芳香杂环化合物

2 与卤代烷、酰卤和酸酐的反应—N上 的取代反应
3 亲电取代
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。亲电取代反应主要发生在 β-位上。
KNO3,H2SO4 Fe , 330℃
H2SO4 ,HgSO4
3 2
1
CH3
N N1 H
3
CH3
5 4
NH N
3 2
1
2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
4-甲基咪唑
5-甲基咪唑
在吡唑中，3-5位等同，在咪唑中，4-5位等同
无特定名的稠杂环的命名
4 5 6 7
3
5
N
8
吲哚
N H
1
N 4 N H 3
嘌呤
indole
purine
编号原则
1.以环中杂原子位次为1，开始顺序编号， 既可以用阿拉伯数字，也可以用希腊 字母
4 5 3
6
N 1
吡啶
2
pyridine
2. 若有多个相同杂原子时，应使它们的 位次编号之和最小
4 5 6
N3 N 1
2
嘧啶 pyrimidine
(二）化学性质 1 碱性
1.碱性
吡啶环上氮原子有一对未共用电子没参加环 上的共轭体系，能与质子结合，和强酸成 盐，具有弱碱性（强于苯胺）
碱性：苯胺 < 吡啶 < 氨 < 三乙胺 < 哌啶
吡啶还可与某些Lewis酸如三氧化硫和三氧化 铬结合成盐
N-吡啶磺酸-温和的非质子性磺化试剂
N-吡啶铬酸-温和的非质子性氧化剂
5 C上相连的多于1个的H需要标出位置
O
O
2H-吡喃
4H-吡喃
6 含活泼氢的杂环及其衍生物，可能存在互 变异构体，命名时需要标明其两种可能的 位号
5-甲基咪唑
4-甲基咪唑
取代杂环的命名
参考苯的命名，一般选杂环为母体，按照编 号标出取代基位置，个数，名称
N-甲基-5-巯基咪唑
3-甲基吲哚
杂环也可以作为取代基
+
N NO2
N Br
HNO3 + H2SO4
0℃
N
浓H2SO4
220℃
+
N
N NO2
N SO3H
2 亲核取代
亲核取代反应主要在吡啶环上进行，喹啉取 代主要发生在C-2位或C-4位上
N
3 氧化还原
1
斯克劳普Z.H.Shraup合成法
用苯胺(或其它芳胺) 、甘油、硫酸和硝基苯 (相应于所用芳胺)等共热, 即可得喹啉。
CH=CH2 H3C N Mg H H3C R' OOCCH2CH2 H N N N
R C2H5
CH3 H C OO OCH3
叶绿素a (R=CH3)
叶绿素b (R=CHO)
CH3 CH3 R'=(CH3)2CHCH2CH2(CH2CHCH2CH2)CH2C=C CH2
伊沙匹隆
S H3C N H
吡啶Ｎ-氧化物
在过氧化物条件下生成
亲电取代反应比较容易，也能进行亲核取代 反应，并且取代反应都发生在a位或γ位。
衍生物
二 喹啉和异喹啉
喹啉
异喹啉
奎宁（金鸡钠碱），是最早，也是最重 要的抗疟药物，至今仍广泛用于临床。
化学性质
1 亲电取代 主要发生在C-5与C-8
Br
Br2
△
浓H2SO4 Ag2SO 4
O
1
2
S
1
N H
1
2
呋喃
furan
4 5
噻吩
thiophene
4 5 3 1
吡咯
pyrrole
4 5 1
N3 S
1 2
N H
N2
N3 N H
2
噻唑
thiazole
N O
吡唑
pyrazole
O N
咪唑
imidazole
噁唑
oxazole
异噁唑
isoxazole
六元环
4 5 6 3 5 6 4
3
N
1
2
3.若有多个不同杂原子时，则按O、S、 NH、N的先后顺序编号
4 5 3 4 5
N3 S
1 2
N H
1
N2
吡唑 pyrazole
噻唑 thiazole
4.有些有特定名称的稠杂环母体的编号 是固定的
5 6 7 8 4 3 6 1N 2 2
5
4
N N H
9 8
7
N
1
N
3
喹啉
quinoline
嘌呤
purine
NO2 N
SO3 N H
N
Br2 300℃
Br N
Br N H
Br
RX(或RCOX） 不反应 AlCl3
环上有给电子基时反应相对较易进行
4 亲核取代 对环的亲核进攻主要发生在 a 位
Chichibabin(齐齐巴宾)反应
吡啶环上的卤素容易被取代
5 氧化和还原
和苯环相比，不易被氧化，优先被还原
芳香性
特点:5轨道6电子，是多电子芳杂环
它们的亲电取代反应都比苯活泼，其活泼 性同苯酚、苯胺相似。亲电取代活性：
吡咯>呋喃>噻吩>苯
由于它们的高度活泼性以及呋喃和吡咯对 于无机强酸的敏感性，其亲电取代反应需 要比较温和的条件。
（一）化学性质
1 酸碱性
N H H H
N H3C CH3 CH3
N H
2. 亲电取代反应
（1）卤代
(2) 硝化-使用温和的硝乙酐
（3） 磺化反应
吡啶与三氧化硫反应生成的盐作为磺化剂进 行反应
相对稳定的噻吩 可以直接磺化
（4）傅克-酰基化反应
烷基化反应无实际意义。但进行傅克-酰基化 时，可以得到一元取代的酰基产物。
碱性条件
（5）有关定位效应
3位上有取代基，第二个基团进入环的2位或5 位(即a-位)，取代基进入1位还是5位取决 于环上原有取代基的性质。
第十五章 芳香杂环化合物
Ciprofloxacin
构成环的原子除碳原子外还有O、S、N、P等 杂原子的环状化合物称为杂环化合物。
90%以上药物和60%以上的有机化合物为杂环 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，合成物质）、血红素(赋 予血液以鲜红的颜色)都是杂环化合物。 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。
O
1
2
吡啶
pyridine
4 5
4H-吡喃
4H-pyran
N3 N
2
1
N N
N
N
6
哒嗪
pyridazine
嘧啶
pyrimidine
吡嗪
pyrazine
具有特定名的稠杂环
5 6 4 3 8 6 7 8 1 5 2 4 3
7
N
1
N2
喹啉
异喹啉
isoquinoline
6 1N 2 7 9
quinoline
H
氨
H C H C H C C H C N H
脂肪胺
H C H C C H C
苯胺
H N H
吡啶
吡咯
碱性： 脂肪胺 > 氨 > 吡啶 > 苯胺 > 吡咯
吡咯具有弱酸性，比醇强，比酚弱
呋喃在酸性条件下极易水解破坏 ，吡咯在 酸的催化作用下易形成聚合物 对氧化剂，呋喃、吡咯均较敏感，在空气 作用下可以缓慢开环：
2-呋喃甲醛 糠醛
3-吡啶甲酸 烟酸
第二节 六元杂环
一 吡啶 (一) 结构
杂原子以sp2杂化，另外每个原子各有一个 未杂化轨道和环垂直，类似苯形成大π键
N原子起吸电子作用，类似硝基
吡啶发生亲电取代反应较苯困难，主要发生
在位。 相对来说，吡啶较易发生亲核取代反应，取 代基往往进入位。
3 Reimer-Tiemann反应
4 D-A反应
5 加氢还原
四氢 吡咯
四氢 呋喃
五元杂环衍生物
呋喃甲醛（糠醛）
呋喃甲醇 （糠醇）
二 含两个杂原子的五元杂环
吡唑
咪唑
这些唑类化合物具有碱性，其碱性比吡咯 强，比吡啶或相应脂肪胺的碱性弱。
性质-互变异构
4 5
N3 N1 H
4 5
2
5 4
NH N
O R CH3 O O H3C H3C CH3 OH O OH CH3
Epothilone A(R=H) ； B(R=CH3)
1993年被发现的一种高效抗癌物质
第一节 分类和命名
一 分类
杂环 稠杂环 六元环 两个非 苯杂环 稠和
单杂环
五元环
苯并单 杂环
二 命名
4 3 5
五元环
4 5
3 2 5
4
3
第三节 五元杂环化合物
一 含一个杂原子的五元常见杂环
O
S
N H
呋喃
furan
噻吩
thiophene
吡咯
pyrrole
H C H
N ¨ H
H C N C H H
H
H C C C H C
H O
C
吡咯
H H C H
S ¨
呋喃
C S C H
O ¨
由于杂 原子的 存在， 键长没 有完全 平均化
C
噻吩
π电子 = 6（符合4n+2规则）
甘油在这里的作用主要是生成α，β-不饱和 醛酮，故此反应也可以直接用α，β-不饱和 醛酮来制备
硝基苯起氧化作用，使用时结构必须和苯胺 的对应。少数条件下不出现。
含两个氮原子的六元杂环
哒嗪
嘧啶
吡嗪
碱性
二嗪类化合物虽然含有两个氮原子，但它们 都是一元碱，而且碱性都比吡啶弱。
当一个氮原子与酸作用质子化变为正氮离子后， 它的吸电性大大增强，使另一个氮原子电子云密 度大大降低，很难再质子化，故为一元碱。