第13章杂环化合物

12第13章杂环化合物13.1 基本要求● 掌握杂环化合物的命名。

● 掌握五元杂环、六元杂环和稠杂环的结构和性质。

13.2 基本知识点13.2.1 杂环化合物的概念由碳原子和非碳原子所构成的环状有机化合物称为杂环化合物，环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有氧、硫、氮等。

通常将环系比较稳定，具有一定程度的芳香性，且符合H ückel 规则的杂环化合物称为芳杂环。

杂环化合物按环的数目不同，可分为单杂环和稠杂环两大类。

单杂环按环的大小不同又可分为五元杂环和六元杂环。

稠杂环通常由苯与单杂环或单杂环与单杂环稠合而成。

13.2.2 杂环化合物的命名杂环化合物的命名比较复杂，目前我国常使用“音译法”，即按英文的读音，用同音汉字加上“口”字旁命名。

下面是一些常见杂环化合物的名称及编号：（1）五元杂环:（2）六元杂环（3）稠杂环环上有取代基的杂环化合物的名称是以杂环为母体，并注明取代基的位置、数目和名称，杂环编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始，顺环编号，环上有不同杂原子时，按O ，S ，O 5234S 5234N5234111S 52341N N 52341N N 52341 噻吩thiaphene吡咯pyrrole噻吩thiazole 吡咯pyrrole咪唑imidazole呋喃furanN 123456N N 234561N N 234561N N234561O 123456吡啶pyridine哒嗪pyridazine嘧啶pyrimidine吡嗪pyrazine吡喃pyranN12345678喹啉quinolineN 2345678异喹啉isoquinoline （编号特殊）147吲哚indole N N 123105678 吖啶 acridine （编号特殊）N N 1234567 嘌呤 purine （编号特殊）N N 899412 NH ，N 的顺序编号；某些杂环可能有互变异构现象，为区别各异构体，需用大写斜体“H ”及其位置编号标明一个或多个氢原子所在的位置。

例如：13.2.3. 五元杂环的性质1. 吡咯、呋喃、噻吩的结构和性质吡咯、呋喃和噻吩均为五原子六电子的富电子闭合共轭体系，符合H ǖckel 的4n +2规则，具有芳香性（芳香性的强弱次序为：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃）。

由于环上五个原子共用六个电子，环上的电子云密度比苯环大，所以它们易发生亲电取代反应，反应比苯容易进行，取代基多进入α-位，亲电取代的活性顺序为：吡咯＞呋喃＞噻吩＞苯。

此外，吡咯和呋喃还能发生一些特殊的反应。

如：2. 咪唑的结构和性质咪唑可视为吡咯环上3-位的CH 被氮原子替换，为五原子六电子的闭合共轭体系。

它具有一定程度的芳香性，分子间能形成氢键，产生缔合现象，3-位上氮原子具有弱碱性，1-位氮原子上的氢具有弱酸性，存在互变异构现象，亲电取代反应活性比苯低，取代基主要进入4（5）-位，能与重氮盐发生偶联反应，也能发生亲核取代反应，取代基主要进入2-位：N 123CH 3β4563-甲基吡啶（β-甲基吡啶）N N 1234562,4二羟基嘧啶OH OHN N 9245672-氨基-6-氧嘌呤N N O8H 1H NO 4326514H -吡喃O 4326512H -吡喃N H HN HOH HO SH HSHHH N HN +SO HClNHSO 3HSS BrBr,AcOH OONO 2CH 3COONO 2SSCOCH 3Ac 2O,H 3PO 4①－3,100℃②N HPhN 2N H I III N H N N NPhCHO OOO OO O O O I 2/NaOH 碘代CHCl 3/KOH Reimer-Tiemann+Cl－偶联反应Diels-Alder 反应N NH HNNH1213.2.4. 六元杂环的结构和性质1. 吡啶的结构和性质吡啶为六原子六电子的闭合共轭体系，符合H ückel 的4n +2规则，具有芳香性。

吡啶为一弱碱，既可以发生亲电取代反应，又可发生亲核取代反应。

由于氮的电负性比碳大，故吡啶环上电子云密度比苯低，其亲电取代反应比苯困难，反应活性与硝基苯相似，吡啶环比苯环难氧化：2. 嘧啶的结构和性质嘧啶为六原子六电子的闭合共轭体系，显弱碱性，但其碱性比吡啶弱；由于两个氮原子的强吸电子作用，使嘧啶难以发生亲电取代反应，难氧化，而易发生亲核取代反应；嘧啶环比苯环难氧化，但它很容易被氢化。

N NH HO 3S N NH HO 3SH 2SO 4160℃N N HNH 2N N HN N HNNCH 3NN CH 3N N H N N H 磺化亲核取代偶联n烷基化缔合酰化磺C O PhN 2+Cl-N=NPhNHHH HH NNBr Br2300℃NNO 2NSO 3HNNNH 2NPh浓HNO 3/浓H 2SO 4370℃H 2SO 4/HgSO 4NaNH 2/PhNMe 2PhLi HCl SO 3CH 3Br H 2/Pt H 2O 2/HOAcN +HCl －N + CH 3Br －N +S OOO－N N HO －+NNKMnO 4COOH COOH碱性亲核性还原反应氧化反应亲电取代反应亲电取代反应亲电取代反亲核取代反亲核取代反100℃230℃碱性NN N HH HH1213.2.5 稠杂环的结构和性质1. 喹啉的结构和性质喹啉可看成是吡啶环与苯环稠合而成的化合物，为平面型分子，含有10个电子的芳香大π键，结构类似于萘和吡啶。

它的化学性质类似于吡啶和萘。

由于喹啉环上有一个电负性强的氮原子，环上的电子云密度比萘环低，亲电取代反应比萘难，但比吡啶容易，且易发生在苯环上，取代基多进入5-位和8-位；它也能发生亲核取代反应，反应发生在吡啶环上，比吡啶容易；喹啉中苯环较易氧化，而吡啶环较易被还原。

2. 嘌呤的结构和性质嘌呤由咪唑与嘧啶稠合而成，它的环氮原子和环碳原子上的p 电子也有相当大的离域性，是具有芳香性的稠杂环。

嘌呤环中的咪唑部分可发生三原子体系的互变异构现象，有两种互变异构体，它们的结构式如下：嘌呤主要以9H -嘌呤的形式存在。

由于嘌呤环中含有四个电负性大的氮原子，使环碳原子很难与亲电试剂发生反应；同时，由于氮原子的吸电子诱导作用，使咪唑环上9-位N 上的H 容易解离，故，嘌呤的酸性比咪唑强，碱性比咪唑弱，但比嘧啶强。

13.3 典型例题分析亲电取代反应N N BrBr 2,PhNO 2亲核取代反应N －Na +NHNH 2NN NaNH 2/NH 3（1）N N HPh LiPhKMnO 4,Me 2COPhLi/Et 2O 室温室温NN HClMeI/MeOHEt 2O+BF 4H 2O 2/HOAcCH 2ClCH 2Cl N +HCl －N碱性MeI －N NEt I －N N ++Et2BF 4烷基化反应（亲核性）氧化反应O－N N +300℃－NNNNH 2NBu-n NCOOH COOH N H N NaNH 2,二甲苯100℃n-BuLi,甲苯KMnO 4,H 2O100℃Sn/HCl 或H 2/Pt/H 2O H 2,Pt/HOAc40℃NNNO 2（50%）+NNO 2（48%）N SO 3HNBr+N Br（1:1）N Br（82%）浓HNO 3,浓H 2SO 4浓H 2SO 4,浓HNO 3,浓H 2SO 4Ag 2SO 4,△Br,CCl 4,C 5H 5N△220℃0℃N NNNHN NNN H1213.3.1 写出下列化合物的结构式，并用系统命名法命名。

（1）异烟肼（2）烟酸（3）糠醛（4）磺胺嘧啶（5）尼克刹米（6）腺嘌呤（7）鸟嘌呤（8）胞嘧啶（9）尿嘧啶（10）胸腺嘧啶（11）吡哆醇（12）喹碘仿解：13.3.2 排列组织胺中三个氮原子的碱性次序（由强到弱），并说明理由。

解: 组织胺的结构式为：因为③氮为sp 3杂化，s 成分最少，碱性最强；①氮和②氮均为sp 2杂化，碱性小于③氮；①氮上的未共用电子对参与环的共轭，不显碱性。

所以，三个氮原子的碱性顺序为③＞②＞①。

注释解此题必须知道组织胺的结构，否则无从下手。

判断含氮杂环化合物的碱性强弱可从以下几个方面考虑：N 的杂化状态；N 上的未共用电子对是否参与形成共轭体系；环上是否含有吸电子基团或供电子基团等。

13.3.3 指出下列化合物中哪些具有芳香性，并说明理由。

解: 因为（1）和（2）中具有六个π电子，（3）中具有十个π电子，且能形成环状共轭体系，符合H ückel 的4n +2规则，因此，（1），（2）和（3）均具有芳香性；而（4）中虽然也具有N（1）CONHNH 2（2）NCOOH（3）OCHO4-吡啶甲酰肼3-吡啶甲酸2-呋喃甲醛（4）H 2NSO 2NHNN（5）NCON （C 2H 5）2（6）N NN NNH 22-（对-氨基苯磺酰胺基）嘧啶N,N-二乙基-3-吡啶酰胺6-氨基嘌呤NNNNH2-氨基-6-氧嘌呤（7）H H 2NO（8）NN NH 2OH2-氧-4-氨基嘧啶（9）NN OHOH 2,4-二氧嘧啶NN H H 2NO（10）35-甲基-2,4-二氧嘧啶NH 3CCH 2OH （11）2-甲基-3-羟基-4,5-二羟甲基吡啶¤HOCH 2OH（12）NSO 3HI8-羟基-7-碘喹啉-5-磺酸NN CH 2CH 2NH 2①②③H（1）N（2）NNN（3）O（4）六个π电子，但不能形成环状共轭体系，故（4）无芳香性。

13.3.4 简要回答下列问题：（1）为什么嘧啶分子中含有两个碱性的氮原子，却为一元碱，且其碱性比吡啶弱得多?（2）吡啶卤代反应，一般不使用FeX3等Lewis酸催化剂，原因何在?（3）为什么吡咯比苯容易进行亲电取代反应?（4）为什么咪唑的水溶性比吡咯大?（5）为什么嘧啶的碱性和亲电取代反应活性比吡啶小，但亲核取代的活性则比吡啶大?（6）为什么2-甲基吡啶的碱性大于吡啶，而吡啶的碱性又大于3-硝基吡啶?（7）为什么喹啉的碱性比吡啶小?（8）为什么在吡啶分子中引入羟基后，溶解度减小?解: （1）嘧啶环上有两个氮原子，一个氮原子质子化后，第二氮原子对质子化的氮正离子的吸电子诱导效应与共轭效应使质子化的氮正离子不稳定，质子易于离去，所以碱性较吡啶低；当一个氮原子质子化后，它的吸电性大为增强，使另一个氮原子的电子云密度大为降低，以致不能再接受质子，因此嘧啶为一元碱。

（2）因为吡啶分子中的氮原子上有一对未共用电子对，能与缺电子分子FeX3等Lewis酸催化剂反应，使催化剂失去活性；同时也使氮原子带上正电荷，使环上的亲电取代更难进行。

（3）因为在吡咯的分子中，五个原子共享六个π电子，环上的电子云密度比苯高，故它的亲电取代反应比苯容易进行。

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杂环化合物

+ H2SO4 S
2）H2 ）
25℃
S
SO3H
S
4. 用途：合成药物用途：
H2 MoS2
S
（四）吡咯
N H
含氮化合物的碱性取决于氮原子上未共用电子对与H 结合能力。电子对与 +结合能力。 1.物理性质：无色油状液体， 131℃,难溶于 1.物理性质：无色油状液体，b.p 131℃,难溶于物理性质易溶于醚或醇中。水，易溶于醚或醇中。鉴别：盐酸松片反应呈红色。鉴别：盐酸松片反应呈红色。
N H
O
S
2. 吡啶
sp2杂化共平面大π键 π电子数为6，符合休克尔规则（4n+2）。电子数为，符合休克尔规则（）。具有芳香性（比苯小）具有芳香性（比苯小）电负性：电负性：N>C，环上碳原子的电子云密度降，亲电取代比苯困难，且主要为β 位比苯困难低，亲电取代比苯困难，且主要为β-位。比较容易发生亲核取代，且主要在α 位比较容易发生亲核取代，且主要在α-位。容易发生亲核取代碱性。 N上有未共用电子对，容易接受质子，具有碱性。上有未共用电子对，容易接受质子，具有碱性
CHO
α-呋喃甲醛呋喃甲醛
HO CH CH OH H CH C H CHO OH OH
戊糖
稀HCl
O
CHO + 3H2O
2. 物理性质无色液体，b.p 161.7℃，在光、热空气无色液体， ℃ 在光、中，很快产生树脂状聚合物黄→褐→黑鉴别方法：鉴别方法：遇苯铵醋酸盐溶液呈深红色，遇苯铵醋酸盐溶液呈深红色，也能鉴别戊糖
7
N N N N H
2 4 8 3 9
5
O
苯并吡喃(氧杂萘) 苯并吡喃(氧杂萘)

第十三章杂环化合物化合物习题答案

(1)
O H2 Ni2
H2 Ni O
HI
ICH2CH2CH 2CH 2I
KCN C 2H5OH
NCCH 2CH 2CH2 CH2CN
H 2NCH2(CH 2) 4CH2NH 2
(2)
N
KMnO4/H N COOCH2 C 6H 5 N
COOH SOCl 2 Et3N N
COCl
C 6 H5CH 2 OH
5. 用简单的化学方法区别下列化合物：（1）吡啶 γ-甲基吡啶苯胺（2）吡咯四氢吡咯 N-甲基六氢吡啶
【解】
（1）苯胺
（＋）白↓
吡啶
（－） Br2 H2O （－） KMnO4 H+，
（－）
-甲基吡啶
（＋）紫色褪去
（2）吡咯
（＋）显红色
四氢吡咯
HCl 松木片
（－） NaNO2HCl
洗涤蒸馏干燥
纯净苯
酸层：含 -噻吩磺酸 Na2CO3 洗涤减压蒸馏干燥纯净吡啶
乙酸酐,回流分离
固相：含1-乙酰基六氢吡啶有机层 Na2CO3 洗涤干燥蒸馏纯净甲苯
稀HCl
分离
水层：含吡啶盐酸盐
8．合成下列化合物（无机试剂任选）：（1）由呋喃合成己二胺（2）由-甲基吡啶合成-吡啶甲酸苄酯（3）由 -甲基吡啶合成 -氨基吡啶（4）由噻吩合成5-硝基噻吩
（＋）黄色油状物
N-甲基六氢吡啶
（－）
（＋）无明显现象
6. 使用简单的化学方法将下列混合物中的杂质除去。（1）苯中混有少量噻吩（2）吡啶中混有少量六氢吡啶（3）甲苯中混有少量吡啶
【解】（1）苯噻吩（2）吡啶六氢吡啶（3）甲苯吡啶

《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。
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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：
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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
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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。
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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。

有机化学理论篇第五版第13章杂环化合物

烟碱又称尼古丁，属杂环化合物，化学式C10H14N2，化学名称1-甲基-2-（3-吡啶基）吡咯烷，是一种存在于茄科植物中的生物碱。尼古丁毒性剧烈，其高度成瘾性仅次于海洛因，是导致吸烟成瘾的主要成份。尼古丁通过血液流向大脑，使吸烟者产生愉快体验，但长期吸烟也会导致大脑神经麻木，需要吸入更多以保持兴奋，长此以往，形成严重依赖。尼古丁还引起血管收缩，心率增加，血压升高，冠状动脉痉挛，血管内膜受损，诱发心绞痛和心肌梗死。
β-吲哚乙酸
呼吸系统疾病专家钟南山医生说：“大家都知道防范新型冠状病毒的严重威胁，但别忘了，吸烟和二手烟也是呼吸系统疾病主要的危险因素之一，对于控烟，我们应该更加坚决。”人们往往是在生命受到威胁的时候，才会更加重视健康。但如果早一点看到威胁和其带来的后果，并采取行动，就可以避免生命过早受到威胁或不可逆了解吸烟有害健康的的病科变学和道死理亡，。知吸晓烟吸就烟是损最人好害的己例，子增。强自觉抵制香烟诱惑的意识。远离香烟，营造清新的无烟世界；拒绝烟草，更好地拥抱健康！
有机化学(理论篇)
第13章杂环化合物
第13章杂环化合物
有机化学(理论篇)
【课程思政】
拒绝烟草拥抱健康
国家卫生健康委和世卫组织共同发布的《中国吸烟危害健康报告2020》报告显示，我国吸烟人数超过3亿人，每年使我国100 多万人失去生命。烟草几乎损害人体的所有器官，报告中充分列举了吸烟及二手烟与四大慢性病即慢性恶性肿瘤、呼吸疾病、心血管疾病及糖尿病之间的关联，
13.3.1 呋喃 13.3.2 糠醛 13.3.3 噻吩 13.3.4 吡咯 13.3.5 噻唑、吡唑、咪唑及其衍生物 13.3.6 吲哚
13.4 六元杂环化合物
13.4.1 吡啶 13.4.2 喹啉和异喹啉

第十三章杂环化合物

2.呋喃、吡咯、噻吩的化学性质 (1)亲电取代反应
特点：活性比苯大, 吡硌>呋喃>噻吩>>苯。亲电试剂主要进入α-位。遇强酸或氧化剂时容易使环破坏。
a.卤化
呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应活性与苯胺和苯酚相似，在室温与氯或溴反应很激烈，得到多卤代物。为了避免多取代，反应一般在低温和稀溶液中进行。
吡啶比苯容易还原，在常温常压下可催化加氢得六氢吡啶（哌啶，Piperidine）。
吡啶
六氢吡啶
六氢吡啶为无色具有特殊臭味的液体，沸点106°C，熔点−7°C，具有一般二级胺的碱性，碱性比吡啶强，易溶于水，常用作溶剂及有机合成原料。
(2)卟吩环系化合物
卟吩环是由四个吡咯和四个次甲基(-CH）交替相联组成的共轭体系。卟吩环呈平面结构，环的中央空穴可以共价键、配位键和不同的金属结合。在叶绿素中与镁结合，血红素中与铁结合，维生素中与钴结合。
卟吩环血红素
三、六元杂环化合物 1.吡啶结构与芳香性
结构特征：a.平面结构 b.成环的六个原子都为sp2杂化，杂原子上的孤对电子在sp2杂化轨道不参与共轭构成。 c.π电子数符合休克尔规则，具有芳香性。
150-200℃
e.取代呋喃、噻吩、吡咯的定位效应
邻、对位定位基间位位基
练习：P343，17.10
(2)加成反应
呋喃、吡咯、噻吩催化加氢，得饱和的杂环化合物。
200-250℃
四氢吡咯(有机碱)
50℃
四氢呋喃(有机溶剂)
四氢噻吩
(3)双烯合成
呋喃、吡咯、噻吩具有共轭双烯的性质，与亲双烯体可进行Diels-Alder反应。
(4)吡咯的酸碱性
吡咯的碱性极弱（pKb=13.6），这是因为氮原子中的未成键电子对参与了环的共轭，不能再与酸结合。

有机化学答案(高占先版)—第13章杂环化合物

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 有机化学答案（高占先版）—第13章杂环化合物第 13 章杂环化合物 13-1 命名下列化合物或写出结构式。

（1） 4-甲基-2-乙基噻唑（2） 2-呋喃甲酸（3） N-甲基吡咯（4） 2,3-吡啶二甲酸（5） 3-乙基喹啉（6） 5-异喹啉磺酸（7） 3-吲哚乙酸（8） 6-氨基嘌呤（9） 4-甲基-2-乙基咪唑知识点：杂环化合物的命名。

13-2 下列化合物是否是极性分子？若是，请标出分子偶极矩的方向。

它们都是极性分子，偶极矩方向如下：NHONHONH2N芳香结构知识点：偶极矩的判断。

13-3 下列化合物有无芳香性？（1）、（2）、（4）、（5）和（6）有芳香性；（3）无芳香性。

知识点：杂环化合物的芳香性判据。

13-4 指出下列各组化合物的碱性中心，按碱性由强到弱排列成序。

（1）氮原子为碱性中心， C＞B＞D＞A。

（2） A 的两性氮均为碱性中心； B 氮原子为碱性中心； C 中双键氮为碱性中心。

1 / 7A＞C＞B， B 由于孤对电子参与芳香性大键，故碱性极弱。

知识点：含氮化合物碱性比较。

13-5 判断下列化合物中每个氮原子的杂化状态并比较氮原子的碱性强弱。

NClNHCH2CH2CH2CH2N(CH3)2NNCH2CH2NH2HNNCH3CH3CH3OCOH3CHNABCABCABC (1)(2)(3) （1） A． sp3杂化 B. sp2 杂化 C.sp3杂化；碱性：C＞B＞A。

（2） A． sp2杂化 B. sp2 杂化 C.sp3杂化；碱性： C＞A＞B。

（3） A． sp2杂化 B. sp3 杂化 C.sp3杂化；碱性： C＞B＞A。

知识点：杂化类型判断，碱性判断。

杂环化合物

第13章杂环化合物本章重点介绍杂环化合物的分类和命名；五元杂环化合物的结构特点、芳香性、亲电取代反应，六元杂环化合物的结构特点、芳香性、亲核取代反应；五元、六元杂环化合物的衍生物及其生物活性；稠杂环化合物的结构特点等。

在环状有机化合物中，构成环系的原子除碳原子外，还含有一个或多个非碳原子时，叫做杂环化合物（heterocyclic compound）；环上除碳以外的原子称为杂原子，常见的杂原子有氧、硫、氮等。

大多数杂环化合物具有不同程度的芳香性，环也比较稳定。

因此，杂环化合物是有机化合物中数量最庞大的一类，约占总数的三分之二以上。

自然界中最具有强烈生物活性的天然有机化合物，绝大多数正是杂环化合物。

例如：对核酸（nucleic acid）的活性起决定作用的碱基就是嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）的衍生物。

又如叶绿素（chlorophyll）、氨基酸（amino acid）、维生素（vitamin）、血红素（haeme）、核酸（nucleic acid）、生物碱（alkaloid）等，大多数都在生命的生长、发育、遗传和衰亡过程中起着关键作用。

在现有的药物中，杂环类化合物占了相当大的比重。

它们应用于各种疾病和医疗领域，其数量之大和种类之多，是难以想象的，比如我们非常熟悉的青霉素（benzylpenicillin）、头孢菌素（先锋霉素cephalosporin）、喹喏酮（Quinolone）类以及治疗肿瘤的5–Fu（5–Fluorouracil）、喜树碱（comptothecin）、紫杉醇（Taxol）等，都是含有杂环的化合物。

内酯、交酯、环状酸酐、内酰胺性质上与相应的开链化合物相似，它们不列入杂环化合物中讨论。

本章将着重讨论五元和六元具有芳香性的化合物。

你在学完本章后，应该能回答以下问题：1．你能写出一些常见杂环化合物的结构和名称吗？2．为什么吡咯有一定的酸性而吡啶却显碱性？3．为什么吡啶可以任意比例溶于水，同时又能溶于其它有机化溶剂？4．为什么吡啶既能起亲电取代反应又可进行亲核取代反应？5．你能写出青霉素、头孢菌素、咖啡因、尼群地平、雷米封等常用药物的结构及英文名称吗？13．1 杂环化合物的分类和命名法杂环化合物的分类是以杂环的骨架为基础，按环的形状分为单杂环和稠杂环，最有意义的是五元杂环和六元杂环，详见表13–1。

13-杂环

9 1 2 3
N9 H 嘌呤 purine
N3
N 10
4
蒽
吖啶 acridine
二、命名
杂环化合物的命名，包括基本环和环上取代基两部分，取代基的命名与一般化合物大体一致。
1.杂环基本环的命名
简单的杂环(看作杂环的基本环)都有一特定的名称，按英文音译名选择相应的汉字，旁边加“口”，表示环状化合物：
+ 2 HCl O H2 己二胺 H2O 己二酸 Cl(CH2)4Cl NaCN NC(CH2)4CN
二、α-呋喃甲醛（糠醛）
1. 制备
C5 H8O4 + n H2O n 稀HCl n C5 H10O5
戊聚糖
HO CH CH OH H
戊醛糖
HC HC O CH C CHO + H2O
H CH HO C OH
氧化硫的加合化合物。
+ SO3 N
CH2Cl2 室温
N SO3
(固体，含量90 %)
噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），也可以用温和的磺化试剂磺化。
O
ClCH2CH2Cl
SO3-
N H
O
+
N SO3
r. t. 3 days N H
-
O3 S
O
SO3-
N H
ClCH2CH2Cl
Ba(OH)2
CH2 CH2 CH3 CH3 + 4S 600~650 oC + 3 H2S S
2 HC CH + S
2 HC CH + H2S
300 oC S
Al2O3 400 oC S +
H2
3.鉴别：

第十三章杂环化合物及生物碱

C OO H
4 5 3 2
4
3 2
N
O1
CH2OH
O 2N
5
C HO
O
1
4-吡啶甲酸
2-呋喃甲醇
5-硝基-2-呋喃甲醛
二、杂环化合物的结构
1.五元杂环
O
呋喃
N H
吡咯
S
●●
噻吩
O
呋喃、噻吩、吡咯π电子数（6）符合休克尔规则（4n+2），因此具有芳香性。
在呋喃、噻吩、吡咯分子中，是由5个原子， 6个π电子组成的共轭体系，使环上碳原子的电子云密度增加，所以称为富电子芳杂环。
+
S
H2SO4
25 ℃
S
SO3H
+
H2O
噻吩比苯容易磺化，因此可在室温下用浓硫酸洗去苯中含的少量噻吩。
+
N
H2SO4
HgSO 4 ＞200℃
SO3H N
+
H2O
吡啶在硫酸汞催化和加热的条件下才能发生磺化反应。
（4）傅氏酰基化反应
+ (CH3CO)2O
O BF3 O COCH3
+
CH3COOH
+
N
NaNH2 N
NH2+Fra bibliotekNaOH
2. 加成反应
+
O
2
H2
Ni O
+
S
2
H2
MoS2 S
+
N
2
H2
Pd N
H H 呋喃、吡咯均可进行催化加氢反应，噻吩中的硫能使催化剂中毒，需使用特殊催化剂加氢。
吡啶比苯易还原，用金属钠和乙醇可使其还原。