杂环化合物
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1.缺电子的芳杂环，亲电取代反应、 氧化反应比苯难发生。 2.吡啶的结构相当于硝基苯，亲电 取代反应发生在β位
三、 杂环化合物的化学性质 （一）亲电取代反应
五元杂环属于富电子芳杂环，亲电取代反应比苯容易。
主要发生在-位 六元杂环吡啶属于缺电子芳杂环，亲电取代反应活性
比苯小，与硝基苯类似 ，且取代反应一般发生在β位。
O Furan 呋喃 S Thiophene 噻吩 N H Pyrrole 吡咯 N Pyridine 吡啶
N
O
pyran
吡喃
N
N
pyrimidine
嘧啶
N N N N H
N H
Imidazole 咪唑
N
N H
quinoline 喹啉
purine 嘌呤
indole
吲哚
2、含取代基杂环的命名
对于环上有取代基的杂环化合物，命名时把杂环等同 于苯环进行母体选择，把杂环上的原子依次编号而确定取 代基的位次。 （1）编号的原则：含一个杂原子的单杂环，一般从杂原 子开始，依次用阿拉伯数字将环上的原子编号，并尽可能 使取代基的位次较小；也可以用希腊字母α、β、 γ编 号，靠近杂原子的碳原子为α位，依次为β位、γ位 3 4 3 -NO
产物为脂肪族仲胺,不再具有芳香性
H2 Pt
N H
HAc N
六氢吡啶
H2 N H 180℃
Pt
四氢吡咯
N H
Zn N H HAc
N H
2,5-二氢吡咯
（三）氧化反应 五元杂环是富电子的芳杂环，和氧化剂作用，常导致 环的破裂或发生聚合作用得到焦油状聚合物。 六元杂环是缺电子的芳杂环，一般对氧化剂相当稳定。
以 吡啶为例
N
N原子的电子排布式为：2s22p3
2P 2S SP2杂化 P
不等性杂化 SP2
N 吡啶 (pyridine)
符合休克尔规则，具有芳香性。 电子云密度有较大程度的平均 化，但仍未完全平均化（由于N 原子电负性较大 ）。
6 6
0.82 0.95 N 1.59 吡啶 0.85
六元杂环化合物的结构特征:
O
O
、
N H
、
O
等
等
N
本章所要讨论的是环比较稳定，且具有不同
程度芳香性的杂环化合物。
定义：由碳原子和杂原子组成，结构与芳香族化合物相 似、具有一定稳定性和芳香性的环状化合物，统称为杂 环化合物。
一、 杂环化合物的分类和命名
（一）分类 杂环化合物 五元杂环化合物 单杂环 O
六元杂环化合物 苯环与单杂环 N 稠并化合物 稠杂环 N N 两个以上单杂 H 环稠并化合物 N N ★（二）命名 H 1、母体杂环的命名（音译法）
等性杂化
H
H N H 吡咯
H
H O H 呋喃
H
H
H
H
H S H 噻吩
H
6 5
在这个闭合共轭体系中,每个碳原子提供一个p电子, 杂原子提供两个p电子,大π键中的π电子总数为6个,符
合休克尔规则,所以具有芳香性。
五员杂环化合物的结构特征为： 1.环上π电子数= 6，符合休克尔规则，有芳香性。
2. 由于杂原子的电负性较碳原子大，所以环上π电子
浓H2SO4
NO2 N
6%
3. 磺化
浓H2SO4 S
+ SO3 N H 吡啶 100℃
S
SO3H
SO3H N H
N
+ H2SO4 发烟
SO3H
220℃
N
4.Biblioteka Baidu付—克反应
+ (CH3CO)2O N H
150~200℃
COCH3 N H
α-乙酰吡咯 注意：吡啶环不能发生F-C反应！！为什么？
（二）加成反应
学习要求： 1.掌握几种常见杂环化合物的命名 2.掌握吡咯、吡啶的结构 3.掌握吡咯、吡啶的化学性质 4.了解几种常见杂环化合物的一般性质
杂环是由碳原子和非碳原子共同组成的环。参与组 成杂环的非碳原子称为杂原子。常见的杂原子有O、
N、S等。
杂环化合物
O
=
非芳香性杂环化合物, 如： 芳香性杂环化合物
2
N1 3-硝基吡啶
2
H5C2
5
(β-硝基吡啶)
O 1 2-甲基-5-乙基呋喃
2 CH
3
若含两个相同杂原子，使
杂原子的编号尽可能小，并使
杂原子上连有H原子或取代基
的杂原子的位次最小。 若杂原子不同，以O→S→N为序， 使杂原子编号最小 某些杂环的特殊编号 6 7 5 N N 1 8 2 N 4 N 9 3 H
H5C2 O CH3
2-甲基-5-乙基呋喃
N H 3C S
-CHO 2-呋喃甲醛 O （糠醛）
H 3C Br
5-甲基噻唑
N
O
-CH=CH-COOH 3-(α-呋喃)丙烯酸
SO3H
N CH3
5-喹啉磺酸
N
1,4 –二甲基-5-溴咪唑
COOH N
3-吡啶甲酸 β-吡啶甲酸
H3C N
N
5-甲基嘧啶
NH2 N N N H N
杂环化合物发生亲电取代反应的活性顺序是： 噻吩＞吡咯＞呋喃＞苯＞吡啶
1.卤代
较难控制在一卤代阶段
Br
+ Br2 N H
H2O
Br
N H
Br
Br
+ Br2 N
催化 300℃ N
Br
2. 硝化
+ CH3COONO2 N H 乙酰硝酸酯
乙酐 -10℃
NO2 N H
+ HNO3（浓） 300℃ （一天） N
O H3C O N N CH3
H 3N C4 3 N 5 N N1 Br 咪唑 H CH 3
4
N
3
H3C
CH3
5
2
S
1
N N
1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤
-CHO、-COOH、--COOR、-SO3H等 （2）命名 环上有 杂环为母体 原则 时，常以醛、羧酸、酯、磺酸为母体，杂环 作取代基。
CH3 N
HNO3 N
COOH
侧链被氧化 吡啶环稳定
HNO3 回流 N
N
COOH COOH
苯环被氧化 吡啶环稳定
（四）酸碱性 在吡咯分子中，由于氮上未共用的孤对电子参与环
上的共轭体系，使氮上电子云密度降低而减弱对质子的
6-氨基嘌呤 腺嘌呤 O
-CH2OH
2-呋喃甲醇 α-呋喃甲醇
3.杂环双键氢化产物的命名
N H
四氢吡咯
N H
六氢吡啶
O
四氢呋喃
二、 杂环化合物的结构 （一）五元杂环化合物的结构
以吡咯为例说明它们的结构：
N : 2S 2P
N H
电子跃迁 2P 2S 2S
2
3
2P SP2杂化
6 5
P SP2
基态
激发态
云的分布不均匀，杂环的芳香性和稳定性不如苯环。
1.06 1.10 N 0.68 H 吡咯 (pyrroe)
苯＞噻吩＞ 吡咯＞呋喃 离域能：151 121 88 66 3.五元杂环是富电子的芳杂环，亲电取代 反应比苯容易发生, 吡咯的结构相当于苯酚 或苯胺，亲电取代发生在-位。
（二）六元杂环化合物的结构
三、 杂环化合物的化学性质 （一）亲电取代反应
五元杂环属于富电子芳杂环，亲电取代反应比苯容易。
主要发生在-位 六元杂环吡啶属于缺电子芳杂环，亲电取代反应活性
比苯小，与硝基苯类似 ，且取代反应一般发生在β位。
O Furan 呋喃 S Thiophene 噻吩 N H Pyrrole 吡咯 N Pyridine 吡啶
N
O
pyran
吡喃
N
N
pyrimidine
嘧啶
N N N N H
N H
Imidazole 咪唑
N
N H
quinoline 喹啉
purine 嘌呤
indole
吲哚
2、含取代基杂环的命名
对于环上有取代基的杂环化合物，命名时把杂环等同 于苯环进行母体选择，把杂环上的原子依次编号而确定取 代基的位次。 （1）编号的原则：含一个杂原子的单杂环，一般从杂原 子开始，依次用阿拉伯数字将环上的原子编号，并尽可能 使取代基的位次较小；也可以用希腊字母α、β、 γ编 号，靠近杂原子的碳原子为α位，依次为β位、γ位 3 4 3 -NO
产物为脂肪族仲胺,不再具有芳香性
H2 Pt
N H
HAc N
六氢吡啶
H2 N H 180℃
Pt
四氢吡咯
N H
Zn N H HAc
N H
2,5-二氢吡咯
（三）氧化反应 五元杂环是富电子的芳杂环，和氧化剂作用，常导致 环的破裂或发生聚合作用得到焦油状聚合物。 六元杂环是缺电子的芳杂环，一般对氧化剂相当稳定。
以 吡啶为例
N
N原子的电子排布式为：2s22p3
2P 2S SP2杂化 P
不等性杂化 SP2
N 吡啶 (pyridine)
符合休克尔规则，具有芳香性。 电子云密度有较大程度的平均 化，但仍未完全平均化（由于N 原子电负性较大 ）。
6 6
0.82 0.95 N 1.59 吡啶 0.85
六元杂环化合物的结构特征:
O
O
、
N H
、
O
等
等
N
本章所要讨论的是环比较稳定，且具有不同
程度芳香性的杂环化合物。
定义：由碳原子和杂原子组成，结构与芳香族化合物相 似、具有一定稳定性和芳香性的环状化合物，统称为杂 环化合物。
一、 杂环化合物的分类和命名
（一）分类 杂环化合物 五元杂环化合物 单杂环 O
六元杂环化合物 苯环与单杂环 N 稠并化合物 稠杂环 N N 两个以上单杂 H 环稠并化合物 N N ★（二）命名 H 1、母体杂环的命名（音译法）
等性杂化
H
H N H 吡咯
H
H O H 呋喃
H
H
H
H
H S H 噻吩
H
6 5
在这个闭合共轭体系中,每个碳原子提供一个p电子, 杂原子提供两个p电子,大π键中的π电子总数为6个,符
合休克尔规则,所以具有芳香性。
五员杂环化合物的结构特征为： 1.环上π电子数= 6，符合休克尔规则，有芳香性。
2. 由于杂原子的电负性较碳原子大，所以环上π电子
浓H2SO4
NO2 N
6%
3. 磺化
浓H2SO4 S
+ SO3 N H 吡啶 100℃
S
SO3H
SO3H N H
N
+ H2SO4 发烟
SO3H
220℃
N
4.Biblioteka Baidu付—克反应
+ (CH3CO)2O N H
150~200℃
COCH3 N H
α-乙酰吡咯 注意：吡啶环不能发生F-C反应！！为什么？
（二）加成反应
学习要求： 1.掌握几种常见杂环化合物的命名 2.掌握吡咯、吡啶的结构 3.掌握吡咯、吡啶的化学性质 4.了解几种常见杂环化合物的一般性质
杂环是由碳原子和非碳原子共同组成的环。参与组 成杂环的非碳原子称为杂原子。常见的杂原子有O、
N、S等。
杂环化合物
O
=
非芳香性杂环化合物, 如： 芳香性杂环化合物
2
N1 3-硝基吡啶
2
H5C2
5
(β-硝基吡啶)
O 1 2-甲基-5-乙基呋喃
2 CH
3
若含两个相同杂原子，使
杂原子的编号尽可能小，并使
杂原子上连有H原子或取代基
的杂原子的位次最小。 若杂原子不同，以O→S→N为序， 使杂原子编号最小 某些杂环的特殊编号 6 7 5 N N 1 8 2 N 4 N 9 3 H
H5C2 O CH3
2-甲基-5-乙基呋喃
N H 3C S
-CHO 2-呋喃甲醛 O （糠醛）
H 3C Br
5-甲基噻唑
N
O
-CH=CH-COOH 3-(α-呋喃)丙烯酸
SO3H
N CH3
5-喹啉磺酸
N
1,4 –二甲基-5-溴咪唑
COOH N
3-吡啶甲酸 β-吡啶甲酸
H3C N
N
5-甲基嘧啶
NH2 N N N H N
杂环化合物发生亲电取代反应的活性顺序是： 噻吩＞吡咯＞呋喃＞苯＞吡啶
1.卤代
较难控制在一卤代阶段
Br
+ Br2 N H
H2O
Br
N H
Br
Br
+ Br2 N
催化 300℃ N
Br
2. 硝化
+ CH3COONO2 N H 乙酰硝酸酯
乙酐 -10℃
NO2 N H
+ HNO3（浓） 300℃ （一天） N
O H3C O N N CH3
H 3N C4 3 N 5 N N1 Br 咪唑 H CH 3
4
N
3
H3C
CH3
5
2
S
1
N N
1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤
-CHO、-COOH、--COOR、-SO3H等 （2）命名 环上有 杂环为母体 原则 时，常以醛、羧酸、酯、磺酸为母体，杂环 作取代基。
CH3 N
HNO3 N
COOH
侧链被氧化 吡啶环稳定
HNO3 回流 N
N
COOH COOH
苯环被氧化 吡啶环稳定
（四）酸碱性 在吡咯分子中，由于氮上未共用的孤对电子参与环
上的共轭体系，使氮上电子云密度降低而减弱对质子的
6-氨基嘌呤 腺嘌呤 O
-CH2OH
2-呋喃甲醇 α-呋喃甲醇
3.杂环双键氢化产物的命名
N H
四氢吡咯
N H
六氢吡啶
O
四氢呋喃
二、 杂环化合物的结构 （一）五元杂环化合物的结构
以吡咯为例说明它们的结构：
N : 2S 2P
N H
电子跃迁 2P 2S 2S
2
3
2P SP2杂化
6 5
P SP2
基态
激发态
云的分布不均匀，杂环的芳香性和稳定性不如苯环。
1.06 1.10 N 0.68 H 吡咯 (pyrroe)
苯＞噻吩＞ 吡咯＞呋喃 离域能：151 121 88 66 3.五元杂环是富电子的芳杂环，亲电取代 反应比苯容易发生, 吡咯的结构相当于苯酚 或苯胺，亲电取代发生在-位。
（二）六元杂环化合物的结构