杂环化学-讲义-醛变环氧
大学有机化学第十七章杂环
结构特点与性质
结构特点
杂环化合物的结构特点主要表现在杂原子的引入使得环状结构发生变形，键长、键角等发生变 化，从而影响其物理和化学性质。
性质
由于杂原子的存在，杂环化合物具有一些独特的性质，如芳香性、亲电性、亲核性等。这些性 质使得杂环化合物在有机合成、药物化学、材料科学等领域具有广泛的应用。
命名方法
取代基命名法
对于简单的杂环化合物，可以采用取代基命名法，即在母体名称前加上取代基 的名称和位置。
系统命名法
对于复杂的杂环化合物，需要采用系统命名法。该方法基于IUPAC（国际纯粹 与应用化学联合会）的命名规则，根据杂原子的种类和数量、环的大小和形状 等因素进行命名。
02
五元杂环化合物
呋喃、噻吩及其衍生物
02 扩环反应
通过杂环化合物的扩环反应，可以合成具有更大 环系的化合物，进一步丰富有机分子的结构多样 性。
03 官能团转化
杂环化合物中的官能团可以通过化学反应进行转 化，从而引入新的官能团或改变原有官能团的性 质。
在天然产物全合成中的应用
01 天然产物的结构特点
天然产物中常常含有杂环结构，这些结构对于天 然产物的生物活性具有重要意义。
杂环化合物在药物设计中的作用
杂环化合物可以作为药物设计中的关键结构单元，通过改 变杂环的结构和性质，可以调节药物与靶标的相互作用， 进而优化药物的疗效和降低副作用。
有机化学---第17章 杂环化合物
噻唑芳香性较弱，且由于N原子电负性较碳原子强，
发烟H2SO4 HgSO4 ,250℃
N HO3S S
28
吡唑
N N H
吡唑具有弱碱性。
电取代反应。
Br2 CH3 COOH , H2O
吡唑芳香性较明显，能发生卤代、硝化、磺化等亲
Br N N H
29
N N H
（7） 颜色反应 呋喃 吡咯 噻吩 糠醛
降低 ；
③ 吡啶的亲电取代反应发生在电 子云密度相对较高的β-位。这 一特性很类似于硝基苯。 ④ 吡啶在α、γ -位可发生亲核取代反应。
δ δ
γ
δ δ δ
β α
N
δ
16
三、五元杂环化合物的化学性质
X2 / 低温
X2 = Cl2, Br2
CH3 COONO2 -5~-30℃
1、亲电取代反应
z
X
z
NO2
20
（3） 噻吩
噻吩存在于煤焦油的粗苯中，为无色油状液体， b.p.84℃。 噻吩比苯容易发生亲电取代，发生于α-位。 利用磺化反应可分离苯和噻吩：
(
¡ b.p81 C)
¨± ¡ ¡¡¡
¨ Å H2SO4 Ò Î Ê Â Ö Ò · º ô Á Õ ó
Þ à Î ç · Ô ± ½
S ¡ ( b.p84 C) .
高中化学奥赛有机化学教案16--杂环化合物
⾼中化学奥赛有机化学教案16--杂环化合物
16--杂环化合物
§1. 杂环化合物的分类和命名
⼀、杂环⼤体可分为：单杂环和稠杂环两类：
1. 分类：
稠杂环是由苯环与单杂环或有两个以上单杂环稠并⽽成。
⼆、命名：
杂环的命名常⽤⾳译法，是按外⽂名称的⾳译，并加⼝字旁，表⽰为环状化合物。如杂环上有取代基时，取代基的位次从杂原⼦算起⽤1，2，3，4，5……（或可将杂原⼦旁的碳原⼦依次编为α ,β, γ, δ …）来编号。
如杂环上不⽌⼀个杂原⼦时，则从O,S,N 顺序依次编号，编号时杂原⼦的位次数字之和应最⼩：
五元杂环中含有两个杂原⼦的体系叫唑（azole）
§2. 呋喃，噻吩，吡咯
含有⼀个杂原⼦的五元杂环单环体系:呋喃，噻吩，吡咯。
⼀、呋喃，噻吩，吡咯的电⼦结构和光谱性质
电⼦结构：这三个杂环化合物中，碳原⼦和杂原⼦均以sp2杂化轨道互相连接成σ健，并且在⼀个平⾯上，每个碳原⼦及杂原⼦上均有⼀个p轨道互相平⾏，在碳原⼦的p轨道中有⼀个p电⼦，在杂原⼦的p轨道中有两个p电⼦，形成⼀个环形的封闭的π电⼦的共轭体系。这与休克尔的4n+2规则相符，因此这些杂环或多或少的具有与苯类似的性质，故称之为芳⾹杂环化合物。
芳⾹性⼤⼩,试验结果表明:
光谱性质：IR: νc-H = 3077~3003cm-1,νN-H = 3500~3200 cm-1(在⾮极性溶剂的稀溶液中，在3495 cm-1，有⼀尖峰。在浓溶液中则于3400 cm-1,有⼀尖峰。在浓和淡的中间浓度时，两种谱带都有),杂环C＝C伸缩振动:1600~1300 cm-1（有⼆⾄四个谱带）。
n 第十二章 杂环化合物改
因为：离域能 （KJ/mol）
苯 噻吩 吡咯 150 117 88
呋喃 67
*所以芳香性大小：苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
2、物理性质与制法（自学） 3、化学性质 （1）取代反应（易亲电取代，一般发生在α－位）
a、卤代
呋喃在低温可发生卤代反应：
O
+ B r2
C S 2 － 5 0 ℃
+ H B r B r O
O H+ K C l
把吡啶和氨基钠在N，N－二甲基苯胺溶液中加热到110 ℃， 吡啶环上2－位的氢负离子被氨基负离子取代，同时放出氢气， 叫Chichibabin reaction（齐齐巴宾反应）
+ NaNH2
N -H+ Na+H2
H2O NH2＋NaOH
（4）、氧化与还原
吡啶环稳定，不易被氧化，吡啶同系物氧化发生在侧链。
O
吲哚瞒二酮 ）
NO H
4、呋喃、吡咯的重要衍生物
（1）、糠醛
CHOα－ 呋 喃 甲 醛 O
是呋喃衍生物中最重要的一个。糠醛是一种工业产品，由含聚 戊糖的植物原料，如玉米芯、糠、花生壳等用稀硫酸水解后， 进行水蒸气蒸馏得到，为无色液体，b.p 162℃，在空气中变 色，性质和苯甲醛相似。
(C 5 H 8 O 4 )n
（2）、亲电取代
杂环总结
一，绪论
1，杂环化合物的定义
杂原子：非碳原子，如：氧、硫、氮等。 杂环：由碳原子和杂原子构成的环。
杂环化合物：环中至少含有一个杂原子的化合物。
2,杂环化学：是研究杂环化合物的分子结构、物理和化学性质、制法及其应用的一门学科，是有机化学的组成部分。 3，杂环化合物分类
⑴按环的大小：主要有五元环、六元环 ⑵按杂原子的数目：一个、两个…杂原子 ⑶按环的形式：单杂环、稠杂环 4.根据杂环有无芳香性可分为： （1）芳香杂环芳
符合休克尔规则( Huckel Rule)，即具有(4n 十2)个离域电子的杂轮烯。 富电子杂环：呋喃，吡咯，噻吩等。 乏电子杂环：吡啶，嘧啶。 （2）非芳香杂环---脂杂环
所有饱和的、部分饱和的杂环以及反芳香性的杂轮烯。 杂环化合物的俗称：
furan pyrrole thiophene imidazole oxazole 呋喃 吡咯 噻吩 咪唑 噁唑
thiazole pyran pyridine pyrimidine pyrazine 噻唑 吡喃 吡啶 嘧啶 吡嗪
indole quinoline purine carbazole
4,杂环化合物命名
⑴从杂原子开始编号，并使取代基位次最小
例如：
,
5，含两个或多个相同杂原子的单环体系
若同一环上有多个相同的杂原子，应使杂原子所在位次的编号最小;用二、三、四等作为词头来表示喊相同杂原子的个数。
6. 含两个或多个不同杂原子的单环体系
含多个杂原子，按标2.1中的顺序列出（O、S、N次序）；使各杂原子的位次的编号最小；带取代基的或有H的杂原子为1号。
有机化学 第二十章杂环化合物
(3)卤代
由于这些杂环化合物很活泼，氯代、溴代不但 不需催化剂，为避免多取代物生成，往往采用温和 条件，如用溶剂稀释和采用低温，如：
吡咯活性最大，在反应中往往形成四取代物。 不活泼的碘在催化剂作用下也可以直接取代:
(4)傅一克酰基化反应
呋喃、吡咯的化学稳定性较差。它们遇酸或氧化 剂容易开环，或聚合成高聚物。噻吩较稳定，这是由 于C一S键较长，缓解了环张力的缘故。取代呋喃在强 酸作用下开环如下：
吡咯在冷的稀酸中聚合成“吡咯红”:
吡咯在浓酸中树脂化，还极易被氧化，甚至在空 气中很快被氧化变黑。
为了避免开环、聚合、氧化等副反应，在吡咯、 呋喃、噻吩的亲电取代反应中，往往采用较温和的试 剂，而避免用强酸、强氧化剂。
维生素B12可治疗恶性贫血，其结构于1954年被 确定。1972年完成了它的全合成，这是迄今为止人 工合成的最复杂的非高分子化合物之一。
20.3 唑 唑（azole)可以看成呋喃、噻吩、吡咯环上2位
或3位上的CH换成氮原子。 一、噻唑
噻唑是无色有吡啶臭味的液体，沸点117°C， 与水互溶。由于氮上的未成键电子对没参加共轭， 因此具有碱性。这对电子在sp2杂化轨道上，电子更 靠近核，因此碱性比一般胺的弱，但比略带酸性的 吡咯些重要的天然产物及合成药物含有噻哇环，如：
《有机化学》第13章 杂环化合物和生物碱
大多数生物碱为无色晶体，因分子中含有手性碳原子而具有旋光性，自然界中存在的 生物碱一般是左旋体。生物碱有苦味，难溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶 剂。生物碱的结构比较复杂，种类也比较繁多，但具有一些相似的化学性质。
1. 碱性
生物碱由于含有氮原子而多呈碱性，大多能与有机酸或无机酸结合生成盐。生物碱盐 一般易溶于水。临床上常利用此特性将生物碱类药物制成盐类使用，如硫酸阿托品、 盐酸吗啡等。生物碱盐遇到强碱时，生物碱能游离出来，利用此法可进行生物碱的分 离和提纯。
一、含有一个杂原子的六元杂环化合物 —— 吡啶
常见含有一个杂原子的六元杂环化合物主要有吡啶来自百度文库γ-吡喃，但比较重要的是吡啶。
吡啶
γ-吡喃
1. 物理性质
吡啶存在于煤焦油中，是无色有恶臭的液体，相对密度为0.982，熔点为－40 ℃，
沸点为115 ℃。吡啶能与乙醇、乙醚等有机溶剂混溶，同时还能溶解许多极性和非
青霉素具有强酸性（pKa≈2.7），在游离状态下不稳定（青霉素O例外），故在临床 上常将其制成钠盐、钾盐或有机碱盐来使用。
2023/6/13
16
五、吡啶衍生物
烟酸和维生素B6是比较重要的吡啶衍生物。烟酸是维生素B族的一种，它能扩张血管， 促进细胞的新陈代谢，临床上主要用于维生素缺乏症的治疗。维生素B6又名吡哆素， 它包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺三种物质，临床上常用于治疗各种原因引起的呕吐。
杂环化学
亲核取代反应举例： 当 α 或 ϒ 位有其它离去基团时，亲核取代反应易发生。 氧化与还原反应举例：
5
Cite as reviewing materials for Heterocyclic Chemistry , by Lesite Tien, May 2012.WIT
H2O2 HOAc N
共振结构式： 亲电反应：
8
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亲核反应：
吡啶羧酸：三种异构体，存在互变异构； 两性化合物，酸性比苯甲酸强。
2) 喹啉，异喹啉及其衍生物 a. 喹啉，异喹啉的性质及合成
相同：从含 H 或取代基的杂原子开始编号，并使另一个杂原子的编号尽可能的小。 不同：按 O—S—NH—N 的顺序编号。 2) 常用母体及编号
1
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质子化n烷基化磺化反应citereviewingmaterialsheterocyclicchemistrylesitetienmay2012wit36硝化卤化n金属化咪唑反应合成13唑类的一般由14二羰基化合物进行类似paalknorr型的环合得到12唑类通常通过13二羰基化合物与肼或羟氨缩合得到citereviewingmaterialsheterocyclicchemistrylesitetienmay2012wit37性质嘌呤为嘧啶并咪唑类结构具有两个芳香环结构有一点的稳定性但由于多个的影响反应的定位效应有所不同具体表现在质子化反应1n或1n位9h嘌呤是酸性介质中8位取代活性增加
有机化学---第17章 杂环化合物
降低 ；
③ 吡啶的亲电取代反应发生在电 子云密度相对较高的β-位。这 一特性很类似于硝基苯。 ④ 吡啶在α、γ -位可发生亲核取代反应。
δ δ
γ
δ δ δ
β α
N
δ
16
三、五元杂环化合物的化学性质
X2 / 低温
X2 = Cl2, Br2
CH3 COONO2 -5~-30℃
1、亲电取代反应
z
X
z
NO2
S
SO3H ¨ ¡¡ á ¡¡
噻吩是五元杂环化合物中最稳定的一个，性质最
接近苯。不具备共轭二烯的性质，但可加氢、加氯。 21
（3） 噻吩
噻吩比苯容易发生亲电取代，发生于α-位。
噻吩是五元杂环化合物中最稳定的一个，性质最接近
苯。不具备共轭二烯的性质，但可加氢、加氯。
H2 / Pd
S S
[O] [O]
+ N SO3
z Z = NH, O, S
ClCH2 CH2 Cl
z
SO3
H + - N
HCl
z
SO3H
Z = NH, O
(CH3)2C=CH2 ZnCl2
噻吩可直接用浓H2SO4室温磺化
C(CH3)3
z
(CH3CO)2O SnCl4
z
特点：使用较为温和的试剂或反应条件。
大学无机化学 第十二章 杂环化合物总结
第一节 杂环化合物的简介和命名
杂环化合物：
在环上含有杂原子（非碳原子）的环状有机物称为。 通常杂原子有：O 、N 、S 等
O O O 内酯 NH 内酰胺 O O O 环状酸酐
CH2—CH2 O 环氧化合物
从形式上看，它们都是含杂原子的环状化合物，但其性质 与相应的开链化合物相似，不属于杂环化合物讨论的范畴。
当两个杂原子不相同时，编号的次序是：价数小的在前， 大的在后。
2.1 五元杂环化合物的命名 （1）单杂原子五元杂环命名
4 5
O 1
3β 2α
4 5
S 1
3β 2α
4 5 1N H
3β 2α
呋喃(furan)
噻吩(thiophene)
吡咯(pyrrole)
只含一个杂原子的杂环，可把靠近杂原子的位臵叫做α位， 其次为β位。
三元杂环 四元杂环 五元杂环 七元杂环
O
O
O O
(环氧乙烷) (β-丙内酯)
H N
O NH
(氮杂环丙烷) (β-丙内酰胺)
(顺丁烯二酸酐) (氧杂桌)
N H
(1H-氮杂桌)
多杂原子环 或多杂环
O N H N
1-氧-4-氮杂环己烷
奎宁环
1.2 芳香杂环化合物的分类
杂化化合物特指： 环状化合物具有芳香结构（闭合共轭体系），一定程度的 稳定性。
杂环化学--醛变环氧ppt课件
9
•Chapter 1
杂环化学
2021/6/2
有机化学选论 第一章杂环
10
第一节 杂环化学概述
• 一、杂环在化学药物结构中的重要性：
• 化学药物中含有大量的杂环结构，如果对杂环结构或者杂环
化合物没有一定的理解，很难看懂杂环结构的药物。
抗菌药：
磺胺甲氧吡嗪
2021/6/2
有机化学选论 第一章杂环
11
有机化学
选论
32学时
2021/6/2
有机化学选论 第一章杂环
1
本课程的目的
• 本课程是为了弥补基础有机 化学因为学时数少而没有讲授， 但化学药物却经常涉及到的有 机化学知识。
• 学习了这门课后基础有机化 学知识才基本全面，才基本可 以解读化学药物所需要的有机 化学基础知识。
2021/6/2
有机化学选论 第一章杂环
38
G 对于非芳香性杂环的命名
• 对于非芳香性杂环的命名，一般习 惯是看他们是否和某个芳香性杂环类似， 例如可以看作是某个芳香环杂环的氢化 产物，那么就可以用“氢化杂环”来命 名！
2021/6/2
有机化学选论 第一章杂环
39
2 ,3-二 氢 呋 喃 O
O 四氢呋喃
O 呋喃
O 2,5 -二 氢 呋 喃
有机化学选论 第一章杂环
25
杂环化学
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二 习题解答参考 1. 什么因素使吡啶 较苯更易进行亲电取代反应？ 解析：吡啶 N 原子有较强吸电子性使电子云偏向 N，环碳上电子云密度相对减弱，因而比 苯更难进行亲电反应。 2. 写出 2－羟基吡啶，3－羟基吡啶及 2－氨基吡啶 的主要互变异构体的形式。 解析：
注：含活泼氢：含活泼氢的杂环及其衍生物，可能存在互变异构体，结构不同，名称也不 同，命名时需要标明两种可能的位号。 如：
2
Cite as reviewing materials for Heterocyclic Chemistry , by Lesite Tien, May 2012.WIT 4) 应用举例
互变异构化：
6
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质子化：
烷基化与酰基化：
氨基重氮化：
羟基吡啶：三种异构体，其中 α 与 ϒ 异构体以酮式存在，β 异构体以羟基形式存在; 亲电取代（O 的邻位和对位 C 上）; 羟基化与 Mannich 反应； 去质子化与成盐。
14. 写出由 2－吡喃酮与甲胺反应转化为 1－甲基－2－吡啶酮的机理。 解析： 17
杂环化学
第二十章 杂环化合物 (Heterocyclic compounds)
概述：
杂环化合物：含有杂环的化合物，称为杂环化合物。
杂环：由碳原子和至少一个其它原子，如氧、硫、氮等组成的环。
杂环化合物来源、用途：有机化合物中约一半为杂环化合物。许多杂环化合物存在于自然界中，并在生命体系中起着重要作用。目前应用的药物中有很大一部分是杂环化合物。此外，杂环化合物还用作杀虫剂、染料等。 杂环化合物分类：
第一类：无芳香性的杂环化合物：
O
O
O
O
N H
N H
四氢呋喃 丁二酸酐 四氢吡咯 六氢吡啶例：
第二类：具有一定程度的芳香性的杂环化合物：
O
N
H
N 呋喃 吡咯 吡啶例：
一 分类和命名
芳杂环的数目很多，可根据环大小、杂原子的多少以及单环和稠环来分类。 常见的杂环为五元、六元的单杂环及稠杂环。 稠杂环是由苯环及一个或多个单杂环绸合而成。
命名：采用外文名的音译，用带“口”字旁的同音汉字表示。 1 五元杂环
O
β
α
αβ1
2345
S N H
furan 呋喃
噻吩
吡咯thiophene pyrrole
五元环中含两个或两个（至少有一个氮原子）以上的杂原子的体系称唑。
N H N 12
3
45
imidazole 咪唑
N H N 12
3
45
pyrazole 吡唑
S N 1
2
345
thiazole 噻唑
O N 1
2
345
oxazole 噁唑 2 六元杂环
N pyridine 吡啶
N N
pyrimidine 嘧啶
N
N pyridazine 哒嗪
N N
pyrazine 吡嗪
3 稠杂环
N
1
58
62
3
4
7
N 1
5
8
62
3
4
7
N H 12
34
有机化学课件--第二十章 杂环化合物
H , H2O HO CH CH OH H CH C H OH HO CHO
3H2O
戊糖
Zn O -C r2O 3-M n O 2
CHO
O
400℃
O
O
CHO O
3 ,H 2O
Al
O
2
3
3 , NH
Al2 O
,H2
3
Al
O
2
S
,
3
Al2 O
H
O
2
N
2019/11/30
H
A l2O 3, H 2S
Al2O 3, N H 3
二、杂环化合物的命名 1、 音译法：在同音汉字左边 + 口字。
1
O
1
N H
1
S
1
N
f u r a np y r r o l et h i o p h e n e p y r i d i n e
呋 喃 吡 咯噻 吩吡 啶
2019/11/30
1
N H indole
吲哚
有机化学课件
1
N
quinoline 喹啉
12
O
C H 34 N 3
5
12
H O C H 2C H 2 S
5-甲 基 咪 唑 4-硝 基 噁 唑4-甲 基 -5-(2'-羟 乙 基 )噻 唑
中国药科大学有机化学课件—第十四章杂 环 化 合 物
实例:
五元杂环
4
3β
5
2α
O
1
呋喃(furan)
4
3β
5 S 2α 1
噻吩(thiophene)
五元杂环苯并体系
4
5
3
6 7
O2 1
苯并呋喃
(benzofuran)
4
5
3
6 7
S2 1
苯并噻吩
(benzothiophene)
4
3β
5
1
N H
2α
吡咯(pyrrole)
4
5
3
6 7
2
N H
1
苯并吡咯
吲哚 (indole)
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
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, AlC3l 100 ℃
大学有机化学课件-杂环化合物
N SO3
O ClCH2CH2Cl r.t.3days O SO3-
+ SO3
CH2Cl2
室温
N SO3
HCl
N H
SO3H O
+
α—呋喃磺酸
HCl
N Cl H
N SO3
N H 100℃ N H
SO3-
N H
SO3H N H
18
浓H2SO4 S 室温 S
SO3H
浓H2SO4 室温
噻吩环较稳定，磺化可在室温下直接使用浓硫酸， 生成的α—噻吩磺酸溶于浓硫酸。苯在室温下不与浓 硫酸反应，据此，常用浓硫酸洗涤来除去苯中的噻 吩。（P233 T8-2)
3
O O O
O
环氧乙烷
N H
O
O
N H
γ-丁内酰胺
O
氮杂环丙烷 γ-丁酸内酯
马来酸酐
这些化合物中虽然含有杂原子，但不稳定易 开环，性质类似于开链化合物。习惯上认为的 杂环化合物是：
定义：含有杂原子，具有芳香性或一定程度稳
定性的环状化合物叫杂环化合物。
4
二、分类与命名
一）、分类
单杂环化合物
六元杂 环化合物
N H
H H
N H
[
N H
]n
H N H H
吡咯红 呋喃在酸性条件下发生的开环：