1.4 六元杂环化合物
六元杂环化合物
Q有机化学精品课件第十五章杂环化合物第一节杂环化合物的分类和命名一、 分类二、 命名杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带 字旁的同音汉字。
(pyrimidine) (quinoline) (furan) 咲喃 (thiophene) (pyridine)(indole)卩弭朵 (purine) 卩票吟(pyrrole)毗咯 NN卩塞吩卩密噪卩奎卩林II第二节五元杂环化合物in咲喃「噬吩、毗咯杂环的结构咲喃、卩塞吩、毗咯在结构上具有共同点,即构成环的五个原子都为Sp2杂化，故成环的五个原子处在同一平面, 杂原子上的孤对电子参与共辘形成共辘体系，其兀符合休克尔规则（兀电子数二4n+2）,为口2共轨体系71电子=6 符合4n + 2 具有芳性富电子芳环电子数所以，它们都具B 二、咲喃、I®吩、毗咯的性质 ・'（一）存在与物理性质（二） 光谱性质（三） 化学性质1.亲电取代反应从结构上分析，五元杂环为口56共辘体系 苯大，如以苯环上碳原子的电荷密度为标准 则五元杂环化合物的有效电荷分布为：o oo o O +0.20 -0.04 -0.06 ■J ----- ji -0.06 匸丿-0.10 壯 +0.32 H &AV-V MX ,电荷密度比 （作为0）,亲电取代反应的活性为: 要毗咯〉咲喃 > 囈吩〉苯，主還j进入位。
说明：毗咯、咲喃、卩塞吩的亲电取代反应，对试剂及反应条件必须有所选择和控制。
卤代反应不需要催化剂，要在较低温度和进行。
硝化反应不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯|【(CH3COONOJ作硝化试剂，在低温下进行。
磺化反应咲喃、毗咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺化试剂——毗噪三氧化硫的络合物，嗟吩可直接用浓硫酸磺化。
2・加氢反应四氢咲喃（THF）四氢毗咯不能用Pd催化因卩塞吩能Pd使中毒W 3.咲喃、毗咯的特性反应(1)咲喃易起D・A反应&AV-V MX内式(90%)o2II ⑵毗咯的弱酸性和弱碱性毗咯虽然是一个仲胺，但碱性很弱。
24、六元杂环化合物 (崔家玉)
六 元 杂 环 化 合 物
崔家玉 2010052302
2011年12月28日
【指导老师】陈河如 唐金山
1
主要内容
1 2
吡 啶
含有两个杂原子的六元杂环化合物
2
六元杂环化合物
γ γ 4 4 5 5 6 6 N N 1 1 3 3β β 2 2α α 5 6
γ 4 3β O 1 2α
5 6
六元杂环化合物
1.3
吡啶的化学性质（重点掌握）
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
OH
六元杂环化合物
1.3
吡啶的化学性质（重点掌握）
【亲电取代反应】 吡啶环上氮原子为吸电子基，故吡啶环属于缺电子的芳杂环，和硝基 苯相似。其亲电取代反应很不活泼，反应条件要求很高，不起傅-克烷 基化和酰基化反应。亲电取代 反应主要在β-位上。
Cl2, AlCl 3 100 ℃ Br2, 浮石催化 300 ℃ 气相
N
【制备】 吡啶的工业制法可由糠醇与氨共热（500℃）制 得，也可从乙炔制备。
CH2OH
NH3, 500 C
O
N
5
六元杂环化合物
1.2
吡啶的结构与芳香性
N
N H
【结构与芳香性】
N
C_ sp2 N_ spபைடு நூலகம் 成环原子 共平面
杂环化合物
N
N
Br2 300 oC
Br N
β-溴吡啶 溴吡啶 β-吡啶磺酸 吡啶磺酸
H2SO4, SO3 230 oC, 24 h
KNO3 + H2SO4 Fe, 300 oC
SO3H N
NO2 β-硝基吡啶 硝基吡啶 N
N
亲电取代反应为什么主要发生在β 位上? 亲电取代反应为什么主要发生在β-位上?
如果取代在 a 位
4 5
CH3
1-甲基吡唑 甲基吡唑
S
1
CH3 6
CH3 4 5 N3 N 2
1
4-甲基咪唑 甲基咪唑
5-甲基噻唑 甲基噻唑
4-甲基嘧啶 甲基嘧啶
3. 具有特定名称的稠杂环的编号一般和稠环芳烃相同, 具有特定名称的稠杂环的编号一般和稠环芳烃相同 但少数有例外(比如 嘌呤) 但少数有例外 比如 嘌呤
5 6 7 8 4 8 3 2 7 6 5 9 1 2 3 4
N H H
反 发 无 应 生
浓 H2SO4 / HgSO4 N 220oC Br2 / 浮 石 300oC N N
SO3H
Br
环上有给电子基时反应相对较易进行
4 芳环上的亲核取代反应
亲核取代比苯容易，主要发生在 位上 位上。 亲核取代比苯容易，主要发生在α位上。 比苯容易
PhLi N O2 or PhNO2, 化 (氧 ) N Ph
(3)周边编号的方法 (3)周边编号的方法 为表明取代基的位置，还需要对稠杂环的周边给与编号， 为表明取代基的位置，还需要对稠杂环的周边给与编号， 编号原则是基本环用英文字母编号，附加环要用数字编号。 编号原则是基本环用英文字母编号，附加环要用数字编号。
然后对稠杂环进行整体编号，共用碳原子不参与编号， 然后对稠杂环进行整体编号，共用碳原子不参与编号， 共用杂原子参与编号。 共用杂原子参与编号。
杂环化合物的分类和命名
O2,NaOH Cu2O－HgO，55℃ －COOH
O2,320~350℃ V2O5－TiO2－SiO2
O H－C－C ＝ O H－C－C O
15
2
O
－CHO
O
－CH2OH
O
－COOH
O
－CHO
+(CH3CO)2O
O
－CH=CH－COOH
16
三、噻吩： 噻吩： 制法： １.制法： 制法 ⑴工业上： 工业上：
－CH3 KMnO ，OH4 △ N －COOH N
还原： 还原：
H2，Pt 或C2H5OH+Na N
N
28
二、喹啉和异喹啉： 喹啉和异喹啉：
存在： 存在：存在于煤焦油或骨焦油中 制备——斯克洛浦合成法： 斯克洛浦合成法： １.制备 制备 斯克洛浦合成法
－ － － CH2－CH－CH2 OH OH OH H2SO4 －3H2O CH2=CH－CHO － H O=C
+H2SO4+靛蓝 △
兰色
反应灵敏
20
四、吡咯
１、制备： 制备： 为催化剂， ⑴工业上用Al2O3为催化剂，呋喃和氨气相反应 工业上用
+NH3 Al2O3 450℃ + H 2O
O
N
⑵工业上还可用乙炔与NH3通过红热的管子 工业上还可用乙炔与 通过红热的管子
2CH －CH － +NH3 △ + H2
N
N
吡啶
喹啉
4
当环上有取代基时： ２.当环上有取代基时： 当环上有取代基时 ⑴以杂环为母体，编号时从杂原子开始，将杂原子编为１号， 以杂环为母体，编号时从杂原子开始，将杂原子编为１ 依次１ 依次１，２，３······，或与杂原子相邻的碳原子遍为 ，依 ，或与杂原子相邻的碳原子遍为α， 次为α， ， 次为 ，β，γ······
杂环化合物
C H3 HO C HC H2 2
4 5
N3 S
1 2
O 4 - 硝基噁唑
4 - 甲基 - 5 - ( 2' -羟乙基 ) 噻唑
C. 稠杂环有特定的母体和固定的编号
嘌呤 (purine)
D.如果接有 —SO3H、—COOH、—NH2、 —CHO等基团时，杂环为取代基。
COOH CHO N
3-吡 啶甲 酸
等电子体系
N
未参与共轭
N
吡啶电子结构与吡咯不同：
N H
N
2.物理性质
氮原子的电负性较大,使吡啶有较大极性,其偶极距数值较大.
=2.20D
=1.17D
吡啶能与水以任意比例混溶,又能溶解大多数极 性或非极性有机化合物,甚至许多无机盐类,是一个 良好的溶剂。
3.化学性质
γ
δ δ δ δ δ
β α
O
HO CHO O
NaOH
O C O
KCN
CH O
CHO O
O
CH2OH
+
COOH O
HOOCCH2CH2 N H
CH2COOH CH2NH2
卟吩胆色素原:通过生物体内特定酶的作用可转变成 卟啉、叶绿素和维生素B12等重要生物活性物质.
CH2COOH N H
3-吲哚乙酸(植物生长促进剂)
OH N C2H5 N H H3COOC H3CO H N C2H5 N R HO OCOCH3 COOCH3
O
2-呋 喃甲 醛
二、五元杂环化合物
1. 结构与芳香性
（1）呋喃、吡咯和噻吩的结构
C C N C H
C C C O C
杂原子均以sp2 杂化（未杂化 的P上有2个电 子参加成环）
杂环化合物的命名
杂环化合物（hetero cyclic compounds）属于环状有机化合物的一种，是指由碳原子和非碳原子共同介入组成环的环状化合物。
这种介入成环的非碳原子称为杂原子。
杂原子大都属于周期表中Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ三族的主族元素，最罕见的是氮、氧、硫，其中以氮原子最为多见。
依照这个定义，在前面一些章节中曾讨论过的内酯、交酯、环状酸酐和内酰胺等，也应属于杂环化合物。
但这些化合物通常容易开环成原来的链状化合物，其性质又与相应的链状化合物相同，因此一般不把它们列入杂环化合物的范围。
有机化学中所要讨论的杂环化合物，一般都比较稳定，不容易开环，有些杂环化合物的性质与苯、萘等相似，具有分歧程度的芳香性。
杂环化合物的种类繁多，数目庞大。
据统计，在已发现的几百万种有机化合物中，杂环化合物约占总数65％以上。
这说明杂环化合物在有机化学的各个研究领域中都占有相当重要的地位。
杂环化合物广泛地存在于自然界中，动植物体内所含的生物碱、苷类、色素等往往都含有杂环结构。
许多药物，包含天然药物和人工合成药物，例如头孢菌素（抗生素）、羟基树碱（抗肿瘤药）、小檗碱（抗菌药）等也都含有杂环。
与人类生命活动及各种代谢关系非常密切的物质──核酸，其碱基部分也含有杂环。
近几十年来，在杂环化合物的理论和应用方面的研究不竭取得重大进展，许多天然杂环化合物，包含维生素B那样结构极其复杂的杂环分子，已经能够用人工方法进行全合成；同时，人类也合成了许多自然界不存在的杂环化合物。
这些化合物作为药物，作为超导资料，作为工程资料，也都具有很重要的意义。
杂环化合物的分类杂环化合物的种类繁多，其罕见的分类方法按所依据的原则分歧，可分为按分子所含环系的多少及其连接方式分类和按分子中所含π电子的状态和数量多少分类两种。
按分子所含环系的多少及其连接方式分类根据这种方法可将杂环化合物分为以下几类：按分子中所含π电子的状态和数量多少分类依照这种方法可将杂环化合物大致分为四类，即：（1）多π-（π-excessive）杂环。
大学化学--杂环化合物的命名规则
基本环各边用英文 字母表示。1，2原 子之间为a，2，3原 子之间为b …
3e d
aN
N
2
cb
N
1
吡啶并[2,3-d] 嘧啶
35
附加环 附加环
4
3
c b
d
5
2ae
SO
1
噻吩并[2,3-b]呋喃
3 a NH
b
O2 c
1 呋喃并 [3,2-b]吡咯
36
基本环
基本环
数字走向与基 本环一致
1N H
4 3cN
(pyridazine)
4
5
N3
6
2
N
1
嘧啶
(pyrimidine)
4 5N 3
6
2
N
1
吡嗪
(pyrazine)
（三）、常见的杂环母核
稠杂环化合物 1. 吲哚
吲哚是白色结晶，熔点52.5℃。极稀溶液有香味， 可用作香料，浓的吲哚溶液有粪臭味。素馨花、柑桔 花中含有吲哚。吲哚环的衍生物广泛存在于动植物体 内，与人类的生命、生活有密切的关系。
d 5e
b
N2aN1N
HH
4c
d 5e
b NaN
H
咪唑并[4,5-d]吡唑
5 4
1
5
N 2b Na
c S
d e4
1
N 2b
c
d
N aSeLeabharlann 33咪唑并[2,1-b]噻唑
37
3.环周边编号方法 为了标示稠杂环上的取代基、官能团或氢原子的
位置，需要对整个稠杂环的环系进行编号，称为周边 编号或大环编号。 （1）尽可能使所含的杂原子编号最低，在保证编号 最低的前提下，再考虑按O、S、NH、N的顺序编号。
六元杂环.
H2SO4 heat
H H2C C CHO
NH2 +
H H2C C CHO
Michael addition
H
N
H+
OHC
H N
H+ , - H2O
OH
H N OHC H N
H N
+
NO2
N
NH2
+
以 α,β-不饱和醛或酮代替甘油、酸也可用磷酸或其他酸
NH2 +
H2C
HO C CCH3
FeCl3, ZnCl 2 PhNO2, heat
环上的亲核取代
环上有好的离去基团 ( 如 NO2 , Cl ) 可被取代
Cl
NH3
NH2
N
100 - 200 ℃ N
NaOMe N Cl MeOH, heat
N OMe
N Br
NaOH H2O, heat
Cl PhNH2
N
heat
N OH NHPh N
强碱亲核试剂－－－－ 消除－加成机理
PhLi N
N
+
N
浓 H2SO4
N
22 ℃
SO3H N
N NO2
Br Br2, 浓 H2SO4
N
Ag2SO4, heat
N
+
N
Br
亲核取代反应
NaNH2, Xylene 100 ℃
N
n-BuLi Toluene N
N
NH2
N
Bu-n
喹啉和异喹啉 氧化和还原均比苯容易
氧化：苯环优先 还原：吡啶环优先
KM nO4
嘧啶环上有活化基团 ( 如 OH、NH2 等 ) 时，可硝化、磺化
杂环化合物
在环上含有杂原子(非碳原子 的有机物称为杂环化合物 在环上含有杂原子 非碳原子)的有机物称为杂环化合物。 非碳原子 的有机物称为杂环化合物。 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。 一、 脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。
三元杂环 四元杂环 五元杂环
O
O
O
O O
(环氧乙烷 环氧乙烷) 环氧乙烷 (β-丙内酯 丙内酯) 丙内酯
AcO-
O
AcONO2 -5~-30℃ ℃
O
H NO2
H AcO
H O NO2
Pyridine
NO2 O 35%
HNO3/(CH3CO)2O
混酸
N H
N H
NO2
S
S
NO2
13
第十二章 杂环化合物
(3)磺化 (3)磺化
呋喃、噻吩和吡咯常用较温和的磺化试剂－吡 呋喃、噻吩和吡咯常用较温和的磺化试剂－ 啶与三氧化硫加合物进行反应
呋喃、噻吩和吡咯通常用较温和的硝化试剂－ 呋喃、噻吩和吡咯通常用较温和的硝化试剂－硝酸乙酰 酯在低温下进行反应； 酯在低温下进行反应；
O O CH3COCCH3 + HNO3 O CH3CONO2 O + CH3COH
呋喃在此反应中先生成稳定或不稳定的2,5-加成产物, 呋喃在此反应中先生成稳定或不稳定的2,5-加成产物, 2,5 然后加热或用吡啶除去乙酸,得硝化产物。 然后加热或用吡啶除去乙酸,得硝化产物。
N H
N
N H
N H
噁唑
噻唑
咪唑
第十二章 杂环化合物
吡唑
2
六元杂环
N N N O
吡啶
苯并杂环
杂环化合物
13
①
卤代
Br2 S 乙 酸 Br2 O
O O
S
Br
， 0℃
O Br Br
Br Br N H Br
Br2 N H 乙 醇， 0℃
14
② 硝化
硝化剂：温和的乙酰基硝酸酯（ CH3COONO2 ），且控 制低温条件。
CH3COONO2
O
-5 ~ -30 ℃
O
NO2
15
③ 磺化
磺化剂：
+
N
3
SO -
H HO C H C OH CHO △
水解
△
戊糖
稀酸
-3H2O
2．化性
① 催化加氢
H CH C-H OH OH
O
CHO
② 氧化
25
③ 歧化
④ 安息香缩合 ⑤ 合成四氢呋喃作为溶剂
3. 糠醛遇苯胺醋酸盐 溶液显深红色。 4. 用途：① 糠醛是良好的溶剂； ② 广泛用于油漆及树脂工业； ③ 合成苯酚糠醛塑料。
δ
γ
δ δ
亲电试剂进攻部位
β α
δ +
δ — δ — δ —
0.87
N
1.01
0.84
1.01
碱性与成盐
N
1.43
N
0.84
36
③亲核取代 比苯容易 进入α位
+
N
NaNH2
C6H5NMe2
H2O
回流
N
NHNa
N
NH 2
④ 氧化 吡啶环对氧化剂稳定
HNO3
COOH N COOH
N
CH 3 N
△
KMnO4 -
δ 6.99 δ 7.18 δ 6.22 δ 6.68 δ 6.24
杂环化合物大全
杂环化合物大全【药师学习百科】——第5期杂环一概念与碳环相对，指的是成环的原子不仅包括碳，还包括氮、氧或硫等原子。
简单的杂环环系从3到10元不等；可以是脂环（如四氢呋喃），也可以是芳环（如吡啶）。
复杂的杂环系可以由2个或更多简单环并合而成（如吲哚）。
杂环化合物的系统命名法如下把杂环看作碳环中碳原子被杂原子替换而形成的环，称为“某杂（环的名称）”；给杂原子编号，使杂原子的位置号尽量小。
其他官能团视为取代基。
，杂环化合物大全(部分学员对基本杂环方面知识还有所欠缺，本人特整理此表，志于全面，欢迎补充）环数名称分子式结构式衍生物单环)三元环吖丙啶C2H5N环氧乙烷C2H4O环氧丙烷,环硫乙烷C2H4S四元环吖丁啶C3H7N恶丁烷~C3H6O 噻丁环C3H6S五元环含一个杂原子呋喃—C4H4O四氢呋喃呋喃甲醛吡咯C4H5N四氢吡咯~噻吩C4H4S四氢噻吩含两个杂原子吡唑C3H4N2咪唑C3H4N2恶唑噻唑异恶唑: 异噻唑六元环含一个杂原子吡啶C5H5N`六氢吡啶烟酸烟酸胺异烟肼吡喃C5H6O噻喃。
C5H6S含两个杂原子哒嗪"嘧啶吡嗪哌嗪七元环及以上杂䓬䓬指环庚三烯正离子……：稠环五元及六元稠杂环吲哚苯并咪唑<咔唑喹啉` 异喹啉蝶啶7H-嘌呤吖啶<吩嗪吩噻嗪非杂环》C5H6环戊二烯或简易药化学习法一、大多数药物可根据药名提示联想其具有的结构（药名与结构）二、通过具有的结构认识化学名，即看见化学名，知道是什么药物。
三、根据结构分析得出理化性质。
>由此，基本上就掌握了该药的主要性质。
有少部分药物的药名与结构之间找不出任何的联系，这种情况只好下工夫记忆了。
四、药物的用途，通常指的是它属于哪类药物，例如吲哚美辛为非甾体抗炎药，呋噻米为利尿药。
考题一般不要求知道更具体的用途。
另外，执业药师考题上，要求我们记药物的结构式，并不是要求我们默写出每个药物的结构式，而是看到结构式能够知道它是哪个药物，这比默写出结构式要容易了。
常见杂环化合物
吡嗪(pyrazine)
六元杂环苯并环系
5 6
7 8
4 3
N2 1
喹啉
(quinoline)
5 6
7 8
4 3
N2 1
异喹啉
(isoquinoline)
54
O
6
3
7
2喃
苯并--吡喃酮
(benzopyran) (benzo--pyrone)
杂环并杂环
6 5
1N
2 N4 3
7 N
8
N H
γ 4
5
3β
6 N 2α 1
γ 4
5
3β
6 O 2α 1
O
4
5
3
6O 2 1
4
5
3
6
2
OO
1
吡啶(pyridine) 吡喃(pyran)
4
5
3
4
5
N3
γ-吡喃酮 (γ-pyrone)
5
α-吡喃酮 (α-pyrone)
4 N3
6
N2
N
1
6
2
N
1
6
2
N
1
哒嗪(pyridazine) 嘧啶(pyrimidine)
9
嘌呤(purine)
产品结 构式
丙二酰脲
中文别 名
英文别 名
分子式 分子量
巴比妥酸 ,丙二酰脲,2,4,6-三羟基 嘧啶
Barbituric acid,2,4,6-Trihydroxy pyrimidine,Malonylurea, 2,4,6Trioxohexahydropyrimidine,2,4, 6-(1H,3H,5H) Pyrimidinetrione
第十二章 杂环化合物
0.1431 0.1361
0.1362 O 0.70D
0.1423 0.1370
0.1714 S 0.51D
芳香性：苯 ＞ 噻吩 ＞ 吡咯 ＞ 呋喃
N H
1.58D
键长
0.1429
0.1371
0.1383 N H
1.81D
8
2、吡咯、呋喃、噻吩的化学性质 （1） 亲电取代反应（Electrophilic Substitution）
N S
浓H2SO4,SO3
N S
1，2-唑取代 在4-位
Br
N
Br2
N AcOH-H2O
H
N N H
N
O2N N
HNO3,H2SO4
N
N
H
H
O2N NH 咪唑环取代在4-位
N
N 发烟H2SO4
S
HgSO4, 250℃ HO3S
N
噻唑环取代以5-位为主
S
25
唑的烷基化或酰基化通常发生在氮原子上。
N CH3I S
碱性：
NH O pKa -2.03
H N O 1.3
H N S 2.4
NH N H 2.5
1,2-唑与1,3-唑的亲电取代反应的活性顺序有：
H N N H 7.0
1,2-唑 1,3-唑
N＞
N H
N ＞
N H
N＞
N
S
O
N
＞ S
N O
24
亲电取代反应
N HNO3,H2SO4 O
O2N N
O
HO3S
H2S
O
NH
3
H2O
H 2S
杂环化合物
2、六元杂环的芳性
吡啶环与苯环很相似，成环六个原子都以SP2杂化， 处于同一平面中，每个原子各提供一个单电子，形 成π66，符合（4n+2）Huckel规则。氮原子上处于SP2 杂化轨道中的孤对电子未参与共轭或成键。
由于N的电负性比C强，
环上电子云密度比苯
N
低，吡啶的亲电取代 反应活性相当于硝基
苯。
（1）碱性 吡啶N上孤对电子处于Sp2杂化轨道中，未参与
共轭，显示一定的碱性，强于苯胺，弱于氨。
N
（2）亲电取代反应
Br
Br2
N
H2SO4
SO3H
•取代反应—亲电取代反应与硝基苯类似，发生 在位；较苯难磺化、硝化和卤化。
•吡啶不能起傅-克反应
（3）亲核取代反应
•与硝基苯相似：吡啶与强的亲核试剂起亲核取代反
HO
CH2OH
CH3 N VB6
杂环化合物在人们的现实生活中有着极其重要的 地位。绝大多数药物和半数以上的其它有机化合物 为杂环化合物。碳水化合物、叶绿素、血红素、吗 啡、黄连素、异烟肼、喜树碱、维生素等等，它们 分子中都含有杂环。
异喹啉 •异喹啉比较重要的衍生物——罂粟碱、黄连素
罂粟花
•下列杂环是本章讨论的基本结构。
•整个体系与苯环相似，但五元杂环为π65富电子体 系，与苯环的π66比较，显然五元杂环的电子云密 度更高。发生亲电取代反应呋喃的活性相当于苯 酚，吡咯的活性相当于苯胺。
O
•五元杂环化合物的共振能为： 呋喃 67KJ/mol 吡咯 88KJ/mol 噻吩 117KJ/mol
•从五元杂环化合物的NMR谱可以看出，环上H 受离域电子环流的影响，H的化学位移δ≈7，与苯 环上的H相当， 这也是它们具有芳香性的标志之一。
有机化学17章-杂环化合物
H
N
H2SO4, HgSO4 230 ° 70% C,
吡啶不能起Friedel-Craft反应
N
Br2 300 ° C
三、 六元杂环化合物
(C) 亲核取代反应：与强的亲核试剂起亲核取代反应，主要生成 α-取代产物 。
+
NaNH2 N
H 2O NHNa N NH 2
N
+
C6H5Li N
+
LiH
N
C6H5
二、 五元杂环化合物
吲哚：由苯环和吡咯环稠合而成的，因此也叫做苯并吡咯
CH2COOH N H 吲哚
CH3 N H
N H 3-吲哚乙酸
Br2 CH3COOH
CH3 N H Br
二、 五元杂环化合物
(4) 咪唑和噻唑：较常见的含有两个杂原子的五元杂环化合物
N N H 咪唑 S
N
H C
N
C
H N
H
噻唑
1.分类和命名 分 类：以杂环的骨架为基础 按环的大小——最重要的是五元杂环和六元杂环；
按杂环中杂原子数目的多少——单杂原子的杂环和多
杂原子的杂环； 按环的形式——单杂环和稠杂环
N O furan 呋喃 S thiphene 噻吩 N H pyrrole 吡咯
N pyridine
N quinoline 喹啉
二、 五元杂环化合物
由于五元杂环化合物的高度活泼性及呋喃和吡咯对无机强酸的 敏感性，亲电取代反应需要比较温和的条件
Br2 0~5℃ O CH3C ONO2 -10℃ (CH3CO)2O N H C5H5N SO3 室温 O CH3C CI SnCI4 N H N H N H O SO3 O C CH3 乙醚 Br Br N H NO2 Br Br O Br2 O O 0~5℃ O Br
中国药科大学有机化学课件—第十四章杂 环 化 合 物
(一) 吡啶
1 电子结构
孤电子对 在sp2杂化 轨道上。
共轭效应和诱导效应都是吸电子的
结构：吡啶N是sp2杂化，孤电子对不参与共轭。 反应：碱性较强。环不易发生亲电取代反应但易发生亲核
取代反应。发生亲电取代反应时，环上N起间位定 位基的作用。发生亲核取代反应时，环上N起邻对 位定位基的作用。
2 物理性质
中国药科大学有机化学课件—第十四章杂 环 化 合 物
主要内容
第一节 杂环化合物的分类和命名 第二节 六元杂环化合物 第三节 五元杂环化合物
第一节 杂环化合物的分类和命名
（一）分类
1、脂杂环 三元杂环
没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。
O (环氧乙烷)
H
N (氮杂环丙烷)
四元杂环 五元杂环 七元杂环
N(CH3)3
发烟 HNO3 / 发烟 H2SO4
NO2 N
取代在 b 位 NO2
N(CH3)3
其它反应现象
Friedel-Crafts 反应
无反应发生
浓 H2SO4 / HgSO4
SO3H
N
220oC
N
Br2 / 浮石 300oC
Br N
环上有给电子基时反应相对较易进行
KNO3 / 浓 H2SO4
N
160℃
N N2H
N NH 2
利用亲核取代反应可制取烃基取代的二嗪。
N
+
3 C 2 C C H 2 C H H 2 L H i乙 醚
N
H C 4 H 9 - n
C 4H 9-n
N i LK M 4nO N
N
丙 酮
N
（3） 氧化
二嗪不易被氧化。若用过酸氧化，得嘧啶单N-氧化物
六元环杂环化合物记忆口诀
六元环杂环化合物记忆口诀【一层】1.六元环：六甲基吡咯环2.杂环化合物：环内碳原子中，六甲基吡咯环与其他杂环共同构成的化合物【背景介绍】杂环化合物是一类以杂环框架定义的新型化合物，其在药物合成、生物活性和制药工艺等领域一直受到广泛关注，而其中最为重要的是六元环杂环化合物。
六元环杂环化合物，也称为“宽带分子”，是指以六甲基吡咯环为核心组成的杂环系列化合物。
它们具有层状结构，由六甲基吡咯环构成一个层并由多种其他环组成另外几个层，因此上下层被连接起来形成螺旋结构。
它包含众多种类，以及各种类型、结构格局，具有高覆盖面和多组合空间等特点，因此具有重要的研究价值。
【研究内容】1. 六元环杂环化合物的结构表征六元环杂环化合物的结构表征是对其进行有效、准确表征的基础，可以更加全面地描述其局部结构和性质，及其衍生物的结构形状和活性面积。
2. 六元环杂环化合物的合成方法分子设计和合成工艺是六元环杂环化合物研究的两个关键点，设计出具有一致性结构和活性的六元环杂环化合物，体现出六元环杂环化合物的特定性质，方便进行后续的研究并获得特异的作用。
3. 六元环杂环化合物的性质研究性质研究是六元环杂环化合物的主要内容，围绕结构及化学性质的研究已经被深入开展，包括药物的抗菌作用、抗病毒作用、抑制癌症细胞的产生作用、改善人体免疫力和机体新陈代谢能力等，即根据测定结果进行功能性和抗性预测。
4. 六元环杂环化合物的应用六元环杂环化合物在药物研究和生物活性调控等方面有着重要的应用前景。
六元环杂环化合物可以用于抗菌、抗病毒、抑制肿瘤细胞等药物合成，其中包括基于RNA等药物设计和合成。
此外，它们还可以用于材料科学、便携式传感器的设计和制造等。
【结论】通过对六元环杂环化合物的研究，可以发现它们的重要研究价值和重要的应用前景，为后续的研究及其在药物研究、生物活性和制药工艺等方面的应用打下坚实的基础。
此外，六元环杂环化合物的结构表征、分子设计和合成以及性质研究也是值得研究的重要方向，为研究人员提供更多的可能性和机会。
最常见的六元杂环化合物
最常见的六元杂环化合物六元杂环化合物是以八面体构型分子构成的稳定化合物，具有易操作性和结构稳定性。
常见的六元杂环化合物有有菱型硝基分析（PN），泰勒氏的环戊二烯（CY），二氧代环戊烷（CX），联苯亚全烷（CON），联苯大烷（BSF）等。
有菱型硝基分析是一种由八个碳原子和八个氧原子结构组成的六元杂环化合物，形状如有菱形，每个碳原子上结合有三个氧原子，因此它也称为三氧化碳。
有菱型硝基分析用于制造打印机碳带，分析仪器仪表，电子设备等。
除此之外，它还可以用于制备橡胶和复合薄膜，以及制作化学反应催化剂，分析化学物质，处理表面固化剂和型涂料。
泰勒氏的环戊二烯是一种八个碳原子和八个氢原子构成的六元杂环结构化合物，也称为螺环烷烃（cyclohexane）。
它是氢在每个环节相互连接形成的六元杂环结构，极液体状态下，氢键立体异构性使得六元杂环的构型稳定。
该杂环的应用可以用来制备柴油添加剂、液态橡胶及多种化学农药橡胶制品，还可以用来分子可视化技术（蛋白工程）和药物探索。
二氧代环戊烷是由两个三元杂环烷烃（cyclopropane）和两个小环构成的六元杂环，由8个碳原子组成，表面有直接和间接的小共价键，杂环的形状类似于双层圆筒。
该六元杂环化合物用于乙烯氯化、水解生产、二烯乙酸化学及其他制备技术。
联苯亚全烷是由两个三元杂环烷烃（cyclopropane）和四个亚全烷构成的六元杂环，共有八个碳原子，众多的三元杂环使其获得较强的立体异构性，它能够分解VOCs和硫化氢（H2S）污染物。
此外，它还可以用于净化空气、水体，以及作为材料之用，如阻燃剂、抗心源性污染物、降解醇、脂和抗氧化添加剂。
联苯大烷在用途上与联苯亚全烷相似，它是由两个三元杂环烷烃（cyclopropane）和四个联苯大烷构成的六元杂环，它是一种抗心源性污染物的有效降解剂，且具有较好的抗氧化性，耐温性和耐热性，可以作为材料用于制作烤漆，涂料和橡胶制品等。
以上是常见的六元杂环化合物，它还有其他多种六元杂环化合物用于各种不同的用途，如水解、合成，氢化反应、氧化和抗氧化以及作为无定形催化剂等等。
六元杂环化合物
2
α
3
1 NH N
4
δ
β
8
N HN
5
7γ
6
卟啉族化合物广泛分布与自然界。血红素，叶绿 素都是含 环的卟啉族化合物。在血红素中 环络 合的是Fe，叶绿素 环络合的是Mg。
四、噻唑和咪唑
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。
CH2 N
CH3
S
CH2CH2OH
噻唑环
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
第三节 六元杂环化合物
六元杂环化合物中最重要的有吡啶、嘧啶和吡喃等。
N 吡啶
N
N 嘧啶
O 吡喃
一、吡啶
(一) 来源、制法和应用 吡啶存在于煤焦油页岩油和骨焦油中，吡啶衍生物广
泛存在于自然界，例如，植物所含的生物碱不少都具有吡 啶环结构，维生素PP、维生素B6、辅酶Ⅰ及辅酶Ⅱ也含 有吡啶环。吡啶是重要的有机合成原料（如合成药 物）、良好的有机溶剂和有机合成催化剂。
O CHO
CuO, Cr2O3 150 ℃, 10MPa
O CH2OH
KMnO4 弱碱性
O COOH
V2O5 - MoO O2, 320 ℃,
+ CO2 + H2O OO O
（2）歧化反应
CHO O
浓碱
COOH + O
O CH2OH
（3）羟醛缩合反应
O CHO + CH3CHO 稀碱
O CH=CHCHO
HO N 胸腺嘧啶 ( T )
HO N 胞嘧啶 ( C )
第四节 稠杂环化合物
【基础有机化学】第20章 杂环化合物
2、亲电取代反应
亲电取代反应比吡啶容易，比萘难，主要发生在 苯环上的5和8位。例如：
NO2
HNO3,H2SO4 0℃
N SO3H
+ N
NO2
浓H2SO4
22℃ N
N
Br
Br2 浓H2SO4
+
Ag2SO4
N
N
Br
3、亲核取代反应
亲核取代反应也吡啶容易，主要发生在吡啶环上 的2位。例如：
NaNH2 二甲苯 100℃
将苯胺与无水甘油、硝基苯、硫酸等共热，即可 得喹啉：
NH2 CH2OH
NO2 H2SO4
NH2
+ CHOH +
+
CH2OH
FeSO4
N
反应历程：
CH2 CH CH2 H2SO4 OH OH OH
CH2=CH-CHO + H2O
NH2 CH2=CH-CHO
H
H
N
H2SO4
N
H
-H2O
OH
1,2-二氢喹啉
• 在有机物中通常将除碳和氢之外的其
他元素称为杂原子。
• 杂环化合物是指那些具有与苯环相
似的闭合共轭体系的杂环化合物， 它们具有不同程度的芳香性，所以， 也叫芳杂环。
一、分类和命名
（一）分类
单杂环 杂环
五元杂环 六元杂环
五元一杂 五元二杂 六元一杂 六元二杂
苯环与杂环稠合 稠杂环
杂环与杂环稠合
（二）命名
O 2H-吡喃（无芳香性）
2H-pyran
六元二杂：
N
N 嘧啶 pyrimidine
稠杂环：
N 喹啉 quinoline
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(2) 亲核取代反应 反应发生在喹啉环的2或4位上。
NaNH2
N
浓NH3
N
NH2
2-氨基喹啉
二、喹啉
2．氧化还原反应
54
6
3
7
N2
81
喹啉
54
6
3
7
N2
81
异喹啉
KMnO4,100℃ N
COOH CO2
N COOH
△
2,3-吡啶二甲酸
COOH
N β -吡啶甲酸
C2H5OH,Na
H2 ,Ni
N
N
N
四氢喹啉
十氢喹啉
单元三 六元杂环化合物
一、吡啶
(一)吡啶的结构
N
...
. .
.
..
吡啶具有芳香性,吡啶的芳香性比苯弱。
（二）、吡啶的性质
1.碱性
吡啶存在于煤焦油及页岩油中。是一种弱碱。
吡啶氮原子上有一对孤对电子（sp2杂化电子） 没有参与共轭，可与质子结合，因此具有碱性。
不同化合物的碱性大小顺序为：
N H
> NH3 > N
(二)吡啶的性质
2.取代反应
主要发生在β位，反应比苯困难。 吡啶不发生傅－克反应。
Br2 , 300℃
N
__ Br __溴吡啶 N
N
KNO3 , H2SO4 300℃
__NO2 __ 硝基吡啶 N
N
浓H2SO4 , HgSO4 230℃
N __ SO3H __ 吡啶磺酸
(二)吡啶的性质 3．氧化与还原
>
四氢吡咯 氨 吡啶
__NH2 > N H
苯胺
吡咯
例如
吡啶氮原子上有一对孤对电子没有参与共轭，可与质子 结合，因此具有碱性。
+ H2SO4 N
+HSO4- 2NaOH
+ Na2SO4 + 2H2O
N
N
H
吡啶硫酸盐
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。
吡啶可用来吸收反应中所生成的酸，工业上称为缚酸剂。
喹啉是合成药物的中间体。 异喹啉为无色油状液体。它们微溶于水，易溶于有机 溶剂。 异喹啉（pKa=5.42）的碱性比吡啶强。
二、喹啉
1．取代反应
54
6
3
7
N2
81
喹啉
54
6
3
7
N2
81
异喹啉
(1) 亲电取代反应 反应发生在喹啉环的5、8位上.
Br
Br2
N
浓H2SO4,Ag2SO4
+
N
N
5-溴喹啉
Br 8-溴喹啉
__ CH3 KMnO4 , OHN
__COOH N
β -吡啶甲酸（烟酸）
N
+
H2
Pt CH3COOH
N
H
二、喹啉
喹啉存在于煤焦油和骨焦油中，要用稀硫酸提取，也 可用合成方法制得。
喹啉是无色油状液体，有特殊臭味，沸点238℃，相对 密度1.095,难溶于水，易溶于有机溶剂。它是一种有用的高 沸点溶剂。喹啉具有弱碱性（pKa=4.9），与酸可以成盐。 最重要的合成方法是斯克洛普合成法。加热苯胺、甘油、 浓硫酸和硝基苯的混合物可制得喹啉。