第十五章杂环化合物

第14章杂环化合物

杂环化合物是由碳原子和非碳原子共同组成环状骨架结构的一类化合物。这些非碳原子统称为杂原子，常见的杂原子为氮、氧、硫等。前面已经学过的内酯、内酰胺、环醚等化合物都是杂环化合物，但是这些化合物的性质与同类的开链化合物类似，因此都并入相应的章节中讨论。本章将主要讨论的是环系比较稳定、具有一定程度芳香性的杂环化合物，即芳杂环化合物。

杂环化合物的种类繁多，数量庞大，在自然界分布极为广泛，许多天然杂环化合物在动、植物体内起着重要的生理作用。例如：植物中的叶绿素、动物血液中的血红素、中草药中的有效成分生物碱及部分苷类、部分抗生素和维生素、组成蛋白质的某些氨基酸和核苷酸的碱基等都含有杂环的结构。在现有的药物中，含杂环结构的约占半数。因此，杂环化合物在有机化合物（尤其是有机药物）中占有重要地位。

第一节分类和命名

一、杂环化合物的分类

芳杂环化合物可以按照环的大小分为五元杂环和六元杂环两大类；也可按杂原子的数目分为含一个、两个和多个杂原子的杂环，还可以按环的多少分为单杂环和稠杂环等。见表14-1。

表14-1 有特定名称的杂环的分类、名称和标位

二、杂环化合物的命名

杂环化合物的命名比较复杂。现广泛应用的是按IUPAC（1979）命名原则规定，保留特定的45个杂环化合物的俗名和半俗名，并以此为命名的基础。我国采用“音译法”，按照英文名称的读音，选用同音汉字加“口”旁组成音译名，其中“口”代表环的结构。见表14-1。

（二）杂环母环的编号规则

当杂环上连有取代基时，为了标明取代基的位置，必须将杂环母体编号。杂环母体的编号原则是：

1．含一个杂原子的杂环

含一个杂原子的杂环从杂原子开始编号。见表14-1中吡咯、吡啶等编号。

2．含两个或多个杂原子的杂环

含两个或多个杂原子的杂环编号时应使杂原子位次尽可能小，并按O、S、NH、N 的优先顺序决定优先的杂原子，见表14-1中咪唑、噻唑的编号。

3．有特定名称的稠杂环的编号有其特定的顺序

有特定名称的稠杂环的编号有几种情况。有的按其相应的稠环芳烃的母环编号，见表14-1中喹啉、异喹啉、吖啶等的编号。有的从一端开始编号，共用碳原子一般不编号，编号时注意杂原子的号数字尽可能小，并遵守杂原子的优先顺序；见表14-1中吩噻嗪的编号。还有些具有特殊规定的编号，如表14-1中嘌呤的编号。

4．标氢

上述的45个杂环的名称中包括了这样的含义：即杂环中拥有最多数目的非聚集双键。当杂环满足了这个条件后，环中仍然有饱和的碳原子或氮原子，则这个饱和的原子上所连接的氢原子称为“标氢”或“指示氢”。用其编号加H（大写斜体）表示。例如：

N N

H O O

1H-吡咯2H-吡咯2H-吡喃4H-吡喃

若杂环上尚未含有最多数目的非聚集双键，则多出的氢原子称为外加氢。命名时要指出氢的位置及数目，全饱和时可不标明位置。例如：

N N O

H H

1,2,3,4-四氢喹啉2,5-二氢吡咯四氢呋喃

含活泼氢的杂环化合物及其衍生物,可能存在着互变异构体,命名时需按上述标氢的方式标明之。例如：

N

N N

N

N

N

N

N H

H

9H-嘌呤7H-嘌呤

（三）取代杂环化合物的命名

当杂环上连有取代基时，先确定杂环母体的名称和编号，然后将取代基的名称连同位置编号以词头或词尾形式写在母体名称前或后，构成取代杂环化合物的名称。例如：

N

N NH2N

N

N N

N

CH3

NH2

H

H

2-氨基咪唑8-羟基喹啉8-甲基-6-氨基-9H-嘌呤

O CHO N COOH

N

SO3H

OH

2-呋喃甲酸3-吡啶甲酸8-羟基喹啉-5-磺酸

（四）无特定名称的稠杂环的命名

绝大多数稠杂环无特定名称，可看成是两个单杂环并合在一起（也可以是一个碳环与一个杂环并合），并以此为基础进行命名。

1．基本环与附加环的确定

附加环或取代部分。命名时附加环名称在前，基本环名称在后，中间用“并”字相连。例如：

S

N H

3,-1

2

3

a

b

c d e

基本环的选择原则：

（1） 碳环与杂环组成的稠杂环，选杂环为基本环。例如：

O

N

N

N

苯并呋喃（呋喃为基本环） 苯并嘧啶（嘧啶为基本环） 苯并喹啉（喹啉为基本环）

（2） 由大小不同的两个杂环组成的稠杂环，以大环为基本环。例如：

N

N O

O

H

吡咯并吡啶（吡啶为基本环） 呋喃并吡喃（吡喃为基本环）

（3） 大小相同的两个杂环组成的稠杂环，基本环按所含杂原子N 、O 、S 顺序有限确定。例如：

S

O

N S

H

噻吩并呋喃（呋喃为基本环） 噻吩并吡咯（吡咯为基本环）

（4） 两环大小相同，杂原子个数不同时，选杂原子多的为基本环；杂原子数目也相同时，选杂原子种类多的为基本环。例如：

N

N

N

N O

N

N H

吡啶并嘧啶（嘧啶为基本环） 吡唑并噁唑（噁唑为基本环）

（5）如果环大小、杂原子个数都相同时，以稠合前杂原子编号较低者为基本环。例如：

N

N N

N N N N

N H H

吡嗪并哒嗪（哒嗪为基本环） 咪唑并吡唑（吡唑为基本环）