第11章杂环_有机化学
大学有机化学第十一章杂环化合物
环状有机化合物中，构成环的原子除碳原 子外还有其他类型的原子时，这类环状有 机化合物叫做杂环化合物。非碳原子称为 杂原子。最常见的杂原子有O、S、N 。 杂环根据其性质可分为脂杂环和芳杂环。 杂环化合物在自然界中分布广泛，是重要 的、也是最大的一类有机化合物。
一、分类和命名
N HN (in d o le ) H (in d o le ) 吲哚 吲哚
N NH N (p u rin e ) H (p u rin e ) 嘌呤 嘌呤
⑵系统命名法：根据相应的碳环母体命名， 命名时在相应的碳环母体名称前面加上杂原 子的名称。
N H
茂
S S
N H
氮茂 O O
N H
N H
S S O
4γ β 5 α 6 3β 2α
1-硫-3-氮茂 （噻唑） β α
N H N
1，3-二氮苯 （嘧啶）
CH3
O
β α
N
1
一些多杂原子的杂环，有其固定编号。
6 1 5
N N
3
N
7 5 8 6
2 4
N9 H
1，3，7，9-四氮茚 （嘌呤）
当环上连有烃基时，一般以环作为母体。 如连有官能团时，则以环作为取代基。
1.分类： 单杂环：五元杂环和六元杂环 稠杂环：苯环和单杂环稠合、单杂环和单 杂环稠合 2.命名： ⑴音译法：根据杂环的英文名称译音，带 “口”字旁的同音汉字表示。
N NH (pH le ) yrro (p yrro le ) 吡咯 吡咯 N
N N N (p yrim id in e ) (p yrim id in e ) 嘧啶 嘧啶
CH3 N
有机化学基础知识点杂环化合物的合成与反应
有机化学基础知识点杂环化合物的合成与反应有机化学是研究含碳的化合物以及其反应机理的学科。
杂环化合物是其中一类重要的有机化合物，由多个不同的原子构成的环状结构赋予其特殊的性质和活性。
本文将重点介绍杂环化合物的合成与反应。
一、杂环化合物的合成1. 环状结构的直接合成直接合成是指通过无需过多中间步骤，直接将杂环结构形成的方法。
最常见的有两种：环内缩合与环外缩合。
环内缩合是通过分子内的反应实现环状结构的形成。
例如，可以通过两个官能团的内部反应，如酰胺和酰胺之间的内酰胺化反应，形成含有杂环结构的化合物。
环外缩合是通过分子间的反应实现环状结构的形成。
例如，可以通过偶氮化物和亲电试剂的反应，形成含有杂环结构的化合物。
2. 环状结构的间接合成间接合成是指通过多步反应，将不同的官能团转化为杂环结构。
这种方法更加灵活，可以根据具体需求选择不同的反应路径。
常见的方法有：(1) 拉曼反应：通过烷基金属物与芳香酮之间的反应，将芳香酮上的羰基还原成羟基，形成杂环结构。
(2) 脱水环化反应：通过脱水反应形成环状结构。
最常见的是使用酸催化剂将醇或酸上的羟基与相邻的官能团上的氢原子进行消除反应，形成杂环结构。
(3) 杂环化合物的可溶性和稳定性增大，可使用催化剂或光催化反应进行合成。
二、杂环化合物的反应1. 变性反应杂环化合物可以通过一系列的变性反应进行官能团的转换。
例如，通过酸催化或碱催化的酯水解反应，将酯转化为醇或酸；通过羟胺或胺与酸酐或酰氯的反应，形成酰胺或酰脲。
2. 变位反应变位反应是杂环化合物中常见的反应之一，通过杂环结构上的元素进行位置的变化。
例如，通过环内亲电试剂的攻击，实现环内碳-氧的位置变化，形成环内醇或环内醚。
3. 开环反应通过开环反应，可以将杂环化合物打开，形成更加简单的化合物。
其中最常见的是酸性水解和碱性水解反应，将杂环结构上的官能团裂解成独立的官能团。
综上所述，杂环化合物的合成与反应是有机化学中重要的研究领域。
有机化学课后习题答案(张凤秀主编)
第1章 习题答案1. 1. 指出下列化合物中每个碳原子的杂化轨道类型：（1）均为sp 3 杂化。
（2）（3）（4）（5）（6）2. 指出下列分子或离子哪些是路易斯酸？哪些是路易斯碱？（1）路易斯碱； （2）路易斯酸； （3）路易斯碱； （4）路易斯碱； （5）路易斯碱； （6）路易斯酸； （7）路易斯碱； （8）路易斯酸； （9）路易斯酸； （10）路易斯酸； （11）路易斯碱； （12）路易斯酸3. 指出下列化合物中官能团的名称及所属化合物的类别：（1）卤素，卤代烃； （2）醚键，醚； （3）羟基，醇； （4）醛基，醛 （5）双键，烯烃； （6）氨基，胺； （7）羧基，羧酸； （8）酯基，酯 （9）酐键，酸酐； （10）酰胺基，酰胺 （11）三键，炔 （12）羟基，酚 4. 下列化合物哪些易溶于水？哪些易溶于有机溶剂？ 易溶于水的有（1）、（3）、（4）、（5）、（6）；易溶于有机溶剂的有：（1）、（2）、（3）、（4）、（5）。
5求该化合物的实验式和分子式。
该化合物的实验式为：CH 2O ,分子式为C 2H 4O 2、第2章 饱和烃习题答案1.用系统命名法命名下列化合物：（1）2-甲基戊烷 （2）2,2,4-三甲基-3-乙基戊烷 （3）2,2-二甲基己烷 （4）2-甲基-5-乙基庚烷 （5）反-1-氯-2-溴环丁烷 （6）反-1,2-二甲基环戊烷 （7）9-甲基-2-乙基二环[3.3.1]壬烷 （8）3，5-二甲基螺[3.4]辛烷 2.写出下列化合物的结构式：CH 3CHCH 2CH 2CH 33CH 3CH 2CHCHCH 2CH 2CH 3CH 32H 5(1)(2)CH CH 3CH 3C CH CH 32H 5CH 3CH 3(3)(4)(5)HCH 3HC(CH 3)3(6)sp 2CH 2C 3O 232杂化3杂化sp 杂化杂化33杂化32杂化sp 332CH 2CH 3C CH (CH 2)3CH 33CH 3CH CH 2CH 3CH 3CH 3C CH CH 3CH 3(CH 2)4CH 33)2(7)(8)(9)(10)2H 53．写出分子式为C 6H 14 烷烃的各种异构体，并正确命名。
第十一章,第十二章,第十三章,第十四章有机化学名词解释
名词解释第十一章1.振动光谱——分子振动能级间的能量差比同一振动能级中转动能级之间能量差大100倍左右，他们大多在近红外区域内，因此称为红外光谱。
2.转动光谱——分子转动能级之间的能量差很小，转动光谱位于电磁波谱中的远红外及微波区域内。
3.红外吸收峰的位置——分子振动的频率决定分子所吸收的红外光频率。
4.红外吸收光谱——分子吸收红外光引起的振动和转动能级跃迁产生的信号。
5.红外光谱产生的条件——当一定频率的红外光照射物质时，如果分子中某一基团的振动频率正好与其相同，物质就能吸收这一频率的红外光从低能级跃迁到较高的能级，产生红外吸收光谱。
6.叁键和累积双键区——2500~2000 cm-1各种叁键基团和累积双键的伸缩振动区域7.氢键区——4000~2500cm-1含氢基团的伸缩振动区。
8.双键区——2000~1500 cm-1各种双键基团包括共轭双键以及苯基伸缩振动区域。
9.特征吸收峰——用于鉴定官能团存在的吸收峰。
10.特征谱带区——氢键，双键，叁键区的特征性强，所以4000~1500 cm-1的区域称为官能团特征频率区。
11.核磁共振谱——记录原子核对射频区电磁波的吸收，简称NMR。
12.质子磁共振谱——氢原子核共振谱，简称PMR。
13.化学位移——由于化学环境所引起的核磁共振信号位置的变化。
14.自旋偶合——相邻碳上氢核的相互影响。
15.硝基化合物的还原——硝基苯在强酸介质中，用金属还原时，总是得到苯胺，用催化加氢也可得到同样的结果。
16.胺的碱性——胺与氨相似，氮原子上的未共用电子对能与质子结合，形成带正电的铵离子。
17.胺——可看作氨的衍生物，即氨分子中的氢原子被烃基取代的产物。
18.胺的烃基化——与卤代烃（通常为伯卤代烃和具有活泼卤原子的芳卤化物），醇等烃基化试剂作用，胺基上的氢原子被烃基取代。
19.胺的酰基化——伯胺和仲胺作为亲核试剂可与酰卤，酸酐等酰基化试剂反应，生成N-取代酰胺和N,N-二取代酰胺。
有机化学 第十一章 杂环化合物和生物碱
第十一章杂环化合物和生物碱杂环化合物和生物碱广泛存在于自然界中，在动植物体内起着重要的生理作用。
本章介绍杂环化合物的分类、命名、结构特点、性质及重要的杂环化合物，生物碱的一般性质、提取方法和重要的生物碱。
第一节杂环化合物环状有机化合物中，构成环的原子除碳原子外还含有其它原子，且这种环具有芳香结构，则这种环状化合物叫做杂环化合物。
组成杂环的原子，除碳以外的都叫做杂原子。
常见的杂原子有氧、硫、氮等。
前面学习过的环醚、内酯、内酐和内酰胺等都含有杂原子，但它们容易开环，性质上又与开链化合物相似，所以不把它们放在杂环化合物中讨论。
杂环化合物种类繁多，在自然界中分布很广。
具有生物活性的天然杂环化合物对生物体的生长、发育、遗传和衰亡过程都起着关键性的作用。
例如：在动、植物体内起着重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基、中草药的有效成分——生物碱等都是含氮杂环化合物。
一部分维生素、抗菌素、植物色素、许多人工合成的药物及合成染料也含有杂环。
杂环化合物的应用范围极其广泛，涉及医药、农药、染料、生物膜材料、超导材料、分子器件、贮能材料等，尤其在生物界，杂环化合物几乎随处可见。
一、杂环化合物的分类和命名为了研究方便，根据杂环母体中所含环的数目，将杂环化合物分为单杂环和稠杂环两大类。
最常见的单杂环有五元环和六元环。
稠杂环有芳环并杂环和杂环并杂环两种。
另外，可根据单杂环中杂原子的数目不同分为含一个杂原子的单杂环、含两个杂原子的单杂环等。
杂环化合物的命名在我国有两种方法：一种是译音命名法；另一种是系统命名法。
译音法是根据IUPAC 推荐的通用名，按外文名称的译音来命名，并用带“口”旁的同音汉字来表示环状化合物。
例如：呋喃 咪唑 吡啶 嘌呤furan imidazole pyridine purine杂环上有取代基时，以杂环为母体，将环编号以注明取代基的位次，编号一般从杂原子开始。
含有两个或两个以上相同杂原子的单杂环编号时，把连有氢原子的杂原子编为1，并使其余杂原子的位次尽可能小；如果环上有多个不同杂原子时，按氧、硫、氮的顺序编号。
化学结构杂环
化学结构杂环
化学中的杂环化合物指的是分子中含有杂环结构的有机化合物。
杂环是由碳原子和非碳原子构成的环状结构，其中非碳原子被称为杂原子，常见的杂原子有氮、氧和硫等。
杂环化合物是数目最庞大的一类有机化合物，可以分为脂杂环和芳杂环两大类。
在杂环化合物中，由于杂原子的种类与数目、环的元数与环数不同，可以将杂环类药物分成许多不同的大类，例如吡啶类、喹啉类、托烷类、吩噻嗪类、苯并二氮杂卓类、呋喃类、吡唑酮类、嘧啶类等。
杂环化合物普遍存在于药物分子的结构之中，例如某些生物碱、维生素、抗生素等。
由于其独特的结构和性质，杂环化合物在化学、生物学和医学等领域有着广泛的应用。
以上内容仅供参考，建议查阅关于杂环的书籍或咨询化学领域专业人士获取更全面和准确的信息。
药物有机化学——杂环
注：五元杂环亲电取代反应的定位效应
Diels-Alder反应即狄尔斯－阿尔德反应直接用吡咯可发生Diels-Alder 反应
氮上孤电子对参与环内共轭，减弱了对H+吸引能力。
氮上电子云少，H 易离解，显一定的酸性。
吡咯表面上是个仲胺，但实际上吡咯是一个很弱的碱，碱性比苯胺弱得多，它只能慢慢地溶解在冷的稀酸溶液中。
三五元杂环化合物
1呋喃、噻吩、吡咯的结构与芳香性
呋喃、噻吩、吡咯都是平面结构，环上所有原子都是SP2 杂化，各原子均以SP2 杂化轨道重叠形成σ键。
碳未杂化的P 轨道中有一个电子，杂原子的P 轨道中有一对电子，P 轨道互相平行重叠，形成闭合的共轭体系。
二几个常
见的杂环
1．吡咯`呋喃`
噻吩均具有
芳香性
②硝化反应
五元杂环化合物与硝酸（强氧化剂）反应，得不到预期产物，而是芳环被破坏。
呋喃, 噻吩和吡咯易氧化, 一
般不用硝酸直接硝化; 通常用比较温和的非质子硝化试剂，如：乙酰基硝酸酯，反应在低温下进行。
③磺化反应
吡咯、呋喃不能直接用硫酸磺化，因为它们在浓硫酸中不稳定，会发生聚合，通常用一种温和的磺化剂——吡。
153有机化学教案@安徽医高专_第三十一次课教案(杂环)
（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）
医学有机化学--第十一章 杂环化合物
O N N N H
鸟嘌呤（G）（2-氨基-6-羟基嘌呤）
2、尿酸
O HN O N H N H NH O HO N N H N OH N OH
尿酸
2，6，8-三羟基嘌呤
尿酸难溶于水。正常人血浆中含尿酸 2~6mg%。每天由尿中排出0.5~1g。
第十四章
要点
1、杂环化合物的命名结构式的写法
2、五元杂环和六元杂环的化学性质
4-甲 基 嘧 啶
2-羟 基 噻 唑
2-氨 基 咪 唑
5 6 7 8
4 3 N 1 2
CH3
1N
6
NH2
5 3 9 4 7
பைடு நூலகம்
N N H
N
3-甲基异喹啉
6-氨基嘌呤
2、当侧链为羧基、磺酸基、醛基等时：一般把杂环作取代基。
C OOH
C HO O
N
2-呋喃甲醛（糠醛）
3-吡啶甲酸
第二节 五元杂环化合物
一、吡咯、呋喃和噻吩的结构
NO2 N H
O
C H3
N
2-甲基呋喃
α-甲基呋喃
4-丙基吡啶
γ-丙基吡啶
4 3
3-硝基吡咯
β -硝基吡咯
5 6 7 8
C H3
2
3-甲基异喹啉
N
1
②含多个杂原子时：按 O，S，NH，N 的顺序使杂原子的 编号最小。有固定编号的例外。
CH3 4 5 6 N 1 N 3 2
4 5 S 1 N 3 2 OH 4 5 N1 H N3 2 NH2
4.8
8.8
N HC l 或
9.4
+
13.6
N HC l
吡啶盐酸盐
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第11章 杂环化合物一、选择题1．下列化合物的碱性由强到弱的次序是（ ）。
a ． b. c ．NH 3 d ．C 6H 5NH 2A ．a ＞b ＞c ＞dB ．b ＞c ＞a ＞dC ．b ＞c ＞d ＞aD ．a ＞c ＞b ＞d【答案】C【解析】胺的碱性强弱是电子效应、溶剂化效应和立体效应综合影响的结果。
不同胺的碱性强弱的一般规律为：脂胺（仲＞伯＞叔）＞氨＞芳香胺（苯胺＞二苯胺＞三苯胺）四氢吡咯实际上是环丁胺，为二级脂肪胺。
吡咯有芳香性，这是因为氮原子上的一对电子与两个双键上的电子形成离域体系，所以吡咯碱性较其它胺类弱。
2．在水溶液中，a ．吡咯、b ．氢氧化四甲铵、c ．苯胺、d ．二甲胺四个化合物的碱性由强到弱的顺序是（ ）。
A ．d ＞b ＞c ＞aB ．b ＞c ＞d ＞aC ．b ＞d ＞c ＞aD ．b ＞a ＞c ＞d【答案】C【解析】胺的碱性一般有如下次序：脂肪族仲胺＞脂肪族伯胺＞脂肪族叔胺＞氨＞芳香族伯胺＞芳香族仲胺＞芳香族叔胺。
3．下列化合物在水中的碱性最强的是（ ）。
【答案】B【解析】吡啶碱性远比吡咯强但又比脂肪胺弱得多，碱性强弱顺序为：脂肪胺＞吡啶＞苯胺＞吡咯。
4．下列化合物中芳香性最好的是（ ）。
【答案】A【解析】硫的电负性和原子半径与碳更接近，故噻吩的芳香性最好。
5．下列分离方法中，最适宜分离肉桂醇（bp ～257℃）和肉桂醛（bp ～253℃）的是（ ）。
A ．蒸馏B ．水萃取C ．减压蒸馏【答案】D【解析】两个化合物沸点很高，而且沸点相近，蒸馏与减压蒸馏都不行；两个化合物都不溶于水，水萃取也不行；肉桂醛能与饱和亚硫酸钠生成沉淀，而肉桂醇不能，因此可用此法分离二者。
6．下列化合物与作用速率最快的是（）。
A．B．C．D．【答案】C【解析】苯环上亲电取代反应速率随苯环上电子云密度升高而加快，吸电子基使苯环上电子云密度降低，给电子基使环上电子云密度升高。
是饱和碳原子与苯环相连，乙酰基是给电子基，C原子和硝基都是吸电子基，吡啶环上N原子相当于吸电子基。
杂环化合物和生物碱-有机化学
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。
有机化学杂环
H
• 胞嘧啶
O HN ON
H
尿嘧啶
O HN CH3 ON
H
胸腺嘧啶
NH2 NN
NN H
•
腺嘌呤
O HN N H2N N N
H
鸟嘌呤
• 杂环化合物是指成环的原子除碳以外还有 其它元素的原子（即杂原子）的化合物， 常见的杂原子有O、S、N等。但下述化合 物容易开环，性质与脂肪族的化合物相似， 不属于杂环化合物范畴。
N NO2
（β—硝基吡啶 20 %）
N
N
发烟 H2SO4 / HgSO4
230 ℃
SO3H
（吡啶—β —磺酸 71%）
Br2 300℃
N ＋
Br
β—溴代吡啶
N
Br
Br
3，5 二溴吡啶
• 3．氧化还原反应：由于吡啶环上的电子云 密度降低（缺π电子的体系），氧化反应难 以发生，若有侧链，侧链可以被氧化。故 吡啶更适合作氧化反应的溶剂，特别是需 要碱作催化剂时。
N
N
O
S
N
H
H
O
N
第一节 杂环化合物分类和命名
• 一、分类： • 五元杂环 • 六员杂环 • 单杂环 • 稠杂环 • 见表12-1
• 二、命名（母核）
• 杂环化合物的命很复杂。主要讨论最 常用的译音法，即将杂环母核根据国 际通用英文译音，选同音汉字再加 “口”字旁命名。例如：
N
O 恶唑
oxazole
一、呋喃、噻吩、吡咯的结构
3．氧化还原反应：由于吡啶环上的电子云密度降低（缺π电子的体系），氧化反应难以发生，若有侧链，侧链可以被氧化。
第二节 含氮六元杂环
胞嘧啶
有机化学精品课件——杂环化合物
▪ 取代位置
E+ A
+
A
E
α-取代
▪反应中间体的相对稳定性 主要产物
E
A
β-取代
E+
A
取代
E+
A
β-取代
AE
E A
AE
H
A E 三个主要共振式稳定
贡献最大 （满足八隅体）
E H
二个主要共振式不稳定
A
贡献最大
（满足八隅体） 12
▪ 亲电取代反应举例 注意：五员杂环较活泼，遇酸不稳定
A
（吡咯，呋喃，噻吩）
ONa
CO2 加压
OH
CO2
H+
OH
CO2H
Kolbe-Schmitt反应
OH CHCl3
OH
OH
CHO +
O OC R
AlCl3
O OH RC
OH
Reimer-Tiemann反应
CHO OH
+ C
OR
Fries重排
39
5. 呋喃、吡咯和噻吩环的制法
呋喃、吡咯和噻吩环的制备方法，常采用1,4-二羰 基化合物为原料。
起作用
• 三个共振式 • 推电子基使
稳定
22
(ii) 位有吸电子基
43
5
A
W
E+
进入5位
E+ 进入3位
E AW
E+ 进入4位
E
不稳定
A
W
最稳定
E
A
W
E
A
W
• 二个共振式 • 吸电子基使
不稳定
• 二个共振式 • 吸电子基未
大学有机化学课件-杂环化合物
β —CHO
γ 4 5 6
3β 2α
COOH
1 吡啶—3—甲酸 （尼古丁酸 —吡啶甲酸 或烟酸）
N
CH3
4 5
3 N
Br
2
4 5
N S1
2
3
N1 H
5—甲基咪唑
4—溴噻唑
9
稠杂环化合物（P232）
5 6 7 8 N 1 4 3 2
6 7 8 1 5 4 3
N2
喹啉 (quinoline)
糠醛是不具α—氢的芳醛，能进行类似于苯甲 醛的反应。
NaOH
__
O
CH2OH
+
O
__
COONa
O
2
O
__
CHO
康尼查罗反应
OH KCN 乙醇
__
CH___ C___
O
O
安息香缩合反应
O CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C CH=CHCOOH O
30
普尔金反应
O
CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C
4β 5α
O 1
β 3 α2
4β 5α
β 3
4β 5α
β 3 α2
呋喃(furan)
1 α2 N H
吡咯(pyrrole)
S 1 噻吩(thiophene)
唑的命名 含有两个或两个以上杂原子的五元杂环，若至少有 一个杂原子是氮时，则该杂环化合物称为唑。
4 5 N H1 3 N2
5 4 N3 2
4 5
N H
＞
O
＞
S
＞
＞
12
有机化学杂环化合物
活性部位
02
由于杂原子的存在，亲核取代反应也可能发生在杂原子位置，
形成新的杂环化合物。
反应机理
03
亲核试剂首先与杂环化合物形成σ络合物，然后进行质子转移，
生成取代产物。
加成反应
01
电性影响
杂环化合物的电性受其杂原子的电负性和电子云密度影响，使得加成反
应在杂环化合物中具有特定的选择性。
02
加成位置
加成反应一般发生在杂环的电子云密度较高区域，通常是杂原子的邻位
配位化学：杂环化合物 中的非碳原子可提供孤 对电子，与金属离子形 成配位键，因此可作为 配体应用于配位化学和 金属有机化学中。
总之，杂环化合物是一 类具有丰富多样性结构 和性质的有机化合物， 其研究不仅有助于深化 对有机化学基本规律的 认识，还能为相关领域 提供广泛的应用前景。
02
五元杂环化合物
呋喃（furan）
嘧啶（pyrimidine）
结构特征
嘧啶是一个含有两个氮原子的六元杂环化合物，其分子内具有共轭 双键体系。
合成与应用
嘧啶类化合物可通过多种合成方法获得，如Pinner反应等。嘧啶及 其衍生物在生物医药领域具有广泛应用，如抗病毒药物、抗癌药物 等。
生物活性
许多嘧啶类化合物具有显著的生物活性，可作为核酸碱基的类似物 ，干扰核酸的合成与代谢，从而发挥治疗作用。
芳香性
呋喃具有芳香性，由于其分子中 含有一个氧原子，使得其电子云 密度分布较为均匀，呈现出特殊
的稳定性。
合成与应用
呋喃可以通过多种合成方法得到， 并在有机合成中作为重要的中间体 。它可以发生诸多反应，如亲电取 代反应、加成反应等。
物理性质
呋喃为无色液体，具有特殊的气味 ，微溶于水，易溶于有机溶剂。
有机合成：杂环化合物
学
性
质 利用此反应可分离、提纯吡啶，也可用吡啶
吸收反应中所生成的酸。
36
1. 碱性和成盐反应
吡 啶 吡啶还可以与三氧化硫和三氧化铬形成复合物：
的
3
3
化
学
3
温合的磺化试剂，也可用作氧化剂
性
质
3
3
温合的氧化剂，可使羟基氧化在醛的阶段
37
2.与卤代烃/酰卤/酸酐反应
吡
啶
与卤代烃反应成季铵盐
的
化
学
1.选择基本环。 附加环［数字-英文字母］噻唑 2.标注基本环的稠合边。附加环［数字-d］噻唑 3.标注附加环原子。 附加环［1,2-d］噻唑 4.写上附加环。 苯并［1,2-d］噻唑
1 cN db 2 Sa
苯并［d］噻唑 【苯环稠合边可略去】
24
2. 标识稠合边 附加环［数字-英文字母］基本环
1.选择基本环。 附加环［数字-英文字母］呋喃 2.标注基本环的稠合边。附加环［数字-b］呋喃 3.标注附加环原子。 附加环［2,3-b］呋喃 4.写上附加环。 噻吩并［2,3-b］呋喃
15
①从杂原子开始编号，杂原子位次为1。当环上只有一个
杂原子时，也可把与杂原子直接相连的碳原子称为α位， 其后依次为β位和γ位。
2-呋喃甲醛（糠醛）
8-羟基喹啉
(α-呋喃甲醛)
（不叫8-喹啉酚）
16
②若含有多个相同的杂原子，则从连有氢或取代基的杂 原子开始编号，并使其他杂原子的位次尽可能最小。
（4-甲基咪唑）
1. 选定基本环
2. 对稠合边进行表征
3. 对周边（整体分子）
1
进行编号
3
2
21
第11章 杂环化合物答案
思考题答案思考题11-1 命名下列化合物：（1）2-氯呋喃（2）2-乙酰噻吩（3）5-甲基咪唑（4）3-吡啶甲酸（5）5-氨基-2-羟基嘧啶（6）5-羟基吲哚（7）6-甲基-2-羟基嘌呤（9）8-羟基喹啉思考题11-2吡咯、呋喃、噻吩的硝化、磺化反应能否在强酸条件下进行？为什么？答：不能，因为吡咯、呋喃、噻吩对酸不稳定，容易开环发生聚合反应。
思考题11-3吡咯与乙酸酐反应不形成N-乙酰基吡咯，而形成α-乙酰基吡咯，为什么？答：吡咯亲电取代反应很容易进行。
这是由于环上五个原子共有六个π电子，故π电子出现的几率密度比苯环大。
换句话说，吡咯环上的杂原子N有给电子的共轭效应，能使杂环活化。
所以，在亲电取代反应中的速度比苯环快的多。
思考题11-4比较苯、吡咯、吡啶环上发生亲电取代反应的活性顺序，并解释之。
答：吡咯>苯>吡啶。
因为吡咯亲电取代反应很容易进行。
吡咯环上的杂原子N有给电子的共轭效应，能使杂环活化。
所以，在亲电取代反应中的速度比苯环快的多。
而吡啶亲电取代反应很难进行。
这是由于环上六个原子共有六个π电子，吡啶环中氮原子的电负性大于碳原子，使电子云会偏向氮原子，使得环上电子云密度比苯环小，称为缺电子的芳杂环或者少电子的芳杂环。
所以吡啶的化学性质比苯更钝化，发生亲电取代反应更困难。
思考题11-5比较下列化合物的碱性强弱顺序：答：二甲胺> 甲胺> 氨> 苯胺> 吡咯习题答案1．命名下列化合物或写出结构式：（1）2-甲基呋喃（2）2,3,4,5-四碘吡咯（3）4-甲基-2-硝基吡咯（4）3-噻吩磺酸（5）2-呋喃甲醛（糠醛）（6）3-吡啶甲酰胺（7）N-甲基咪唑（8）8-羟基喹啉(9)2-乙基-4-羟基噻唑（10）2-甲基-5-氨基嘧啶（11）8-甲基-6-羟基嘌呤（12）3-羟基吲哚2．将下列化合物按碱性递增的顺序排列：（1）乙胺>氨> 吡啶> 苯胺> 吡咯（2）六氢吡啶> 吡啶> 嘧啶> 吡咯（3）环己胺> 3-甲基吡啶> 吡啶> 苯胺3．4．呋喃芳香性较差，具有一定的共轭二烯烃的性质5．用浓硫酸洗去6. 生物碱是指从动植物体内提取的具有强烈生理作用的含氮碱性有机化合物，一般存在于植物体内，极少数存在于动物体内，所以也称为植物碱。
化学中的杂环化学
化学中的杂环化学化学是一门关注物质的组成、性质和变化的科学，而杂环化学则是化学领域中的一个分支，专注于研究有机化合物中的杂环化合物。
杂环化合物是指其中含有一个或多个非碳原子的有机化合物，如氮、硫、氧、磷、硒等。
这些杂环化合物在生命科学、医药科学、农业、材料科学等领域中都有着广泛的应用。
杂环化合物的分类对于杂环化合物的分类，目前有着多种方法。
其中一种较为常见的是按照环的大小进行分类，例如5元环、6元环、7元环等等。
在这些环中，5元环、6元环和7元环是最为常见的杂环化合物，它们具有不同的特性和应用场景。
5元环5元环是最小的杂环化合物之一，其中含有一个碳原子和四个非碳原子。
例如吡嗪、吡啶、咪唑等化合物都是5元环的代表性化合物。
它们具有多种生物活性，例如抗癌、抗病毒、杀虫、抗菌等等。
同时，5元环还可以用于合成新型材料、药物和分子诊断试剂等领域。
6元环6元环是最常见的杂环化合物，它们含有一个碳原子和五个非碳原子。
例如噻吩、苯并吡啶、咪唑啉等都是6元环的代表性化合物。
这些化合物广泛应用于医药领域，如药物合成、药物代谢等方面。
同时，6元环还可以用于合成新型的光电材料、液晶材料、导电聚合物等等。
7元环及以上7元环及以上的杂环化合物相对较为少见，其中最常见的是8元环。
这些大环化合物通常比较复杂，具有多种化学性质和生物活性。
例如核苷、核酸等生物大分子都含有大环。
同时，对于合成高科技材料或药物等方面，大环化合物也具有广泛的应用前景。
杂环化学的研究方法杂环化学的研究主要涉及到各种不同的有机合成化学反应。
其中一些最为常见的有：1. 杂环化反应杂环化反应指的是利用不同的反应方式，在有机化合物中引入杂环分子。
这些反应可以是热力学控制的、动力学控制的或者是阴离子或阳离子过渡态控制的。
杂环化反应是制备新型有机分子的重要途径，广泛应用于医药、农药、农业和材料科学领域。
2. 咪唑化反应咪唑化反应指的是将有机分子中的羧酸或腈化合物与亚硝酸或硝酸等物质反应，最终得到咪唑杂环化合物。
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毒品常识（1）
一、毒品的分类
1、从来源看分为天然毒品、合成毒品和半合成毒 品。 2、从自然属性看分为麻醉药品和精神药品。 3、从对人的中枢神经作用看分为兴奋型、抑制型、 致幻型 。
19:46
毒品常识（2）
二、常见新型毒品及危害 1、冰毒——刺激中枢神经兴奋，出现妄想、好斗、 错觉等。 2、咖啡因——引发心律失常、惊厥并导致下一代肢 体畸形、智能低下。 3、 K粉——导致神经中毒反应，出现幻听、幻觉等。 4、三唑仑——服后使人昏迷晕倒，人称迷药。 5、摇头丸——致中枢神经强烈兴奋，出现摇头和妄 动，在幻觉作用下常引发自残与攻击行为，并 可诱发精神分裂症及急性心脑疾病。
19:46
课堂练习与讨论（2）
• • 二、讨论与思考 平常外出娱乐时应注意什么？
H N
N N
H N N
稠杂环
吲哚 indole
嘌呤 purine
19:46
二、几种重要杂环化合物
吡咯（1）
H N
为无色液体，沸点130℃～131℃，有弱的苯 胺气味，易溶于乙醇和乙醚， 100g水能溶解6g 吡咯。 吡咯的碱性极弱。吡咯在空气中易氧化， 颜色迅速变深。
19:46
吡咯（2）
用浓盐酸浸过的松木片，遇吡咯蒸汽显鲜红色， 称为吡咯的松木片反应，常用于鉴定吡咯及其低 级同系物。 吡咯的衍生物广泛存在于自然界，如叶绿素和血 CH3 HC CH2 红素等。
19:46
第2节
一、生物碱的概念
生物碱
生物碱是生物体内具有显著生理活性的一类含 氮的有机化合物 。常以有机酸盐、有机酸酯及酰 胺的形式存在于植物体中。
二、生物碱的性质
(一)碱性——多用此性质精制和提取生物碱。 （二）显色反应——鉴别生物碱。 （三）沉淀反应——鉴别生物碱。
19:46
三、几种重要的生物碱
• 无色晶体，熔点90℃～91℃，易溶于水和乙醇，具有 碱性，能与强酸作用生成稳定的盐。 • 组氨酸及其脱羧产物组胺、生物碱毛果芸香碱是咪唑 的衍生物。含咪唑环的药物如抗真菌药克霉唑，抗阿 米巴药、抗滴虫药、抗厌氧菌药甲硝唑。
Cl N N O2N N N CH3
CH2CH2OH
克霉唑
甲硝唑
19:46
19:46
本章小结
• 一、杂环化合物是一类含杂原子的环状化合物， 分为单杂环和稠杂环两大类。常见杂原子有N、O 、S等。 • 重要的杂环化合物有呋喃、吡咯、吡啶、咪唑、 噻唑、嘧啶、嘌呤等。 • 二、生物碱是一类有明显生理活性的含氮碱性化 合物。它可与酸成盐、与显色剂反应显色，与沉 淀剂作用产生沉淀，利用这些性质可鉴别、精制 和分离生物碱。
19:46
第11章
• • • • •
杂环化合物和生物碱
教学目标： 1、了解杂环化合物和生物碱的概念 2、熟悉并记住重要杂环化合物的结构与名称。 3、知道生物碱的一般性质并掌握一般的毒品常识。 2、了解重要的杂环化合物、生物碱在医药领域中 的用途。
19:46
第1 节
杂环化合物
一、杂环化合物的结构、分类和命名 1、结构： • 杂环化合物：环状有机化合物中，构成环的原子 除碳原子外还有其他原子，并具有芳香结构，这 种环状有机化合物称为杂环化合物 • 常见杂原子：氮 N、硫 S、氧 O • 杂环上可以是一个、两个或多个杂原子。
O NH2 O CH3 O N H O N H O N H
尿嘧啶
胞嘧啶
胸腺嘧啶
19:46
嘧啶（2）
N
• 磺胺嘧啶 • 合成药物磺胺嘧啶及磺胺增效剂甲氧苄啶也含有嘧啶环。
N H2 N SO2 NH N
19:46
嘌呤（1）
N N H N N
• 无色晶体，熔点216℃～217℃，易溶于水， 可与强酸或强碱成盐。
•
3、命名（2）
分类 含一个杂原子的杂环 多个杂原子的杂环
19:46
H N
六元杂环
N
H N N
S N
N N
N
N
N
N
吡啶 α－吡喃 γ－吡喃 Pyridine pyran
N
N
嘧啶 吡嗪 哒嗪 pyrimidine pyrazine pyridazine
苯稠杂环
喹啉 异喹啉 quinoline isoquinoline
19:46
嘌呤（2）
• 嘌呤本身并不存在于自然界，但它的衍生物广泛 存在于动植物体中。如腺嘌呤和鸟嘌呤为核酸的 碱基，黄嘌呤和尿酸存在于哺乳动物的尿和血液 中。
O HN O N H N H N O HN N H N H O NH O
NH2 N N N H N H2N HN
O N N N H
19:46
19:46
课堂练习与讨论（1）
• • • • • • • • • • • 一、选择题 1、下列物质属于新型毒品的是 A、杜冷丁 B、吗啡 C、摇头丸 D、海洛因 2、下列化合物水溶性最弱的是 A、吡啶 B、呋喃 C、吡咯 D、噻吩 3、鉴别吡咯、呋喃可用的试剂为 A、盐酸松木片 B、盐酸 C、硫酸 D、硫酸松木片 4、下列一组物质中稳定性最大的是 A、吡咯 B、噻吩 C、呋喃 D、苯 5、毒性和麻醉作用最强的毒品是 A、吗啡 B、海洛因 C、冰毒 D、可待因
N O S N H S N N N N H N
19:46
2、分类
五元杂环 单杂环化合物 六元杂环 稠杂环化合物 苯环并杂环 杂环并杂环 N N N N N O N
19:46
3、命名（1）
• 音译法——按物质的英文名称译音，选用同音的 汉字，并在汉字左边加一个“口”字偏旁来命名。 杂环化合物多采用音译法。如呋喃、噻吩。
H3C
N Fe N N N
CH CH2
H3C CH2
CH2 COOH
CH3 CH2
CH2 COOH
19:46
噻唑
• 无色有臭味的液体，沸点117℃，与水混溶。 噻唑具有弱碱性。许多重要的药物如维生 素B1、青霉素G等都含有噻唑环。
H N
S N
CH3 CH3 COOH
O
O
青霉素G
19:46
咪唑
H N N
吡啶
N
• 无色液体，沸点为115℃，有恶臭，有毒， 能与水、乙醇、乙醚等混溶。吡啶对酸或 碱稳定，对氧化剂也相当稳定。
CONHNH 2 COOH N
3－吡啶甲酸(烟酸)
CONH 2 N
3－吡啶甲酰胺(烟酰胺)
N
4－吡啶甲酰肼(异烟肼)
19:46
嘧啶（1）
N
• 无色结晶，熔点为22℃，易溶于水，有弱碱性。嘧啶的衍 生物广泛存在于自然界，如核酸组成中的尿嘧啶、胞嘧啶 和胸腺嘧啶都含有嘧啶环。
•
O
S
H N
H N
N
H N N
S N
五元杂环
呋喃 噻吩 吡咯 furan thiophenep pyrrole
吡唑 咪唑 噻唑 Pyrazale imidazole hiazole
19:46
3、命名
• 音译法——按物质的英文名称译音，选用同音的 汉字，并在汉字左边加一个“口”字偏旁来命名。 杂环化合物多采用音译法。如呋喃、噻吩。 • 系统命名法——把杂环看成是杂原子置换了相应 碳环中的碳原子，故以相应的碳环为母体，在碳 环名称前加上杂原子的名称，称作“某杂某”。 如氮杂苯。 • 杂环上有取代基时，则从O、S、N依次编号；如果 有多个取代基，取最小位次之和，命名之。 • 例：2—氨基嘧啶 4—甲基噻唑
呋喃（1）
• 无色易挥发液体，沸点31.4℃，难溶于水， 易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
• 呋喃的松木片反应显绿色，用于鉴定呋喃 及其低级同系物。
O
19:46
O NO2
呋喃（2）
• 呋喃西林
O NO2 O CH N NH C NH2
O
CH N
NH C NH2
讨论： （1）呋喃西林分子中有哪些官能团？杂环的名称叫什么？ （2）用化学方法如何区别呋喃西林和甲硝唑？
1、麻黄碱——为平喘止咳药物 。 2、莨菪碱——为平滑肌痉挛、胃及十二指肠溃疡 药物。 3、黄连素 ——为肠胃炎、眼结膜炎、化脓性中耳 炎、细菌性痢疾药物 。 4、秋水仙碱——为抗肿瘤、抗痛风药 。 5、喜树碱——为肠癌、胃癌、恶性淋巴癌及淋巴性 白血病药物。 6、奎宁——为抗疟疾药物 。
19:46