16杂环化合物解析
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
O
吡喃(无芳香性)
苯并杂环
N N
N H
N N H
吲哚
N
喹啉
N
异喹啉
杂环并杂环
嘌呤
命名原则：杂环化合物的命名多采用英文译音, 在
同音汉字前加“口”旁, 从杂原子开始编号, 如果有多 个杂原子, 按O、S、N次序编号。
4 3
N H3 CO
5 6
4 7
3N
H3 C
5 1 2
S
5-甲基噻唑
β α
4 5 1 3 2
电取代反应，环上相当有一个邻对位定位基。
呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。
O
O 为Π
6 5
共轭体系
π 电子 = 6 S S 符合 4n + 2 具有芳性 富电子芳环
N H
H
N
2)吡啶也是一种典型芳香性杂环化合物，具 有和苯非常相似的骨架结构和π电子结构
0. 1 40n m
δ 7. 55 δ 7.16 N δ 8. 52
N H
四氢呋喃
O N H
1,4-二氧六环
N
四氢吡咯 六氢吡啶
Si H2 Se
1-氧-4-氮 杂环己烷 (吗啡啉)
奎宁环 硅杂-2,4-环戊二烯 硒杂环丁烷
芳杂环---具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环
五元杂环
O
N O
呋喃 噁唑
S
N S
噻吩 噻唑
N
N H
吡咯
N
N H
咪唑
N H
N
吡唑
六元杂环
N
吡啶
N
嘧啶
噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易加成；呋喃的芳香 性较弱，虽然也能与大多数亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核 试剂存在下，能发生亲核加成。
呋喃、噻吩、吡咯的结构
吡 咯 的 结 构
共轭效应是给电子的。 诱导效应是吸电子的。
N H
N
孤电子对在p轨道上。
吡
咯
结构：吡咯N是sp2杂化，孤电子对参与共轭。 反应：吡咯几乎不显碱性, 相反具有弱酸性。环易发生亲
0
nm 4 3 .1
0.139nm
N 2.22D
N
N H 1.17D
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。以下是吡咯和吡啶结构的比较：
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 上的孤电子对在
N
C_ sp2 N_ sp2 成环原子 共平面
CH 3 CH 2 CH 3 COOH
血红素
吗啡碱
HO N CH3
O
HO
· 吗啡——麻痹中枢神经，止咳、镇痛。 易成瘾，有毒，系毒品。
镇痛的王牌药，只服小剂量，短时间就可成瘾，难以 戒除，易复发……。我们要远离毒品！
CH 3O N H
CH 2CH 2NHAc
Melatonine 脑白金
O S H3C N H O O CH3
O
12
6-甲氧基苯并噁唑
γ β α
4 5 6 1 3 2
O
N
常见芳香性五元杂环化合物（单环）
O
呋喃 Furan
S
噻吩 Thiophene
N H
吡咯 Pyrrole
N N N H H 吡唑 咪唑 Pyrazole Imidazole N O
N S
N
噁唑 Oxazole
噻唑 Thiazole
常见芳香性五元杂环化合物（稠环---苯并体系）
R
OH H3C H3C CH3 CH3 OH O
Epothilone A(R=H)； B(R=CH3)
1993年被发现的一种高效抗癌物质
细胞周期靶向药物-----对乳腺癌、黑素瘤、胃肠道 肿瘤等具有潜在的应用前景
(一) 杂环化合物的分类、命名和结构 （1）分类和命名
非芳香性杂环---脂杂环
O
O
O
N H
S
苯并噻吩 Thionaphene
O
苯并呋喃 Benzofuran
N H 苯并吡咯 Indole
N O
苯并噁唑 Benzoxazole
N S
苯并噻唑 Benzothiazole
N N H 苯并咪唑 Benzoimidazole
常见芳香性六元杂环化合物（单环、稠环）
N 吡啶 Pyridine N 哒嗪 Pyridazine
第十六章 杂环化合物
Heterocyclic compound
（一） 杂环化合物的分类、命名和结构
（1）分类和命名（2）结构和芳香性
（二）五元杂环化合物
（1）五元杂环化合物的化学性质 （2）一些具有生理活性五元杂环化合物
（三）六元杂环化合物
（1）吡啶 （2）喹啉
构成环的原子除碳原子外还有O、S、N、P等 杂原子的一类环状化合物称为杂环化合物。
Π
6 6
体系
sp2 轨道上，在环外 未参与环内共轭。
（二）五元杂环化合物
（1）五元杂环化合物的化学性质
a、呋喃、吡咯和噻吩容易进行亲电取代反应。
b、其亲电取代反应都比苯活泼(吡咯>呋喃>噻吩 >苯)，其活泼性同苯酚、苯胺相似。
CH=CH2 H3C N N
CH3 R C2H5
Mg
H H3C C20H39OOCCH2CH2
R’
N H
N CH3 H
叶绿素-a(R=CH3) 叶绿素-b(R=CHO)
C O O OCH3
CH3
CH3
R'=(CH3)2CHCH2CH2(CH2CHCH2CH2)CH2C=C CH2
CH 2 CH 3 CH 3 HOOC N N Fe N N
（2）结构和芳香性
1)呋喃、吡咯和噻吩都是典型的五元芳杂环化合物。
甲、离域能分别为67、88、117kJ/mol(苯为150.5)；
乙、π轨道中都有4n+2个π电子；
丙、容易发生亲电取代反应；
丁、碳碳键长趋于平均化； 五元杂环π电子云密度比苯环大且分布不匀,其芳香性 不如苯环。 芳香性的强弱：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃
杂环化合物在自然界分布很广、功用很多。 如，中草药的有效成分生物碱大多是杂环化合物； 动植物体内起重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸 的碱基都是含氮杂环； 部分维生素，抗菌素； 一些植物色素、植物染料、合成染料、酶和辅酶中催 化生化反应的活性部位都含有杂环。
90%以上药物和60%以上有机物为杂环化合物。 碳水化合物（为生命提供能量）、 叶绿素（为植物提供绿色）、 血红素(赋予血液以鲜红的颜色)都是杂环化合物； 氨基酸(色氨酸中的吲哚环---苯并吡咯) 核酸中的杂环（嘧啶和嘌呤）部分对DNA的复制起 着至关重要的作用并使生命得以代代相传； 杂环化合物通常是酶和辅酶中催化生化反应的活性 部位。
6 7 8 1
N
N N 嘧啶 Pyrimidine
3
N
5
4Leabharlann Baidu
5
N 吡嗪 Pyrazine
10 4
N
N2
2 3 4 5 7 6
8
N 9
1
喹啉 Quinoline
1
异喹啉 Isoquinoline
9 8
吖啶 Acridine
N2 N3
N
10
1
N
酞嗪 Phthalazine
1,10-菲咯啉
1,10-phenanthroline
吡喃(无芳香性)
苯并杂环
N N
N H
N N H
吲哚
N
喹啉
N
异喹啉
杂环并杂环
嘌呤
命名原则：杂环化合物的命名多采用英文译音, 在
同音汉字前加“口”旁, 从杂原子开始编号, 如果有多 个杂原子, 按O、S、N次序编号。
4 3
N H3 CO
5 6
4 7
3N
H3 C
5 1 2
S
5-甲基噻唑
β α
4 5 1 3 2
电取代反应，环上相当有一个邻对位定位基。
呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。
O
O 为Π
6 5
共轭体系
π 电子 = 6 S S 符合 4n + 2 具有芳性 富电子芳环
N H
H
N
2)吡啶也是一种典型芳香性杂环化合物，具 有和苯非常相似的骨架结构和π电子结构
0. 1 40n m
δ 7. 55 δ 7.16 N δ 8. 52
N H
四氢呋喃
O N H
1,4-二氧六环
N
四氢吡咯 六氢吡啶
Si H2 Se
1-氧-4-氮 杂环己烷 (吗啡啉)
奎宁环 硅杂-2,4-环戊二烯 硒杂环丁烷
芳杂环---具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环
五元杂环
O
N O
呋喃 噁唑
S
N S
噻吩 噻唑
N
N H
吡咯
N
N H
咪唑
N H
N
吡唑
六元杂环
N
吡啶
N
嘧啶
噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易加成；呋喃的芳香 性较弱，虽然也能与大多数亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核 试剂存在下，能发生亲核加成。
呋喃、噻吩、吡咯的结构
吡 咯 的 结 构
共轭效应是给电子的。 诱导效应是吸电子的。
N H
N
孤电子对在p轨道上。
吡
咯
结构：吡咯N是sp2杂化，孤电子对参与共轭。 反应：吡咯几乎不显碱性, 相反具有弱酸性。环易发生亲
0
nm 4 3 .1
0.139nm
N 2.22D
N
N H 1.17D
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。以下是吡咯和吡啶结构的比较：
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 上的孤电子对在
N
C_ sp2 N_ sp2 成环原子 共平面
CH 3 CH 2 CH 3 COOH
血红素
吗啡碱
HO N CH3
O
HO
· 吗啡——麻痹中枢神经，止咳、镇痛。 易成瘾，有毒，系毒品。
镇痛的王牌药，只服小剂量，短时间就可成瘾，难以 戒除，易复发……。我们要远离毒品！
CH 3O N H
CH 2CH 2NHAc
Melatonine 脑白金
O S H3C N H O O CH3
O
12
6-甲氧基苯并噁唑
γ β α
4 5 6 1 3 2
O
N
常见芳香性五元杂环化合物（单环）
O
呋喃 Furan
S
噻吩 Thiophene
N H
吡咯 Pyrrole
N N N H H 吡唑 咪唑 Pyrazole Imidazole N O
N S
N
噁唑 Oxazole
噻唑 Thiazole
常见芳香性五元杂环化合物（稠环---苯并体系）
R
OH H3C H3C CH3 CH3 OH O
Epothilone A(R=H)； B(R=CH3)
1993年被发现的一种高效抗癌物质
细胞周期靶向药物-----对乳腺癌、黑素瘤、胃肠道 肿瘤等具有潜在的应用前景
(一) 杂环化合物的分类、命名和结构 （1）分类和命名
非芳香性杂环---脂杂环
O
O
O
N H
S
苯并噻吩 Thionaphene
O
苯并呋喃 Benzofuran
N H 苯并吡咯 Indole
N O
苯并噁唑 Benzoxazole
N S
苯并噻唑 Benzothiazole
N N H 苯并咪唑 Benzoimidazole
常见芳香性六元杂环化合物（单环、稠环）
N 吡啶 Pyridine N 哒嗪 Pyridazine
第十六章 杂环化合物
Heterocyclic compound
（一） 杂环化合物的分类、命名和结构
（1）分类和命名（2）结构和芳香性
（二）五元杂环化合物
（1）五元杂环化合物的化学性质 （2）一些具有生理活性五元杂环化合物
（三）六元杂环化合物
（1）吡啶 （2）喹啉
构成环的原子除碳原子外还有O、S、N、P等 杂原子的一类环状化合物称为杂环化合物。
Π
6 6
体系
sp2 轨道上，在环外 未参与环内共轭。
（二）五元杂环化合物
（1）五元杂环化合物的化学性质
a、呋喃、吡咯和噻吩容易进行亲电取代反应。
b、其亲电取代反应都比苯活泼(吡咯>呋喃>噻吩 >苯)，其活泼性同苯酚、苯胺相似。
CH=CH2 H3C N N
CH3 R C2H5
Mg
H H3C C20H39OOCCH2CH2
R’
N H
N CH3 H
叶绿素-a(R=CH3) 叶绿素-b(R=CHO)
C O O OCH3
CH3
CH3
R'=(CH3)2CHCH2CH2(CH2CHCH2CH2)CH2C=C CH2
CH 2 CH 3 CH 3 HOOC N N Fe N N
（2）结构和芳香性
1)呋喃、吡咯和噻吩都是典型的五元芳杂环化合物。
甲、离域能分别为67、88、117kJ/mol(苯为150.5)；
乙、π轨道中都有4n+2个π电子；
丙、容易发生亲电取代反应；
丁、碳碳键长趋于平均化； 五元杂环π电子云密度比苯环大且分布不匀,其芳香性 不如苯环。 芳香性的强弱：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃
杂环化合物在自然界分布很广、功用很多。 如，中草药的有效成分生物碱大多是杂环化合物； 动植物体内起重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸 的碱基都是含氮杂环； 部分维生素，抗菌素； 一些植物色素、植物染料、合成染料、酶和辅酶中催 化生化反应的活性部位都含有杂环。
90%以上药物和60%以上有机物为杂环化合物。 碳水化合物（为生命提供能量）、 叶绿素（为植物提供绿色）、 血红素(赋予血液以鲜红的颜色)都是杂环化合物； 氨基酸(色氨酸中的吲哚环---苯并吡咯) 核酸中的杂环（嘧啶和嘌呤）部分对DNA的复制起 着至关重要的作用并使生命得以代代相传； 杂环化合物通常是酶和辅酶中催化生化反应的活性 部位。
6 7 8 1
N
N N 嘧啶 Pyrimidine
3
N
5
4Leabharlann Baidu
5
N 吡嗪 Pyrazine
10 4
N
N2
2 3 4 5 7 6
8
N 9
1
喹啉 Quinoline
1
异喹啉 Isoquinoline
9 8
吖啶 Acridine
N2 N3
N
10
1
N
酞嗪 Phthalazine
1,10-菲咯啉
1,10-phenanthroline