第十七章杂环化合物2005
第十七章 杂环化合物
重要的杂环 N
O 呋喃
furan
N H 吡咯
pyophene
N N
环
吡啶
pyridine
N
嘧啶
稠杂环
N
喹啉
嘌呤
杂环化合物的命名方法有两种：译音法和系统命名法。最常用的是译音法。
O
N H
S
N
furan
呋喃
pyrrole
吡咯
thiophene
噻吩
pyridine
吡啶
有取代基时，将杂原子编为１号，或与杂原子相邻的碳原子编为α，依次 为α，β，γ······
3
溶于水， pKa=8.9，弱碱 性
O
N
嘌呤
NH2 N N
鸟嘌呤
CH3 N
H3C O
N N CH3
N
N
咖啡碱，存在于茶 叶和咖啡中
作业p574
（一） （五）(2)(5)(7)(9)(11)(12)
（十）
（十五）
17.2 五元杂环化合物 17.2.1 五元杂环化合物的化学性质 1、亲电取代反应 相当于苯酚或苯胺的活性——反应主要发生在α-位 硝化
N H
O + H3C C ONO2
乙醇 -10℃
N H SO 3H
N H NO 2
-硝基吡咯
磺化
N H
+ SO3
吡啶 100℃
-吡咯磺酸
O
卤化
O
+ Br2
O 0℃
α –溴代呋喃 (90%)
O
Br
S
+ Br2 AcOH
室温
Br S α –溴代噻吩
Friedel–Crafts酰基化
【全文】杂环化合物
噻吩(thiophene)
4
3β
5
1
N H
2α
吡咯(pyrrole)
4
5
3
6
2
7
N H
1
苯并吡咯 吲哚 (indole)
43
5
N H
N 1
2
吡唑(pyrazole)
4 N3
5
2
N H
1
咪唑(inidazole)
4 N3
5
2
S1
噻唑(thiazole)
六元杂环化合物
γ 4
5
3β
6 N 2α 1
吡啶(pyridine)
吡
咯
的
结 构
N H
共轭效应是给电子的。 诱导效应是吸电子的。
N
孤电子对在p轨道上。
吡咯 结构：吡咯N是sp2杂化，孤电子对参与共轭。 反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上相当 于有一个邻对位定位基。
呋喃、噻吩的结构与吡咯类似。
三. 呋喃、噻吩、吡咯的反应
1. 呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应
（1）概述 *1 亲电取代反应的活性顺序为：
O NH
NO H
NH2 N
NO H
O
H3C
NH
NO H
尿嘧啶(U) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T)
二 嘌呤的两个重要衍生物
NH2
6 1N
5N
2
N 3
4
N H
腺嘌呤(A)
(6-氨基嘌呤)
OH
6 1N
5N
H2N
2
N 3
4
N H
鸟嘌呤(G)
(2-氨基-6-羟基嘌呤)
第十七章杂环化合物
取代
取代
取代
取代位置：哪个为主？
反应活性：比苯快? 还是比苯慢?
亲电取代反应主要进入3位或β 位
Friedel-Crafts 反应 无反应发生
SO3H N Br N
浓 H2SO4 / HgSO4
N
220oC Br2 / 浮石 300oC
有给电子基时反应较易进行
KNO3 / 浓 H2SO4
H3C N CH3 NO2 H3C Br N NH2 N CH3
110oC Br2 / HOAc
N
NH2
20oC
吡啶的亲核取代反应
（1） NaNH2与吡啶的亲核取代 —— Chichibabin 反应
NaNH2 + N NH3 或 PhNMe2 N NH2 H2
（2） PhLi 与吡啶的亲核取代
(C5H8O4)n + nH2O
稀 H2SO4
O
+
CHO
+ CO2 + H2
O
CHO
ZnO- Cr2O3-MnO2 H2O 400 - 415 o C
O
呋喃和糠醛的其它反应
顺丁烯二酸酐 O
O H H O O
O
Ag(NH3)2+ O COOH
CH3COONa O CHO (CH3CO)2O O CH=CHCOOH
(2)其它衍生物
青霉素
头孢霉素
疗效不到青霉素的1%
抗生素 活性与青霉素类似
17.3 六元杂环化合物
17.3.1 吡啶和嘧啶
吡啶的碱性
H C C C C
sp2轨道
H
..
N C
第17章杂环化合物
第十七章杂环化合物一、本章知识结构及知识要点本章知识结构知识要点1、杂环化合物命名和结构1命名杂环母核音译法按照IUPAC推荐的普通名称用23个汉字音译使用带口字旁的同音汉字。
如呋喃、吡啶等。
系统命名法根据相应的碳环命名。
如O氧杂-24-环戊二烯原子的编号杂环化合物分类、命名和结构分类和命名结构和芳香性五元杂环化合物化学性质常见的五元杂环化合物呋喃和糠醛噻吩吡咯和吲哚咪唑和噻唑六元杂环化合物吡啶和嘧啶喹啉和异喹啉嘌呤编号从杂原子开始。
含有两种以上杂原子时①让杂原子的位号尽可能小②当两个杂原子不相同时价数小的在前大的在后③价数相等时原子序数小的在前大的在后。
有些稠杂环化合物的原子编号是固定的。
2结构和芳香性呋喃、吡咯、噻吩的结构sp2杂化结构特点杂原子共轭效应是供电子的诱导效应是吸电子的。
杂原子是sp2杂化未成键电子对在2p轨道上参与共轭。
由于6个π电子分布于5个原子上整个环的π电子几率密度比苯大是富电子芳环因而比苯环活泼亲电取代反应比苯快得多。
芳香性由大到小苯噻吩吡咯呋喃吡啶的结构sp2杂化结构特点杂原子的共轭效应和诱导效应都是吸电子的。
未成键电子对在sp2杂化轨道上不参与共轭。
形成∏66共轭体系具有芳香性。
由于N原子的吸电子作用使环的电子云密度降低亲电反应活性比苯低类似硝基苯。
2、五元杂环化合物1吡咯、呋喃和噻吩的化学性质容易发生亲电取代反应主要发生在α-位反应的活性为吡咯呋喃噻吩苯。
由于这些五元杂环容易被破坏稳定性差因而对试剂及反应条件应有所控制。
硝化硝化应在较低的温度下使用温和的硝化剂乙酰硝酸酯。
NHNHNO2CH3COONO210CH3CO2O ℃SSNO2CH3COONO210CH3CO2O ℃呋喃比较特殊先生成稳定的或不稳定的25加成产物然后加热或用吡啶除去乙酸得到硝化产物。
OCH3COONO230 5 ℃ONO2HONO2HHCH3COO吡啶ONO2 磺化吡咯、呋喃不太稳定所以须用温和的磺化试剂磺化。
第十七章 杂环化合物
NH
N
N
HN
例如：叶绿素(1818年，由植物叶中分离出)
(3)噻唑的重要衍生物
一些重要的天然产物及合成药物含有噻唑结构， 如青霉素、维生素B1等。
噻唑环
维生素B1（VB1）
NH3Cl N CH3 N Cl CH3 S CH2CH2OH
CH2 N
噻唑环
5. 杂环化合物的检验方法
呋喃： 盐酸浸渍的松木片 → 绿色 吡咯： 盐酸浸渍的松木片 → 红色 噻吩： 浓硫酸-靛红 → 蓝色 糠醛： 乙酸-苯胺→红色 吲哚： 盐酸浸渍的松木片 → 红色
O
1 4
N1 H
4 3 5 6 7 3
N
1 4
5 6 7
5 6 7
3
O
1
2
S
1
2
N1 H
2
例如：
O CHO O2N O CHO
2-呋喃甲醛(糠醛）
CH3
5-硝基-2-呋喃甲醛
CH2COOH
N
COOH
N H
4-甲基-2-吡啶甲酸
3-吲哚乙酸
(2)含有两个或两个以上相同杂原子
从连有氢或取代基的杂原子开始编号，并且使 杂原子位次之和最小。
(CH3)3C N
CH2CH3 KMnO4 (CH3)3C N
COOH
CH3 N
? N
NH2
还原反应
吡啶因环上电子云密度较低，比苯易还原， 用钠加乙醇、催化加氢等均使吡啶还原。
H2,Pt
N
CH 3COOH
N H
六氢吡啶（哌啶）
六氢吡啶（哌啶），沸点106℃，能溶于水、 乙醇、乙醚等溶剂，它的性质与一般仲胺相似。 是常用的有机碱。
17第十七章 杂环化合物
N H
2、亲核取代反应：主要发生在α位 、亲核取代反应：主要发生在 位
KOH
NaNH2
齐齐巴宾反应
3、氧化反应（对氧化剂稳定） 、氧化反应（对氧化剂稳定）
CH3 │ COOH │
V2O5 [O] NH2NH2
CONHNH2 │
N
N
N
异烟肼
4—吡啶甲酸（异烟酸） 吡啶甲酸（异烟酸） 吡啶甲酸
雷米封（ 雷米封（Rimifon）可治结核病 ）
二 杂环化合物的命名
1、命名：英文音译再加“口”字旁，表示是杂环化合 命名：英文音译再加“ 字旁， 物 3β 3β 4 4 3β 4 五元杂环
5
O 1
2α
5
S 1
2α
5 1N H
2α
呋喃(furan) 呋喃
γ 4 5 6 N 1 3β 2α
噻吩(thiophene) 噻吩
吡咯(pyrrole) 吡咯
O
S
N H
茂（环戊二烯） 氧（杂）茂 环戊二烯）
硫（杂）茂
氮（杂）茂
N
N
苯
氮（杂）苯
萘
1─氮杂萘 氮杂萘
第二节 含有一个杂原子的五元杂环体系
吡 咯 的 结 构
N H
sp2杂 环 有一个
N
呋喃、噻吩、吡咯的结构P 一 呋喃、噻吩、吡咯的结构 412
子的 子的 子 子 环 p
吡咯N 结构 吡咯
二、五元环的化学性质
六元杂环
吡啶(pyridine) 吡啶
2、有取代基的杂环化合物的命名： 、有取代基的杂环化合物的命名： 以杂环为母体，从杂原子开始，顺着环编号。 以杂环为母体，从杂原子开始，顺着环编号。
4 5 3 O2 1
第17章 杂环化合物
双烯合成：呋喃、吡咯、噻吩都含有共轭二烯结构， 理论上都能发生Diels-Alder反应。 芳香性最弱的呋喃很容易进行双烯合成反应，和顺丁
烯二酸酐加成，主要生成内式异构体。
CO
O +
O O
30℃
O H H + O O
O O H O H
CO O
吡咯一般不发生双烯合成。
内式(90%)
噻吩基本上不发生双烯加成，即使在个别情况下生成也 是一个不稳定的中间体，直接失硫转化为别的产物。
H3C
CH3COONO2
N H
(CH3CO)2O , －10 ℃
N H
NO2
CH3COONO2
S
(CH3CO)2O , －10℃
S
NO2
呋喃比较特殊，先生成稳定的或不稳定的2,5-加成产物， 然后加热或用吡啶除去乙酸，得到硝化产物。
CH3COONO 2
O
5℃ －30 ～ －
O
+
H NO 2
H CH 3COO
（1965年）获诺贝尔化学奖。
Ⅲ、与生物有关的杂环及其衍生物举例
CH2 H3C N H3C H N H H O O COOCH3 CH3 CH3 Mg N CH3 N R CH3
叶绿素A和叶绿素B
R=CH3：叶绿素A R=CHO：叶绿素B
O
CH3 CH3 CH3
Ⅲ、与生物有关的杂环及其衍生物举例 血红素：
Ⅰ、杂环化合物的分类和命名 杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成 带“口”字旁的同音汉字。
N H (pyrrole) 吡咯 N N (pyrimidine) 嘧啶
O (furan) 呋喃
S (thiophene) 噻吩
有机化学 第十七章杂环化合物
第十七章杂环化合物(heterocyclic compounds)在环状化合物的环中含有碳以外的杂原子，这类化合物统称为杂环化合物。
常见的杂原子是: O, N, S1芳杂环的数目很多，可根据环的大小、杂原子的多少以及单环和稠环来分类。
•常见的杂环为五元、六元单杂环及稠杂环。
稠杂环是由苯环及一个或多个单杂环稠合而成的。
317.2 杂环化合物的命名杂环化合物的命名采用外文名的译音，用带“口”字旁的同音汉字表示。
编号从杂原子开始，用阿拉伯数字(1,2,…) 表示顺序，也可以将杂原子旁的碳原子依次用α、β、γ表示。
417.3 结构和芳香性呋喃、噻吩、吡咯是最重要的含一个杂原子的五元杂环化合物。
呋喃、噻吩、吡咯都是平面结构，环上所有原子都是sp2杂化，各原子均以sp2杂化轨道重叠形成σ键。
9碳未杂化的p 轨道中有一个电子，杂原子的p轨道中有一对电子，p 轨道相互平行重叠，形成闭合的共轭体系,具有芳香性。
下表中给出的1H NMR数据可证实这一点，环上质子的化学位移在7ppm左右与苯类似。
1011表17-1 五元芳杂环的物理性质分别存在于木焦油、煤焦油和骨焦油中αβαβαβ17.4 五元杂环化合物4.1 五元杂环化合物的化学性质呋喃、噻吩、吡咯具有芳香性，容易进行亲电取代反应。
杂原子的大小及电负性不同，它们的活性有差异，但它们的活性都比苯大，顺序为：吡咯> 呋喃> 噻吩> 苯12（丙）吡咯和吲哚•吡咯的物理性质和鉴定•无色油状液体，沸点131℃，微溶于水，易溶于有机溶剂。
•吡咯蒸气遇浸过盐酸的松木片呈红色，可用来检验吡咯。
•吡咯环不如苯环稳定，易被氧化呈褐色并发生树脂化。
2017.5 六元杂环化合物5.1 吡啶和嘧啶吡啶存在于煤焦油和骨焦油中，工业上用无机酸从煤焦油的轻油部分中提取。
吡啶的衍生物广泛存在于自然界中，许多药物也含有吡啶环。
23一、吡啶的物理性质及结构吡啶是一个无色有恶臭的液体b.p. 115.5℃，m.p.-42℃，d: 0.9819与水及许多有机溶剂如乙醇，乙醚等混溶它是良好的溶剂25吡啶的结构与苯的相似吡啶环上的氮以sp2杂化成键，一个p电子参与共轭，形成具有6个p电子的闭合的共轭体系，具有芳香性。
17杂环化合物
N
N
CH3
二、亲电取代反应：发生在苯环上， ①与混酸反应生成5-硝基喹啉或8-硝基喹啉：
NO2 HNO3,H2SO4 N
0 oC
+
N NO2
N
②与发烟硫酸(90C)或浓硫酸(220C)反应，主要生成8-喹啉磺酸：
发烟H2SO 4
90
o
N
C SO 3H
N
三、亲核取代反应 发生在吡啶环，如与氨基钠反应生成2-氨基喹啉。
将糠醛蒸气与水气混合，在催化剂存在下加热：
ZnO- Cr2O3-MnO2 400 - 415 o C
+
H2O
+ CO2 + H2
O
CHO
O
二、 噻吩 亲电取代反应在较缓和的条件下进行.
1 噻吩的亲电取代反应
① 卤代
S
② 硝化
Br2 CH3COOH
Br S
CH3COONO2 S
经水解，又得到噻吩：
NO2 S
很好的溶剂，由于与氯化钙络合，常用氢氧化钾干燥。
亲电取代反应与硝基苯相似。 一、碱性(pKb = 8.8) 比苯胺(pKb = 9.3),吡咯(pKb = 13.4)强，但比脂肪胺及氨(甲胺 pKb = 3.36)弱：与盐酸生成吡啶盐酸盐，与硫酸生成吡啶硫酸盐， 碱化后生成吡啶：
+ + H2SO4 HSO4
Br Br2
300 o +
N
C
HBr
N
B： 磺化：硫酸，300 C,硫酸汞催化：
H2SO4,HgSO4 N
300 oC
SO3H
+
H2O
N
C：硝化：混酸，300 C：
第十七章 杂环化合物
thiazole噻唑 噻唑
H3C N H
pyrazole吡唑 吡唑
N N H
imidazole咪唑 咪唑
NO2
4-甲基咪唑 甲基咪唑
3-硝基吡咯 硝基吡咯
常见的六元单杂环化合物
4 5 6 3 2 5 6 4 3 5 6 4
N3
2
N
1
N
1
N2
N
1
pyridine吡啶 吡啶
Br N
pyridazine哒嗪 哒嗪
(2) 亲电取代
例： N N N + Br2
300 C 以上
。
Br N
β−溴代吡啶
+ H2SO4 + 混酸
350 C
。 。 N
SO3H NO2 N
O
CHO
KMnO4,OH-
O
H2/Ni
COOH
还原：
O
CHO
O
CH2OH
(2) 噻吩
80％ Br2 ,0oC O
S
Br
O
O
S
o
Br2 HOAc
+
S
NO2 S 10%
Br
78%
CH3COONO2 (CH3O)2O 0 C S NO2 60%
S
98%H2SO4 室温
H2O S SO3H 69~76% S
(3) 吡咯和吲哚 吡咯的弱碱性和弱酸性
N H sp sp
2
参与环体系共轭 离域于整个共轭体系 难以表现出碱性
2
N H p
吡咯分子中氮原子上虽然带有孤对电子， 吡咯分子中氮原子上虽然带有孤对电子，但是由于其 6 参与了环状 π 5 的共轭，为整个环状共轭体系所共享， 的共轭，为整个环状共轭体系所共享， 从而使氮上电子云密度降低， 从而使氮上电子云密度降低，孤对电子难以给出去而 表现碱性。所以，吡咯的碱性很弱， 表现碱性。所以，吡咯的碱性很弱，甚至于大大弱于 苯胺的碱性。 苯胺的碱性。 碱性：苯胺（ 吡咯（ 碱性：苯胺（Kb=3.8×10-10）>>吡咯（Kb=2.5×10-14） × 吡咯 ×
第十七章 杂环化合物
第十七章 杂环化合物学习要求：1．掌握各类常见杂环化合物的结构和命名。
2．掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、吲哚、喹啉的化学性质。
3．认识核酸组成中的重要碱基——嘧啶、嘌呤；了解叶绿素、血红素等卟啉环化合 物；了解生物碱的有关知识。
杂环化合物是指组成环的原子中含有除碳以外的原子(杂原子——常见的是N 、O 、 S 等)的环状化合物。
杂环化合物不包括极易开环的含杂原子的环状化合物，例如：本章我们只讨论芳香族杂环化合物。
杂环化合物是一大类有机物，占已知有机物的三分之一。
杂环化合物在自然界分布 很广、功用很多。
例如，中草药的有效成分生物碱大多是杂环化合物；动植物体内起重 要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基都是含氮杂环；部分维生素，抗菌素；一些 植物色素、植物染料、合成染料都含有杂环。
§17.1 杂环化合物的分类和命名 分类 （略）NH O ,,,OO O O OO杂环化合物非芳香杂环芳杂环（符合休克尔规则的杂环）如如OO NH NN HO,…………,,命名杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字。
当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起依次用1,2,3,… (或α,β,γ…)编号。
如杂环上不止一个杂原子时，则从O 、S 、N 顺序依次编号。
编号时杂原子的位次数字 之和应最小。
例见P 552§17.2 五元杂环化合物含一个杂原子的典型五元杂环化合物是呋喃、噻吩和吡咯。
含两个杂原子的有噻 唑、咪唑和吡唑。
本节重点讨论呋喃、噻吩和吡咯，简单介绍一下噻唑、咪唑和吡唑。
呋喃、噻吩、吡咯杂环的结构呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环的五个原子都为sp 2杂化，故成环的五个原子处在同一平面，杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体系，其π电子数 符合休克尔规则（π电子数 = 4n+2），所以，它们都具有芳香性。
N H O S N N N (pyrrole)(furan)(thiophene)(pyridine)(pyrimidine)NNN N H NN H (quinoline)(indole)(purine)吡咯呋喃噻吩吡啶嘧啶喹啉吲哚嘌呤OSN Π56π为共轭体系电子= 6符合4n + 2具有芳性富电子芳环呋喃、噻吩、吡咯的性质（一）存在与物理性质 P 554（二）光谱性质 P 554（三）化学性质1．亲电取代反应从结构上分析，五元杂环为Π56共轭体系，电荷密度比苯大，如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为0），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：五元杂环有芳香性，但其芳香性不如苯环，因环上的π电子云密度比苯环大，且分 布不匀，它们在亲电取代反应中的速率也比要苯快得多。
第17章杂环化合物
第17章杂环化合物173第12章杂环化合物及生物碱Heterocyclic Compounds and Natural Bases重点提示：本章介绍了杂环化合物的分类和命名，分析了五员单杂环和六员单杂环化合物的结构——芳香杂环，重点阐述了五员单杂环化合物呋喃、噻吩和吡咯以及六员单杂环的典型代表吡啶的化学性质——芳香性，介绍了一些重要的、常见的杂环衍生物和生物碱。
12.1 杂环化合物(Heterocyclic Compounds)分子中由碳原子和氧、硫、氮等其它原子形成的比较稳定的环状结构的化合物称为杂环化合物。
杂环中除碳原子以外的其它原子称为杂原子。
最常见的杂原子有氧、硫、氮等。
例如：SN HNNNO呋喃噻吩吡咯吡啶嘧啶furan thiophene pyrrole pyridine pyrimidine 12.1.1杂环化合物的分类和命名(Classification and Nomenclature) 1.分类按照杂环的结构，杂环化合物的分类和名称见表12-1。
2.命名杂环化合物的命名在我国有两种方法：译音命名法和糸统命名法。
目前普遍采用译音命名法。
（1）译音命名法杂环母体的命名：杂环母体的名称是按英文名称音译，选用简单的同音汉字，加上“口”字旁以表示环状化合物。
详情见表12-1。
环上取代基的编号：含一个杂原子的单杂环上有取代基时，环上原子的编号从杂原子开始,并遵循最低糸列规则，使各取代基的位次尽可能小，也可用希腊字母来表示取代基的位次；单杂环上有不同杂原子时，则按氧、硫、氮的顺序编号；如果单杂环上的两个杂原子都是氮，则由连有氢或取代基的氮原子开始编号，并使杂原子的位次尽可能小；稠杂环的编号有特定的编号顺序（见表12-1）。
例如：O C HO NC O O HC 2H 5O N S C H 3C H 31234541623512345123452－呋喃甲醛 3－吡啶甲酸 2－甲基－5－乙基呋喃 5－甲基噻唑α－呋喃甲醛β－吡啶甲酸α－甲基－α′－乙基呋喃表12-1 常见杂环化合物的结构、分类和名称（2）糸统命名法根据相应的碳环来命名。
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ZX
Z
= Z ( NH、O、S )
CH3CO O。NO2 -5 ~ -30 C N+ SO3-
C l C H2C H2C l
(CH3CO )2O S n C l4
Z NO2
H+ N
HCl
Z SO3
Z SO3H
( Z = NH、O ) 噻吩可直接用 H2SO4 磺化。
Z COCH3
五元杂环化合物进行亲电取代反应的特点是：使用较
第十七章 杂环化合物
第一节 概述
成环原子除碳以外，还有其它如O、N、S、P等杂原子
的环状化合物，统称为杂环化合物。
杂环化合物
非芳香性杂环化合物, 如： 芳香性杂环化合物
、
、 内酯、环状酸酐等。
O
N
H
一、杂环化合物的分类：
五元杂环, 如 O
N
S
单杂环
H
杂环化合物
六元杂环, 如 N
苯环与单杂环稠并, 如
6.02
酸 性： a ＞ c ＞ b ＞ d
碱 性： d ＞ b ＞ c ＞ a
14
吡啶既然是一个碱，遇酸便形成稳定的盐。 如果用非质子的硝化试剂、磺化试剂，或用卤素、卤 代烷、酰氯与吡啶环进行反应，也将形成相应的吡啶盐：
+
N
Br+
Br
Br2 / CCl4
+
N
I
C H3I
N
CH3
+
N
Cl
Ph C O C l 石油醚
δ
δβ
δ Nα
亲电试剂进攻部位
碱性与成盐
1. 碱性与成盐：
13
CH3NH2
NH3
N
pkb 3.36
4.75
8.8
NH2 9.3
N
N
sp3 H sp2
CH3 C≡N
sp
吡啶环上有供电子基时将使碱性增强。如：
a.
+
N H
b.
c.
+
N CH3 H
CH3
+
N H
CH3
d.
+
N H
pka
5.17
5.79
5.68
稠杂环
N
N
H
两个以上单杂环稠并
1
二、 杂环化合物的命名： 1. 音译法： 在同音汉字左边 + 口字。
1
O
furan 呋喃
1
N H pyrrole
吡咯
1
S
thiophene 噻吩
1
N
pyridine 吡啶
1
N H indole 吲哚
1
N
quinoline 喹啉
2. 杂环及环上取代基的编号：
(1) 母体杂环的编号：杂原子的编号为“1”。杂原子邻
为温和的试剂或反应条件。
五元杂环化合物亲电取代反应发生在α-位可用共振9
论解释：
+
E ZH
E +Z H
正电荷可在三个原子上离域
+ E+ Z
= Z ( NH、O、S )
E
E
H
H
+
Z
Z
+
正电荷只能在两个原子上离域
*亲电取代反应的活性顺序：
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯
II
I2 + NaOH I N I
( 卤代 )
N H
N2+C l
H
N N=N
(偶合)
H
E ZH
+
10
（2）加成反应（催化加氢、狄—阿反应） 共轭二烯性：呋喃 > 吡咯 > 噻吩
H2 / Ni
O
THF
O
O
+
Br2
CH3COOK CH3OH
H
H CH3OH
H
H
Br O Br
CH3O O OCH3
O
O
O
= =
O+
=
O 30℃ O
=O
HHO 11
2
位的碳原子也可依次用α、β、γ…编号。
21
CH3 α N H
2 - 甲基吡咯 α - 甲基吡咯
α
O CHO
2 - 呋喃甲醛 α - 呋喃甲醛
COOH
β
S 3 - 噻吩甲酸 β - 噻吩甲酸
β COOH
α
N COOH 2, 3 - 吡啶二甲酸 α , β - 吡啶二甲酸
当环上有不同杂原子时，按O→S→N的次序编号。若
2
Z
呋喃 吡咯
ZC 0.136(0.143) 0.1370(0.147)
C2 C3 0.1361 0.1383
C3 C4 0.1430 0.1417
Z = O、NH、S
噻吩 0.1714(0.182) 0.1370
0.1423
C =C
0.134
CC 0.154
(1) 由此可见，苯分子中的键长完全平均化，而五元
4 - 甲基 - 5 - ( 2' -羟乙基 ) 噻唑
O 苯并呋喃
N S 苯并噻唑
三、 结构与芳香性
1、杂环化合物为什么具有芳香性？
C
C
C
C
N
C
NH
C
O
O
H
C
π
6 5
C
未参与共轭
富电子体系
4
C C
C N
π6 6
等电子体系
N
CC
未参与共轭
5
2、具有芳香性的杂环与苯环的异同点
1. 五元杂环化合物
4
3
杂环化合物分子中的键长只是有一定程度的平均化。因此
五元杂环化合物的芳香性比苯差。其芳香性次序是：
S
N
H
离域能： 150.5
117
88
O
6
67 kj / mol
(2) 五元杂环化合物是富电子体系，而苯环为等电子 体系，故环上的电子云密度比苯高，其亲电取代反应比苯 容易，尤其易发生在α- 位。杂原子的存在相当于在环上 引入了― NH2、―OH、 ―SH 等活化基团而使环活化， 故进行亲电取代反应的活泼顺序是：
γ
δ
δ
δβ
δ Nδ α
δ
比苯差，且亲电取代反应发生在电子云密度较高的β-位。 这一特性很类似于硝基苯。
综上所述，五元、六元杂环化合物虽然都具有芳香性，
但其环上的电子云的密度是不同的，其电子云密度由高到 低的顺序是：
S
N
O
N
H
8
第二节 五元杂环化合物的化学性质
一、亲电取代反应
X2/ 低温 X2=Cl2、 Br2
N
O
S
H
2. 六元杂环化合物
0.140
4
吡啶环的键长也发生了较大程度
3
0.139
N2
0.147 单
0.134 0.128 双
的平均化，C ―C键虽与苯相似，但 C ―N键变化很大，因此，其芳香7 性
也比苯差。 吡啶和苯虽然都属等电子体系，但因
氮原子的电负性较大，从而使环上的电子 云密度降低 ，故其亲电取代反应性能不但
PhCO
HCl
NO2+BF4 Et 2O
SO3 C H2C l2
+
N
Cl
H
+
N
BF4
NO2
+
N SO3
15
2. 吡啶环上的亲电取代反应
如前所述，吡啶的亲电取代反应困难，需在较强
的条件下方可发生，且发生在β-位。
Br2
（3）吡咯的弱碱性和弱酸性 弱碱性：由于N上未共用电子参与环的共轭，碱性极弱，
弱于苯胺
..
N
1.81D
H
+KOH（固）
N- + H2 O +
K
..
N H
+K+NH2- 液 NH3
N
+ NH3
+
K
+RMgX
N + RH
MgX
12
第三节 六元杂环化合物的化学性质 一、吡啶的化学性质
亲核试剂进攻部位
γ
环上连有不同的取代基，其编号按次序规则和最低系列。
如：
N3
12
N H imidazole 咪唑
N3
12
O
oxazole 噁唑
N3
12
S
thiazole 噻唑
N3
1
N
2
pyrimidine 嘧啶
3
N3
5
CH3
1
N
2
H
5 - 甲基咪唑
O2N 4
N3
12
O
4 - 硝基噁唑
CH34 N3
5 12
HOCH2CH2 S