杂环化合物和生物碱-有机化学
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第12章杂环化合物和生物碱
嘌呤(purine)
2、系统命名法
① 从杂原子开始 1，2，3，4……（或用希腊字母α、β、 γ…… ） ② 当环上含有两个或两个以上相同的杂原子时，应使杂原子 所在位次的数字最小 ③ 不止一个杂原子，按O，S，N顺序编号
第十二章 杂环化合物和生物碱 5
4
3
H3C 5 O 2 CH3 1
4 COOH 3 5 2 6 N 1
第十二章 杂环化合物和生物碱 25
嘌呤
N H
N N
N
N
NH2 N N N H
N H
O HN H2N N N H N
N H
Purine
腺嘌呤（ A） Carbazole
鸟嘌呤（G）
嘌呤有（Ⅰ）和（Ⅱ）两种互变异构体：
N N N H
N
N N N
NH
（I）9H-嘌呤
（II）7H-嘌呤
第十二章 杂环化合物和生物碱 26
2． 亲核取代 由于氮的吸电子作用，使得吡啶环上电子云密度减低， 不易进行亲电取代，但却有利于亲核取代。例如它与氨基 钠作用，生成α-氨基吡啶。
+ NaNH2 N
-H2 H2O
N
NHNa
N
NH2
3．酸碱性 呋喃、噻吩为中性；吡咯具有弱碱性。吡咯属仲胺，似乎应具 有较强的碱性，但由于氮原子的孤对电子参与形成闭合的共轭体 系，氮原子上的电子密度有所降低，吸引质子的能力降低，因此 吡咯的碱性（pKb=13.6）非常微弱，不但比脂肪族仲胺弱得多， 而且比芳香胺还弱，以至它与酸不能生成稳定的盐；另一方面， 氮原子上的氢原子离解为离子的倾向增大，这就使吡咯反而有弱 酸性，其酸性介与乙醇和苯酚之间，可与固体KOH（或与金属 15 第十二章 杂环化合物和生物碱 K，Na）共热，形成不稳定的盐，遇水即分解。
杂环化合物和生物碱学时讲课文档
(A)
第二十五页，共46页。
4. 氧化反应
CH3 HN3O
COOH
N
or KM4nO
N
β-吡啶甲酸
HN3O
COOH
or KM 4 nO
N
N COOH
2, 3-吡啶二甲酸
第二十六页，共46页。
完成下列合成:
CH3 N
KMnO4/H+
NH 2 N
NaOH Br 2
COOH NH3
N
CONH 2 N
第二十七页，共46页。
第二十九页，共46页。
红色
2. 吡咯及其衍生物
吡咯最重要的衍生物是卟啉化合物。
2
a
3
1
4
NH N
N HN
8
5
7
6
卟啉环
第三十页，共46页。
叶绿素:
CH
2
H 3C 1 Ⅰ N
3R
Ⅱ N
4 C H 2C H 3
Mg
N
H 3C
Ⅳ
H8 7 HH
H 2C O C
CH2
OC O
N Ⅲ
5
CH3
6
Ⅴ
O
OCH3
R = -C H 3 为 叶 绿 素 a R = -C H O 为 叶 绿 素 b
N
异烟酰肼又叫雷米封 具有抗结核作用
N
异丙烟肼
用于神经退行性疾病治疗
（老年痴呆等）
C2H OH
CHO
C2H N2H
H O
C2H OH H O
C2H OHH O
C2H OH
H 3C N
H 3C N
维生素B6
第三十六页，共46页。
15-杂环化合物和生物碱
16
维生素B6
HO CH3 N CHO ) ( orCH2NH2 ¡ 吡哆醇 CH OH
2
CH2OH CH2OH
CHO CH2OH HO CH3 N CONHNH2 吡多醛
HO ) 3C
CH2OH N
N Î É ¬ ú Ë Ø B6 CH3 N Ñ ¼ Ì î £ á ¹ Å ¶ ¡ ¬Ä © Ò Å µ É ±³ æ ¼ Á ¨
(Ⅱ) 7H 嘌呤
嘌呤为无色晶体，m.p216~217℃，易溶于水，其水溶液呈中性， 但能与酸或碱成盐。 纯嘌呤环在自然界不存在，嘌呤的衍生物广泛存在于动植物体内。 O OH
NH 2 O N N N H N
N H2 N
HN
N
N H
HN H2N N N H
N
N N H2N NH N
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤
19
第15章
杂环化合物
在环状化合物中，组成环的原子除C外，还含有
O、S、N等其它元素原子的化合物称为杂环化合物。
1
杂环化合物
1. 1.
杂环化合物的分类和命名 杂环化合物的分类
五元杂环 六元杂环
单杂环
稠杂环
2 .
苯并杂环
杂环并杂环
杂环化合物的命名
杂环化合物的命名有音译法和系统命名法两种。 音译法是按杂环化合物的外文名称音译，以口字旁同音 汉字表示。
COOCH 3 叶绿素
血红素
R= CHO b CH 3 CH 3 R'= CH 3 CHCH 2CH 2CH 2 3C CHCH 2
14
HOH 2C O O H
O H O H
H
OH N N CH3 CH3
P O
维生素B6
HO CH3 N CHO ) ( orCH2NH2 ¡ 吡哆醇 CH OH
2
CH2OH CH2OH
CHO CH2OH HO CH3 N CONHNH2 吡多醛
HO ) 3C
CH2OH N
N Î É ¬ ú Ë Ø B6 CH3 N Ñ ¼ Ì î £ á ¹ Å ¶ ¡ ¬Ä © Ò Å µ É ±³ æ ¼ Á ¨
(Ⅱ) 7H 嘌呤
嘌呤为无色晶体，m.p216~217℃，易溶于水，其水溶液呈中性， 但能与酸或碱成盐。 纯嘌呤环在自然界不存在，嘌呤的衍生物广泛存在于动植物体内。 O OH
NH 2 O N N N H N
N H2 N
HN
N
N H
HN H2N N N H
N
N N H2N NH N
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤
19
第15章
杂环化合物
在环状化合物中，组成环的原子除C外，还含有
O、S、N等其它元素原子的化合物称为杂环化合物。
1
杂环化合物
1. 1.
杂环化合物的分类和命名 杂环化合物的分类
五元杂环 六元杂环
单杂环
稠杂环
2 .
苯并杂环
杂环并杂环
杂环化合物的命名
杂环化合物的命名有音译法和系统命名法两种。 音译法是按杂环化合物的外文名称音译，以口字旁同音 汉字表示。
COOCH 3 叶绿素
血红素
R= CHO b CH 3 CH 3 R'= CH 3 CHCH 2CH 2CH 2 3C CHCH 2
14
HOH 2C O O H
O H O H
H
OH N N CH3 CH3
P O
《有机化学》第13章 杂环化合物和生物碱
4-甲基嘧啶
4-甲基噻唑
⑶ 连有取代基的杂环化合物命名时，也可将杂环作为取代基，以侧链为母体来命名。
4-嘧啶磺酸
β-吲哚乙酸（3-吲哚乙酸）
2-苯并咪唑甲酸乙酯
⑷ 为区别杂环化合物的互变异构体，需标明杂环上与杂原子相连的氢原子所在的位 置，并在名称前面加上标位的阿拉伯数字和大写H的斜体字。
2023/6/13
⑴ 卤代反应
在室温条件下，吡咯、呋喃和噻吩能与氯或溴发生激烈反应，得到多卤代物。将反应 物用溶剂稀释并在低温下进行反应时，可以得到一氯代物或一溴代物。碘化反应需要 在催化剂存在下进行。例如：
2023/6/13
6
（2）硝化反应
在低温条件下，吡咯、呋喃和噻吩能与比较缓和的硝化剂硝酸乙酰酯（CH3COONO2） 发生硝化反应，主要生成α-硝基化合物。例如：
3. 颜色反应
生物碱能与一些试剂发生颜色反应，比如钒酸铵的浓硫酸溶液、浓硝酸、浓硫酸、 甲醛、氨水等，利用此性质可鉴别生物碱。比如莨菪碱遇1％钒酸铵的浓硫酸溶液显 红色，可待因遇甲醛-浓硫酸试剂显紫红色等。
二、重要的生物碱 1. 烟碱 又叫尼古丁，主要以苹果酸盐及柠檬酸盐的形式存在于烟草中。其结构式
2023/6/13
13
血红素是卟啉环与Fe2+形成的配合物；叶绿素是卟啉环与Mg2+形成的配合物，它们的 结构式如下：
血红素在体内与蛋白质结合形成血红蛋白，存在于红细胞中，是人和其他哺乳动物 体内运输氧气的物质。叶绿素是植物进行光合作用不可缺少的物质。
2023/6/13
14
二、呋喃衍生物
呋喃甲醛是最常见的呋喃衍生物，又称为糠醛，它是一种无色液体，沸点为161.7℃， 在空气中易氧化变黑，是一种良好的溶剂。 糠醛是合成药物的重要原料，通过硝化可制得一系列呋喃类抗菌药物，如治疗泌尿 系统感染的药物呋喃坦丁、治疗血吸虫病的药物呋喃丙胺等。
《有机化学》第九章
（一）酸水液提取法
第九章
水溶液直接提取法不利于那些碱性较弱不能直接溶解于水的生
物碱提取，因此可采用偏酸性的水溶液，使生物碱与酸作用生成盐
进行生. 物碱提取。具有碱性的生物碱在植物体中多以盐的形式存在， 而弱碱性或中性生物碱则以不稳定的盐或游离碱的形式存在，故常
用0.5%～2%的乙酸、盐酸等为溶剂。
29 第二节 生物碱
二 、 生物碱的提取方法
（二）醇类溶剂提取法
游离生物碱及其盐一般都能溶于甲醇和乙醇，因此用它 们作为生物碱的提取溶剂，应用较为普遍。甲醇的极性比乙 醇的极性大，对生物碱的溶解性比乙醇好，甲醇的沸点也比 乙醇低，但对视神经的毒性很大，所以除实验室有时将甲醇 作为生物碱提取溶剂外，多数用乙醇作为溶剂，有时也用稀 乙醇（60%～80%）作溶剂。通常采用醇提—酸水—碱化— 亲脂性溶剂萃取的方法反复进行。
N
－
N
CH3
33 第二节 生物碱
三 、 重要的生物碱
（三） 麻黄碱
第九章
麻黄碱俗称麻黄素，分子中有两个手性碳（用*标记），麻黄碱的分子结构式如下：
糠醛是重要的化工原料，可用 于制造酚醛树脂、农药、医药（如 呋喃妥因、呋喃唑酮）等。
O2N－ O
O －CH＝N－N－C ＝ O
CH2－CH2
－ －
－
呋喃唑酮（痢特灵）
19 第一节 杂环化合物的分类和命名
四、 重要的杂环化合物及其衍生物
（二） 吡咯衍生物——叶绿素、血红素和维生素B12
第九章
20 第一节 杂环化合物的分类和命名
1
第九章 杂环化合物、生物碱
【知识目标】 理解杂环化合物的分子结构、分类。 掌握五元单杂环、六元单杂环化合物的化学性质。 掌握杂环化合物的分类和命名方法。 了解几种重要的生物碱（麻黄素、烟碱、小檗碱、鸦片制剂）。 【技能目标】 掌握常见杂环化合物、生物碱的鉴别方法。
第九章
水溶液直接提取法不利于那些碱性较弱不能直接溶解于水的生
物碱提取，因此可采用偏酸性的水溶液，使生物碱与酸作用生成盐
进行生. 物碱提取。具有碱性的生物碱在植物体中多以盐的形式存在， 而弱碱性或中性生物碱则以不稳定的盐或游离碱的形式存在，故常
用0.5%～2%的乙酸、盐酸等为溶剂。
29 第二节 生物碱
二 、 生物碱的提取方法
（二）醇类溶剂提取法
游离生物碱及其盐一般都能溶于甲醇和乙醇，因此用它 们作为生物碱的提取溶剂，应用较为普遍。甲醇的极性比乙 醇的极性大，对生物碱的溶解性比乙醇好，甲醇的沸点也比 乙醇低，但对视神经的毒性很大，所以除实验室有时将甲醇 作为生物碱提取溶剂外，多数用乙醇作为溶剂，有时也用稀 乙醇（60%～80%）作溶剂。通常采用醇提—酸水—碱化— 亲脂性溶剂萃取的方法反复进行。
N
－
N
CH3
33 第二节 生物碱
三 、 重要的生物碱
（三） 麻黄碱
第九章
麻黄碱俗称麻黄素，分子中有两个手性碳（用*标记），麻黄碱的分子结构式如下：
糠醛是重要的化工原料，可用 于制造酚醛树脂、农药、医药（如 呋喃妥因、呋喃唑酮）等。
O2N－ O
O －CH＝N－N－C ＝ O
CH2－CH2
－ －
－
呋喃唑酮（痢特灵）
19 第一节 杂环化合物的分类和命名
四、 重要的杂环化合物及其衍生物
（二） 吡咯衍生物——叶绿素、血红素和维生素B12
第九章
20 第一节 杂环化合物的分类和命名
1
第九章 杂环化合物、生物碱
【知识目标】 理解杂环化合物的分子结构、分类。 掌握五元单杂环、六元单杂环化合物的化学性质。 掌握杂环化合物的分类和命名方法。 了解几种重要的生物碱（麻黄素、烟碱、小檗碱、鸦片制剂）。 【技能目标】 掌握常见杂环化合物、生物碱的鉴别方法。
153有机化学教案@安徽医高专_第三十一次课教案(杂环)
二、五元单杂环化合物
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构
含一个杂原子的五元杂环中最重要的吡咯．呋喃．噻吩都是芳香杂环，它们的结构．性质和合成方法有许多共同点。
（二）吡咯、呋喃和噻吩的性质（富л电子体系）
1.环的稳定性
[板书]与苯比较，将环的稳定性顺序排列如下：
苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃
吡咯、呋喃对氧化剂不稳定
吡咯、呋喃和噻吩对碱稳定
在这里，氮原子的作用类似于硝基苯中的硝基，即碳上电子云密度比苯低（间位处则近似）。所以这类芳杂环，又被称为“缺π”芳杂环。表现在性质上，亲电取代变难、氧化变难、还原变易。
由于氮原子的电负性较大，使吡啶成为较强的永久偶极分子，极性较强。其偶极矩数值较大。
吡啶的碱性比苯胺（pKa=4.70）强，比氨（pKa=9.24）、脂肪胺（pKa一般在9-11之间）、哌啶（pKa=11.2）的碱性弱。
（三）吡啶及其衍生物
1、烟酸和烟酰胺
2、维生素B6
3、维生素B1
四、复习小结新课7’
按板书顺序进行小结并复习。
五、指导预习3’
下节课学习稠环芳香烃、非苯芳烃
六、布置作业3’
课后习题
参考
资料
1．有机化学（第二版）胡宏纹主编高等教育出版社
2．基础有机化学邢其毅等编高等教育出版社
3．有机化学陈光旭主编北京师范大学出版社
鉴别：吲哚使浸有盐酸的松木片显红色。（松木片反应）
引导学生学习5-羟色胺（人脑组织中存在）
（二）嘌呤及其衍生物
教师重点讲述：尿酸（核蛋白的代谢产物）的分子互变异构现象，引出痛风的病例
五、重要的杂环化合物及其衍生物
（一）呋喃及其衍生物
鉴别：呋喃使浸有盐酸的松木片显绿色。（松木片反应）
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构
含一个杂原子的五元杂环中最重要的吡咯．呋喃．噻吩都是芳香杂环，它们的结构．性质和合成方法有许多共同点。
（二）吡咯、呋喃和噻吩的性质（富л电子体系）
1.环的稳定性
[板书]与苯比较，将环的稳定性顺序排列如下：
苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃
吡咯、呋喃对氧化剂不稳定
吡咯、呋喃和噻吩对碱稳定
在这里，氮原子的作用类似于硝基苯中的硝基，即碳上电子云密度比苯低（间位处则近似）。所以这类芳杂环，又被称为“缺π”芳杂环。表现在性质上，亲电取代变难、氧化变难、还原变易。
由于氮原子的电负性较大，使吡啶成为较强的永久偶极分子，极性较强。其偶极矩数值较大。
吡啶的碱性比苯胺（pKa=4.70）强，比氨（pKa=9.24）、脂肪胺（pKa一般在9-11之间）、哌啶（pKa=11.2）的碱性弱。
（三）吡啶及其衍生物
1、烟酸和烟酰胺
2、维生素B6
3、维生素B1
四、复习小结新课7’
按板书顺序进行小结并复习。
五、指导预习3’
下节课学习稠环芳香烃、非苯芳烃
六、布置作业3’
课后习题
参考
资料
1．有机化学（第二版）胡宏纹主编高等教育出版社
2．基础有机化学邢其毅等编高等教育出版社
3．有机化学陈光旭主编北京师范大学出版社
鉴别：吲哚使浸有盐酸的松木片显红色。（松木片反应）
引导学生学习5-羟色胺（人脑组织中存在）
（二）嘌呤及其衍生物
教师重点讲述：尿酸（核蛋白的代谢产物）的分子互变异构现象，引出痛风的病例
五、重要的杂环化合物及其衍生物
（一）呋喃及其衍生物
鉴别：呋喃使浸有盐酸的松木片显绿色。（松木片反应）
杂环化合物和生物碱
结构特点与性质
结构特点
生物碱通常具有复杂的环 状结构，其中最常见的是 苯环和杂环。
物理性质
生物碱多为固体，具有旋 光性，部分生物碱具有荧 光性质。
化学性质
生物碱具有碱性，可与酸 成盐，也可与金属离子络 合。
提取方法与分离技术
提取方法
生物碱的提取通常采用溶剂萃取法、离 子交换法、沉淀法等。
VS
分离技术
合成方法与途径的创新研究
探索新的合成方法
研究新的合成方法，提高杂环化合物和生物 碱的合成效率和纯度。
寻找更环保的合成途径
采用更环保的合成途径，减少对环境的影响 。
开发高通量合成技术
利用高通量合成技术，快速筛选和优化杂环 化合物和生物碱的合成方法。
药物作用机制与靶点研究进展
01
深入了解药物作用 机制
02
例如，一些杂环化合物的合成方法可以借鉴生物碱的合成方法，反之 亦然。
03
在合成过程中，可以利用一些共同的反应步骤和中间体，使得合成过 程更加高效和经济。
04
同时，对于一些难以合成的杂环化合物或生物碱，可以借鉴对方的合 成方法来寻找新的合成策略。
04
杂环化合物在药物研发中 的应用
抗肿瘤药物
嘧啶类抗肿瘤药物
蒿甲醚
蒿甲醚是青蒿素的衍生物，具有更强的抗疟疾活性，对多种疟原虫有较好的治疗效果。
镇痛药物
可待因
可待因是一种具有镇痛作用的生物碱，可以 有效缓解轻至中度的疼痛。
吗啡
吗啡是一种具有强镇痛作用的生物碱，可以 有效缓解重至极度的疼痛。但长期使用会产
生依赖性和成瘾性，需谨慎使用。
06
杂环化合物与生物碱的未 来发展前景
杂环化合物和生物碱
有机化学第十四章杂环化合物和生物碱
（四）嘧啶及其衍生物
1. 嘧啶 嘧啶的电子结构与吡啶相似，2个氮原子均以sp2杂化轨道成
键，每个氮原子上都含有未共用电子对。
2. 嘧啶的衍生物 （1）尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶
尿嘧啶
胞嘧啶
胸腺嘧啶
19
（2）磺胺嘧啶 （3）维生素B1
20
（五）吲哚及其衍生物
吲哚由苯环与吡咯环稠合而成。吲哚是无色片 状晶体，熔点52℃，沸点23.5℃，不溶于水，可溶 于热水和有机溶剂中，有恶臭，但吲哚在浓度极稀 时，有花的香味，可作为香料使用。
卟吩
血红素
16
（三）吡啶及其衍生物
1. 吡啶
吡啶有弱碱性，可与强酸成盐。吡啶用于合成维生素和药 物等，并用做溶剂，也是一些有机反应的介质和分析化学试剂。
2. 吡啶的衍生物 （1）烟酸和烟酰胺
烟酸和烟酰胺的结构式如下：
烟酸
烟酰胺
17
（2）异烟肼 （4）维生素B6
（3）尼可刹米
吡哆醇
吡哆醛
吡哆胺
18
（一）呋喃及其衍生物
1. 呋喃 呋喃是最简单的五元含氧杂环，存在于松木焦油中。呋喃可使 盐酸浸过的松木片呈绿色，称为松木片反应，可用于检验呋喃。 2. 呋喃衍生物 （1）呋喃西林
（2）糠醛
15
（二）吡咯及其衍生物
1. 吡咯 吡咯是最简单的五元含氮杂环，存在于煤焦油和骨焦油中。 吡咯蒸汽遇醮有盐酸的松木片显红色，可用于吡咯的鉴别。 2. 吡咯的衍生物
（二）沉淀反应 生物碱在酸性水或酸性稀醇中与某些试剂生成难溶于水的复盐 或络合物的反应。 用途： 鉴别——试管、TCL或PPC显色剂； 提取分离——检查是否提取完全。
（三）显色反应
大多数生物碱能和一些试剂反应呈现出不同的颜色。这些能 使生物碱发生颜色反应的试剂称为生物碱显色剂。常用的生物碱 显色剂有钼酸钠、甲醛、钒酸铵、高锰酸钾等的浓硫酸溶液。如 10 g·L-1的钒酸铵的浓硫酸溶液与阿托品显红色，与吗啡显棕 色，与可待因显蓝色。这些颜色反应可用于生物碱的鉴定。
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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。
γ 0.87 β 1.01 α 0.84 N
1.43
电荷分布
N > β > α >γ
亲电取代 β 位 亲核取代 α ， γ 位
（三）吡啶的性质 1．碱性与成盐
吡啶的环外有一对未作用的孤对电子，具有碱性，易接受亲电试 剂而成盐。 吡啶的碱性小于氨大于苯胺。
CH 3CH 2OH 1 × 10-18
几种含N化合物碱性强弱 六氢吡啶 > 四氢吡咯 > 氨 > 吡啶 > 苯胺 > 吡咯
N H
>
N H
>
NH3
>
N
>
NH2
>
N H
(4)、显色反应
呋喃遇盐酸浸过的松木片显绿色，此现象可用于 检验呋喃及其低级衍生物。 吡咯蒸气遇浓盐酸浸过的松木片显红色，可用于 鉴别吡咯及其低级衍生物。
为青霉素 G 为青霉素 V 常用青霉素
R = CH CH CH 2 S CH 3 为青霉素 O
维生素B1（VB1）
NH 3Cl N CH 3 N Cl CH 3 S 噻唑环 CH 2CH 2OH 对糖类的新陈代谢有 显著的影响，人体缺 乏时可以引起脚气病
CH 2 N
第三节
4 5 6 3 2
六元杂环化合物
生物碱分子中大多含有含N杂环，是 一类重要的天然有机化合物。本章重点讨 论杂环化合物。
第一节 杂环化合物的分类和命名 一、杂环化合物的分类
杂环母环结构为基础进行分类的。 根据分子中含有环的数目可分：单杂环和稠杂环 单杂环：五元和六元杂环化合物； 稠杂环：苯稠杂环和杂环稠杂环化合物。 此外还可以根据所含杂原子的种类和数目进一步 细分。
在这些五元杂环中，因为5个p轨道上分布着 6个电子，所以杂环上碳原子的电子云密度比苯 环上碳原子的电子云密度高，因此这类杂环是多 电子共轭体系，比苯更容易发生亲电取代反应。 2. 吡咯、呋喃和噻吩的水溶性 水溶性：吡咯、呋喃和噻吩不易溶于水，而易 溶于有机溶剂。
（∵五元杂环中共轭效应存在，杂原子上的电子云密 度降低，∴较难与水形成氢键）
4 5
3 2
γ β α β α
O
1
N
2．含2个相同杂原子的杂环
使杂原子位次之和为最小。如果其中1个杂 原子上连有氢，应从连有氢的杂原子开始编号。 例如： 4
5 6
N3 N
1 2
4
N3
2
5 1N
H
嘧啶
咪唑
3．含2个不同杂原子的杂环 按O、S、N先后顺序编号，同时也应使 杂原子的位次之和最小。 例如： 4 N 3 N3 4
I
吡啶 β位取代
I N I H O S NO 2
亲电取代反应活性
CH3COONO 2 -5 30 0 C ~ H2SO4
SO 3H
NO2
N
H2SO4 370 0 C
N
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 > 吡啶
卤代反应
不需要催化剂，要在较低温度进行。
硝化反应 不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯 (CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行。 磺化反应 呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺 化试剂——吡啶三氧化硫的络合物，噻吩可直接用浓硫酸 磺化。
吡啶为有特殊臭味的无色液体，沸点115.5℃，相对密度 0.982，可与水、乙醇、乙醚等任意混和。
（二）吡啶的结构
C_ sp2 N_ sp2 成环原子 共平面
N H N 上的孤电子对在 P 轨道上，参与 环内共轭，为富 电子芳环。
N
N
Π
6 6
体系
N 上的孤电子对在 sp2 轨道上，在环外 未参与环内共轭。
3．稠杂环母环的命名方法为：附加环名称 ＋并＋[稠合边的位置]＋基本环的名称。
稠合边的位置的表示方法为：附加环稠合边的阿拉 伯数字写在前，表示基本环稠合边的英文字母写在后， 中间用一短横线相连。阿拉伯数字的排列顺序，以表示 基本环各边的英文字母顺序为准，顺序相同时数字由小 到大排列，相反时则数字由大到小排列。 例如：
OH N HO N HO N N OH CH 3 HO N N NH 2
尿嘧啶 ( U )
胸腺嘧啶 ( T )
胞嘧啶 ( C )
嘧啶的性质
• 1、与吡啶相比亲电取代反应更难发生,而亲核取代反应易 发生。 • 2、难氧化。 • 3、嘧啶的2,4,6位分别处于两个N原子的邻对位,受双重吸 电子的影响,电子云密度最低,易发生亲核取代。 • 4、 5位是间位,电子云密度最大,是唯一可发生亲电取代的 位置。 • 5、嘧啶或烷基取代嘧啶其硝化.磺化很难进行,但可发生卤 代反应，当嘧啶环上连有强活化基团如OH. NH2等时,则硝 化,磺化,重氮偶合等亲电反应可以进行.
CH 3 N
KMnO 4 / H
（2）还原反应 吡啶比苯易还原，用钠加乙醇、催化加氢均使吡啶还原为六氢 吡啶（即胡椒啶或哌啶）。哌啶的碱性比吡啶强. 4．亲核取代
NaNH 2 N 二甲苯胺中回流 N NHNa H2O N NH 2
二、嘧啶及其衍生物
N N
嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很广，脲嘧啶、 胞嘧啶、胸腺嘧啶是遗传物质核酸的重要组成部分，微生素B1也含 有嘧啶环。合成药物的磺胺嘧啶也含这种结构。
CH 3NH 2 pKb 3.38
NH 3 4.76 N 8.80 9.42
NH 2
吡啶易与酸和活泼的卤代物成盐。
+ HCl N + SO3 CH2Cl2 室温 N HCl NH3 N 此反应常用于 在反应中吸收 生成的气态酸
N
N SO3 (90%) 吡啶三氧化硫络合物 是常用的缓和磺化剂
R RI N N RI 300 ℃ N I R + N I OH N R N 制取烷基吡啶的一种方法 R
（2）歧化反应
CHO 浓碱 O COOH + O CH2OH
O
（3）羟醛缩合反应
O
CHO + CH3CHO
稀碱 O
CH=CHCHO
3．糠醛的用途
糠醛是良好的溶剂，常用作精练石油的溶剂，以溶解含硫物质及 环烷烃等。可用于精制松香，脱出色素，溶解硝酸纤维素等。糠醛 广泛用于油漆及树脂工业。
（二）吡咯的重要衍生物
(2)．加氢反应
H2, Ni or Pd O H2, Ni or Pd N H H2, Ni S 四氢吡咯 N H 不能用 P d 催化 因噻吩能 P d 使中毒 O 四氢呋喃 ( T HF )
S
(3)．呋喃、吡咯的特性反应
呋喃反应
O O O + O O 30 ℃ O O 外式 + O 内式 (90%) O O O O
5 2 5 2
S
1
O
1
噻唑
恶唑
4．有些稠杂环母环有特定的编号。 例如： 9 1 8 6
1N 2 5
N7
9
7 6 5
2
N
3
4
N H
8
N
10
3 4
嘌呤
吖啶
（三）取代杂环化合物的命名 选杂环为母体，将取代基的位次、数 目及名称写在杂环母环名称前。 例如：
NH2
N
H3C
O
CH3
N
N
OC2H5
2,5-二甲基呋喃 (α,α/-二甲基呋喃)
HO CH OH CH OH OH 呋喃甲醛 稀 H2SO 4 CHO
(C5H8O4)n 多聚戊糖
3~5%H2SO4 水蒸气
CH 2 CH CHO 戊糖
2．糠醛的性质
同无α-H的醛的一般性质。
（1）氧化还原反应
CuO, Cr2O3 150 ℃, 10MPa O CHO KMnO4 弱碱性 O V2O5 - MoO O2, 320 ℃, O O O + CO2 + H2O COOH O CH 2OH
1．噻唑 噻唑是含一个硫原子和一个氮原子的五元杂环，无色，有吡啶臭味 的液体，沸点117℃，与水互溶，有弱碱性，是稳定的化合物。 一些重要的天然产物及合成药物含有噻唑结构，如青霉素、维生素 B1等。 青霉素 HOOC N C O