第十七章杂环化合物

第十七章 杂环化合物

（heterocyclic Ring compounds ）

一、教学目的和要求

1．掌握杂环化合物的分类和命名。

2．掌握五元单杂环、六元单杂环化合物的化学性质。 3．理解杂环化合物的结构与芳香性。 4．理解吡咯、吡啶的结构与性质的关系。 二、教学重点与重点

重点：杂环化合物、甾体化合物结构特征与命名（俗名）。 难点：杂环化合物的结构。 三、教学方法和教学学时

（1）教学方法：以课堂讲授为主，结合必要的课堂讨论。教学手段以板书和多媒体相结合。 （2）教学学时：4学时 四、教学内容 1、杂环化合物

（1）杂环化合物概述 （2）吡咯及其衍生物 （3）吡啶及其衍生物 （4）吲哚及其衍生物 （5）苯并吡喃及其衍生物 （6）嘧啶和嘌呤及其衍生物 2、生物碱

（1）生物碱概述 （2）生物碱举例 五、总结、布置作业

17.1 几种基本杂环 (分类和命名)

杂环化合物定义 ：杂环化合物是指环比较稳定、含杂原子的环状化合物，包括芳香性杂环和非芳香杂环。

杂环化合物的种类很多，有单环，也有与芳香环或其他杂环并联成的稠杂环。环上的杂原子可以是一个、两个或更多个，而且可以是相同的或是不同的。一般最常见的杂环是五元或六元环。

根据1980年中国化学会颁布的有机化学命名原则，杂环化合物的命名按外文名称音译，并以一口字旁表示是环状化合物。以下是几种常见的杂环化合物的结构与名称。

O S

N

S

N

N

N

H H

呋喃 噻吩 吡咯 噻唑 咪唑 Furan Thiophene Pyrrole Thiazole Imidazole

N O

N N

N N

N N

吡啶 吡喃 哒嗪 嘧啶 吡嗪 Pyridine Pyran Pyridazine Pyrimidine Pyrazine

H

N

O

N

N

N

N

吲哚 苯并呋喃 嘌呤

N

N

N

喹啉 异喹啉 吖啶

17.2 几种重要杂环化合物的结构

吡咯、吡啶 、呋喃、噻吩

----C 、N 、O 、S 皆为 SP2 杂化 ，符合休克尔规则，有芳香性。但根据具体情况的不同，有的是富电子芳杂环，有的是缺电子芳杂环。

1. 1. 五元杂环

吡咯的共轭体系及比例模型如下：

吡咯是富电子芳杂环。

2. 2. 六元杂环

吡啶的共轭体系及比例模型如下：

吡啶是缺电子芳杂环。

富电子芳杂环与缺电子芳杂环因为结构特点的不同而表现出不同的化学

性质，其中亲电取代反应的差异尤为明显。

17.3 几种重要杂环化合物的化学性质

一、亲电取代反应

富电子芳杂环比苯容易发生亲电取代，取代基主要进入杂原子的α－位；缺电子芳杂环比苯难发生亲电取代，取代基主要进入杂原子的β－位。 1. 卤代

O

O

Cl

O

Cl

Cl

N

N

Cl

2. 磺化

S

S

H

SO SO 3H

3. 硝化

N

N

NO

2

HNO 3, H 2SO 4

二、氧化

富电子芳杂环易氧化，特别使酸性条件下，氧化结果导致环的破裂或聚合物的生成。缺电子芳杂环不易被氧化，但其侧链可被氧化：

N

N

CH 3

COOH

HNO

COOH HNO 3

N

N

COOH

三、加氢(还原

)反应

无论富电子或缺电子芳杂环都比苯易加氢，原因是环的稳定性相对于苯减弱了。

N H

N H

N

N H

四、酸碱性

富电子芳杂环如吡咯由于N 原子的孤电子对参与了共轭，降低了N 原子接受质子的能力，因此碱性减弱，甚至在某些反应中表现出弱酸性，如：

N H

N

-

而缺电子芳杂环如吡啶，N 上孤电子对未参与共轭，且N 的吸电子诱导效应使N 上电子云密度更高，因而其碱性比苯胺还强：

N

N +

17.4 杂环化合物及其衍生物选述

1. 糠醛（呋喃甲醛）

O

CHO

2. 维生素 B6

N

O H C

H 3CH 2OH

CH 2OH N

O

H C

H 3CH 2OH CHO

N O H C

H 3CH 2NH 2

CH 2OH

吡哆醇 吡哆醛 吡哆胺

3. 卟吩环

HN

N

N NH

卟吩环是卟啉化合物的母体，具有芳香性。叶绿素和血红素都是卟啉化合物。 4. 维生素B12

H 3

5. 黄酮

O

O

银杏素(双黄酮类化合物)[1][2]：

O

O

O

O

HO

OH

CH 3O

OMe

OH

OH

6. 几种杂环高效新农药

NH

N

N

N Cl

NO 2N N O N

S

Cl

CH 3

N

O 2N

吡虫灵 噻虫嗪

F

F

N

N

N N

F

OMe NHSO 2

N

N

N S

Cl

F COOCH 3

速收(flumioxazin) fluthiacet-ethyl

17.5 核酸(Nucleic Acid)

核酸的含氮碱基是嘧啶或嘌呤的衍生物：