第十五章 杂环化合物

吡嗪并哒嗪
2. 稠合边的表示方法
稠杂环的稠合边（即共用边）是用附加环和基本环两组分的位号来表示
基本环： 按原有单杂环编号规则用英文字母a、b、c、d……表示各边 （1,2原子之间为a, 2,3原子之间为b……)
附加环: 用阿拉伯数字、1、2、3……标注各个成环原子；当有选择时，应
使稠合边位号尽可能较小。
符合Hückel规则 的平面型芳香性 杂 环 N N
O
S
S
O
N H
N
N
O
脂杂环
O
O
N H
O
O
O
N
N
N
N
2. 根据环状大π键的π电荷密度分类
富π芳杂环
S
6 5
O
N H
N H
芳 杂 环
具有斥电子 Π 型电子结构的芳杂环
N
缺π芳杂环
N
6
N N
N N
N
具有吸电子 Π6 型电子结构的芳杂环
N
N
3. 根据环的大小分类
Heterocyclic Compounds
有机化合物的基本类型
ຫໍສະໝຸດ Baidu链状化合物
(C)n
纯碳环化合物 成环原子均为碳原子的环状化合物 环状化合物 杂环化合物 含有非碳成环原子的环状化合物
(C)n Z
杂原子
常见杂原子为 N、O、S
第一节 分 类 和 命 名
一、 分 类
1. 根据是否有芳香性分类
芳杂环
N N H H N N NN N N N H
4 3
S
1
b a
2
c d
HN
d
a b c
3
4
O
2
S
1
5
附加环 基本环
基本环 附加环
书写次序：
附加环并[X，Y-Z]基本环
附加环与基本环稠合处的位号 （两个数字）
4 3
基本环与附加环稠合处的边号 （一个字母）
c d
走向一致
S
1
b a
2
c d
N
a b
O
S
顺时针
噻吩并[2,3-b]呋喃
不一致
苯并[d]噻唑
H N
HN
正确
不正确
正确
不正确
不正确
7 6
c ab d 3 4
N
1
2 1
5N
NH N2
4
3
7 1
2b c 1
4-羟基-1H-吡唑并[3，4-d]嘧啶 别嘌醇（Allopurinol）
OH
Ph
6 5
N
3
a
S
2 3
N 4
1
（6S）-6-苯基-2，3，5，6-四氢咪唑并 [2,1-b]噻唑 左旋咪唑(Levamisole）
（4）选杂原子种类数目最多的环[如（4）和（6）] （5）环大小相同，杂原子种类数目相同时，选稠合前杂原子编号（位数和） 较低者为基本环
NH O 苯并呋喃 (1) N N (4) N S 噻吩并吡咯 (2) N N N N (5) N N N H 吡唑并噁唑 O (6) O 呋喃并吡喃 (3) O
吡啶并嘧啶
4 5 3 6
N
1
2 N CH3 1
N N CH3 H
吡啶 pyridine
六氢吡啶(哌 啶) piperidine
1 H 2H-吡喃 2H-pyran
O N
2
★ 含 两 个杂原子的五元单杂环 4
3 4 5 3 4 5 5
N
3
4
N H
1
N2
N H
1
N 2 H
1
N2
5
55
4 3NN 3 N
2 N S H
N O N S
N SO4 N 发 烟 H2 N
HgSO4 250℃
N
H
N O N H N
5. 根据环的数目分类
N H S
NH2 N H2N N N NH2
N O N
N
单环杂环
N 三聚氰胺 H2N-C≡N (氰胺）
N N
二环杂环 O
芳稠杂环（苯环与杂环稠合） N H 稠杂环（杂环与杂环稠合）
多环杂环
6. 根据多环的连接方式分类
稠（环）杂环 桥（环)杂环
丁公藤碱
螺（环）杂环
巨杂环
氮穴类化合物 卟吩环系 大环醚
杂环多面体
河豚毒素
二、 命 名
基本原则：
以IUPAC组织1979年制定的规则为标准，以具有特定俗名和半俗名的 45个杂环化合物为命名的基础，以我国的“音译法”为原则对杂环化合 物进行命名
COOH
H 3C
O
CH3
N
γ-吡啶甲酸 γ-pyridinecarboxylic acid
α,α'-二甲基呋喃 α,α'-dimetylfuran
6. 稠杂环有其固定的编号顺序（p466），一般从一端开始依次编号，共用
的碳原子一般不编号；注意使杂原子尽可能取较小的编号，并遵守杂原
子的优先顺序（p466 吩噻嗪） 嘌呤和异喹啉的编号是特例（p465）
2
4
N
1
6
哒嗪 pyridazine
嘧啶 pyrimidine
吡嗪 pyrazine
哌嗪 pyperazine
★ 五元及六元稠杂环
4 5 6 7 3 2 5 6 7 4 3 2 5 6 7 4 3 2
N1 H
O1
S1
吲 哚 indole
5 6 7 4 3 2 5 6 7 8
苯并呋喃 benzofuran
O N Cl
6
7
2
N1
5
N 4 OCO N
a 3 b 4 c
N
2 3
6-(5-氯吡啶-2-基）-5-(4-甲基哌嗪-1-基）
甲酰氧基-7-氧代-6，7-二氢-5H-吡咯并
[3,4-b]吡嗪
N CH3
佐匹克隆(Zopiclone）
第二节 六元杂环化合物
N
吡啶 喹啉
N
异喹啉 吖啶
N
N
b.p./℃ 115.5
10.“活泼氢” 或互变异构体的标记方法：当环上含有活泼氢或可能存在互
变异构体时，要标明两种可能的位次。例如： OH O
N HO N HN O N H
2,4-二羟基嘧啶 2,4-dihydroxypyrimidine
4 3 5 4 5 3
嘧啶-2,4-二酮
ptrimidine-2,4-dione
1 2 6
4 3
7 6
8
9
1 2 3 4
N H
2 1
5
N
10
咔唑 carbazole
9 8 7 6 10
吖啶 acridine
10 9
N N
5
1 2 3 4
8 7
H N S
5
1 2 3 4
6
吩嗪 phenazine
吩噻嗪 phenothiazine
5. 只有一个杂原子的单杂环也可采用希腊字母表示法，从杂原子的邻近碳原子 依次编号；（p465-466)
★ 含 一 个杂原子的五元单杂环
4 3
3
N H
5
25
Et 3
N1 H 吡咯 pyrrole
N H
2 O
呋喃 furan
噻吩 thiophene
S N H
2
N H 四氢呋喃(THF) tetrahedrofuran
O
★ 含 一 个杂原子的六元单杂环
3 2 4 5 6 N 3
4
1
4
3
4
4
5
3 N 2 NO
1
3
4
4
3
3
2 2
2
5
N
5
N2 N O2
1
O 1
1
5
O
1
N H
1
吡唑 pyrazole
咪唑 imidazole
噻唑 thazole
噁唑 oxazole
异噁唑 isoxazole
★ 含 两 个杂原子的六元单杂环
4
N3 N
1
N N
1
5
N2
N H N33 5 N N N 11 H
（一） 特定杂环母核的命名规则
1. 单杂环母核编号一般从杂原子开始，顺着环依次编号；（p465) 2. 环上有取代基时，编号应使有取代基的碳原子的位次尽可能最小；(p466) 3. 若同一环上有多个杂原子时，应使杂原子的位数和尽可能最小；(p465) 4. 混多杂杂环化合物应按 O > S > —NH— > —N= 优先顺序编号；(p465)
6
N N
3
5 4
7
NH N
9 8
1 2
5
N N
3 4
N N9 H
7 8
CH3
N
2
NH
1
CH3
N H
1
N2
3-甲基吡唑 3-methylpyrazole
5-甲基吡唑 5-methylpyrazole
7H-嘌呤 7H-purine
9H-嘌呤 9H-purine
3(5)-甲基吡唑 3(5)-methylpyrazole
7. 杂环母核的名称和编号确定后，可将取代基的名称连同位置编号以词头
或词尾的形式加在杂环名前和名后（p466-467)
PhCO
5 6
4 1 7
SO3H
3
N
2
N H
NH2
I OH
N
2-氨基-5-苯甲酰基苯并咪唑 7-碘-8-羟基喹啉-5-磺酸 2-amino-5-benzoylbenzimidazole 7-iodo-8-hydroxuquinoline-5-sulfonic acid
三元杂环 四元杂环 五元杂环 六元杂环 七元杂环 八元杂环 常见杂环为
五元杂环
六元杂环
大环杂环
4. 根据杂原子数目分类
含一个杂原子
4
N3 N2
N H S N 含二个杂原子
1
N
O
N
5
N
N
N N
1
3
N N
1 同多杂杂环（含一种杂原子的多杂杂环）
N
含多个杂原子 O
N H S
N 混多杂杂环（含两种以上杂原子的多杂杂环） N H
Ph
不一致
5 6
N 1 N
7
3 2
4
3
c
b a
S
1
2
5-苯基咪唑并[2,1-b]噻唑 5-phenylimidazolo[2,1-b]thiazole
3
N
2
b a
c
d
4 5
4
3 1 2
O
1
6N
N5
H
6H-吡唑并[4,5-d]噁唑 6H-pyrazolo[4,5-d]oxazole
走向一致
2 1 11 10 9 8
O
2,5-二氢呋喃 2,5-dihydrofuran
4
O
N H
3 5
3 2
共 轭 1,2,3,4-四氢喹啉 双 1,2,3,4-tetrahydroruinoline 键
N H
N H
N H
2 6
N
1
O
四氢呋喃(THF) tetrahedrofuran
N
CH3
六氢吡啶(哌 啶) piperidine
HN
顺时针
d
a b c
3
4
2
S
1
5
附加环数字书写的先后要与基本环编边 的走向一致(顺配逆——走向一致）！
噻吩并[3,2-b]吡咯
3. 周边编号方法
稠杂环的命名在选择了基本环并对稠合边进行标示后，最后需对整个杂环的
周边进行标号，以标明取代基的位置。 编号与芳稠杂环相似，共用的碳原子不编号，共用的杂原子要编号。
水溶度 d420 ∞ 0.9818
238
热水 1.0929
242.2
几乎不溶 1.0986
345-346
沸水中稍溶 1.0829
pKa
5.19
4.94
5.42
5.58
含一个 N 的六员杂环化合物
一、 吡 啶
—— 最为重要的是 吡 啶
（一）吡啶的结构及芳香性
sp 2 轨道有未 共用电子对
共轭能： 31kJ/mol
N
2 3 1 6 5 4 c
3 4
N H 7
b a
5
7H-吡啶并[4，3-c]咔唑 7H-pyrido[4,3-c]carbazole 不一致
6
环系的正确画法： （1）六元环要竖写，五元环一角要在正下方或正上方 （2）要使横排环数最多，如有选择应使右上象限环数最多，且左上 象限环数最少
H N H N NH
（二） 无特定名称的稠杂环母核的命名规则 (自学）P468－469）
S
O
噻吩并[2,3-b]呋喃
考研 者必 修！ 基本环
附加环
附加环原子编号
基本环边编号
1. 基本环的选择原则
（1） 芳稠杂环选杂环为基本环[ 如（1）] （2） 多杂稠杂环按N>O>S顺序选择基本环[如（2）]
（3) 选环最大的[如（3）]
qπ。< 1
因此，像吡啶一类的含氮六元杂环又被称为“缺π芳杂环”。与硝基苯 类似，它们的亲电取代变难，亲核取代变易，氧化变难。还原变易。
qπC=(6-1.43)/5=0.914< 1.0
δ+
δδ+ δ+ δδδ+ δδ+
δ+ δδ+
环上碳原 子π电荷平 均密度
qπ<1
N
N
Oδδ-
O
钝化的芳香环
O PhCO 1 N O
2 6 5
CH N7 3
8
N4 N CH3 9
3
1,3,7-三甲基嘌呤-2,6-二酮 1,3,7-thimethylpurine-2,6-dione
8. “标氢”或“指示氢”的标记方法：当环上已经含有最多数目的非累 积双键时，成环的饱和原子所连接的氢原子称为“标氢”或“指示氢”。当 杂环母核上连有标氢时，应给标氢尽可能低的编号，且将标氢用位次加H
4 3 6 7 8 1 2 5 4
苯并噻吩 benzothiophene
4 3
1 2 6
N N H 1
5 N N
5
7
3
NH 2
8 N1
N1
N2
6 N 4N N 79 3
H
苯并咪唑 benzoimidazole
喹 啉 quinoline
异喹啉 isoquinoline
7H-嘌呤 purine
5 6 7 8 9
Π6 6
苯型芳香大π键
0.87γ δ+ 1.01β
δ+
δ - β1.01
0.84α δ
N
δ-
δ + α0.84
N
qN>qβ>q γ>qα H
1.43
N H
由于氮原子与环碳原子构成了π-π共轭体系，氮原子对环碳原子产生了 -C效应，使环上α、β、γ原子上的π电荷产生交替极化，总体效果相当
于硝基苯中的硝基，环碳原子的平均π电荷密度
(斜体大写)的形式写在母体名称的前面。例如：
N H
1H-吡咯 1H-pyrrole
N
2H-吡咯 2H-pyrrole
O
2H-吡喃 2H-pyran
O
4H-吡喃 4H-pyran
共 轭 双 键
N H
1H-吲哚 1H-indole
N
3H-吲哚 3H-indole
9.“额外氢” 或“外加氢”，的标记方法：当环上不含有最多数目的非累 积双键时，多出的饱和氢原子称为“额外氢”或“外加氢”。当杂环母核上 连有额外氢时，要标明其位次和数目，全饱和时位次可略。例如：