有机化学11第十一章杂环化合物
有机化学中的杂环化合物的合成
有机化学中的杂环化合物的合成有机化学中的杂环化合物的合成功能在有机化学中，杂环化合物是指分子中含有除碳之外的原子组成的环状结构。
这类化合物具有广泛的应用领域，例如药物合成、材料科学等。
本文将介绍几种常见的杂环化合物的合成方法和其在实际应用中的重要性。
一、五元杂环的合成五元杂环是最常见的杂环结构之一，包括噻吩、吡咯和嗪等。
它们具有独特的化学性质和应用价值。
五元杂环的合成通常采用环加成或环合成的方法。
例如，可以通过硫醇与1,2-二卤代乙烷反应得到噻吩环：二、六元杂环的合成六元杂环是有机化学中常见的结构单元，包括吡啶、噻吩和三嗪等。
这些化合物在医药领域和材料科学中具有重要的应用。
六元杂环的合成方法多种多样，如使用不饱和化合物和亲核试剂进行环加成反应。
例如，可以通过苯和氨反应得到吡啶环：三、七元杂环的合成七元杂环是一类相对较少见但具有重要意义的杂环结构。
其中较为典型的是苯并噻吩和苯并嗪等。
其合成方法包括环化合成和环加成等。
例如，可以通过亚硝基化合物和硫化合物的反应得到苯并噻吩环：四、杂环化合物在药物合成中的应用杂环化合物在药物合成中具有广泛的应用。
由于其结构多样性和生物活性，很多杂环化合物被用作药物的核心骨架。
例如，噻吩类化合物常用于抗癌药物的合成，其具有抗氧化和抗炎等重要作用。
此外，嗪类化合物也被广泛应用于中枢神经系统疾病的治疗。
五、杂环化合物在材料科学中的应用杂环化合物也在材料科学领域中发挥着重要作用。
例如，含有噻吩结构的聚合物被广泛应用于有机太阳能电池的制备，其光电转换效率高，具有良好的稳定性。
此外，吡咯类的杂环化合物也被用作染料和光敏材料。
综上所述，有机化学中的杂环化合物的合成是一个重要的研究领域。
通过合理选择反应条件和合成方法，可以高效地合成各种杂环化合物。
这些化合物在药物合成和材料科学等领域中展示出广阔的应用前景，将为人类的生活和科学研究带来更多的可能性。
第十一章 杂环化合物
第十一章杂环化合物1. 杂环化合物的分类和命名分类：五元杂环：呋喃、吡咯、噻吩单环杂环化合物六元杂环：吡啶稠环：喹啉、吲哚命名：音译法：有取代基时，取代基的位次依次从杂原子开始，用1,2,3...或α，β，γ...编号；有两个及以上杂原子时，按OSN 的顺序编号，编号时取杂原子次序最小。
单环：五元环为茂，六元环为苯 系统命名法：稠环按衍生物命名，如X 并X2.五元杂环因杂原子的电负性不同：＞＞3.六元杂环化合物CH 3NH2＞NH3＞＞亲核取代反应氧化，亲电取代反应不活泼，亲4.稠环化合物喹啉结构：（异喹啉结构：）物理性质：无色油状液体, 有特殊气味，b.p. 238 ℃, 不溶于水制备（斯可络普法）：化学性质：弱减性，亲电取代反应进入苯环，亲核取代反应进入吡啶环硝化：磺化：卤代：亲核取代：加成：喹啉的合成：1.Skraup合成法总反应式：反应原理：HNO3/H2SO4,,0℃5.其他杂环化合物1.吲哚结构：物理性质：结晶固体，能溶于热水。
纯吲哚有臭味,但稀释10000 倍后则具有香味, 可用于香料Fischer合成：反应机理：Reissert吲哚合成法：从邻硝基甲苯和草酸二乙酯合成吲哚及其衍生物反应机理：首先邻硝基甲苯与草酸二乙酯反应生成邻硝基苯基丙酮酸乙酯，接下来用锌-乙酸处理该产物，使之发生还原环化，得吲哚-2-羧酸。
吲哚-2-羧酸还可脱羧产生无取代的吲哚2.糠醛制备：性质氧化：加氢：歧化：脱羰：。
第十一章 杂环化合物和生物碱_0
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------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第十一章杂环化合物和生物碱参考答案 1．命名下列化合物：（1） -呋喃甲酸（2） -甲基吡咯（3） -噻吩磺酸（4）-吡啶甲酰胺（5） 4-甲基吡啶盐酸盐（或：氯化-4-甲基吡啶）（6） 4-羟基嘧啶（7） 5-硝基喹啉（8）2, 6, 8-三羟基嘌呤 2．写出下列化合物的构造式：(1) (2) BrOBr(3) SCH2OH 3 2 (5) (6) CH2COOH OCHO(7) N NOH 3．把下列化合物按其碱性由强至弱排列。
六氢吡啶甲胺氨吡啶苯胺吡咯 4．用化学方法区别下列各组化合物。
（1）与 FeCl3 溶液作用呈紫色的为苯酚；与 H2SO4-靛红呈蓝色的为噻吩。
（2）蒸气遇蘸有浓 HCl 的松木片显红色的为吡咯。
（3）与 CH3COOH/苯胺显示亮红色的为糠醛。
5．用适当的化学方法，将下列混合物中少量杂质除去。
（1）加入浓硫酸一起振荡，噻吩发生磺化反应生成噻吩磺酸溶于浓硫酸。
（2）利用吡啶的弱碱性，加入 HCl 使其生成吡啶盐酸除去。
6．完成下列反应式。
1 / 7(1) OCH2OHOCOOH (2) NI HCH3 COOH (3) CONH2 NN COOCH3(4) NOH(8) NNH2N(4) NSO3H3(5) CH3OCHCHO(6) NCOOHNCONH2NCNCH2NH27．喹啉硝化反应发生在苯环上；吲哚硝化反应发生在吡咯环上。
8．互变异构体的构造式如下：9．答：吡啶和六氢吡啶的分子中，氮原子上都有未共用的电子对，都可以和质子结合显碱性。
两者不同的是氮原子上未共用电子对所处轨道的类型不同，吡啶中氮原子上的未共用电子对处于 sp2 杂化轨道上，而六氢吡啶中氮原子上的未共用电子对处于 sp3 杂化轨道上。
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。
第11章 杂环化合物
O
CHCl3 KOH POCl3
O 60%
H N
H N
HCON(CH3)2
CHO
H N
甲酰化反应
CHO
亲电取代反应位置
N(CH3)2 O + HCN(CH3)2 3°
OCH3
POCl3
(H3C)2N 80-84%
CHO
Z
OH CHO
G (o,p)
Z
G (m)
也可进行：
OH + HCCl3 OH-
第十一章
杂环化合物
第十一章
一、含一个杂原子的五元杂环 — 呋喃、噻吩、吡咯
1.命名、结构与物理性质 2.呋喃、噻吩、吡咯的反应
杂环化合物
四、含二个氮原子的六元杂环 — 二嗪
1.二嗪的结构与命名 2.嘧啶的化学性质
有机化合物分类：链状、环状；脂肪类、 芳香类；小环、中环、大环。 杂环化合物种类繁多，数量庞大，在自然界 分布很广。如某些生物碱、维生素、抗生素、核 酸、血红素、叶绿素等。杂环类药物分子中由于 杂原子的种类与数目，环的元数与环数不同，已 将杂环类药物分成许多不同的大类，诸如吡啶类、 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。
1.命名、结构与物理性质 2.呋喃、噻吩、吡咯的反应
杂环化合物
四、含二个氮原子的六元杂环 — 二嗪
1.二嗪的结构与命名 2.嘧啶的化学性质
(二）含两个杂原子五元环 ---- 唑
1，命名，结构
O
H N
S
N
口
N
咪唑
N
噻唑
二、含二个杂原子的五元杂环 — 唑
1.唑的结构与命名 2.唑的反应
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。
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。
药用有机化学试题(第十一章：杂环化合物 附答案)
第十一章：杂环化合物282.从焦油苯中除去噻吩的好方法是？[1分]A层析法B蒸馏法C硫酸洗涤法D溶剂提取法参考答案：C283.下列化合物能使高锰酸钾褪色的是？[1分]A苯B吡啶C3-硝基吡啶D3-甲基吡啶参考答案：D284.下列化合物发生取代反应活性最大的是？[1分] A呋喃B噻吩C吡咯D苯参考答案：C285.下列化合物能发生银镜反应的是？[1分]A2-甲基呋喃B2-羟基呋喃C2-硝基呋喃D2-呋喃甲醛参考答案：D286.吡咯和呋喃发生磺化反应常用的试剂是？[1分] A发烟硫酸B吡啶三氧化硫C浓硝酸D浓硫酸参考答案：B287.下列化合物水溶性最大的是？[1分]A呋喃B噻吩C吡咯D吡啶参考答案：D288.下列化合物不属于稠杂环化合物的是？[1分] A吲哚B吡嗪C嘌呤D喹啉参考答案：B289.六元杂环吡啶属于几元碱？[1分]A一元碱B二元碱C三元碱D四元碱参考答案：A290.下列化合物没有芳香性的是？[1分]A呋喃B吡啶C哌啶D吡咯参考答案：C291.下列化合物属于芳香杂环化合物的是？[1分] ABCD参考答案：B292.吡咯和吡啶都属于五元含氮杂环化合物。
[1分]参考答案：F293.杂环化合物中常见的杂原子有氧、硫、氮原子。
[1分]参考答案：T294.呋喃、吡咯、噻吩的取代反应往往需在温和的条件下进行。
[1分]参考答案：T295.在杂环中有不同的杂原子时，按O→N→S的顺序编号。
[1分]参考答案：F296.含有2个杂原子且至少有1个氮原子的五元杂化合物称为唑。
[1分] 参考答案：T297.喹啉和异喹啉属于位置异构体。
[1分]参考答案：T298.由于吡啶环中氮原子的存在，使环上电子云密度降低，因此其取代反应比苯要难以进行。
[1分]参考答案：T299. 的系统命名法名称为。
[每空1分]参考答案：4-吡啶甲酸甲酯|||γ-吡啶甲酸甲酯300. 的系统命名法名称为。
[每空1分]参考答案：3-吲哚乙酸301. 的系统命名法名称为。
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
有机化学精品课件——杂环化合物
杂环化合物在材料科学中具有广泛的应用，因为它们可以提供优良的物理和化学性能。例如，聚酰亚胺、聚醚醚酮等杂环高分子材料在航空航天、电子和汽车等领域广泛应用。
杂环化合物作为材料合成的关键组分，能够提高材料的耐热性、耐腐蚀性和机械性能等，同时降低生产成本和提高生产效率。
杂环化合物的研究进展与展望
05
在亲电反应机理中，试剂的性质和杂环化合物上的取代基的性质都会影响反应的进程和产物的生成。因此，在选择合适的试剂和反应条件时，需要考虑这些因素。
亲核反应机理是指反应过程中，试剂首先进攻杂环化合物上的电子云密度较高的部位，从而形成负碳离子中间体。然后，负碳离子中间体再与试剂发生反应，形成新的键，最终生成产物。
杂环化合物的应用
04
杂环化合物在药物合成中具有广泛的应用，因为它们具有独特的化学结构和生物活性。例如，嘧啶衍生物在抗肿瘤药物中发挥重要作用，喹啉衍生物具有抗菌和抗癌活性。
杂环化合物作为药物合成中的关键中间体，可用于合成多种类型的药物，如抗高血压药物、抗病毒药物和抗癌药物等。
VS
杂环化合物在农药合成中具有不可替代的地位，因为它们可以提供高效、低毒、低残留的农药。例如，吡啶衍生物可用于合成除草剂和杀虫剂，嘧啶衍生物可用于合成杀菌剂和杀虫剂。
杂环化合物作为农药合成的关键组分，能够提高农药的生物活性、选择性和稳定性，从而降低对环境和人体的危害。
杂环化合物在染料合成中具有重要作用，因为它们可以提供鲜艳的色彩和优良的染色性能。例如，偶氮染料和酞菁染料等杂环染料在纺织品、皮革和纸张等领域广泛应用。
杂环化合物作为染料合成的关键组分，能够提高染料的色牢度和稳定性，同时降低生产成本和对环境的污染。
杂环化合物的物理性质与其结构密切相关，如熔点、沸点、溶解度等。
第十一章 杂环化合物
(Hetercyclic compound)
第一节 概述
在前面几章，我们遇到了许多环状化合物。例：
O C NH C O
O C O C O
H2C
CH2 C CH2 O O
在这些化合物中，主链上的原子首尾相连，形成了环状，因 此称为环状化合物。前面五个环状化合物中，组成环的原子全部 为碳原子，故称其为碳环化合物；而后面三个环状化合物中，组 成环的原子除碳原子外，还有O、N等非碳原子，这些非碳原子 称为杂原子，这些环称为杂环，常见的杂原子有O、N、S。
一、呋喃及其衍生物
1、呋喃
呋喃是一种无色液体，有特殊气味。b.p=32℃，d=0.9936， 不溶于水，易溶于醇、醚等有机溶剂。呋喃对碱稳定，遇酸发 生树脂化。呋喃遇盐酸浸过的松木片呈绿色，称为松木片反应。 利用松木片反应可以定性鉴定呋喃。呋喃是药物及其它有机合 成品的原料。
2、四氢呋喃（THF Tetrahydrofuran）
2
CH=CH2
N
CH3
3 4
H3C
1
N Mg
N
5 6
C 2H 5
H3C 8 H
N
7
CH3
叶绿醇a的分子结构
H
H 2C H 2C O C O
O COOCH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
叶绿醇基
叶绿素不稳定，若用Cu代替Mg，则很稳定且颜色更为鲜艳， 可用来保存植物的绿色。用铜盐和氢氧化钠处理叶绿素后得到叶 绿素铜钠，可作为食品着色剂（<0.5g/kg）。 R.Willstatter和H.Fisher由于对叶绿素结构的研究，分别于 1915、1930年获诺贝尔化学奖。R.B.Woodward于1960年实现了 叶绿素的全合成，为此他于1965年获诺贝尔化学奖。 （2）血红素（heme） 血红素是高等动物体内的重要色素，常与蛋白质结合形成血 红蛋白，血红蛋白在高等动物体内起着输送二氧化碳的功能。 人类于1853年首次得到血红素结晶，1929年由H.Fisher等人实 现了血红素的人工合成，由于血红素中络合的离子为铁离子，其 配位数为6，即在血红素中，铁的配位数只有4，故还可与二分子 氧结合而具有携氧功能。当空气中有CO时，由于CO与Fe结合力
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。
有机化学复习-杂环化合物
N SO3
（2）吡啶的亲核性 吡啶的烷基化
N + CH3I
+ N CH3
I
N甲基吡啶盐 • N-甲基吡啶盐的重排
NaOH 300 C I 重排
o
+ N CH3
N H CH3
I CH3
N CH3 NaOH
CH3
I N H N
2) 亲电取代反应
取代位置和反应活性
PhN2 X N H
N H
N N Ph
环上已有取代基对亲电取代取向的影响
Electron Donating Group
E
A EDG
+ p
E
A
EDG
HNO3//Ac Ac2O O HNO 3 2 CH S S CH3 3 (AcONO2)) (AcONO 2 O O2N N
2
S S 70%
NO2
S 85%
NO S2
85%
+ + O N NO2 2
S O2 N
NO S 2
E
A
EWG
15% 15%
EWG
EWG
E
+ m
COOH COOH
Br2 Br 2 CHCOOH COOH CH 33 Br Br SS
COOH COOH
A
E
A
SS
2）五员芳杂环的其它反应
（i）还原成饱和杂环化合物（催化氢化）
5 4 4 3 3 65 7 6 8 7
4
2
6 7
3
5N 6
77
O21 N1
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一、学习要求1．掌握杂环化合物的分类和命名2．掌握五元杂环、六元杂环和稠杂环的结构和性质 3．掌握生物碱的基本概念及分类4．了解生物碱的一般性质、提取方法及重要的生物碱二、本章要点（一）杂环化合物的分类和命名1．杂环化合物的概念 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。
2．杂环化合物的分类 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环与单杂环稠合杂环化合物而成。
3．杂环化合物的命名 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，用同音汉字加上“口”字旁命名：O1234554321S54321N 54321N S 54321N NHH54321N NH呋喃 噻吩 吡咯 噻唑 吡唑 咪唑（furan ） （thiophene ） （pyrrole ） （thiazole ） （pyrazole ） （imidazole ）654321O N N 123456N N 123456N N 123456654321N 吡啶 哒嗪 嘧啶 吡嗪 吡喃（pyridine ） (pyridazine) (pyrimidine) (pyrazine) (pyran)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。
杂原子的编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始编号，环上有不同不同杂原子时，按O 、S 、NH 和N 的顺序编号；某些杂环可能有互变异构体，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：2，4-二羟基嘧啶 2-氨基-6-氧嘌呤 4H -吡喃 2H -吡喃此外，还可以将杂环作为取代基，以官能团侧链为母体进行命名。
例如：N ，N-二乙基-3- 4-嘧啶甲酸 3-吲哚乙酸 2-呋喃甲醛吡啶甲酰胺（二）含氮六元杂环 1.吡啶的结构123456789NN N N H 2N OH N N OHOH123456O12345612345O6121CHOO CON(C 2H 5)2N23456COOH654321N N CH 2COOHN H1234567N..6987543211098763216587654321H N N N N N N 8765432N 74321H N 喹啉 异喹啉 吲哚 吖啶 嘌呤 ( quinoline) (isoquinoline) (indole) (acridine) (purine)吡啶为六原子六电子的闭关共轭体系，符合Hückel的4n+2规则，具有芳香性。
11章杂环化合物
第十一章
杂环化合物和生物碱
第二节 生物碱
一、生物碱的分类和命名
也可根据其来源进行分类，如石蒜生物碱、长春花生物碱等 生物碱通常根据其来源命名，如麻黄碱、烟碱。也可以采 用译音，如烟碱又称为尼古丁。
第十一章
杂环化合物和生物碱
第二节 生物碱色结晶性固体，少数为液体， 如尼古丁；味苦；一般不溶或难溶于水，能溶于乙醇、乙醚、 丙酮、氯仿、苯等有机溶剂，也可以溶于稀酸溶液而生成盐类； 大多数生物碱具有旋光性，且多为左旋体。 （一）碱性 （二）显色反应 （三）沉淀反应
第二节 生物碱
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第十一章
学习目标：
杂环化合物和生物碱
第一节 杂环化合物
知识目标： 1.熟悉杂环化合物的的定义和分类 2.掌握杂环化合物的命名 3.掌握杂环化合物性质与结构的关系 4.了解重要的杂环化合物
能力目标： 1.能对杂环化合物命名 2.能运用化学方法鉴别常见杂环化合物
第十一章
（二）吡咯、呋喃和噻吩的性质
1.溶解性 2.酸碱性 3 .亲电取代反应 ① 卤代反应 ② 硝化反应 ③ 磺化反应 4.还原反应
第十一章
杂环化合物和生物碱
第一节 杂环化合物
二、五元杂环化合物
常见的五元杂环化合物及其衍生物
1．吡咯及其衍生物
2．呋喃及其衍生物
第十一章
杂环化合物和生物碱
第一节 杂环化合物
8 N 4 N9 3 H
8 N 4 N9 3
9H -嘌呤
7H-嘌呤
第十一章
杂环化合物和生物碱
连有取代基的杂环化合物
选杂环为母体，将取代基的位次、数目及名称写在杂环 母环名称前。
CH3 NO2
O
第十一章杂环化合物
去氧麻黄碱或冰毒
③ 颠茄碱 N-CH3 H
O—C—CH— O CH OH
=
2
熔点：114 ~ 116℃
颠茄碱又叫阿托平，存在于茄科植物如颠茄、曼陀罗、 天仙子等。在医药上用作抗胆碱药，能抑制汗腺、唾液、泪 腺、胃液等分泌，并能扩散瞳孔，用于治疗胃痛与肠绞痛， 也可用作有机磷与锑剂中毒的解毒剂。
④ 吗啡碱 罂粟科植物鸦片中含有20余种生物碱，其中含量最多 的是吗啡。 RO O R/O
R = R/ = H
吗啡
可待因
R = CH3 ，R/ = H N-CH3
R = R/ = -COCH3 海洛因
吗啡对中枢神经有麻醉作用，有强镇痛效力，但容 易成瘾，医药上常用于局部麻醉。
可待因是吗啡的甲基醚，与吗啡有同样的生理作用，成 瘾性较吗啡差，用于镇咳，存在于大麻中的毒品海洛因是吗 啡的二乙酰基衍生物。
5 6
N
N 3
5 6 1
N
3 2
2 1 Imidine
γ-pyran 吡喃
pyridine 吡啶
pyrizine 吡嗪
咪啶
Ⅲ 稠杂环
4 5 6 7
N 1 H
6 3 2 1N 2 3
N
5 4
N 7
5 6 7 8
4 3
O
N 9 H
8
2
1
indole 吲哚
5 6 7 8 1
N
purine 嘌呤
4 3 6 2 7 8 1 5 4 3
1. 生物碱的一般性质
① （生物碱的）沉淀反应 能与生物碱生成沉淀的试剂有：碘化汞钾（K2HgI4)、苦 味酸、丹宁酸等。
② （生物碱的）颜色反应 能与生物碱产生颜色反应的有：浓硫酸、硝酸、甲 醛和氨水等
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-SO3H中的H+与吡啶的N中和生成分子内盐。
生成稳定的热力学产物， 相当于对-氨基苯磺酸内盐。
Cl
Cl
HSO3Cl
N CH3 OH
ClO2S
N CH3
OH
N OH
O H-C-H (37%) 浓盐酸及HCl气体
CH2Cl
N OH
HNO3 N H2SO4
NO2 N
H2SO4 N
SO3H N
Br2 N
N
E H
N
亲电试剂进攻位
EH E
EH
EH
N
N
N
N
电负性大的N原子联有正电荷，很不稳定，只有取 代位时，方可避免这种情况。
B. 亲核取代反应
Cl Cl NaOCH3
N
OCH3 Cl
N
Cl 2NaNH2
N Cl
NH2 N NH2
Cl Cl NaCN
N
CN Cl
N
吡啶的亲核取代反 应发生在位和位
吡啶的亲电取代反 应发生在 位
Br N
解释：
亲电试剂进攻5,8-位
亲电试剂进攻6,7-位
HE
E
N
N
HE N
产生两个共振式
E
H E
N
N
产生一个共振式
B. 亲核取代反应
H NaNH2 N
O Cl
Na O
N
O +N
O Cl
O N
H
O +N
H
B. 活泼芳环的性质
a. 与重氮盐偶联
+ N
N NCl
H
b. Reimer-Tiemann反应
N NN H
N H
c. Kolbe反应
N H
CHCl3 NaOH
N CHO H
(NH4)2CO3 高温
H3+O N COONH4 H
N COOH H
五元杂环
S 噻吩
N 吡啶 六元杂环
N
N
喹啉
异喹啉
稠杂环
2．结构
NH
O
S
键长0.1383nm 键长0.1371nm 键长0.1429nm
键长0.1362nm 键长0.1361nm
键长0.1431nm
键长0.1741nm 键长0.1370nm 键长0.1423nm
形成 56大键，整体电子云密度升高，使亲电取 代反应更为容易；键长并未完全平均化，电荷密 度分布不均匀，使得亲电取代反应发生的位置具 有选择性。其中2,5-位称为位；3,4-位称为位。
NX R
O R-C-Cl + ROH N
N
O
R-C-N
O
R-C-OR + N Cl ROH H
Cl
HCl
N
N Cl H
2．Hantzsch法合成取代吡啶
O
CH3CCH2COOC2H5
CH3CHO NH3
H CH3
C2H5OOC
COOC2H5
CH3 N CH3
CH3
HNO3 C2H5OOC
COOC2H5 1. KOH
一般硝化
O 条件即可
NO2 N
PCl3 还原
O
NO2 N
吡啶的亲电取代反应发生在位；N-氧化吡啶的
亲电取代反应发生在位；吡啶的亲核取代反应 发生在位和位。
D. 侧链的氧化反应
CH3 CH2CH3
N
KMnO4 H+
COOH COOH
N
CH3 KMnO4
N
H+
COOH N
H2活性低
KNO3/HNO3/H2SO4/Fe
N
3000C
NO2 N 22%
20%SO3/H2SO4 N 2300C 24 hr
SO3H
N
71%
Br2 N 3000C 24 hr
Br N 30%
机理：
亲电试剂进攻位
E
E
N
NH
E NH
E NH
亲电试剂进攻位
E
E
H
N
N
E H
C2H5OOC CH3
CH3 COOC2H5
N CH3
1. KOH 2. CaO
CH3 CH3 N CH3
R2
O CH3COCH2COOC2H5
R1
CHO CH3COONH4
R1
O
R1=H; CH3; Cl; Br; CH2Cl R2=H; CH3; Cl
R2
源自原料中的-CHO
O
COOC2H5
O C2H5OOC
异烟酰肼(雷米封)
N N CH3
尼古丁
KMnO4 H+
COOH NH3 N
烟酸
CONH2 N
Cl
Cl
SeO2
CH3COO
N
CH3 O
O CH3COO
N CHO
E. 还原反应及成盐
H2 N Pt N 六氢吡啶(哌啶)
H
SO3
SO3
N
N
温和的磺化试剂
CrO3
CrO3
N
N
温和的氧化试剂，将醇氧化为醛。
RX N
H
ZG
E
E
H Z G HZ G
4．五元杂环化合物的加成反应
O
+
O
O O
O
N+
O
H
O
O O
O
O
O
N
O
O
O
N+
O
R
O
R N
O
O O
O S O
O O
O
O
H2O2
O
S
S
O
O O
O 不反应
5．吡咯的特殊反应
A. 酸性
pKb=2.89 N H
RMgX N -RH H
N MgX
K
N
N
H
K
pKb=13.6 说明吡咯N上的H具有酸性。 N
5 6
4 3
7 8
N2
1
喹啉
b.p. 243C; pKa=5.4
1. 喹啉与异喹啉的性质
A. 亲电取代反应
5 6
7 8
4 3
N2
1
异喹啉
b.p. 238C; pKa=4.8
HNO3 N H2SO4
NO2 N
+ N
NO2
Br2 N
Br N
+ N
Br
H2SO4 N
浓H2SO4 HO3S 3000C
N SO3H
S
00C
CH3COONO2
O
-5~300C
S NO2 60%
O NO2 35%
B. 卤代
氯化硫酰
SO2Cl2/(C2H5)2O
N Cl H
00C
N
H
Br2/C2H5OH Br
Br
00C
Br N Br
H
氯化硫酰是一种 温和的氯代试剂
Cl2 O Cl -400C
Br2/ O O
O
00C
O Br
I2/H2O
机理：
X
Nu-
加成
N
X Nu
X Nu
N -X-
N Nu
X Nu N
消除
以上性质可以导致 在位和位生成苄 基负碳离子，生成 的苄基负碳离子可 以通过共振分散到 吡啶环上：
电负性大的N原子刚好带有负电，
N
有效地帮助分担加成产生的负电
荷，对稳定中间体——负碳离子
非常有好处，而且只有取代2-和
4-位时才能出现这样的情况。
E H
Z
只有进攻4-位时方可避开这种 情况，所以，当2-位为吸电子 基团时，后续基团进入4-位。
G
EE
E
E
Z G H Z G H Z G HZ G
G为第一类定位基 Z=N,S
E ZG
E H
ZG
E
EH
ZG
ZG
EE Z G HZG
E H
ZG E
虽然亲电试剂进攻3-位和5-位均 能产生正碳离子与推电子基团相 连的情况，但是，进攻5-位时产 生三个共振式，而且5-位的反应 活性比3-位高。
第十一章 杂环化合物
五元杂环亲电取代反应及基团定位效应 六元杂环亲电取代反应和亲核取代反应
五元杂环的合成 喹啉的反应 喹啉的合成
11.1 结构
1．分类 非芳香性杂环化合物
O
S
四氢呋喃 四氢噻吩 (醚类) (硫醚类)
N
H 四氢吡咯
(仲胺)
N
H 哌啶 (仲胺)
芳香性杂环化合物
34
2 O5
1
呋喃
N
H 吡咯
+ H2SO4 S
D. Friedel-Crafts酰基化
(CH3CO)2O N 150~2000C H
(CH3CO)2O
S
SnCl4
(CH3CO)2O
O
BF3
O N C-CH3 H
O S C-CH3
O O C-CH3
五元杂环化合物的 亲电取代反应活性 高，所以，一般选 用弱的亲电试剂、 在低温条件下、采 用溶剂稀释时反应， 以防止五元杂环化
NaOCH3 N CH3
N CH2
N CH2
N CH2 N CH2
CH3
CH3 Br2
N CH3 H2SO4, 回流
Br CH3
CH3
Br CuCN, DMF NC