药本-14杂环化合物(7版)

亲电取代主要发生在b位。
卤代：Br2 300℃
Br 3-溴吡啶(39%)
浓HNO3+浓H2SO4 300℃，24h
NO2 (20%)
浓或发烟H2SO4 HgSO4，220℃
SO3H 吡啶-3-磺酸 (70%)
给电子基团能增强吡啶环的反应活性。
吡啶环亲电取代变难，且取代基进入β位，可以从中间体相对 稳定性来说明：
进攻β-位没有特别不稳定的极限式存在，其活性中间 体比进攻α-位或γ-位的稳定，所以有利于在β-位取代。
4、亲核取代反应
环上碳原子的电子云密度降低，使吡啶易发生亲 核取代反应。但H不易离去，需用强碱 (如NaNH2，RLi 等)。
取代反应主要发生在α-位上。
+ PhLi N
+ LiH N Ph
+ NaNH2 NH3 N
S
吡啶
呋喃 噻吩 吡咯
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。
哌啶 四氢呋喃
第一节、 分类和命名
一、分类 1）按含杂环原子数目分：含一个、两个或多个杂原 子的杂环； 2）按环形式可分：单杂环和稠杂环；
3）按环大小分：五元杂环和六元杂环（更有意义）。 4）按杂环上碳原子的电子云密度分：多π电子芳杂
稠合的两个组分环都应当视作含有该杂原子来 命名。
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
基
本 环
NS
的 选 择
N 咪唑并噻唑
原
则 (6)如果有一个杂原子占据了一个稠合位置，则
稠合的两个组分环都应当视作含有该杂原子来
命名。
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
稠
用两组的位号来表示稠合边(即共用边):
合 • 附加环用阿拉伯数字1、2、3…．标注各
H2O 室温
N CH3
BF4-
+
N CH3
NO2
1 硝基 2 甲基吡啶氟硼酸盐
吡啶盐也具有芳香性。是温和的磺化、硝化、 酰基化、烷基化等试剂。
+ +
N
SO3-
BF4- +
+
N CH3
NO2
CH3CN 室温
SO3H
+
N
+
BF4-
+
NO2
N H
CH3
3、 亲电取代
• 比苯难得多，与硝基苯相似。吡啶不发生付-克反应。
+ HCl ——>
Cl -
H
碱性：季铵碱> 脂肪胺 > 氨> 吡啶 > 苯胺 > 酰胺>吡咯
pKa：
强碱 ~10
9.24 5.19 4.70 中性 17.5 弱酸性
吡啶与路易斯酸作用形成盐。
+ SO3 N
(
SO3 )
+N
N
SO3-
N-磺酸吡啶
+ CrO3 N
(
CrO3 )
+N
N
CrO3-
N-铬酸吡啶
的 (3)基本环的环应最大。
选
择
O
原
则
O
呋喃并吡喃
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
基 (1)芳环和杂环组成的稠环，选杂环为基本环。
本 (2)杂环和杂环组成的稠环按氮、氧、硫顺序选 环 择基本环。
的 (3)基本环的环应最大。
选 (4)杂原子数目以及杂原子种类应最多。
择
原
N
则
N
N
NN
ON H
吡啶并嘧啶
4
5
3
6
12
7
稠 杂
吲哚
环
N N H
苯并咪唑
N H
咔唑
kǎzuò
5 6
7
4 3
2
81
喹啉
5 6
7
4 3
2
81
异喹啉
嘌呤是个特例，不仅共 用碳参与编号，而且编 号顺序也很特别。
稠 杂 环
N
吖啶
N N
吩嗪
6 157 2 49 8
3
嘌呤
H N
S
吩噻嗪
例如：1. 单杂环的编号从杂原子开始。
4
3(b)
5 1 2(a)
4
3
512
CH3 1-甲基吡唑
5
3
6
2
1 C2H5
2-乙基嘧啶
4 5
HO
N3
12
S
5-羟基噻唑
3. 有特定名称的稠杂环母环的编号，大都按照稠芳
环规则编号，但个别的另有编号顺序（如嘌呤）。
5 6
7
4 3
2
81
OH 8-羟基喹啉
NH2
1 65
7
2 49 8 3
6-氨基 嘌呤
4 5
6
Br 7
3 CO2H
N N
N N
吡嗪并哒嗪
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
基 (1)芳环和杂环组成的稠环，选杂环为基本环。
本 (2)杂环和杂环组成的稠环按氮、氧、硫顺序选 环 择基本环。
的 (3)基本环的环应最大。 选 (4)杂原子数目以及杂原子种类应最多。
择 (5)如果环大小相同，杂原子种类和数目也相等， 原 则选择稠合前杂原子编号较低者为基本环。 则 (6)如果有一个杂原子占据了一个稠合位置，则
7
2 49 8
3
3H-吲哚
9H-嘌呤
7H-嘌呤
2.无特定名称的稠杂环母环的命名规则：
通常把稠杂环看作是二个单杂环并合在一起， 一个环选定为基本环(或母体)，它的名称作为“词 尾”；别一个环则为附加环(或取代环)，其名称作 为“词首”，中间加一个“并”字。
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
Fra Baidu bibliotek
基 (1)芳环和杂环组成的稠环，选杂环为基本环。
共轭体系与苯相似。
工业上主要从煤焦油的轻油部分提取吡啶。其 衍生物广泛存在于自然界。
（一）. 结构与芳香性
吡啶分子式为C5H5N，结构似苯，平面六边形分子 (但不是正六边形)。
C-C键长139pm(与苯的相等)，C-N键长137pm，介 于一般的C-N单键(147pm)与C=N双键(128pm) 之间。
吡唑并噁唑
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
基 (1)芳环和杂环组成的稠环，选杂环为基本环。
本 (2)杂环和杂环组成的稠环按氮、氧、硫顺序选 环 择基本环。
的 (3)基本环的环应最大。 选 (4)杂原子数目以及杂原子种类应最多。
择 (5)如果环大小相同，杂原子种类和数目也相等， 原 则选择稠合前杂原子编号较低者为基本环。 则
HE
+
N O
E
+
N H
O
(2)应用：N -氧化物用来活化吡啶和起定位作用。
(3) 还原反应 吡啶因环碳电子云密度较低，加氢还原比苯容易。
H2，Pt
512
吡咯
4
N3
512
S
噻唑
sāi,zuò
4
3
5 12
吡唑
4
N3
512
O
噁唑
5
3
5
3
6
2
6
2
1
吡啶 六
元
杂
5
3
环
6
2
1
1
吡喃
H N N H
嘧啶
哌嗪
pài,qín
5
3
6
2
1
哒嗪 dā,qín
N N
吡嗪
（2）有特定名称的稠杂环： 有其固定的编号顺序，通常是从一端开始依次 编号，共用的碳原子一般不编号；编号时还要注意 使杂原子尽可能取较小的编号，并遵守杂原子的优 先顺序。
（1）单杂环母核：从杂原子开始，顺着环编号。 若环上有取代基，编号时使带有取代基的碳原子的位 次保持最小。
若同一环上有多个杂原子，应使杂原子所在位次 的编号最小，并按O、S、一NH一、一N= 的顺序决 定优先的杂原子。
4
3(b)
5 1 2(a)
O
呋喃
五
元
杂
3
4
环2 1 5
咪唑
4
3
5 12
S
噻吩
4
3
例如
PhCO
cN
db a
N H
NH2
2-氨基-5-苯甲酰基苯并[d]咪唑
第二节、六元杂环化合物
• 含1个杂原子的六元杂环(如吡啶等)； • 环中有多个杂原子的六元杂环(如嘧啶等)； • 以及稠杂环(如喹啉、嘌呤等)。
其中最重要的是吡啶。
一、吡啶 (C5H5N)
吡啶是具有特殊臭味的无色液体，bp115.5℃， 可与水、乙醇、乙醚等混溶。
0.87
1.00
1.01
0.84
1.43
p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。
0.87
1.00
1.01
0.84 1.43
吡啶属于“缺p芳杂 环”。 表现在性质： •亲电取代变难，亲核取代变易，氧化变难，还原变易。 •N能给出未共用电子对，具有一定程度的碱性，可成盐。
（二）物理性质：吡啶的水溶性
第十五章 杂环化合物
福建医科大学药学院 林友文
第十四章 杂环化合物
“杂环”：组成环的原子除C外，其它元素的非碳 原子统称为杂原子。最常见的是O、S和N。
前面学过的内酯、内酰胺、环氧化合物、环状酸酐等:
N-H
表现脂肪族化合物性质，不列为杂环化合物。
本章讨论的杂环化合物：环系较稳定，杂环是 平面型，有环闭共轭体系，有4n+2个p电子，统称 为芳(香)杂环化合物。
吡啶N -氧化物的亲电、亲核取代反应
HNO3，H2SO4
+
90℃
N
O-
NO2
+
N O-
CH3ONa
+
CH3OH
N
O-
OCH3
+
N O-
亲电取代反应在γ 位（或α位） 上发生，是因为反应过程所形成 的活性中间体的结构，具有稳定 的八电子构型极限式，使中间体 相对稳定性增加，所以反应比较 容易进行。（不要求）
• 吡啶氮原子上的一对未共用电子能与水形 成氢键，吡啶能与水互溶。 • 也与乙醇、乙醚等有机溶剂互溶——良溶剂。
（三）.化学反应
1. 碱性：
吡啶：呈现弱碱性。 吡啶：N上的未共用电子对处于sp2杂化轨道， s成分较大，受N的束缚力较强，给出电子倾向较小， 与 H+ 的结合力较弱，碱性较NH3弱。
与质子酸生成结晶的盐，可用作碱性溶剂和 脱酸剂(缚酸剂)。
b Na
2
c
N
1
d
N
3N
4
吡嗪并[2,3-d]哒嗪
而非 哒嗪并[4,5-b]吡嗪
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
周
稠杂环的命名在选择了基本环并对稠合边
边 编
进行表示后，最后需对整个稠杂环的周边进行
号 标号，以标明取代基的位置。
方
其编号与芳稠环相似，共用的碳原子不编
法 号，共用的杂原子要编号。
（不要求！）
12
6-溴吲哚-3-羧酸 1,3,7-三甲基嘌呤-2,6-二酮
标氢：当杂环上含有饱和原子时，往往存在互变异构
体，命名时用“位置编号” ＋“H” (大写斜体)写在词 首加以区别，并给饱和原子尽可能低的编号。
CH2
CH2
1H-吡咯 3H-吡咯 2H-吡咯
4H-吡喃 2H-吡喃
3 12
1H-吲哚
CH2 1 6 5
环化合物和缺π电子芳杂环化合物。
二、命名
按IUPAC(1979)原则规定，保留45个杂环化合物 的俗名并以此作为命名的基础。
我国则采用音译法。这些保留的俗名主要有： 1）含一个杂原子的五元杂环，含两个杂原子的 五元杂环； 2）含一个杂原子的六元杂环，含二个杂原子的 六元杂环。
1、特定杂环的命名规则 单杂环及稠杂环母核的编号如下：
139pm
139pm
137pm
H H
H
• N和C都以sp2杂化轨道相
H
互以s 键相连。
•每 个 原 子 余 下 的 p 轨 道 相 互平行重叠，形成环闭共 轭体系，p电子数为6，具 有芳香性。
H
碱性
N原子的未共 用电子对（处于sp2杂化 轨道），与环共平面，
未参与环的共轭体系。
环上电子云密度比较：
齐齐巴宾反应，若 α-位被占据，则取代γN NH2 位，但产率低。
当吡啶α位或γ位有优良的离去基团时，较弱的 亲核（如NH3、H2O等）就能反应。
Cl
NH2
N
+ NH3
180—200℃ ZnCl2
+ NH4Cl N
+ H2O
NaOH 回流
N Br
+ NaBr N OH
5、氧化与还原
(1) 吡啶环对氧化作用较苯环稳定，当吡啶环上有烷 基或芳基侧链时，总是侧链先氧化而吡啶环不被破坏。
2、与卤代烷等反应
吡啶具有亲核性，和卤代烷反应生成吡啶季胺盐。
+ CH3I N
+ PhCOCl N
I+N
CH3
碘化N-甲基吡啶
Cl-
+
N
COPh
氯化N-苯甲酰基吡啶
可逆反应的，由于吡啶是一个很好的离去基团，所以 N-酰基吡啶盐做酰化剂时比酰氯和酸酐更好。
吡啶与硝鎓盐很容易发生作用生成盐：
+ NO2+ BF4-
O COCH3 2-乙酰基呋喃
5 4(g) 3(b)CH3
6 1 2(a)
3-甲基吡啶
O
CHO
Br
4
3(b)
5 1 2(a)
CH3 N-甲基吡咯
COOH
呋喃-2-甲醛 a-呋喃甲醛
3-溴吡啶 b-溴吡啶
3-吡啶甲酸
2. 有多个杂原子, 按O、S、NH、一N= 顺序编号。
43
Cl 5 1 2 SH
2-巯基-5-氯咪唑
本
环
的
选
择 原
O 苯并呋喃
则
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
基 (1)芳环和杂环组成的稠环，选杂环为基本环。
本 (2)杂环和杂环组成的稠环按N、O、S顺序选择 环 基本环。
的
选
NH
择
原
S 噻吩并吡咯
则
无特定名称的稠杂环母环的命名规则
基 (1)芳环和杂环组成的稠环，选杂环为基本环。
本 (2)杂环和杂环组成的稠环按氮、氧、硫顺序选 环 择基本环。
CH3 HNO3或 KMnO4，
CO2H
KMnO4
D
b-吡啶甲酸(烟酸)
N
SeO2
N CH3
N CHO
与过氧羧酸或过氧化氢作用，吡啶被氧化 生成吡啶-N-氧化物。
H2O2 / AcOH，65℃
N
或 CH3CO3H
+
N
O-
吡啶-N-氧化物
吡啶-N-氧化物进行亲电取代反应比较容易， 同时也能进行亲核取代反应，且取代反应都首先 发生在γ 位（其次是α位）。
边 原子。
的 • 基本环用英文字母a、b、c…表示。
表 示
• 有选择时，应使稠合边位号尽可能较小。
方 • 将稠合的原子和稠合边外加方括号，置于
法 “并“字之后。
例如
N
S
苯并[d] 噻唑 （苯环的稠合边无需标注）
SO
噻吩并 [2,3-b] 呋喃
HN
S
（数字的先后要与基本 噻吩并[3,2-b] 吡咯 环边的走向一致。）