最新有机化学杂环化合物
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有机化学---第17章 杂环化合物
、 内酯、环状酸酐等。
环为平面型共轭体系，环内π电子数符合4n+2规 则，具有一定芳香性的杂环化合物。
2
2、杂环化合物的分类
五元杂环, 如 单杂环 六元杂环, 如 杂环化合物 稠杂环 两个以上单杂环稠并
N N N H
O N
N H
S
苯环与单杂环稠并, 如 N H
N
N
3
3、杂环化合物的命名 （1）音译法 ——在同音汉字左边 + 口字旁
N ..
H2SO4,HgSO4 220℃
N
N
NO2
β-硝基吡啶
SO3H
β-吡啶磺酸
34
当吡啶环上连有供电子基团时，将有利于亲电取
代反应的发生；反之，就更难以进行亲电取代反应。
NO2
HNO3,H2SO4
H3 C N CH3
100℃
H3 C
N
CH3
吡啶环也象硝基苯一样，不能发生F―C烷基化和 酰基化反应。
吲哚具有芳香性，亲电取代反应发生在吡咯环上； 吲哚亲电取代反应的活性比苯高，但比吡咯低。 亲电取代反应的位置：
5 4 3 7
E+
1
苯 环
6
N H
2
吡咯环
26
进攻 C2 N H + E
+
进攻 C3
只有一个带有完 E N 2 H 整苯环的共振杂化体。 H 3 E 3 E H H + + N N H H
OH
6
S1
苯并呋喃
1
苯并吡咯 喹啉
N
9 7 8
苯并噻唑
N N
3
5 4
HO
N H
OH
12 杂环化合物《有机化学》
Br
（80%）
O
O Cl2
-40℃ ， CH3COOH
Cl
O
（64%）
Br2
CH3COOH
Br
S
（78%）
S Cl2
50℃
Cl
S
（36%）
I2,HgO C6H6, 0℃
I
S
（70%）
吡咯极易卤化生成四卤吡咯。
（2）硝化
呋喃和吡咯很易被氧化，遇无机酸容易发生聚合， 因而不能用硝酸硝化。通常用比较温和的非质子硝化试 剂，如用硝酸乙酰酯
离域能 呋喃、吡咯和噻吩的离域能分别为： 67 kJ·mol-1、 88 kJ·mol-1和117 kJ·mol-1 比苯的离域能（150.5 kJ·mol-1 ）低，但比大多数共 轭二烯烃的离域能（约12～28 kJ·mol-1 ）要大得多。
芳香性：苯>噻吩>吡咯>呋喃
2、 呋喃、噻吩和吡咯化学性质
有机化学 第12章 杂环化合物
基本要求：
• 1.掌握呋喃、吡咯、噻吩、吡啶、嘧啶、 喹啉、吲哚、嘌呤及其衍生物的命名。
• 2.掌握呋喃、吡咯、噻吩、吡啶的结构 与芳香性的关系，结构与亲电取代反应 活性的关系。
• 3.掌握吡咯和吡啶的酸碱性，呋喃、吡 咯、噻吩、吡啶的亲电取代反应(卤代、 磺化)，还原反应，吡啶侧链的氧化反应。
COOH
(烟酸 )
N
HNO3
COOH
COOH
N
△
COOH △
N
N
吡啶可被催化加氢或用乙醇和钠还原而成为六氢吡啶。
Na + C2H5OH
N
或 H2/Pt ,0.3MPa,25℃
N H
常见吡啶衍生物
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-第十七章 杂环化合物
Br
Br
N H
Br2
N H
乙 醇
Br
Br
噻吩对氧化剂稳定，可用一般的硝化剂和磺化剂
H2SO4 , 25℃
S
SO3H S
α-噻吩磺酸
呋喃和吡咯对及氧化剂都比较敏感，应使用特殊的试
剂乙酰硝酸酯进行硝化，使用吡啶三氧化硫进行磺化。
+
N
SO3
－
SO3H O
O CH3 C ONO2 (CH3CO)2O,－10 ℃
O
α-呋喃磺酸
N H
N H
α-硝基吡咯
NO2
吡啶比苯难发生亲电取代反应，反应条件要求和硝基
苯差不多；在发生反应时取代基主要进入β-位。
HNO3 , H2SO4
NO2 N
β（3）-硝基吡啶
N
300 ℃
吡啶的氯代要用AlCl3催化且要加热； 吡啶的磺化要用发烟H2SO4并要加热；
(2) 氧化反应 吡啶环对氧化剂稳定，比苯环难氧化。
杂环化合物，是指环状化合物中构成环的原子除碳原
子外，还有其他原子的化合物。
常见的杂原子：O、N、S。 非芳香杂环：
O O O N H
芳香杂环：
O
S
N
17-1 分类和命名
一、杂环化合物的分类
单杂环：
{
五元杂环 六元杂环
O
呋喃
N H
吡咯
S
噻吩
N S
噻唑
N N H
咪唑
N
N
吡啶
N
嘧啶
稠杂环：
{
N
1 6 5
N N
3 4
N7
8
N2
2
N9 H
有机化学精品课件——杂环化合物
理学、毒理学和临床研究等方面的内容。
05
有机化学与绿色化学
有机化学的发展趋势
1 2 3
新的合成方法
例如，定向合成、组合合成和高选择性催化等 新技术的开发和应用，极大地推动了有机化学 的发展。
新的反应性和反应机制
例如，电化学和光化学反应以及超分子和纳米 反应器等新技术的应用，为有机化学提供了新 的反应性和反应机制。
总结词
杂环化合物在分子生物学领域具有广泛的应用，涉及多种生物学实验技术。
详细描述
杂环化合物可以作为药物分子、基因治疗剂、分子探针等应用于分子生物学研究中。生物学实验技术包括细胞 培养、基因克隆和表达、蛋白质分离和分析等。这些技术可以用来研究杂环化合物在生物体内的吸收、分布、 代谢和排泄等特性。
杂环化合物的应用研究实验
合成方法
通过取代反应
杂环化合物可以通过取代反应合成，如卤代烃、醇、羧酸等 中的杂原子被其他原子取代。
通过成环反应
某些杂环化合物可以通过成环反应合成，如氨基酸、腺苷等 。
02
杂环化合物的种类与性质
含氮杂环化合物
吡啶
弱碱，碱性来自于氮原子上的孤对电子，可参与多种有机反应。
咪唑
碱性较弱，作为配体参与有机反应。
抗疟活性
青蒿素及其衍生物是具有抗疟活性的重要杂环化合物，通过干扰疟原虫的细胞膜 结构和功能，导致疟原虫死亡。
04
有机化学实验技术
杂环化合物的合成实验
总结词
有机化学实验技术中，杂环化合物的合成 实验是掌握杂环化合物性质的重要环节。
VS
详细描述
杂环化合物的合成实验涉及到多种反应类 型，如缩合反应、取代反应、加成反应等 。在实验过程中需要用到各种不同的试剂 和溶剂，如酸、碱、氧化剂、还原剂等。 实验操作也有一定难度，需要掌握一定的 实验技能和操作技巧。
05
有机化学与绿色化学
有机化学的发展趋势
1 2 3
新的合成方法
例如，定向合成、组合合成和高选择性催化等 新技术的开发和应用，极大地推动了有机化学 的发展。
新的反应性和反应机制
例如，电化学和光化学反应以及超分子和纳米 反应器等新技术的应用，为有机化学提供了新 的反应性和反应机制。
总结词
杂环化合物在分子生物学领域具有广泛的应用，涉及多种生物学实验技术。
详细描述
杂环化合物可以作为药物分子、基因治疗剂、分子探针等应用于分子生物学研究中。生物学实验技术包括细胞 培养、基因克隆和表达、蛋白质分离和分析等。这些技术可以用来研究杂环化合物在生物体内的吸收、分布、 代谢和排泄等特性。
杂环化合物的应用研究实验
合成方法
通过取代反应
杂环化合物可以通过取代反应合成，如卤代烃、醇、羧酸等 中的杂原子被其他原子取代。
通过成环反应
某些杂环化合物可以通过成环反应合成，如氨基酸、腺苷等 。
02
杂环化合物的种类与性质
含氮杂环化合物
吡啶
弱碱，碱性来自于氮原子上的孤对电子，可参与多种有机反应。
咪唑
碱性较弱，作为配体参与有机反应。
抗疟活性
青蒿素及其衍生物是具有抗疟活性的重要杂环化合物，通过干扰疟原虫的细胞膜 结构和功能，导致疟原虫死亡。
04
有机化学实验技术
杂环化合物的合成实验
总结词
有机化学实验技术中，杂环化合物的合成 实验是掌握杂环化合物性质的重要环节。
VS
详细描述
杂环化合物的合成实验涉及到多种反应类 型，如缩合反应、取代反应、加成反应等 。在实验过程中需要用到各种不同的试剂 和溶剂，如酸、碱、氧化剂、还原剂等。 实验操作也有一定难度，需要掌握一定的 实验技能和操作技巧。
有机化学第12章 杂环化合物
生物碱
存在于植物体内的一类碱性含氮有机化合物称为生物碱。
HO O
CH3 N H O-C-CH 952年确定结构。）
H O-C H
C H3O
颠茄碱（阿托品）
CH=C H2
N N CH3
N 金鸡纳碱（奎宁）
烟碱（尼古丁）
有芳香性
有芳香性
12.3 五元杂环化合物
12.3.1 呋喃
存在于松木焦油中，为无色液体，难溶于水，易溶于有机溶剂。其蒸汽遇 有被盐酸浸过的松木时，即呈绿色（叫松木反应，鉴别呋喃的存在）。
工业上用糠醛（-呋喃甲醛）制备：
（1）呋喃的制备
• 实验室采用糠酸加热脱羧制得：
（2）化学性质
呋喃具有芳香性，较苯活泼，容易发生取代反应；还有一定程度的不饱和 化合物的性质(发生加成反应)。
芳香性强弱的次序
苯 > 噻吩 呋喃 112 离域能：152
取代反应活性的次序
>
吡咯
>
88
62 KJ/mol
位电子 云密度 -0.10
• 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 -0.03 -0.06 0 (不一致)
（2）六元杂环化合物——吡啶
氮原子与碳原子处在同一平面。 吡啶的结构与苯相似，符合休克尔规则，具有芳香性。
第12章 杂环化合物
一般把除碳以外的成环原子叫杂原子，常见的杂原子有氧、硫和氮：
• 环系中可含一个、两个或多个相同或不同的杂原子。
•环可以有三元环、四元环、五元环、六元环或更大，可以 是稠合的环。
• 杂环化合物种类繁多，约占全部已知有机化合物的 三分之一。
• 已经学过的杂环化合物：
• 本章介绍的是具有不同芳香性的杂环化合物（简称芳杂 化合物）。
有机化学 第二十章杂环化合物
2.加成反应 呋喃、吡咯催化氢化，失去芳香性，得到饱和 的杂环化合物:
四氢吡咯为有机碱，广泛存在于自然界中的某 些生物碱中。
四氢呋喃是重要的有机溶剂。
噻吩中含硫，会使一般的催化剂中毒，氢化时必 须采用特殊催化剂。
工业上通常用开链化合物合成四氢噻吩。四氢噻 吩氧化成四亚甲基砜（或环丁砜），它是一个重要的 溶剂。
(6 )取代呋喃、噻吩、吡咯的定位效应
一取代呋喃、噻吩及吡咯进一步取代，定位效 应应由环上杂原子的α定位效应及取代基共同决定。 例如，3位上有取代基，第二个基团进入环的1位或5 位（即α位），是1位还是5位又由环上原有取代基 的性质决定◦例如，噻吩-3-甲酸溴代，生成5-溴噻 吩-3-甲酸。羧基是间位定位基，因此第二个基团进 入5位即羧基的间位。
一、五元杂环
五元环中含两个或两个（至少有一个氮原子） 以上的杂原子的体系称唑（azole)。如果杂原子不 同，则按氧、硫、氮的顺序编号。
二、六元杂环 三、稠杂环
20.2 五元单杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯的物理性质和结构
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。它们的重要性不在于它们的单体， 而是它们的衍生物。它们的衍生物不但种类繁多， 而且有些是重要的工业原料，有些具有重要的生理 作用。
叶绿素与蛋白质结合，存在于植物的叶和绿色 的茎中，叶绿素利用卟啉环的多共辗体系易吸收紫 外光，成为激发态，促进光合作用，使光能转变为 化学能。
血红素存在于哺乳动物的红血球中，它与蛋白 质结合成血红蛋白，血红素中的Fe2+具有空的d轨道， 可以可逆地络合氧，在动物体内起到输送氧气的作 用。一氧化碳会使人中毒，其原因之一是因为它与 血红蛋白结合的能力强于氧，从而阻止了血红蛋白 与氧的结合。
有机化学第十五章 杂环化合物
+
N
N
NO 2
N
N S O 3H
Br
B r2/H 2 S O 4
H+
+
N
N
B r 2 /CCl 4
OH -
Br Br
N
K MnO 4 /H +
CO 2 H
N
CO 2 H
H 2/P t N H
易发生亲电取代和氧化
5
8
N
易发生亲核取代和还原3
N +C3 H I
N
+ N C3 H I N
N
Br
+Br2 NH 2 N
1、亲电取代——困难：发生在β 位
混 酸 P hH室 温 P hN2O
混 酸
N2O
3 0 0 ℃ /1 天
N
N
H2SO4/H+g
220℃
N
N
SO3H
C3H N
H 2SO 4/K N3 O
100℃
C3H
C3H N
N2 O C3H
Br2/HcA Br NH 2 N
N—氧化物 δ+
NH 2 N
δ+
N
N+
吡唑和咪唑的分子聚合和互变异构：
b.p
水溶性
N
188
N
H N 263
N H
11 易溶
N
N
H
H
N
N
二聚体
N HN
N HN
N N
H
多聚体
嘌呤
N
N
N
NH
N
N
H 9—H
NH2
N
有机化学杂环化合物
在非强酸性条件下，有些亲电试剂也可以在吡 啶环上进行。
亲核取代反应
喹啉和异喹啉也可以发生亲核取代反应。喹啉 在2位C， 4位C较少。异喹啉主要在1位C，几乎没有 3位C的产物。
氧化反应
衍生物
喹啉的衍生物是许多生物碱的母体结构
H
CH3O H
HO
N H
CH3O
N
N 奎 宁 (金 鸡 纳 霜 )
1
嘧啶pyrimidine mp 22oC
4
5 N3
6
2
N
1
吡嗪pyrazine
mp 57oC
4
5
N3
6 N2 N
1
1, 2, 3-三嗪
4
5N 3
6 N2 N
1
1, 2, 4-三嗪
4
5N
3
N
6
2
N
1
1, 3, 5-三嗪
都有弱碱性，但比吡啶碱性弱。
最重要的衍生物是嘧啶衍生物，在生理和药理上 有重要地位：
黄样离子
CH3 HO
CH3
O CH3
O 黄酮
VE
第三节 稠杂环
一、苯并五元杂环
N
O
S
N
茚
H 吲哚
苯并呋喃
苯并噻吩 异 吲 哚
mp52oC bp173~175oC bp221oC
N
N
N
N H
O
S
苯 并 咪 唑 苯 并 恶 唑 苯 并 噻 唑
N
N N
N N
H
H
吲 唑 苯 并 三 唑
吲哚有一定的酸性，可以与碱反应生成盐。
制备：甘蔗渣、花生壳、高粱杆、棉子壳等含 有戊多糖，将它们打碎放入反应釜，加入稀硫 酸，通入水蒸气加热，戊多糖水解为戊糖，戊 糖失水成糠醛。
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。
有机化学-第十三章
3.命名
取代基位号及名称加上母环的名称即为杂环化合物的 名称，例如：
课堂练习
1、命名下列杂环化合物： （1）
Br
(2)
CH3
N
O
NO2
2 – 硝基 – 4 –溴呋喃
3 – 甲基吡啶
杂环化合物的结构与芳香性
一、五元单杂环化合物的结构和芳香性
五元单杂环如呋喃、噻吩、吡咯，在结构上，都符 合 Huckel 的关于芳香性的规则，即环上原子共平面，彼 此以 σ 键相连接，四个碳原子各有一个电子在 p 轨道 上，杂原子有两个电子在 p 轨道上，这些 p 轨道都垂直 于σ 键所在的平面，相互重叠形成大 π 键——闭和的 共轭体系，π 电子数目为4n+2。结构如图所示：
亲电取代反应主要发生在 α 位上
二、定位规律
对五元杂环的亲电取代反应环上取代基有一定的定位 作用，以噻吩为例，说明如下： （1）当 α 位上有邻对位定位基(x)时，亲电试剂(E)主 要进入 5 位，3 位次之：
（2）当 α 位上有间定位基（Y）时，则 E 主要进入 4 位，少量进入 5 位：
近年发现不少天然存在的呋喃或氢化呋喃衍生物，具 有明显的生物活性或药用价值。例如，从重斑病感染的薯 类植物块根中分离的苦味成为含多种呋喃衍生物，如3-呋 喃甲酸，巴他酸（bacatic acid）,番薯酮等
二、α-呋喃甲醛
1.来源与制备 呋喃甲醛最初是从米糠中得来，故俗称糠醛，因为这 些农副产品中都含有戊聚糖，在稀酸作用下水解成戊醛糖 ，再进一步脱水环化，得到糠醛:
4）综上所述，它们的芳香性由强到弱的顺序为：
二、六元单杂环化合物的结构和芳香性
吡啶具有六元单杂环的典型结构和苯的结构很相似， 是苯中的一个碳原子被氮原子代替，氮原子以 sp2 杂化 轨道和两个相邻碳原子的 sp2 杂化轨道形成两个 σ 键 。环上每个原子均有一个 p 轨道垂直于环的平面，组成 闭合的6电子大 π 轨道，因此，吡啶环也有芳香性。吡 啶的结构如图所示：
有机化学 第十七章杂环化合物
N
N
sp3 H sp2
CH3 C≡N
sp
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
PhCO
HCl
+
N Cl
H
NO2+BF4 Et 2O
+
N
BF4
SO3 C H2C l2
N NHNa
N NH2
N OCH3
CH3O Na NaOH ,
NH3 , ZnCl2
N Cl
220℃
Br Br
N
NH3 , H2O 160℃
NH2 Br
N
N NH2
4、 氧化与还原
CH3 KMnO 4 N
COOH
NH3
N 烟酸
CONH2
N 烟酰胺
Na, C2H5OH(无水) 或 H2/Ni, 25oC , 3大气压
环上的氢受离域电子环流的影响，其核磁共振信号
都出现在低场区。α- H 由于受杂原子吸电子诱导效 应的影响，其δ值较大。
δ 6.99
δ 7.18
S
δ 6.22
δ 6.68
N H
δ 6.24 δ 7.29
O
六元杂环化合物的结构
N
吡啶
C C
C
C N
C
π6 6
缺等电子体系
未参与共轭
sp2-N吸电子能力较sp2- C强, 故吡啶为缺电子体系.
有机化学17章-杂环化合物
H
N
H2SO4, HgSO4 230 ° 70% C,
吡啶不能起Friedel-Craft反应
N
Br2 300 ° C
三、 六元杂环化合物
(C) 亲核取代反应：与强的亲核试剂起亲核取代反应，主要生成 α-取代产物 。
+
NaNH2 N
H 2O NHNa N NH 2
N
+
C6H5Li N
+
LiH
N
C6H5
二、 五元杂环化合物
吲哚：由苯环和吡咯环稠合而成的，因此也叫做苯并吡咯
CH2COOH N H 吲哚
CH3 N H
N H 3-吲哚乙酸
Br2 CH3COOH
CH3 N H Br
二、 五元杂环化合物
(4) 咪唑和噻唑：较常见的含有两个杂原子的五元杂环化合物
N N H 咪唑 S
N
H C
N
C
H N
H
噻唑
1.分类和命名 分 类：以杂环的骨架为基础 按环的大小——最重要的是五元杂环和六元杂环；
按杂环中杂原子数目的多少——单杂原子的杂环和多
杂原子的杂环； 按环的形式——单杂环和稠杂环
N O furan 呋喃 S thiphene 噻吩 N H pyrrole 吡咯
N pyridine
N quinoline 喹啉
二、 五元杂环化合物
由于五元杂环化合物的高度活泼性及呋喃和吡咯对无机强酸的 敏感性，亲电取代反应需要比较温和的条件
Br2 0~5℃ O CH3C ONO2 -10℃ (CH3CO)2O N H C5H5N SO3 室温 O CH3C CI SnCI4 N H N H N H O SO3 O C CH3 乙醚 Br Br N H NO2 Br Br O Br2 O O 0~5℃ O Br
有机化学-第十七章 杂环化合物
N H
氮杂-2,4,6-环庚三烯
二、命名 1、音译法命名：根据英文音义，用带口字旁的同音汉字
N H (pyrrole) 吡咯
O (furan) 呋喃
N
N (pyrimidine)
嘧啶
N
(quinoline) 喹啉
S (thiophene)
噻吩
N H (indole) 吲哚
N (pyridine)
吡啶
S
α-噻吩磺酸
呋喃和吡咯对及氧化剂都比较敏感，应使用特殊的试 剂乙酰硝酸酯进行硝化，使用吡啶三氧化硫进行磺化。
+
－
N SO3
SO3H
O
O
α-呋喃磺酸
O
CH3 C ONO2
N
(CH3CO)2O,－10℃
N
NO2
H
H
α-硝基吡咯
吡啶比苯难发生亲电取代反应，反应条件要求和硝基 苯差不多；在发生反应时取代基主要进入β-位。
1 α-呋喃甲醛
HO CH CH OH H2SO4
H CH C H Δ CHO
OH OH
+ 3H2O O CHO
糠醛是没有α-氢的醛，化学性质和苯甲醛相似。
浓 NaOH
+
O CHO
O CH2OH O COOH
2 卟啉化合物
卟啉化合物是一类广泛存在于自然界中的化合物，它
们的分子中都含有卟吩环。
2α314 NhomakorabeaNH
N
δ
β
N
HN
8
5
7
γ
6
卟吩环
CH CH2
吡咯的酸性极弱，介于醇和酚之间。
Δ + KOH（固）
氮杂-2,4,6-环庚三烯
二、命名 1、音译法命名：根据英文音义，用带口字旁的同音汉字
N H (pyrrole) 吡咯
O (furan) 呋喃
N
N (pyrimidine)
嘧啶
N
(quinoline) 喹啉
S (thiophene)
噻吩
N H (indole) 吲哚
N (pyridine)
吡啶
S
α-噻吩磺酸
呋喃和吡咯对及氧化剂都比较敏感，应使用特殊的试 剂乙酰硝酸酯进行硝化，使用吡啶三氧化硫进行磺化。
+
－
N SO3
SO3H
O
O
α-呋喃磺酸
O
CH3 C ONO2
N
(CH3CO)2O,－10℃
N
NO2
H
H
α-硝基吡咯
吡啶比苯难发生亲电取代反应，反应条件要求和硝基 苯差不多；在发生反应时取代基主要进入β-位。
1 α-呋喃甲醛
HO CH CH OH H2SO4
H CH C H Δ CHO
OH OH
+ 3H2O O CHO
糠醛是没有α-氢的醛，化学性质和苯甲醛相似。
浓 NaOH
+
O CHO
O CH2OH O COOH
2 卟啉化合物
卟啉化合物是一类广泛存在于自然界中的化合物，它
们的分子中都含有卟吩环。
2α314 NhomakorabeaNH
N
δ
β
N
HN
8
5
7
γ
6
卟吩环
CH CH2
吡咯的酸性极弱，介于醇和酚之间。
Δ + KOH（固）
有机化学中的杂环化合物
有机化学中的杂环化合物有机化学是研究有机化合物的性质、结构、合成和反应等的科学分支。
而杂环化合物则是在有机分子中含有除碳外的杂原子（如氧、氮、硫等）构成的环状结构。
这一类化合物具有多样的结构和广泛的应用，本文将对有机化学中的杂环化合物进行探讨。
一、氧杂环化合物氧杂环化合物指的是含有氧原子构成环状结构的有机分子。
常见的氧杂环化合物包括环氧烷、苯并呋喃等。
环氧烷由一个氧原子与两个碳原子构成一个环，具有高度的环张力，因此容易发生开环反应。
环氧烷被广泛应用于有机合成和药物合成领域，例如苯并环氧丙烷常用于合成激素类药物。
二、氮杂环化合物氮杂环化合物是指含有氮原子构成环状结构的有机分子。
常见的氮杂环化合物包括吡咯、吡啶等。
吡咯是一个五元环，它的稳定性较高，广泛存在于许多生物分子中，如生物色素和药物中。
吡啶是一个六元环，具有较高的稳定性和广泛的应用领域，常用于药物合成和染料合成等。
三、硫杂环化合物硫杂环化合物是指含有硫原子构成环状结构的有机分子。
常见的硫杂环化合物包括噻吩、噻唑等。
噻吩是一个五元环，具有平面构型和较高的稳定性，被广泛应用于染料和光电材料合成等领域。
噻唑是一个五元环，并且带有一个取代基，常见于医药领域的药物中，具有广谱的生物活性和药理学特性。
结语有机化学中的杂环化合物是一类具有重要地位和广泛应用的化合物。
氧杂环化合物、氮杂环化合物和硫杂环化合物都具有不同的结构和性质，各自在合成化学、药物化学、材料化学等领域中扮演着重要的角色。
对这些杂环化合物的深入研究和应用将为有机化学的发展作出重要贡献。
以上就是有机化学中的杂环化合物的简要介绍，希望能够对您有所帮助。
《有机化学(第二版)》第12章：杂环化合物与生物碱
Br2/ CH3COOH N
OH Br2 / CCl4 HO HO
Br N
OH Br
NH2
20℃
NH2
OH
N
室室
+
N
Br HO
N
19:46
③亲核取代反应
发生在α位 发生在 位
19:46
④氧化与还原反应
氧化难、 氧化难、还原易
19:46
（哌啶）
19:46
4、重要的衍生物 、 ①维生素pp 维生素
维生素pp促进组织新陈代谢，降低血中胆固醇。 维生素 促进组织新陈代谢，降低血中胆固醇。体内缺 促进组织新陈代谢 乏维生素pp时 乏维生素 时，可引起糙皮病
19:46
②异烟肼（雷米封） 异烟肼（雷米封）
治疗结核病的良好药物
19:46
③维生素B6 维生素
维生素B 维生素 6是蛋白质代谢过程中的必需物质
N
H O
H
19:46
3、化学性质 、 ①碱性
19:46
碱性大小：脂肪族胺＞ 碱性大小：脂肪族胺＞氨＞吡啶＞苯胺 吡啶＞
(CH3)3N > NH3
> N
> N
NH2
19:46
②亲电取代反应
发生在β位 发生在 位
19:46
若吡啶环上有第一类定位基时， 若吡啶环上有第一类定位基时 ， 能使吡啶环 活化， 能使亲电取代反应较容易进行， 并且取代 活化 ， 能使亲电取代反应较容易进行 ， 位置由第一类定位基决定。 位置由第一类定位基决定。
19:46
N H
吲哚
N H
咔唑
19:46
Br2
0℃ N H
Br
+
OH Br2 / CCl4 HO HO
Br N
OH Br
NH2
20℃
NH2
OH
N
室室
+
N
Br HO
N
19:46
③亲核取代反应
发生在α位 发生在 位
19:46
④氧化与还原反应
氧化难、 氧化难、还原易
19:46
（哌啶）
19:46
4、重要的衍生物 、 ①维生素pp 维生素
维生素pp促进组织新陈代谢，降低血中胆固醇。 维生素 促进组织新陈代谢，降低血中胆固醇。体内缺 促进组织新陈代谢 乏维生素pp时 乏维生素 时，可引起糙皮病
19:46
②异烟肼（雷米封） 异烟肼（雷米封）
治疗结核病的良好药物
19:46
③维生素B6 维生素
维生素B 维生素 6是蛋白质代谢过程中的必需物质
N
H O
H
19:46
3、化学性质 、 ①碱性
19:46
碱性大小：脂肪族胺＞ 碱性大小：脂肪族胺＞氨＞吡啶＞苯胺 吡啶＞
(CH3)3N > NH3
> N
> N
NH2
19:46
②亲电取代反应
发生在β位 发生在 位
19:46
若吡啶环上有第一类定位基时， 若吡啶环上有第一类定位基时 ， 能使吡啶环 活化， 能使亲电取代反应较容易进行， 并且取代 活化 ， 能使亲电取代反应较容易进行 ， 位置由第一类定位基决定。 位置由第一类定位基决定。
19:46
N H
吲哚
N H
咔唑
19:46
Br2
0℃ N H
Br
+
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❖吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感； ❖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。
❖卤代： N H O
Br2 0℃
Br
Br
Br
Br
N
H
Br2 0℃
Br O
B r2
S
25℃
B r S
❖硝化： 由于环的稳定性差，在强酸或强氧化剂的作用下环
被破坏，不能用混酸硝化。因此，应在较低的温度下， 使用温和的硝化剂乙酰硝酸酯。
杂环为母体；当环上连有羰基、羧基、磺酸基时，杂环做
取代基。
命名或写出结构式
１N CH3
N-甲基吡咯
２
CH3
N H
３-甲基吡咯
３
CHO
O
2-呋喃甲醛
４
COOH
N
３-吡啶甲酸
５ β-羟基吡啶
OH N
６ 2-噻吩磺酸 S SO3H
１ 呋喃、吡咯、噻吩的结构
sp2杂化
六元环结构
❖结构特点： ①杂原子共轭效应是供电子的，诱导效应是吸电子的。
H
H吡 啶
N O 2
C H 3C O O ON O 2
O
❖磺化： N H O
+_ NSO 3
+_ N S O 3
N SO 3H H OS O 3 H
+RM gBr N H
+ RH N M gBr
❖酰化：
+(C H 3C O )2O150～ 200 ℃
C O C H 3
N
N
H
H
O+ (C H 3 C O )2 O－ 1 B 0 F ℃ 3
C O C H 3 O
O
H 2 N i o r P d
O
(4) 加成反应
❖催化加氢：
H2
N
Ni or Pd
N
H
H
H2 , Ni
H2 , Ni
S
S
S
O+
C O
30℃
O
C O
O
C O O
C O
❖双烯合成： 呋喃与顺丁烯二酸酐很容易加成，噻吩较难，吡咯一
般不发生双烯合成。
3 硝化
O2N
S
CH3
(5) 吡咯的弱酸性和弱碱性
呋喃
150.3 117
87.8 66.9
❖具有共轭二烯烃结构，呋喃可以进行双烯合成反应。
２ 呋喃、吡咯、噻吩的性质
(1) 主要物理性质和鉴别 ❖呋喃：与盐酸浸过的松木片反应，显绿色。 ❖吡咯：与盐酸浸过的松木片反应，显红色。 ❖噻吩：在硫酸存在下和吲哚醌作用，显蓝色。
O NO H
吲哚醌
(3) 亲电取代反应 ❖π电子云密度比苯环大。
❖碱性：苯胺>吡咯
酸性：苯酚>吡咯>醇
4
溴
化
NO 2
S
Δ
+K O H （ 固 ） N
－
N
+H 2O
H
K +
60转吡啶
３ 糠醛及其衍生物
(1) 制法
H O C H C H O H
H C H C H C H O
O H O H
H 2 S O 4
Δ
C H O O
CHOKM nO 4 , OH－
COOH
O
O
4 N3
5
N2
O
1
1,2,3-噁二唑 1,2,3-oxadiazole
N
CH3
N H
4-甲基咪唑 4-methylimidazole
❖有些稠杂环化合物的原子编号是固定的。
5 6
7 8
4 3
N2
1
6
异喹啉
1N
2
isoquinoline
N
3
5 N7
8
4 N9 H
(3) 取代基与母体
嘌呤 purine
当环上连有烷基、硝基、卤素、羟基、氨基等基团时，以
O
O
O
N H
❖芳香杂环：
O
S
N
１ 分类
❖单杂环：
N
O
呋喃 furan
N
S
噻唑 thiazole
N H
咪唑
imidazole
N H
吡咯 pyrrole
N
吡啶 pyridine
S
噻吩 thiophene
N
N
嘧啶 pyrimidine
❖稠杂环：
N
喹啉 quinoline
N H
吲哚 indole
N
N
NN H
❖含有一个杂原子的单杂环，让杂原子的位号尽可能小， 其次考虑取代基；编号也可使用希腊字母。
CH3
N
3-甲基吡啶 β 3-methylpyridine
CHO O
2-呋喃甲醛 α 2-furaldehyde
❖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，按O,S,NH(NR),N顺序 依次编号
(2) 主要性质
C u O ,C r2 O 3
OC H O1 5 0 ℃ ,1 0 M P a
C H 2O H O
浓 N a O H
C H O
C H 2 O H + C O O H
O
O
O
O 2
C H O
O
V 2 O 5 , M o 2 O 3
C O O+C O 2
C O
O
(3) 应用 ❖良好的溶剂； ❖许多药物和工业产品的原料。
N
CH 3COONO2
(CH3CO)2O,－ 10℃ N
NO2
H
H
S
C H 3C O O N O 2
(C H 3C O )2 O ,－ 1 0℃ S
N O 2
❖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。
C H 3C O O N O 2
H
O － 30～ － 5℃ O N O 2 +
②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。
❖芳香性顺序： 噻吩 > 吡咯 > 呋喃 电负性： S 2.6 N 3.0 O 3.5 离域能/kJ·mol-1： 苯 噻吩 吡咯
５ 卟啉化合物
CH CH2 CH3
CH3 NN
Fe
CH3
N
N
CH CH2 CH3
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
吸电子诱导-I：O(3.5) > N(3.0) > S(2.6)， 供电子共轭+C：N > O > S， 综合：贡献电子N最多，O其次，S最少。 ❖亲电取代反应的活性为：吡咯>呋喃>噻吩>苯； ❖取代反应主要发在α-位上。
❖噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易加成；
❖呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数亲电试剂发生 亲电取代，但在强亲核试剂存在下，能发生亲核加成；
嘌呤 purine
+
O
C l－
苯并吡喃盐 benzopyran
２ 命名
(1) 杂环母核 ❖音译法：按照IUPAC推荐的普通名称，用2~3个汉字音 译，使用带口字旁的同音汉字。
❖系统命名法：根据相应的碳环命名。
O
呋喃
氧杂-2,4-环戊二烯 （茂） oxacyclopent-2,4-diene
(2) 编号
有机化学杂环化合物
教学目标
杂环化合物的分类和命名； 五元、六元杂环化合物的结构和芳香性及化学性质； 了解生物碱、毒品的种类与危害。
教学重点
杂环化合物的命名原则； 呋喃、吡咯、噻吩、吡啶。
教学难点
杂环化合物的命名原则； 五元、六元杂环化合物的结构与芳香性。
❖常见的杂原子：O、N、S。 ❖非芳香杂环：
❖卤代： N H O
Br2 0℃
Br
Br
Br
Br
N
H
Br2 0℃
Br O
B r2
S
25℃
B r S
❖硝化： 由于环的稳定性差，在强酸或强氧化剂的作用下环
被破坏，不能用混酸硝化。因此，应在较低的温度下， 使用温和的硝化剂乙酰硝酸酯。
杂环为母体；当环上连有羰基、羧基、磺酸基时，杂环做
取代基。
命名或写出结构式
１N CH3
N-甲基吡咯
２
CH3
N H
３-甲基吡咯
３
CHO
O
2-呋喃甲醛
４
COOH
N
３-吡啶甲酸
５ β-羟基吡啶
OH N
６ 2-噻吩磺酸 S SO3H
１ 呋喃、吡咯、噻吩的结构
sp2杂化
六元环结构
❖结构特点： ①杂原子共轭效应是供电子的，诱导效应是吸电子的。
H
H吡 啶
N O 2
C H 3C O O ON O 2
O
❖磺化： N H O
+_ NSO 3
+_ N S O 3
N SO 3H H OS O 3 H
+RM gBr N H
+ RH N M gBr
❖酰化：
+(C H 3C O )2O150～ 200 ℃
C O C H 3
N
N
H
H
O+ (C H 3 C O )2 O－ 1 B 0 F ℃ 3
C O C H 3 O
O
H 2 N i o r P d
O
(4) 加成反应
❖催化加氢：
H2
N
Ni or Pd
N
H
H
H2 , Ni
H2 , Ni
S
S
S
O+
C O
30℃
O
C O
O
C O O
C O
❖双烯合成： 呋喃与顺丁烯二酸酐很容易加成，噻吩较难，吡咯一
般不发生双烯合成。
3 硝化
O2N
S
CH3
(5) 吡咯的弱酸性和弱碱性
呋喃
150.3 117
87.8 66.9
❖具有共轭二烯烃结构，呋喃可以进行双烯合成反应。
２ 呋喃、吡咯、噻吩的性质
(1) 主要物理性质和鉴别 ❖呋喃：与盐酸浸过的松木片反应，显绿色。 ❖吡咯：与盐酸浸过的松木片反应，显红色。 ❖噻吩：在硫酸存在下和吲哚醌作用，显蓝色。
O NO H
吲哚醌
(3) 亲电取代反应 ❖π电子云密度比苯环大。
❖碱性：苯胺>吡咯
酸性：苯酚>吡咯>醇
4
溴
化
NO 2
S
Δ
+K O H （ 固 ） N
－
N
+H 2O
H
K +
60转吡啶
３ 糠醛及其衍生物
(1) 制法
H O C H C H O H
H C H C H C H O
O H O H
H 2 S O 4
Δ
C H O O
CHOKM nO 4 , OH－
COOH
O
O
4 N3
5
N2
O
1
1,2,3-噁二唑 1,2,3-oxadiazole
N
CH3
N H
4-甲基咪唑 4-methylimidazole
❖有些稠杂环化合物的原子编号是固定的。
5 6
7 8
4 3
N2
1
6
异喹啉
1N
2
isoquinoline
N
3
5 N7
8
4 N9 H
(3) 取代基与母体
嘌呤 purine
当环上连有烷基、硝基、卤素、羟基、氨基等基团时，以
O
O
O
N H
❖芳香杂环：
O
S
N
１ 分类
❖单杂环：
N
O
呋喃 furan
N
S
噻唑 thiazole
N H
咪唑
imidazole
N H
吡咯 pyrrole
N
吡啶 pyridine
S
噻吩 thiophene
N
N
嘧啶 pyrimidine
❖稠杂环：
N
喹啉 quinoline
N H
吲哚 indole
N
N
NN H
❖含有一个杂原子的单杂环，让杂原子的位号尽可能小， 其次考虑取代基；编号也可使用希腊字母。
CH3
N
3-甲基吡啶 β 3-methylpyridine
CHO O
2-呋喃甲醛 α 2-furaldehyde
❖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，按O,S,NH(NR),N顺序 依次编号
(2) 主要性质
C u O ,C r2 O 3
OC H O1 5 0 ℃ ,1 0 M P a
C H 2O H O
浓 N a O H
C H O
C H 2 O H + C O O H
O
O
O
O 2
C H O
O
V 2 O 5 , M o 2 O 3
C O O+C O 2
C O
O
(3) 应用 ❖良好的溶剂； ❖许多药物和工业产品的原料。
N
CH 3COONO2
(CH3CO)2O,－ 10℃ N
NO2
H
H
S
C H 3C O O N O 2
(C H 3C O )2 O ,－ 1 0℃ S
N O 2
❖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。
C H 3C O O N O 2
H
O － 30～ － 5℃ O N O 2 +
②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。
❖芳香性顺序： 噻吩 > 吡咯 > 呋喃 电负性： S 2.6 N 3.0 O 3.5 离域能/kJ·mol-1： 苯 噻吩 吡咯
５ 卟啉化合物
CH CH2 CH3
CH3 NN
Fe
CH3
N
N
CH CH2 CH3
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
吸电子诱导-I：O(3.5) > N(3.0) > S(2.6)， 供电子共轭+C：N > O > S， 综合：贡献电子N最多，O其次，S最少。 ❖亲电取代反应的活性为：吡咯>呋喃>噻吩>苯； ❖取代反应主要发在α-位上。
❖噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易加成；
❖呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数亲电试剂发生 亲电取代，但在强亲核试剂存在下，能发生亲核加成；
嘌呤 purine
+
O
C l－
苯并吡喃盐 benzopyran
２ 命名
(1) 杂环母核 ❖音译法：按照IUPAC推荐的普通名称，用2~3个汉字音 译，使用带口字旁的同音汉字。
❖系统命名法：根据相应的碳环命名。
O
呋喃
氧杂-2,4-环戊二烯 （茂） oxacyclopent-2,4-diene
(2) 编号
有机化学杂环化合物
教学目标
杂环化合物的分类和命名； 五元、六元杂环化合物的结构和芳香性及化学性质； 了解生物碱、毒品的种类与危害。
教学重点
杂环化合物的命名原则； 呋喃、吡咯、噻吩、吡啶。
教学难点
杂环化合物的命名原则； 五元、六元杂环化合物的结构与芳香性。
❖常见的杂原子：O、N、S。 ❖非芳香杂环：