13 杂环化合物
201313新版有机化学杂环化合物
或 N N
NH N
• sp2-N吸电子能力较sp2- C强, 故吡啶为缺电子体系.
武汉大学医学有机化学2013
武汉大学医学有机化学2013
三、五员杂环化合物的化学性质
(1) 卤化 呋喃、噻吩在温和条件下(如溶剂稀释及低温)反应 可得一卤代产物；
Br2, 0℃
O 80%
Br
O O
O
Cl2 -40℃
+ O Cl
Cl
O
Cl
吡咯卤化常得四卤化物，唯有2－氯吡咯可直接卤 化制得。
Br Br N H Br
Br2, 0℃
N H
(1H-氮杂 )
武汉大学医学有机化学2013
二、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
S
呋喃
N O S N
噻吩
N N H
吡咯
N H
N H
N
噁唑
噻唑
咪唑
吡唑
武汉大学医学有机化学2013
六元杂环
N N N
O
吡啶
苯并杂环
嘧啶
吡喃(无芳香性)
N
N 吲哚 H
杂环并杂环
喹啉
N
N
异喹啉
N N
武汉大学医学有机化学2013
说明：吡咯、呋喃、噻吩的亲电取代反应， 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(CH3COONO2)作硝化试剂，在低 温下进行。 磺化反应 呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化， 要用特殊的磺化试剂——吡啶三氧化硫的络 合物，噻吩可直接用浓硫酸磺化。
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)
《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
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
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。
13 杂环化合物
O 顺丁烯二酸酐
△
O+
苯炔
=
=
OO O 90%
OO
76%
Chapter 13
37
吡咯也可以与苯炔、丁炔二酸发生类似的反应 N-H
△
N-H +
C-COOH N-H +
△
C-COOH
N-H -COOH -COOH
噻吩的芳香性较大，环比较稳定，难发生双烯合成
Chapter 13
38
1. 物理性质
O
呋喃
子相邻的碳原子为α，依次β，γ……
(2)当环上有两个或多个杂原子时，应使杂原子的 位号最低，杂原子按O S N的次序给最低号。 (3)环上有不同取代基时，编号按最低系列原则和 顺序规则，使取代基所在的位次最低。
Chapter 13
10
O2N
CHO
O
5-硝基-2-甲酰基呋喃 α’-硝基-α-甲酰基呋喃 (5-硝基-2-呋喃甲醛)
N 吡啶 pyridine
N 喹啉 quinoline
Chapter 13
8
无特定名称的稠杂环化合物，选含特定名称的 杂环为基本环，用化学介词“并”表示稠合关系， 按衍生物命名 ：
O
苯并呋喃
Chapter 13
9
2. 环上取代基的位置 基本环的编号原则如下： (1)从杂原子开始，定位1，依次2，3……或杂原
存在于松木焦油中 熔点-86℃ 沸点32℃
2. 定 性 鉴 别 遇浓HCl浸过的松木片，呈绿色反应
Chapter 13
39
3. 化 学 性 质
1） 亲电取代反应
Cl2 -40 oC
Cl + HCl O
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。
杂环化合物总结
NO2
N
SO3H Br
Br2 H2SO4
+
N
N
Br
KNH2 NH3a, EtOH
N
H
S
S
Na, EtOH
+
S
S
Zn, HAc
N
H2, Ni
H
4. 吡咯的酸碱性
+
N
N
H2, Ni 200oC
N
H
H
H
RMgX
CH3I
N
RH
N
MgXI
N
H
MgX
CH3
KOH,
(1)CO2
(2)H2O
N COOH
N
CO2
K
H O
N H
C OK H3O
N COOH H
C6H5COCl
N O C C6H5
5. 鉴别 呋喃蒸汽遇到被盐酸浸湿过的松木片时，即呈现绿色
噻吩在浓硫酸的存在下，与靛红一同加热显示蓝色
吡咯的蒸汽或其醇溶液，能使进过浓盐酸的松木片变成红色
1. 碱性 (CH3)3N>吡啶>苯胺>吡咯
CH3
+ CH3I
N
280 290oC
+
NI CH3
N CH3 HI
N HI
2. 对氧化作用稳定，氧化侧链
CH2CH3 O
COOH
六
N
N
元 杂
3. 亲电取代，在位，不发生酰基化，烷基化反应
环
Br
化
Br2
合 物
N
N SO3H
H2SO4
N
N
NO2
H2SO4 HNO3 N
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。
杂环化合物大全
杂环化合物大全(总13页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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?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环戊二C5H6烯或称茂萘蒽菲蒽醌……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。
第13章 杂环化合物习题
(C2H5)3N , C2H5OH , 75 C
N ICH3
14. 喹啉和异喹啉的亲核取代反应主要分别发生在 C2 和 C1 上，为什么不分别以 C4 和 C3 为主? 15. 2,3-吡啶二甲酸脱羧生成β -吡啶甲酸，为什么脱羧反应发生在α 位? 16．溴代丁二酸乙酯与吡啶作用生成不饱和的反丁烯二酸乙酯。吡啶在这里起什么作用?它比 通常使用的氢氧化钾乙醇溶液有什么优点? 17．为什么吡啶进行亲电溴化反应时不用 Lewis 酸，例如 FeBr3? 18．如何鉴别和提纯下列化合物? (1) 区别萘、喹啉和 8-羟基喹啉 (3) 除去混在苯中的少量噻吩 (5) 除去混在吡啶中的少量六氢吡啶 19．奎宁是一种生物碱，存在于南美洲的金鸡纳树皮中，也叫金鸡纳碱。奎宁是一种抗疟药， 结构式如下：
CH2=CH H
(2) 区别吡啶和喹啉 (4) 除去混在甲苯中的少量吡啶
HO CH3O
H H C
N
N
奎宁分子中有两个氮原子，哪一个碱性大些?
20．用浓硫酸在 220～230℃时使喹啉磺化，得到喹啉磺酸(A)。把(A)与碱共熔，得到喹啉的 羟基衍生物(B)。(B)与应用 Skraup 法从邻氨基苯酚制得的喹啉衍生物完全相同。 (A)和(B) 是什么? 喹啉在进行亲电取代反应时，苯环活泼还是吡啶环活泼?
(1)
CH3O S
HNO3 H2SO4
CH3O O2N
CH3O
S
NO2
(2) CH3O
S
HNO3 H2SO4
S
3
HNO3
(3) CH3O
S
NO2
CH3 H2SO4
Br2
O2N CH3O
S
NO2
CH3
(4)
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。
有机化学-第十三章
3.命名
取代基位号及名称加上母环的名称即为杂环化合物的 名称，例如：
课堂练习
1、命名下列杂环化合物： （1）
Br
(2)
CH3
N
O
NO2
2 – 硝基 – 4 –溴呋喃
3 – 甲基吡啶
杂环化合物的结构与芳香性
一、五元单杂环化合物的结构和芳香性
五元单杂环如呋喃、噻吩、吡咯，在结构上，都符 合 Huckel 的关于芳香性的规则，即环上原子共平面，彼 此以 σ 键相连接，四个碳原子各有一个电子在 p 轨道 上，杂原子有两个电子在 p 轨道上，这些 p 轨道都垂直 于σ 键所在的平面，相互重叠形成大 π 键——闭和的 共轭体系，π 电子数目为4n+2。结构如图所示：
亲电取代反应主要发生在 α 位上
二、定位规律
对五元杂环的亲电取代反应环上取代基有一定的定位 作用，以噻吩为例，说明如下： （1）当 α 位上有邻对位定位基(x)时，亲电试剂(E)主 要进入 5 位，3 位次之：
（2）当 α 位上有间定位基（Y）时，则 E 主要进入 4 位，少量进入 5 位：
近年发现不少天然存在的呋喃或氢化呋喃衍生物，具 有明显的生物活性或药用价值。例如，从重斑病感染的薯 类植物块根中分离的苦味成为含多种呋喃衍生物，如3-呋 喃甲酸，巴他酸（bacatic acid）,番薯酮等
二、α-呋喃甲醛
1.来源与制备 呋喃甲醛最初是从米糠中得来，故俗称糠醛，因为这 些农副产品中都含有戊聚糖，在稀酸作用下水解成戊醛糖 ，再进一步脱水环化，得到糠醛:
4）综上所述，它们的芳香性由强到弱的顺序为：
二、六元单杂环化合物的结构和芳香性
吡啶具有六元单杂环的典型结构和苯的结构很相似， 是苯中的一个碳原子被氮原子代替，氮原子以 sp2 杂化 轨道和两个相邻碳原子的 sp2 杂化轨道形成两个 σ 键 。环上每个原子均有一个 p 轨道垂直于环的平面，组成 闭合的6电子大 π 轨道，因此，吡啶环也有芳香性。吡 啶的结构如图所示：
杂环化合物
沉淀剂是复盐、杂多酸和某些有机酸，例如，碘碘化钾、碘化汞钾、碘化铋钾、磷钼酸、硅钨酸、 、 苦味酸和鞣酸等。不同生物碱能与不同的沉淀试剂作用 呈不同颜色的沉淀。 (3) 显色反应 一些氧化剂或脱水剂，例如，高锰酸钾、重铬酸 钾、浓硝酸、浓硫酸、钒酸铵或甲醛的浓硫酸溶液等。 它们能与不同的生物碱反应呈现不同的颜色。 显色剂在色谱分析上常作为生物碱的鉴定试剂。
三、重要的生物碱
1.烟碱
又名尼古丁，剧毒，属吡啶衍生物类生物碱。为 无色或微黄色液体，在烟草中以柠檬酸盐或苹果酸盐 的形式存在。烟碱也是有效的农业杀虫剂。
2．麻黄碱
3．咖啡碱和茶碱
咖啡碱
茶碱
4．吗啡和可待因
吗啡
可待因
5.小檗碱
6.莨菪碱
7．利血平
环醚、内酯、内酐和内酰胺等，不属杂环化合物。
第一节
杂环化合物的分类和命名
一、杂环化合物的分类
五元杂环 单杂环
根据环的形式分类
杂 环
六元杂环。 芳环并杂环 杂环并杂环。 含一个杂原子杂环
稠杂环
根据环中杂原子的数目分类
含两个杂原子杂环
二、杂环化合物的命名
1.译音法 根据杂环化合物的英文名称，选择带“口”字偏 旁的同音汉字来命名。
Pd
S
+ 2H2
0.2~0.4MPa
S 四氢噻吩
N H
Ni + 2H2 200℃
N H 四氢吡咯
第四节 六元杂环化合物
一、吡啶的结构Biblioteka ..N原子为sp2杂化
. .
. .
. .
吡啶π 电子数符合休克尔规则，具有芳香性。吡 啶的芳香性比苯弱。
吡啶
二、吡啶的性质 1.碱性
有机化学 第13章 杂环化合物
-5-30℃
O 2—硝基呋喃（35 ％)Fra bibliotekNO2
3.磺化
O
SO3—吡啶 CH2Cl—CH2Cl
O SO3H
2—呋喃磺酸 （41％)
4.傅瑞德尔—克拉夫茨酰基化
+ (CH3CO)2O
O
BF3 CH3COOH
O
C O
CH3
2—乙酰基呋喃 （75—92％)
（二）加成反应 1.催化加氢
2.1, 4-加成反应（狄尔斯—阿尔德反应：D-A反应）
H N N H3C O N
O
CH3 N
N CH3
咖啡碱
N
核酸分子中有腺嘌呤和鸟嘌呤。
习题1
(1)
习题2
O CHO (2) O CH2OH
（1）2—甲基呋喃； （2）5—甲基—2—呋喃甲酸； （3）2—噻吩磺酸； （4）N—甲基吡咯 （或1—甲基吡咯）； （5）3—硝基吡啶； （6）2，3—吡啶二甲酸； （7）2—甲基喹啉； （8）8—羟基喹啉。
（二）化学性质 1.弱碱性 与强酸可成盐。 2.亲电取代反应 发生在苯环上。
NO2
HNO3,H2SO4
N
0℃
+
N NO2 N
3.亲核取代反应
发生在吡啶环上。
NaNH2 液NH3
NH2
N
N
4.氧化反应
苯环先被氧化。
KMnO4 100℃
COOH COOH
N
2，3-吡啶二甲酸
N
△ _ CO 2
COOH N
（四）几种常见稠杂环。
第十三章 杂环化合物
OH N N OH N N OH H
尿酸
尿酸是嘌呤最重要的衍生物，人的血液内含少量尿酸， 是核蛋白的一种代谢产物。鸟类、爬虫类的生物，蛋白 质的代谢产和尿酸，而人和其他高级动物则是尿素，当 然尿内也含有少量尿酸。
OH N OH N i N N OH H O
尿酸
O N N ii N NH O
核酸的生命活动很重要，它决定生命的遗传及蛋白质的 合成作用的物质，核酸中存在的嘌呤环系是腺嘌呤和鸟 嘌呤。
S
+ I2
0℃ S I
S
+
CH3COOH Br2 室温
S
+ HBr Br
I I N H I I
+ 4I2 +4NaOH
N H
+ 4NaI + 4H2O
吡咯反应活性更高，常卤化得四卤化物，即使与 碘反应也不例外：
2. 加成反应 呋喃、噻吩、吡咯均可进行催化加氢反应，失 去芳香性而得饱和杂环化合物。呋喃、吡咯可用 一般催化剂，噻吩能催化剂中毒，需用特殊催化 剂：
+ CH3C
OH
+
O
O CH3C ONO2
50C ~ 300C O
+ CH COOH
3
NO2
+
S
O 00C CH3CONO2 S
100C N H
NO2 （主）
+
NO2 S
（次）
+
N H
CH3COONO2
NO2
（主）
+
N H
NO2
（次）
（2）磺化 呋喃、噻吩、吡咯也需避免直接用硫 + 酸磺化，常用温和的非质子磺化试剂（H 与杂原 子结合，就会破坏环的共轭体系），常用吡啶与 SO3加成物作为磺化剂进行反应：
第13章 杂环化合物
第13章13.1 基本要求●●13.2 基本知识点13.2.1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13.2.2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（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 ，O5234S 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pyranN 12345678喹啉quinolineN 234567异喹啉isoquinoline （编号特殊）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 89942NH ，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：13.2.3.1. 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）。
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－14
Ka=10－15
NH3
N H
N Na
KOH(固)
H2O
N H
N K
Chapter 13
由吡咯盐合成的系列化合物
CH3COCl
N COCH3
NH
COCH3
(1)CO2 (2)H2O
NH
COOH
N K
N CH3
CH3I
NH CH3
Chapter 13
(2) 与格氏试剂反应
NH RMgX NMgX RH
2 HC CH + S
300 oC S
2 HC CH + H2S
Al 2O3 400 oC S
+
H2
3. 鉴 别 在浓H2SO4存在下，与靛红共热显蓝色。
Chapter 13
4. 反 应
(1) 五元杂环亲电取代反应的定位规律：
NO2 CH3COOONO2 O℃ (CH3CO)2O NO2
S
S
(主)
13.3.2
噻吩
1. 物理性质 噻吩存在于煤焦油的粗苯中，含量 0.5%，臭 味，沸点84℃。
+ H2SO4 SO3H + H2O
S
S
溶于浓H2SO4中，分离，再水解得噻吩。 精制焦化苯的方法
Chapter 13
2. 制 备
CH2 CH2 CH3 CH3 + 4S 600~650 oC S + 3 H2S
13.2.1 五元单杂环
13.2.2
六元单杂环
Chapter 13
13.2.1
五元单杂环
具有4n+2个p电子的五元环状共轭体系(有芳香性)， 杂原子的p轨道有一对p电子：
μ =2.33×10
呋喃 Chapter 13
－30
C· m
μ =1.70×10
噻吩
－30
C· m
μ =6.04×10
吡咯
－30
第13章
杂环化合物
Chapter 13
13.1
杂环化合物的分类与命名
13.2 13.3
杂环化合物的结构与芳香性 重要的五元杂环化合物
Chapter 13
13.1 杂环化合物的分类与命名
13.1.1 分 类
13.1.2
命 名
Chapter 13
13.1.1
分 类
1. 杂环化合物 常见的杂原子：O、N、S （Se、Te、P等） 2. 非芳香性杂环化合物 环醚
N
R
NH
R
(3) 亲电取代反应
(CH3CO)2O
NH
150 200 0C
N H
COCH3
Chapter 13
Br
Br
( 难 控 制 )
Br2
N H
C2H5OH
O OC
Br N H Br
I
NH
I 4NaI 4H20
4I2
NaOH I
N H
I
Chapter 13
CHCl3
N H
25% KOH
N H
CHO
2－吡咯甲醛
C6H5N2Cl
C2H5OH, H2O
N H
CH3COONa
N N H N
HCl
Chapter 13
五元杂环亲电取代机理： 进攻α－位：
E Z H E Z H E Z H E H E
..
..
Z
Z
Chapter 13
进攻β－位：
H E E Z H E .. Z H E Z
..
Z
进攻α－位，中间体稳定，易形成。发生在邻位
N
呋喃
O
N S
N N
噻唑 吡嗪
吡啶
(2) 按环的多少分类 单杂环：
N H
吡咯
稠杂环： Chapter 13
N
喹啉
(3) 常见杂环化合物的分类
杂环分类 碳环母环
4 3
重要的杂环
4
单 杂 环
五 元 杂 环
N
3
4
N
3
5
2
5
2
5
2
O
1
S
N H
S
1
N H
1
环戊二烯
呋喃
噻吩
吡咯
4
噻唑
thiazole
咪唑
4
furan thiophene pyrrole imidazole 4 4
O + 2 H2 Ni 100 oC 5MPa O
Chapter 13
四氢呋喃是五元环醚，沸点65℃，是一种优良 的溶剂及重要的化工原料，如通过开环反应制备己 二胺及己二酸等：
+ 2HCl O H2 己 二胺 H2O 己 二酸 Cl(CH2)4Cl NaCN NC(CH2)4CN
Chapter 13
Chapter 13
O2N
CHO O
H3CH2C
CH3 O
2-甲酰基-5-硝基呋喃 α-甲酰基-α’-硝基呋喃 (5-硝基-2-呋喃甲醛)
N N H CH3
2-甲基-5-乙基呋喃 α-甲基-α’ -乙基呋喃
COCH3 N H
4-甲基咪唑
N H3C
2-乙酰基吡咯 α-乙酰基吡咯 5-甲基噻唑
Chapter 13
次要
Chapter 13
4. β-位有间位基（Y）时，E 进入主要进入5位。
Y E Z E Z Y
+
有第一类定位基时，杂原子定位；有第二类定位 基时，第二类定位基定位。
Chapter 13
13.3.5
α-呋喃甲醛（糠醛）
1. 制备
C5H8O4 + n H2O n 稀 HCl n C5H10O5
戊聚糖
N
Chapter 13
13.3
重要的五元杂环化合物
呋喃
13.3.1
13.3.2
13.3.3
噻吩
吡咯
13.3.4
13.3.5
五元杂环的亲电取代规律
α-呋喃甲醛
13.3.6
13.3.7
Chapter 13
咪唑
五元杂环衍生物的合成
13.3.1
呋喃
1. 物理性质 存在于松木焦油中 熔点-86℃ 沸点32℃
C· m
实测结构数据：
正常典型键长： C－C 0.154； C－O 0.143； C－S 0.182； C－N 0.147 C=C 0.134； C=O 0.122； C=S 0.160； C=N 0.128 单位： nm
Chapter 13
1. 键长
分子中键长平均化，但不如苯完全平均，芳香性
较苯差，有一定的不饱和性及环不稳定性。 2. 杂原子 有一对电子共轭，有给电子性能，其作用相当环
H3C
HC CH2 CH2CH3 H3C H3C CH N N CH Mg N N C H H3C CH3 H H CH2 O CH2 COOCH3 COOC20H39
血红素 Chapter 13
叶绿素a
13.3.4
五元杂环的亲电取代规律
第二个取代基进入五元环，第一个取代基有定位 作用，杂原子也有α-定位作用。 1. α-位有邻对位定位基（x）时，E 进入5位，3 位 次之。
quinoline
3 2
异喹啉 isoquinoline
6 1
N N3
5 4
N7
8
2
环
茚
N1 H 吲哚 indole
7 8 7 6 5
O
苯并呋喃 benzofuran
9 1 2 3
N9 H 嘌呤 purine
N10
4
蒽
吖啶 acridine
Chapter 13
13.1.2
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：
Chapter 13
(4) 加氢反应
NH
Zn / CH3COOH
NH
H2 / Ni 200 0C
NH
4. 重要的衍生物
N HC H N CH N H N CH
CH
卟吩
Chapter 13
H3C HC
HC CH2 H3C CH N Fe N CH CH2 CH2 COOH
HC CH2 N CH N CH3 CH2 CH2 COOH
S (次)
C2H4Cl2
S
N
SO3
S
SO3H
N
Chapter 13
Br2 CH3COOH S
Br
HBr S
HCHO S
HCl
ZnCl2 O OC
S
CH2Cl
Chapter 13
(2) 加成反应
+ 2H S
四氢噻吩具有硫醚的性质：
[O] S S O O [O] S O
S
四氢吩噻
溶剂
环丁亚砜
环丁砜
Chapter 13
E X Z E E Z X Z X
+
主要
次要
Chapter 13
2. β -位有邻对位基（X）时，E 进入2 位，少量 进入5位。
X E Z Z X E E Z X
+
主要
次要
Chapter 13
3. α-位有间位定位基（Y）时，E 进入4 位，5位次 之。
E Y Z E Z Y E Z Y