第十六章杂环化合物详解演示文稿
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杂环化合物hPPT课件
N
1、吡咯的结构特点
H
（1）杂化方式： sp2
p
sp2 p
C：
C：
吡啶
sp2 p 吡咯
sp2 p
N：
N：
同： 成环的C、N原子均为sp2杂化 异： 吡啶N：孤电子对处于sp2杂化轨道中
吡咯N：孤电子对处于未杂化的p轨道中 •39
（2）成键方式： e
吡啶：
● ●
●
●
●
吡咯：
●
●
N● ●
●
e
●
●
●
●●
C H = C H2 N
奎宁 （抗疟疾药）
N
CH3
H3CO
α
合成原料应选择：
Nβ
4-甲基-6-甲氧基喹啉
NH2
+ OCH3
β αO CH2=CH-C-CH3
H3CO
NO2
浓H2SO4
H3CO
CH3
N •32
HOOC 例4： 以苯为起始物合成：
N C6H5
合成路线：
CH3Cl AlCl3
CH3
HNO3 H2SO4
① 与质子酸的成盐反应：（无机强酸）
反应：
+ HCl
N
② 与Lewis酸的成盐反应：
+
N
H
Cl -
反应： N + SO3
+
N
–SO-3
N • SO3
N-磺酸吡啶 （温和的非质子磺化剂）
N + CrO3
+
N
–CrO-3
N • CrO3
N-铬酸吡啶
（温和的非质子氧化剂） •15
（3）吡啶芳环的亲电取代反应
有机化学精品课件——杂环化合物
理学、毒理学和临床研究等方面的内容。
05
有机化学与绿色化学
有机化学的发展趋势
1 2 3
新的合成方法
例如，定向合成、组合合成和高选择性催化等 新技术的开发和应用，极大地推动了有机化学 的发展。
新的反应性和反应机制
例如，电化学和光化学反应以及超分子和纳米 反应器等新技术的应用，为有机化学提供了新 的反应性和反应机制。
总结词
杂环化合物在分子生物学领域具有广泛的应用，涉及多种生物学实验技术。
详细描述
杂环化合物可以作为药物分子、基因治疗剂、分子探针等应用于分子生物学研究中。生物学实验技术包括细胞 培养、基因克隆和表达、蛋白质分离和分析等。这些技术可以用来研究杂环化合物在生物体内的吸收、分布、 代谢和排泄等特性。
杂环化合物的应用研究实验
合成方法
通过取代反应
杂环化合物可以通过取代反应合成，如卤代烃、醇、羧酸等 中的杂原子被其他原子取代。
通过成环反应
某些杂环化合物可以通过成环反应合成，如氨基酸、腺苷等 。
02
杂环化合物的种类与性质
含氮杂环化合物
吡啶
弱碱，碱性来自于氮原子上的孤对电子，可参与多种有机反应。
咪唑
碱性较弱，作为配体参与有机反应。
抗疟活性
青蒿素及其衍生物是具有抗疟活性的重要杂环化合物，通过干扰疟原虫的细胞膜 结构和功能，导致疟原虫死亡。
04
有机化学实验技术
杂环化合物的合成实验
总结词
有机化学实验技术中，杂环化合物的合成 实验是掌握杂环化合物性质的重要环节。
VS
详细描述
杂环化合物的合成实验涉及到多种反应类 型，如缩合反应、取代反应、加成反应等 。在实验过程中需要用到各种不同的试剂 和溶剂，如酸、碱、氧化剂、还原剂等。 实验操作也有一定难度，需要掌握一定的 实验技能和操作技巧。
05
有机化学与绿色化学
有机化学的发展趋势
1 2 3
新的合成方法
例如，定向合成、组合合成和高选择性催化等 新技术的开发和应用，极大地推动了有机化学 的发展。
新的反应性和反应机制
例如，电化学和光化学反应以及超分子和纳米 反应器等新技术的应用，为有机化学提供了新 的反应性和反应机制。
总结词
杂环化合物在分子生物学领域具有广泛的应用，涉及多种生物学实验技术。
详细描述
杂环化合物可以作为药物分子、基因治疗剂、分子探针等应用于分子生物学研究中。生物学实验技术包括细胞 培养、基因克隆和表达、蛋白质分离和分析等。这些技术可以用来研究杂环化合物在生物体内的吸收、分布、 代谢和排泄等特性。
杂环化合物的应用研究实验
合成方法
通过取代反应
杂环化合物可以通过取代反应合成，如卤代烃、醇、羧酸等 中的杂原子被其他原子取代。
通过成环反应
某些杂环化合物可以通过成环反应合成，如氨基酸、腺苷等 。
02
杂环化合物的种类与性质
含氮杂环化合物
吡啶
弱碱，碱性来自于氮原子上的孤对电子，可参与多种有机反应。
咪唑
碱性较弱，作为配体参与有机反应。
抗疟活性
青蒿素及其衍生物是具有抗疟活性的重要杂环化合物，通过干扰疟原虫的细胞膜 结构和功能，导致疟原虫死亡。
04
有机化学实验技术
杂环化合物的合成实验
总结词
有机化学实验技术中，杂环化合物的合成 实验是掌握杂环化合物性质的重要环节。
VS
详细描述
杂环化合物的合成实验涉及到多种反应类 型，如缩合反应、取代反应、加成反应等 。在实验过程中需要用到各种不同的试剂 和溶剂，如酸、碱、氧化剂、还原剂等。 实验操作也有一定难度，需要掌握一定的 实验技能和操作技巧。
chapt16杂环化合物PPT课件
2- 乙基噻唑
43 52 O2N N1 CH3
CH2CH2OH
2-甲基-5-硝基-1-(2'-羟乙基)吡咯
NO2
6
5
4 3
7 8
2
N1
5-硝基喹啉
6 1N
5N 7 8
23N4 N9 8
5 6
7 8
4 3
N2
1
34 N 2N
1
N5 6
7 N8
Organic Chem
二、一杂五元杂环化合物
1. 结构特点
10
Organic Chem
芳香性证据：
① NMR 化学位移低
环电流的存在，各向异性去屏蔽
H 6.37
H 6.22
O
H 7.42
N H
H 6.68
H 7.10 S H 7.30
②偶极矩：
O
1.73 D
S
1.90 D
N H
1.58 D
O
0.70 D
S
0.51 D
11
N H
1.81 D
Organic Chem
CH3CH2CH2CH3 + H2S
S
H2/M oS3
S
Na/C2H5O H S
+S
18
Organic Chem
e. 吡咯的酸碱性
p-π 共轭，碱性极弱，pKb＝13.6 N上的H有酸性，pKa＝15
+ KOH N H
+ RMgX
O
R Cl N K
RX N MgX
19
NR O
N R
R N HO NR H
N
N
N
O
43 52 O2N N1 CH3
CH2CH2OH
2-甲基-5-硝基-1-(2'-羟乙基)吡咯
NO2
6
5
4 3
7 8
2
N1
5-硝基喹啉
6 1N
5N 7 8
23N4 N9 8
5 6
7 8
4 3
N2
1
34 N 2N
1
N5 6
7 N8
Organic Chem
二、一杂五元杂环化合物
1. 结构特点
10
Organic Chem
芳香性证据：
① NMR 化学位移低
环电流的存在，各向异性去屏蔽
H 6.37
H 6.22
O
H 7.42
N H
H 6.68
H 7.10 S H 7.30
②偶极矩：
O
1.73 D
S
1.90 D
N H
1.58 D
O
0.70 D
S
0.51 D
11
N H
1.81 D
Organic Chem
CH3CH2CH2CH3 + H2S
S
H2/M oS3
S
Na/C2H5O H S
+S
18
Organic Chem
e. 吡咯的酸碱性
p-π 共轭，碱性极弱，pKb＝13.6 N上的H有酸性，pKa＝15
+ KOH N H
+ RMgX
O
R Cl N K
RX N MgX
19
NR O
N R
R N HO NR H
N
N
N
O
chap14-1杂环芳香族化合物-62页PPT精品文档
H+
+
O
r. t.
O
SO3H
HO3S O
SO3H
41%
15%
•噻吩还可直接用硫酸磺化（活性大，较稳定）
H 2S O 4
S
r. t.
S S O 3H
应用：除去苯或甲苯中的噻吩
&
S
（少量）
反应快
H2SO4 r. t.
S SO3H
溶解于硫酸中
（3）其它亲电取代
• 卤代
O
Br2 / 0oC
稀溶液
O
Br ,
1. 吡咯的酸碱性
吡咯的一些特殊性质
吡咯N的碱性很弱
R
N
R NR
H
Kb ~1014
~104
N H
H +
H NH H
H
H
NH H
NH H
正电荷分散在多个原子上
H+
N
N
H
HH
吡咯的质子化发生 在环上（主要是 位），不在N上
正电荷集中在N原子上
吡咯N-H的弱酸性
R NH
R
N H
N
N 吡 嗪 Pyrazine
稠环芳香性六元杂环化合物
N 喹 啉 Quinoline
5 6
7 8
4 3
1
异喹啉 Isoquinoline
2. 定编号
一般从杂原子编起，含多个杂原子时按O， S，N的次序编号。
CH3 4
3 Br
5 O 2 Br 1
4-甲基-2，3，-二溴呋喃
4
C
H
5
3
N3 2
S 1
OH
第十六章杂环化合物优秀课件
用低温、溶剂稀释等温和条件。
25 ℃ O + Br2 O O
O Br 2-溴呋喃
S + Br2 CH3COOH
S Br
2-溴噻吩
N + Br2 乙醇/0℃ H
Br Br Br N Br
H
N + I2 NaOH H
II I NI
H
四碘吡咯
14
2. 硝化 呋喃、噻吩、吡咯的硝化，常使用比较缓和的硝化剂（硝酸乙酰
N CH3 1-甲基异喹啉
Br N
6-溴喹啉
COOH N
4-异喹啉甲酸
N OH
8-羟基喹啉
7
2. 系统法 根据相应的碳环来命名，把杂环看作是相应碳环中的碳原子被杂 院字取代而形成的化合物。命名时在相应的碳环名字前加上杂原 子的名字。
O
S
茂
氧（杂）茂
硫（杂）茂
N
苯
氮（杂）苯
萘
N 1-氮（杂）萘
在没有误会的情况下，“杂”字可以省去。
键长nm 0.154
C＝C 0.134
C－O 0.143
C－N 0.147
C－S 0.182
0.144 0.135
0.143 0.137
离域能：150.5
O 0.137
67
N 0.138 H
88
芳香性：苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
0.142 0.137
S 0.171
117 KJ/mol
10
二、六元杂环化合物的结构
N:
0.140
0.139 0.134
N
吡啶π电子数符合休克尔规则，具有芳香性。吡啶的芳香性比苯 弱。
25 ℃ O + Br2 O O
O Br 2-溴呋喃
S + Br2 CH3COOH
S Br
2-溴噻吩
N + Br2 乙醇/0℃ H
Br Br Br N Br
H
N + I2 NaOH H
II I NI
H
四碘吡咯
14
2. 硝化 呋喃、噻吩、吡咯的硝化，常使用比较缓和的硝化剂（硝酸乙酰
N CH3 1-甲基异喹啉
Br N
6-溴喹啉
COOH N
4-异喹啉甲酸
N OH
8-羟基喹啉
7
2. 系统法 根据相应的碳环来命名，把杂环看作是相应碳环中的碳原子被杂 院字取代而形成的化合物。命名时在相应的碳环名字前加上杂原 子的名字。
O
S
茂
氧（杂）茂
硫（杂）茂
N
苯
氮（杂）苯
萘
N 1-氮（杂）萘
在没有误会的情况下，“杂”字可以省去。
键长nm 0.154
C＝C 0.134
C－O 0.143
C－N 0.147
C－S 0.182
0.144 0.135
0.143 0.137
离域能：150.5
O 0.137
67
N 0.138 H
88
芳香性：苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
0.142 0.137
S 0.171
117 KJ/mol
10
二、六元杂环化合物的结构
N:
0.140
0.139 0.134
N
吡啶π电子数符合休克尔规则，具有芳香性。吡啶的芳香性比苯 弱。
有机化学精品课件——杂环化合物
杂环化合物在材料科学中具有广泛的应用，因为它们可以提供优良的物理和化学性能。例如，聚酰亚胺、聚醚醚酮等杂环高分子材料在航空航天、电子和汽车等领域广泛应用。
杂环化合物作为材料合成的关键组分，能够提高材料的耐热性、耐腐蚀性和机械性能等，同时降低生产成本和提高生产效率。
杂环化合物的研究进展与展望
05
在亲电反应机理中，试剂的性质和杂环化合物上的取代基的性质都会影响反应的进程和产物的生成。因此，在选择合适的试剂和反应条件时，需要考虑这些因素。
亲核反应机理是指反应过程中，试剂首先进攻杂环化合物上的电子云密度较高的部位，从而形成负碳离子中间体。然后，负碳离子中间体再与试剂发生反应，形成新的键，最终生成产物。
杂环化合物的应用
04
杂环化合物在药物合成中具有广泛的应用，因为它们具有独特的化学结构和生物活性。例如，嘧啶衍生物在抗肿瘤药物中发挥重要作用，喹啉衍生物具有抗菌和抗癌活性。
杂环化合物作为药物合成中的关键中间体，可用于合成多种类型的药物，如抗高血压药物、抗病毒药物和抗癌药物等。
VS
杂环化合物在农药合成中具有不可替代的地位，因为它们可以提供高效、低毒、低残留的农药。例如，吡啶衍生物可用于合成除草剂和杀虫剂，嘧啶衍生物可用于合成杀菌剂和杀虫剂。
杂环化合物作为农药合成的关键组分，能够提高农药的生物活性、选择性和稳定性，从而降低对环境和人体的危害。
杂环化合物在染料合成中具有重要作用，因为它们可以提供鲜艳的色彩和优良的染色性能。例如，偶氮染料和酞菁染料等杂环染料在纺织品、皮革和纸张等领域广泛应用。
杂环化合物作为染料合成的关键组分，能够提高染料的色牢度和稳定性，同时降低生产成本和对环境的污染。
杂环化合物的物理性质与其结构密切相关，如熔点、沸点、溶解度等。
第十六章杂环化合物ppt课件
NH2
O 醛（酮）
H
R' R
H R' R
N NH H
N HN H 2
R' R
NN H
H R' R N HN2 H 2
H R' R - NH4
O
O
+ Br2
O 0℃
O Br
α–溴代呋喃
(90%)
(4)
S
+Br2
AcOH 室 温
Friedel–Crafts酰基化
α–S溴 代 B 噻 r 吩
催化剂：OS+ nC(C lH 4,3C BO F)23O 等BF3
O O C CH3 2–乙 酰 基 呋 喃
(75% ~92% )
O
N +(CH3CO)2O150~200℃ N C CH3
benzomidazole benzoxazole benzothiazole purine
喹啉N
N
异喹啉
quinoline isoquinoline
N
吖啶
acridine
• 杂环的编号一般从杂原子开始，含多个
杂原子时按O、S、N的次序编号。
43
4 N 3
4
5
N 3
52
O 1
C H 35S12
C H 3 C O 6
六氢吡啶
(哌啶)
有机碱催化剂、环氧树脂的固化剂
氧化： 吡啶与过氧化氢作用生成吡啶–N–氧化物：
NO2
NO2
H2O2,AcOH
HNO3,H2SO4
PCl3,CHCl3
N
65℃
90℃
N
N
△
N
有机化学 杂环化合物PPT课件
2021/7/23
第11页/共76页
五元杂环化合物亲电取代反应发生在α-位可用共
振论解释：
+ E+ Z
= Z ( NH、O、S )
+
E ZH
E +Z H
正电荷可在三个原子上离域
E
E
H
H
+
Z
Z
+
正电荷只能在两个原子上离域
E ZH
+
2021/7/23
由此可见，进攻2–位所形成的共振杂化体比进 攻3–位所形成的共振杂化体稳定。
2021/7/23
+ Ac2O
H3PO4
S
+ Ac2O
BF3
O
S COCH3 O COCH3
第17页/共76页
(5) 吡咯的特殊反应 吡咯十分活泼，活性类似于苯胺、苯酚.
H+ + C6H5N2+ClN H
N N=NC6H5 H
+ CHCl3 + KOH N H
2021/7/23
第18页/共76页
CHO N H
环状有机化合物中，成环原子除碳原子外还含有 其他原子，这种环状化合物称为杂环化合物。
2021/7/23
杂环化合物
、
非芳香性杂环化合物, 如： O
N H
内酯、环状酸酐等。
芳香性杂环化合物
本章讨论的是那些环为平面型，环内π电 子数符合4n+2规则，具有一定芳香性的 芳杂环化合物。
第1页/共76页
20.1 杂环化合物的分类与命名
5 - 位被占, 则进入4 - 位, 而不进入2 - 位
第19页/共76页
有机化学——杂环化合物ppt课件
E+ 进入2位
G AE
G 4
5
2
A
E+ 进入4位
E+ 进入5位
G EA
G
G
AE
最稳定
AE
E
G
E
G
A
不稳定
G
A G
EA
EA
较稳定
• 三个共振式 • 推电子基使
稳定
• 二个共振式 • 推电子基未
起作用
• 三个共振式 • 推电子基未
起作用
24
(iv) 位有吸电子基
E+ 进入2位
W AE
W 4
5
2
A
E+ 进入4位
杂环化合物
（heterocyclic compounds）
1
定义：杂环化合物是指构成环的原子除碳原子外还有其 它原子的环状有机化合物。碳原子以外的原子，称为杂 原子（heteroatoms），常见的杂原子有氧、硫、氮等。
分类：
芳香性杂环：（吡咯、吡啶、喹啉等） 非芳香性杂环：（四氢呋喃、四氢吡咯、六氢吡啶等）
HNO3 / Ac2O S CH3 (AcONO2) 位给电子基
+ O2N S CH3
70%
NO2
S CH3
30%
S NO2 位吸电子基
HNO3
O2N
+ S NO2
85%
O2N
S
NO2
15%
O NO2
HNO3
O2N O NO2 主要产物（例外）
20
Br
S 位给电子基
HNO3 / Ac2O
Br S NO2
S
5-乙基噻唑
COOH
有机化学精品课件——杂环化合物
结构特点
1 2 3
环状结构
杂环化合物的环状结构可以由一个或多个碳原 子、氮原子、氧原子、硫原子等原子组成。
杂原子
在杂环化合物中，“杂原子”指的是除了碳原 子以外的原子，它们在环中起到了非常重要的 作用。
键合方式
杂环化合物的键合方式不同于脂肪族化合物， 尤其是在五元和六元杂环中，键长和键角都有 特殊的结构特点。
氮杂芳化合物的合成
通常是通过芳基取代反应或氨基化反应形成。例如，邻硝基苯胺可以通过亚硝酸 与苯胺反应制备。
氨基取代反应
氨基取代反应是一种常用的合成氮杂环化合物的方法，其中最重要的是氨基取代 的立体化学控制和区域选择性。
氧杂环化合物的合成
氧杂芳化合物的合成
通常是通过芳基取代反应或氧化反应形成。例如，2-氯苯酚 可以通过氯苯酚与氢氧化钠反应制备。
例如，阿维菌素是一种高效的生物活性杂环化合物，具有 杀虫和杀菌作用，被广泛应用于农业和畜牧业中。
05
未来展望与挑战
杂环化合物研究的前沿与挑战
01
新型杂环化合物的设计与合成
杂环化合物具有独特的生物活性与物理化学性质，研究新的杂环化合
物的设计与合成方法，拓展其应用领域。
02
反应机理与动力学研究
深入探究杂环化合物的反应机理与动力学，提高反应的效率与选择性
其他杂环化合物的合成
含氮、氧、硫等多原子杂环化合物的合成
这些杂环化合物的合成方法主要取决于杂原子的性质和杂环的大小和形状。
非芳香族杂环化合物的合成
这些杂环化合物的合成方法主要取决于杂环的大小和形状以及所使用的反应条件 。
03
杂环化合物的应用
在药物化学中的应用
生物碱
杂环化合物中的吡啶、喹啉和吲哚等具有重要生物活性，如 抗癌、抗菌和抗病毒等。
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弱于苯胺
..
N
1.81D
H
+KOH（固）
N- + H2 O +
K
..
N H
+K+NH2- 液 NH3
N
+ NH3
+
K
+RMgX
N + RH
MgX
第三节 六元杂环化合物的化学性质 一、吡啶的化学性质
亲核试剂进攻部位
γ
δ
δβ
δ Nα
亲电试剂进攻部位
碱性与成盐
1. 碱性与成盐：
CH3NH2
NH3
N
pkb 3.36
( 卤代 )
N H
N2+C l
H
N N=N
(偶合)
H
E ZH
+
（2）加成反应（催化加氢、狄—阿反应） 共轭二烯性：呋喃 > 吡咯 > 噻吩
H2 / Ni
O
THF
O
O
+
Br2
CH3COOK CH3OH
H
H CH3OH
H
H
Br O Br
CH3O O OCH3
O+
= =
=
O O 30℃
O
O
O
=O
HHO
（3）吡咯的弱碱性和弱酸性 弱碱性：由于N上未共用电子参与环的共轭，碱性极弱，
杂环化合物分子中的键长只是有一定程度的平均化。因此
五元杂环化合物的芳香性比苯差。其芳香性次序是：
S
N
H
离域能： 150.5
117
88
O 67 kj / mol
(2) 五元杂环化合物是富电子体系，而苯环为等电子 体系，故环上的电子云密度比苯高，其亲电取代反应比苯 容易，尤其易发生在α- 位。杂原子的存在相当于在环上 引入了― NH2、―OH、 ―SH 等活化基团而使环活化， 故进行亲电取代反应的活泼顺序是：
1. 五元杂环化合物
4
3
2
Z
呋喃 吡咯
ZC 0.136(0.143) 0.1370(0.147)
C2 C3 0.1361 0.1383
C3 C4 0.1430 0.1417
Z = O、NH、S
噻吩 0.1714(0.182) 0.1370
0.1423
C =C
0.134
CC 0.154
(1) 由此可见，苯分子中的键长完全平均化，而五元
+
N
Br+
Br
Br2 / CCl4
+
N
I
C H3I
N
CH3
+
N
Cl
Ph C O C l 石油醚
PhCO
HCl
NO2+BF4 Et 2O
SO3 C H2C l2
+
N
Cl
H
+
N
BF4
NO2
+
N SO3
2. 吡啶环上的亲电取代反应
如前所述，吡啶的亲电取代反应困难，需在较强
的条件下方可发生，且发生在β-位。
Br2
300℃
Br N
HNO3, H2SO4
NO2
N
300℃
N
H2SO4, HgSO4 220℃
SO3H N
显然，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，就更加难以进行亲电取代反应。
3. 吡啶环上的亲核取代反应 吡啶环的亲核取代反应主要发生在α-位和γ-位，被 取代的可以是氢原子，也可以是易于离去的基团。如：
γ
δ
δ
δβ
δ Nδ α
δ
比苯差，且亲电取代反应发生在电子云密度较高的β-位。 这一特性很类似于硝基苯。
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
第二节 五元杂环化合物的化学性质
一、亲电取代反应
X2/ 低温 X2=Cl2、 Br2
为温和的试剂或反应条件。
五元杂环化合物亲电取代反应发生在α-位可用共振
论解释：
+
E ZH
E +Z H
正电荷可在三个原子上离域
+ E+ Z
= Z ( NH、O、S )
E
E
H
H
+
Z
Z
+
正电荷只能在两个原子上离域
*亲电取代反应的活性顺序：
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯
II
I2 + NaOH I N I
当环上有不同杂原子时，按O→S→N的次序编号。若
环上连有不同的取代基，其编号按次序规则和最低系列。
如：
N3
12
N H imidazole 咪唑
N3
12
O
oxazole 噁唑
N3
12
S
thiazole 噻唑
N3
1
N
2
pyrimidine 嘧啶
N3
5
CH3
1
N
2
H
5 - 甲基咪唑
O2N 4
N3
12
O
4 - 硝. 六元杂环化合物
0.140
4
吡啶环的键长也发生了较大程度
3
0.139
N2
0.147 单
0.134 0.128 双
的平均化，C ―C键虽与苯相似，但 C ―N键变化很大，因此，其芳香性
也比苯差。 吡啶和苯虽然都属等电子体系，但因
氮原子的电负性较大，从而使环上的电子 云密度降低 ，故其亲电取代反应性能不但
ZX
Z
= Z ( NH、O、S )
CH3CO O。NO2 -5 ~ -30 C N+ SO3-
C l C H2C H2C l
(CH3CO )2O S n C l4
Z NO2
H+ N
HCl
Z SO3
Z SO3H
( Z = NH、O ) 噻吩可直接用 H2SO4 磺化。
Z COCH3
五元杂环化合物进行亲电取代反应的特点是：使用较
第十六章杂环化合物详解演示 文稿
优选第十六章杂环化合物
位的碳原子也可依次用α、β、γ…编号。
21
CH3 α N H
2 - 甲基吡咯 α - 甲基吡咯
α
O CHO
2 - 呋喃甲醛 α - 呋喃甲醛
COOH
β
S 3 - 噻吩甲酸 β - 噻吩甲酸
β COOH
α
N COOH 2, 3 - 吡啶二甲酸 α , β - 吡啶二甲酸
4.75
8.8
NH2 9.3
N
N
sp3 H sp2
CH3 C≡N
sp
吡啶环上有供电子基时将使碱性增强。如：
a.
+
N H
b.
c.
+
N CH3 H
CH3
+
N H
CH3
d.
+
N H
pka
5.17
5.79
5.68
6.02
酸 性： a ＞ c ＞ b ＞ d
碱 性： d ＞ b ＞ c ＞ a
吡啶既然是一个碱，遇酸便形成稳定的盐。 如果用非质子的硝化试剂、磺化试剂，或用卤素、卤 代烷、酰氯与吡啶环进行反应，也将形成相应的吡啶盐：
CH34 N3
5 12
HOCH2CH2 S
4 - 甲基 - 5 - ( 2' -羟乙基 ) 噻唑
O 苯并呋喃
N S 苯并噻唑
三、 结构与芳香性
1、杂环化合物为什么具有芳香性？
C
C
C
C
N
C
NH
C
O
O
H
C
π
6 5
C
未参与共轭
富电子体系
C C
C N
π6 6
等电子体系
N
CC
未参与共轭
2、具有芳香性的杂环与苯环的异同点
Li
NaNH2
H2O
N
N ( - H2 )
N NHNa
N NH2
N OCH3
CH3O Na NaOH ,
NH3 , ZnCl2
N Cl
220℃
Br Br
N
NH3 , H2O 160℃
NH2 Br
N
N NH2
4. 氧化还原反应
（1）吡啶环对氧化剂稳定（对氧化作用比苯 环更稳定）
CH3
HNO3
N
COOH N
..
N
1.81D
H
+KOH（固）
N- + H2 O +
K
..
N H
+K+NH2- 液 NH3
N
+ NH3
+
K
+RMgX
N + RH
MgX
第三节 六元杂环化合物的化学性质 一、吡啶的化学性质
亲核试剂进攻部位
γ
δ
δβ
δ Nα
亲电试剂进攻部位
碱性与成盐
1. 碱性与成盐：
CH3NH2
NH3
N
pkb 3.36
( 卤代 )
N H
N2+C l
H
N N=N
(偶合)
H
E ZH
+
（2）加成反应（催化加氢、狄—阿反应） 共轭二烯性：呋喃 > 吡咯 > 噻吩
H2 / Ni
O
THF
O
O
+
Br2
CH3COOK CH3OH
H
H CH3OH
H
H
Br O Br
CH3O O OCH3
O+
= =
=
O O 30℃
O
O
O
=O
HHO
（3）吡咯的弱碱性和弱酸性 弱碱性：由于N上未共用电子参与环的共轭，碱性极弱，
杂环化合物分子中的键长只是有一定程度的平均化。因此
五元杂环化合物的芳香性比苯差。其芳香性次序是：
S
N
H
离域能： 150.5
117
88
O 67 kj / mol
(2) 五元杂环化合物是富电子体系，而苯环为等电子 体系，故环上的电子云密度比苯高，其亲电取代反应比苯 容易，尤其易发生在α- 位。杂原子的存在相当于在环上 引入了― NH2、―OH、 ―SH 等活化基团而使环活化， 故进行亲电取代反应的活泼顺序是：
1. 五元杂环化合物
4
3
2
Z
呋喃 吡咯
ZC 0.136(0.143) 0.1370(0.147)
C2 C3 0.1361 0.1383
C3 C4 0.1430 0.1417
Z = O、NH、S
噻吩 0.1714(0.182) 0.1370
0.1423
C =C
0.134
CC 0.154
(1) 由此可见，苯分子中的键长完全平均化，而五元
+
N
Br+
Br
Br2 / CCl4
+
N
I
C H3I
N
CH3
+
N
Cl
Ph C O C l 石油醚
PhCO
HCl
NO2+BF4 Et 2O
SO3 C H2C l2
+
N
Cl
H
+
N
BF4
NO2
+
N SO3
2. 吡啶环上的亲电取代反应
如前所述，吡啶的亲电取代反应困难，需在较强
的条件下方可发生，且发生在β-位。
Br2
300℃
Br N
HNO3, H2SO4
NO2
N
300℃
N
H2SO4, HgSO4 220℃
SO3H N
显然，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，就更加难以进行亲电取代反应。
3. 吡啶环上的亲核取代反应 吡啶环的亲核取代反应主要发生在α-位和γ-位，被 取代的可以是氢原子，也可以是易于离去的基团。如：
γ
δ
δ
δβ
δ Nδ α
δ
比苯差，且亲电取代反应发生在电子云密度较高的β-位。 这一特性很类似于硝基苯。
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
第二节 五元杂环化合物的化学性质
一、亲电取代反应
X2/ 低温 X2=Cl2、 Br2
为温和的试剂或反应条件。
五元杂环化合物亲电取代反应发生在α-位可用共振
论解释：
+
E ZH
E +Z H
正电荷可在三个原子上离域
+ E+ Z
= Z ( NH、O、S )
E
E
H
H
+
Z
Z
+
正电荷只能在两个原子上离域
*亲电取代反应的活性顺序：
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯
II
I2 + NaOH I N I
当环上有不同杂原子时，按O→S→N的次序编号。若
环上连有不同的取代基，其编号按次序规则和最低系列。
如：
N3
12
N H imidazole 咪唑
N3
12
O
oxazole 噁唑
N3
12
S
thiazole 噻唑
N3
1
N
2
pyrimidine 嘧啶
N3
5
CH3
1
N
2
H
5 - 甲基咪唑
O2N 4
N3
12
O
4 - 硝. 六元杂环化合物
0.140
4
吡啶环的键长也发生了较大程度
3
0.139
N2
0.147 单
0.134 0.128 双
的平均化，C ―C键虽与苯相似，但 C ―N键变化很大，因此，其芳香性
也比苯差。 吡啶和苯虽然都属等电子体系，但因
氮原子的电负性较大，从而使环上的电子 云密度降低 ，故其亲电取代反应性能不但
ZX
Z
= Z ( NH、O、S )
CH3CO O。NO2 -5 ~ -30 C N+ SO3-
C l C H2C H2C l
(CH3CO )2O S n C l4
Z NO2
H+ N
HCl
Z SO3
Z SO3H
( Z = NH、O ) 噻吩可直接用 H2SO4 磺化。
Z COCH3
五元杂环化合物进行亲电取代反应的特点是：使用较
第十六章杂环化合物详解演示 文稿
优选第十六章杂环化合物
位的碳原子也可依次用α、β、γ…编号。
21
CH3 α N H
2 - 甲基吡咯 α - 甲基吡咯
α
O CHO
2 - 呋喃甲醛 α - 呋喃甲醛
COOH
β
S 3 - 噻吩甲酸 β - 噻吩甲酸
β COOH
α
N COOH 2, 3 - 吡啶二甲酸 α , β - 吡啶二甲酸
4.75
8.8
NH2 9.3
N
N
sp3 H sp2
CH3 C≡N
sp
吡啶环上有供电子基时将使碱性增强。如：
a.
+
N H
b.
c.
+
N CH3 H
CH3
+
N H
CH3
d.
+
N H
pka
5.17
5.79
5.68
6.02
酸 性： a ＞ c ＞ b ＞ d
碱 性： d ＞ b ＞ c ＞ a
吡啶既然是一个碱，遇酸便形成稳定的盐。 如果用非质子的硝化试剂、磺化试剂，或用卤素、卤 代烷、酰氯与吡啶环进行反应，也将形成相应的吡啶盐：
CH34 N3
5 12
HOCH2CH2 S
4 - 甲基 - 5 - ( 2' -羟乙基 ) 噻唑
O 苯并呋喃
N S 苯并噻唑
三、 结构与芳香性
1、杂环化合物为什么具有芳香性？
C
C
C
C
N
C
NH
C
O
O
H
C
π
6 5
C
未参与共轭
富电子体系
C C
C N
π6 6
等电子体系
N
CC
未参与共轭
2、具有芳香性的杂环与苯环的异同点
Li
NaNH2
H2O
N
N ( - H2 )
N NHNa
N NH2
N OCH3
CH3O Na NaOH ,
NH3 , ZnCl2
N Cl
220℃
Br Br
N
NH3 , H2O 160℃
NH2 Br
N
N NH2
4. 氧化还原反应
（1）吡啶环对氧化剂稳定（对氧化作用比苯 环更稳定）
CH3
HNO3
N
COOH N