
2, 5-己二酮
CH2 CH3 C O CH2 C O CH3
+
RNH 2
△
CH3
N R
CH3
③. Hantzsch（汉栖）合成法：
CH3COCH 2 2CO2Et + RNH
CH3C CHCO 2Et NHR
20
EtO2C
NH H N H
的酸性大于
为什么？
N H
咪唑分子间可形成氢键：
N N H N N H N N H
吡唑通过氢键可缔合成二聚体：
N H
N N
H N
30
2). 亲电取代反应
吡咯系杂环的亲电取代反应活性小于吡咯、呋喃和噻吩。
N
N H
S
N
O
N
吡唑
异噻唑
异噁唑
N N H
N S
N O
咪唑
噻唑