大学有机化学第十一章 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在有机化学中，杂环化合物是一类含有杂原子（即非碳原子）的环状分子，如含氮、氧、硫等的杂环化合物。
这些化合物在医药、材料科学等领域具有重要的应用价值。
本文将介绍有机化合物中的杂环化合物的合成方法及其在不同领域的应用。
一、含氮杂环化合物的合成方法含氮杂环化合物是一类常见的杂环化合物，其合成方法多样。
其中，常见的合成方法包括：1. 氨基化合物与醛酮缩合：通过氨基化合物（如胺）与醛酮反应，可以得到含氮杂环化合物。
这种方法简单直接，适用于合成各种类型的含氮杂环化合物。
2. 亲核取代反应：利用亲核取代反应，将亲核试剂与含氮化合物反应，可以有效合成含氮杂环化合物。
常用的亲核试剂包括氢化试剂、碱性试剂等。
3. 吸电子取代反应：吸电子取代反应是一种有效的合成方法，可以将含氮基团引入分子中，从而得到含氮杂环化合物。
这种方法适用于含氮基团的合成。
二、含氮杂环化合物在医药领域的应用含氮杂环化合物在医药领域具有广泛的应用价值。
其中，许多抗生素、抗癌药物等都是含氮杂环化合物。
这些化合物通过与生物体内的特定目标结合，发挥治疗作用。
因此，含氮杂环化合物在药物研发中扮演着重要的角色。
三、含氧杂环化合物的合成方法含氧杂环化合物是另一类常见的杂环化合物，其合成方法也多样。
常见的合成方法包括：1. 醛酮与羟基化合物缩合：通过醛酮与羟基化合物缩合反应，可以得到含氧杂环化合物。
这种方法具有广泛的适用性，适用于合成各种类型的含氧杂环化合物。
2. 氧化反应：氧化反应是一种有效的合成方法，可以将含氧基团引入分子中，从而得到含氧杂环化合物。
这种方法适用于含氧基团的合成。
四、含氧杂环化合物在材料科学领域的应用含氧杂环化合物在材料科学领域也具有重要的应用价值。
例如，一些聚合物中含有氧杂环化合物，可以提高聚合物的性能，如耐热性、耐腐蚀性等。
因此，含氧杂环化合物在材料科学领域也扮演着重要的角色。
综上所述，有机化学中的杂环化合物是一类重要的化合物，其合成方法多样，应用广泛。
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。
有机化学基础知识点杂环化合物的合成与反应
有机化学基础知识点杂环化合物的合成与反应有机化学是研究含碳的化合物以及其反应机理的学科。
杂环化合物是其中一类重要的有机化合物，由多个不同的原子构成的环状结构赋予其特殊的性质和活性。
本文将重点介绍杂环化合物的合成与反应。
一、杂环化合物的合成1. 环状结构的直接合成直接合成是指通过无需过多中间步骤，直接将杂环结构形成的方法。
最常见的有两种：环内缩合与环外缩合。
环内缩合是通过分子内的反应实现环状结构的形成。
例如，可以通过两个官能团的内部反应，如酰胺和酰胺之间的内酰胺化反应，形成含有杂环结构的化合物。
环外缩合是通过分子间的反应实现环状结构的形成。
例如，可以通过偶氮化物和亲电试剂的反应，形成含有杂环结构的化合物。
2. 环状结构的间接合成间接合成是指通过多步反应，将不同的官能团转化为杂环结构。
这种方法更加灵活，可以根据具体需求选择不同的反应路径。
常见的方法有：(1) 拉曼反应：通过烷基金属物与芳香酮之间的反应，将芳香酮上的羰基还原成羟基，形成杂环结构。
(2) 脱水环化反应：通过脱水反应形成环状结构。
最常见的是使用酸催化剂将醇或酸上的羟基与相邻的官能团上的氢原子进行消除反应，形成杂环结构。
(3) 杂环化合物的可溶性和稳定性增大，可使用催化剂或光催化反应进行合成。
二、杂环化合物的反应1. 变性反应杂环化合物可以通过一系列的变性反应进行官能团的转换。
例如，通过酸催化或碱催化的酯水解反应，将酯转化为醇或酸；通过羟胺或胺与酸酐或酰氯的反应，形成酰胺或酰脲。
2. 变位反应变位反应是杂环化合物中常见的反应之一，通过杂环结构上的元素进行位置的变化。
例如，通过环内亲电试剂的攻击，实现环内碳-氧的位置变化，形成环内醇或环内醚。
3. 开环反应通过开环反应，可以将杂环化合物打开，形成更加简单的化合物。
其中最常见的是酸性水解和碱性水解反应，将杂环结构上的官能团裂解成独立的官能团。
综上所述，杂环化合物的合成与反应是有机化学中重要的研究领域。
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。
人民卫生出版社-有机化学 第11章 杂环化合物
第十一章 杂环化合物
Y Y = O, S, N……
有机化学（V）/ 临床医学
广义：杂环化合物是指具有环状结构的有机化合物，且构 成环的原子除碳外还有其它原子（O 、N 、S 等）。 狭义：杂环化合物是由碳和其他杂原子构成的结构相对稳 定、具有一定芳香性的环状有机化合物，也称芳杂环。
12 12
杂环并杂环
6 1 2 3 5 4 7 8 9
嘌呤
6-氨基嘌呤 （腺嘌呤，A）
2-氨基-6-羟基嘌呤 （鸟嘌呤，G）
四川大学化学学院 四川大学化学学院
13 13
二、五元杂环
典型的单杂原子五元杂环：呋喃、噻吩、吡咯。
呋喃
噻吩 平面环状分子
吡咯
四川大学化学学院 四川大学化学学院
14 14
HC HC CH
17 17
卤代反应 像苯酚和苯胺一样，吡咯、呋喃、噻吩很容易发生卤 代反应。氯代、溴代不但不需催化剂，而且为避免多取代 物，往往采用温和条件，如用溶剂稀释和采用低温。
0℃
四溴吡咯
0℃
2-溴呋喃（80%）
2-溴噻吩（78%）
四川大学化学学院 四川大学化学学院
18 18
硝化反应 五 元杂环 化合物与硝酸（强氧化剂）反应，得不到预 期产物，而是芳环被破坏。因此它们硝化反应必须在温和 条件下，采用非质子弱硝化剂——乙酰硝酸酯。
β-甲基吡啶
β-吡啶甲酸 （烟酸或尼古丁酸）
尼古丁 （烟碱）
四川大学化学学院 四川大学化学学院
40 40
2
4 +
四川大学化学学院 四川大学化学学院
41 41
吡啶的还原反应 吡啶还原反应比苯更容易进行，还原生成六氢吡啶。
医学有机化学第十一章杂环化合物
吡啶环比苯环难氧化 ，环上连有烃基时，侧链可被氧化 吡啶还原后生成饱和的仲胺哌啶
嘧啶及其衍生物 无色固体，熔点22℃，易溶于水，有弱碱性。 胞嘧啶（C）（4-氨基-2-羟基嘧啶） 存在于DNA中
存在于RNA中 尿嘧啶（U）（2，4-二羟基嘧啶）
存在于DNA中 胸腺嘧啶（T）（5-甲基-2，4-二羟基嘧啶）
、吡咯呋喃和噻吩的性质
吡咯具有一定的酸性（pKa=17.5) 原因：N 的给电子共轭效应，使得N上的电子云密度降低，N-H键的极性增加。
、吡咯的酸碱性 吡咯是一种很弱的碱（pKb=13.6) 原因：N上的一对电子参与了共轭。
亲电取代反应的位置：主要是α位。 原因： α位的电子云密度高。
01
18
03
噻吩（thiophene)
吡咯（pyrrole)
吡唑
咪唑
噁唑
噻唑
吡啶（pyridine)
γ-吡喃
哒嗪
嘧啶
吡嗪
6
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
二、命名： 音译法：“口”字旁+英文译音。
喹啉
异喹啉
吲哚
嘌呤
1、当环上有取代基时：一般以杂环为“母体”。 编号原则：①含一个杂原子时：把杂原子作1号，沿着使取代基编号最小的方向用阿拉伯数字给环编号；或用希腊字母编号，与杂原子相连的碳为α-位，依次为β- ，γ-位。
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。
尿酸 2，6，8-三羟基嘌呤
尿酸
杂环化合物的命名结构式的写法 五元杂环和六元杂环的化学性质 生物碱的定义及用途
第十四章 要点
用学有机课件 第十一章 杂环化合物
有机化学
第一节 杂环化合物
❖碳原子和其它非碳原子组成的环状有机化合 物称为杂环化合物。
O
N
❖非碳原子叫做杂原子，常见的有氮、氧、硫。
有机化学
❖环醚、内酯、交酯、环状酸酐、内酰胺等与相应 的开链化合物性质相似，又容易开环，所以不属于 杂环化合物。 ❖已知的天然产物中，杂环化合物超过半数，分布 极广。如：叶绿素、血红素、核酸和许多药物，均 含有杂环结构。 ❖本章主要讨论那些环系比较稳定，并且有不同程 度芳香性的杂环化合物，即芳杂环化合物。
（一）酸碱性
吡咯具有一定的弱酸性
N +KOH
N
H
K+
吡啶具有弱碱性（pKb=8.8）
+H2O
+ HCl
N
N Cl
H
碱性：吡咯＜苯胺＜吡啶＜氨＜脂肪有胺机化学
（二）亲电取代反应
❖ 吡咯：比苯容易发生亲电取代反应。 ❖ 位的电子云密度比β位大，亲电取代优先发生位
+ I2 + NaOH
N H
I
I
+ NaI + H2O
INI H
有机化学
❖ 吡啶：比苯难发生亲电取代反应。
❖在强烈条件下才能进行，取代基主要进入β 位。
+ HNO3 H2SO4
N
300℃
NO 2
N
+ HNO3
H2SO4 50-60℃
NO 2
❖亲电取代活性顺序：吡咯>苯>吡啶
有机化学
（三）氧化和还原反应
❖ 氧化：吡啶不易被氧化，但侧链易被氧化
CH3
KMnO4
N H
NH2
有机化学课件-第十一章杂环化合物及生物碱
• (3)噻吩的衍生物 生物素和先锋霉素是噻吩的
重要衍生物，其结构如下：
H H NO
S
H O O C C ( H 2 ) 4
N H
H H
O SC H 2 C N HN SC H O 2O C C H 3
O
C O O N a
• 生物素又名维生素H，是人体必须的维生素之一， 广泛存在于动植物体内，如谷物、蔬菜和肉类中。 生物素是无色针状晶体，熔点232～2330C，溶于 水和乙醇。在中性或酸性条件下稳定，遇强碱或氧 化剂易分解。在动物的生理过程中参与CO2的固定 及羧化过程。人体缺乏它会导致身体疲乏，食欲不 振，贫血和皮肤发炎、脱屑等。
• 先锋霉素是由孢头菌素C合成的一类广谱 抗生素。目前人工合成的先锋霉素类药 物有十余种，其中先锋霉素Ⅰ又叫头孢 金素，是白色结晶粉末，味苦，易溶于 水，难溶于有机溶剂。它的抗菌谱广， 主要用于对青霉素耐药的金葡萄球菌和 一些格兰氏阴性杆菌引起的严重感染， 如尿道和肺部的感染、败血症、脑膜炎 及腹膜炎等。
+ C H 3C O O N O 2 N
(C H 3 C O )2 O 。
-10 C
N
N O 2 + C H 3C O O H
• 吡H 啶的硝化反应要在浓酸和高温条H 件下才能进行：
浓 H 2 S O 4 +H N O 3 。
N O 2 +H 2 O
N
3 0 0C N
• ③磺化反应 由于吡咯、呋喃在酸性条件下易氧
化导致环的破裂或聚合物的生成，所以不能直接用 硫酸进行磺化，一般采用吡啶与三氧化硫的加合物 作磺化剂：
+
O
N +
_
S O 3
有机化学精品课件——杂环化合物
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。
有机化学精品课件——杂环化合物
汇报人：
2023-12-30
杂环化合物的定义与分类杂环化合物的结构与性质杂环化合物的合成与反应机理杂环化合物的应用杂环化合物的研究进展与展望
目录
杂环化合物的定义与分类
01
总结词
杂环化合物是指分子中至少含有一个杂原子（非碳原子）的环状化合物。
详细描述
杂环化合物是环状有机化合物中的一大类，其分子结构中至少含有一个杂原子（非碳原子），这些杂原子可以是氮、氧、硫等。这些原子与环上的碳原子共同构成一个环状结构。
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
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THANKS
在合成过程中，需要注意控制反应条件，如温度、压力、催化剂等，以保证合成效率和产物的纯度。
杂环化合物的合成方法还可以据具体需要采用一些特殊的方法，如分子内的亲核取代反应、分子内的亲电取代反应等。
亲电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低的部位，从而形成正碳离子中间体。然后，正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
噻吩
噻唑
N
N H
吡咯
N
N H
咪唑
N H
N
吡唑
六元杂环
N
吡啶
N
嘧啶
O
吡喃(无芳香性)
苯并杂环
N N
N H
N N H
吲哚
N
喹啉
N
异喹啉
杂环并杂环
嘌呤
记 忆 口 诀：
氮五吡咯六吡啶；
间氮咪唑和嘧啶； 吲哚喹啉左并苯； 嘧咪相稠是嘌呤。
指出下列杂环化合物中，各含有哪些 杂环母核？
NH N N N H CH2 N
属于富电子结构 结构决定性质，五元杂化富电子结 构会决定它们与苯环哪些性质上的 不同呢？
三.化学性质—3.亲电取代反应 重点
亲电取代活性与环上电子云密度有关—— 电子云密度越大，带正电的亲电试剂的进 攻越容易。 *1 亲电取代反应的活性顺序为：
N H
>
O
>
S
>
吸电子诱导：O(3.5) > N(3.0) > S(2.6) 给电子共轭：N > O > S 综合：N贡献电子最多，O其次，S最少
*2 杂原子和取代基的定位效应
A 杂原子的定位效应：邻位
取代反应主要发生在α-C 上
B 取代基的定位效应：以噻吩为例：
(1) α- 位上有取代基
X = o、 p - 定位基
3 5
Y = m - 定位基 (主) (次)
5 4
(次 ) X
(主 )
S
S
Y
(2) β- 位上有取代基
X = o、 p - 定位基 X (次)
黄连素（小檗碱）是喹啉类生物碱，存在于黄连、黄柏和三颗针等植物
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
本章同步测试参考答案
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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0.87 1.01
139pm
亲核试剂 进攻位点
？
0.84 1.00
1.43
吡啶环中C上p电子密度比苯低，这类芳杂环亦称 为“缺p芳杂环”。表现在性质上，亲电取代变难， 亲核取代变易；氧化变难，还原变易；另外 sp2 杂化 N 上的孤电子对具有一定程度的碱性，可成盐。
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胞嘧啶 (cytosine)
尿嘧啶 (uracil)
胸腺嘧啶 (thymine)
5-氟尿嘧啶 (抗肿瘤药)
这些嘧啶衍生物存在酮式和烯醇式互变异构:
NH (酮式) HN O
O
HO N
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N
OH (烯醇式)
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29
六、稠杂环化合物
杂环与杂环稠合或苯环与杂环稠合而成的化合 物总称为稠杂环化合物。常见的稠杂环化合物有 嘌呤、吲哚、喹啉等。
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9
呋喃
噻吩
吡咯
上述杂环中的π电子云不象苯环那样分布均匀，因而环的 稳定性不如苯。O的电负性(3.5)较大, 故呋喃环π电子共轭程度 较弱, 芳香性最小。S 的电负性(2.5)在三者中为最小, 且S原子 半径较大，原子核对共轭π电子的吸引力较小，故噻吩环π电 子共轭程度较大，芳香性在三者中最大。N的电负性(3.0) 在O、 S之间，故吡咯的芳香性介于呋喃与噻吩之间。
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单萜类化合物（C10H16）
单萜类化合物是指分子中含有两个分子异戊二 烯单位的萜烯及其衍生物。 单萜类化合物广泛存在于高等植物中的分泌组 织里，多数是挥发油中沸点较低部分的主要组 成部分，其含氧衍生物沸点较高，多数具有较 强的香气和生理活性，是医药、仪器和化妆品 工业的重要原料，有些成苷后则不具挥发性。
N N H
在组氨酸分子中含有一个咪唑基, 其pKa值 接近生理pH(7.35)，它既是一个弱酸，又是一 个弱碱，能起到质子传递的作用。组氨酸中的 咪唑环是构成酶活性中心的重要基团，使酶能 催化生物体内酯和酰胺的水解。
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27
五、嘧啶(C4H4N2)及其衍生物
5 6
4
3 2
1
嘧啶(Pyrimidine)
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25
咪唑中N上的氢可以转移到另一个氮原子上, 因而存在 互变异构. 这种情况在环上有取代基时很容易辨别。
N3
5
5 3
NH N
2
1
N H
1
2
甲基咪唑可发生下列互变异构:
N H3C N H 5-甲基咪唑
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NH H3C N
4-甲基咪唑
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26
咪唑的碱性比吡咯强（pKb=6.8），这是由于 引入的氮原子的孤对电子没有参加共轭体系，因 而较易与质子结合。水溶度也较吡咯大。
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17
5C 1N 共面, 取 sp2杂化; 都有 一个垂直于分子平面的p轨道, N的 p 轨道含1个电子, 组成环闭共轭体系 侧面交叠形成环闭大π 键。
吡啶的结构模型
孤电子对占据sp2 杂化轨道
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18
π电子云向电负性较大的N原子转移,使N带部分负电 荷, C带部分正电荷,π电子云出现的几率密度如下：
N
N
Br2 300 oC
Br N
b-溴吡啶 b-吡啶磺酸 b-硝基吡啶
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22
H2SO4, SO3 230 oC, 24 h
SO3H N
KNO3 + H2SO4 N Fe, 300 oC N
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NO2
亲核取代比苯容易，主要发生在α位上。
＋ NaNH2 N
H 2O
100℃
N
NHNa
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3
一、分类和命名
N O S N H N
N
N N
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N
五元杂环:
单杂环
杂环
稠杂环
六元杂环:
N
N N N H
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N
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4
命名原则：译音＋“口”旁
N O S S
Furan 呋喃
Thiophene 噻吩
Pyrrole 吡咯
Thiazole 噻唑
N O
Imidazole 咪唑
4 5 3(b) 5 6 4(g) 1 3(b) 2(a) 4 5 1 3(b) 2(a)
O
1
2(a)
呋喃
吡啶
NO2 O CH3 N H 3-硝基吡咯 (b-硝基吡咯)
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吡咯 CH2CH3
2-甲基呋喃 (a-甲基呋喃)
N 4-乙基吡啶 (g-乙基吡啶)
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7
2.有多个杂原子时,按O、S、N (N-R;N-H;N) 顺序编号
KMnO4 N
N
Na + C2H5OH N or H2/Pt
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NH
六氢吡啶 (哌啶)
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24
四、咪唑的结构与功能
咪唑可以看作是吡咯3位的CH被 氮原子取代而生成的杂环化合物。
N N H
咪唑 1位 和 3 位N 均取sp2杂化。不同的是, 1-N 以一对 p 电子参与共轭, 而 3-N 则以1个 p 电子参与共轭, 形成环状 闭合大p键, p电子数为6, 符合Hü ckel规则, 有一定芳香性。
喹啉
吖啶
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嘌呤
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8
二、芳香五元杂环
(一)吡咯、呋喃和噻吩的结构
4C 1O 共面；都有一个垂直于分子平面的 p 轨道, 侧面 交叠形成环闭大π 键，其中四个碳原子各贡献 1个 p 电子， 氧原子则贡献2个 p电子, 形成 6电子环状共轭大π键。 与苯 环比较, 呋喃、噻吩、吡咯为 5原子共用6个π电子, 故环上π 电子云密度比苯环大,属于“富π芳杂环”。
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2
本章讨论的杂环化合物主要指环系较稳定，包 括杂原子在内的环是平面型，环内有4n+2个p电子 处于环闭共轭体系中，统称为芳(香)杂环化合物。
N O
呋喃
N N N
嘧啶
N N N H
O
O O
杂脂环
S
噻唑
N H
嘌呤
其它不具芳香性的杂环化合物，统称为 非芳香杂环化合物或杂脂环化合物。
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19
(二) 吡啶的性质 1. 水溶性 解释下列吡啶类化合物的水溶性现象？
OH N
水溶度： ∞ 1:1
N
OH
1:1
N
NH2
微溶
N OH
答: 吡啶能与水形成氢键。羟基或氨基取代的
吡啶因分子间氢键的形成而降低了水溶度。
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20
2. 碱性：吡啶环 N 原子的孤电子对处于sp2
杂化轨道上，而一般脂肪胺N上的孤电子对处 于sp3杂化轨道。前者碱性较弱 (pKb=8.8) 。
H3C 4
5
N N1 H
3
4
2
3 5 N N2 1
3N 2
4 5
CH3
1-甲基吡唑
S
1
CH3 6
CH3 5 N3
4
N 2
1
4-甲基咪唑
5-甲基噻唑
4-甲基嘧啶
3. 稠杂环的编号一般和稠环芳烃相同,但少数有例外
5 6 7 8 4 8 3 2 7 6 5 10 9 1 2 3 4
1N
6
5
N
7
N 1
N
8 2 N 4 N9 3 H
NH2 > NH3 >
N H
>
N H
pKb: 3.7
4.7
9.6
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13.6
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12
另一方面，吡咯 N上的H 却有微弱的酸性 (pKa=17.5 ), 与醇相当，而比酚弱。吡咯在无水 条件下可以与固体氢氧化钾加热生成钾盐。
NH + KOH
Acidity
Ka: OH
N K + H2 O
Pyrazole 吡唑
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Oxazole 噁唑
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5
Pyridine
吡啶
Pyrimidine
嘧啶
Pyridazine
哒嗪
Quinoline
喹啉
Isoquinoline
异喹啉
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Indole
吲哚
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Purine
嘌呤
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6
杂环的编号规则：
1. 单杂环的编号从杂原子开始。
95% H2SO4
S
25 C
o
S
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SO3H (69~76%)
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14
N H
+ Ac2O
乙酸酐
N H O
CH3
吡咯和呋喃遇强酸时, 杂原子能质子化, 使芳香大p键 破坏, 所以不能用强酸进行硝化和磺化反应, 需选用较温和 的非质子性试剂。例如吡咯硝化需用硝酸乙酰基酯。
N H
+ CH3 C ONO2 O
第十一章 杂环化合物
詹海莺
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1
第十一章 杂环化合物
“杂环”就是组成环的原子除 C 外，还含有其它元 素的原子，这些非碳原子统称为杂原子。原则上二价 以上的元素都可成为杂原子, 但最常见的是 O、S和N。