13 杂环化合物
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1. 杂环基本环的命名 简单的杂环(看作杂环的基本环)都有一特定的名
称，按英文音译名选择相应的汉字，旁边加“口” ，表示环状化合物：
O
N
S
H
呋喃 吡咯 噻吩
furan pyrrole thiophene
Chapter 13
N 吡啶 pyridine
N 喹啉 quinoline
无特定名称的稠杂环化合物，选含特定名称的
O
呋喃
N 噻唑
S
六元杂环:
吡啶 N N 吡嗪
N
(2) 按环的多少分类
单杂环：
吡咯
N H
稠杂环： Chapter 13
喹啉
N
(3) 常见杂环化合物的分类
杂环分类 碳环母环
重要的杂环
五
元
杂 单 环 环戊二烯
杂
环 六
元
杂
环
苯
Chapter 13
4
3
4
3
N
5
2
O
1
呋喃
S
噻吩
N H
吡咯
5
2
S
1
噻唑
furan thiophene
吡咯
实测结构数据：
正常典型键长： C－C 0.154； C－O 0.143； C－S 0.182； C－N 0.147 C=C 0.134； C=O 0.122； C=S 0.160； C=N 0.128
单位： nm Chapter 13
1. 键长 分子中键长平均化，但不如苯完全平均，芳香性
较苯差，有一定的不饱和性及环不稳定性。
Chapter 13
O2N
CHO
O
2-甲酰基-5-硝基呋喃 α-甲酰基-α’-硝基呋喃 (5-硝基-2-呋喃甲醛)
N
C H3
N H
4-甲基咪唑
N
H3C
Chapter 13
S
H3CH2C
CH3
O
2-甲基-5-乙基呋喃 α-甲基-α’ -乙基呋喃
C O C H3 N H
2-乙酰基吡咯 α-乙酰基吡咯
5-甲基噻唑
2. 非芳香性杂环化合物
O
环醚 H2C CH2 内酸酐
H2C H2C
O C
O C
O
内酯
OCO
内酰胺
O
H
CN
C H2
C H2
Chapter 13
C H2
C H2
C H2
具有相应醚、酐、酰胺、酯的性质
3. 芳香性杂环化合物 具有4n+2个π电子的闭合共轭体系的杂环化合物
(1) 按环大小分类 五元杂环:
88
67
6. NMR谱 δ值
α-H： 7.30 β-H： 7.10
6.68 6.22
7.42 6.37
说明：杂环有芳香性，环上电子密度不均匀。
Chapter 13
13.2.2 六元单杂环
0.140nm
N .. 0.134nm
0.139nm
吡啶
N
(4n+2)π电子
Csp2 Nsp2
Chapter 13
imidazole
4
4
5
3
5
pyrrole
3
Leabharlann Baidu
5
thiazole
4
N3
5
6
2
N
1
吡啶
pyridine
6
N2
N
1
哒嗪
pyridazine
6
2
6
N
1
嘧啶
pyrimidine
4
3
N
5
2
N H
1
咪唑
4
N
3
2
N
1
吡嗪
pyrazine
13.1.2 命 名
杂环化合物的命名，包括基本环和环上取代基两 部分，取代基的命名与一般化合物大体一致。
杂环为基本环，用化学介词“并”表示稠合关系， 按衍生物命名 ：
O 苯并呋喃
N
[1，2] –苯并吖啶
Chapter 13
2. 环上取代基的位置 基本环的编号原则如下： (1)从杂原子开始，定位1，依次2，3……或杂原 子相邻的碳原子为α，依次β，γ…… (2)当环上有两个或多个杂原子时，应使杂原子的 位号最低，杂原子按O，S，N的次序给最低号。 (3)环上有不同取代基时，编号按最低系列原则和 顺序规则，使取代基所在的位次最低。
O
SO3 N H
O
(C H3)2 C = C H2 ZnCl2
O
C(C H3)2
(C H3 C O )2O S n C l4
O COCH3 + CH3COOH
(4) 稠杂环的编号，一般和稠环芳烃相同，但有少 数稠杂环另有一套编号顺序。如
H
9N
8
10
7 6
5
N H
1 2 3
4
6
1N
5
N7
2
8
N3 4
N9 H
吩嗪 OH
6
1N 5 N7
2
8
HO
N3 4
N9 H
OH
嘌呤
2，6，8-三羟 基嘌 呤 (尿酸)
Chapter 13
13.2 杂环化合物的结构与芳香性
13.2.1 五元单杂环 13.2.2 六元单杂环
Chapter 13
13.2.1 五元单杂环
具有4n+2个p电子的五元环状共轭体系(有芳香性)， 杂原子的p轨道有一对p电子：
－30
μ =2.33×10 C·m
呋喃
Chapter 13
μ =1.70×10－30C·m
噻吩
μ =6.04×10－30C·m
2. 杂原子 有一对电子共轭，有给电子性能，其作用相当环
上连有-OH，-SH，-NH2等给电子基，易在α-位发生 亲电取代反应。
3. 杂原子给电子能力： S > N > O (电负性顺序相反)
Chapter 13
4. 环上电子云密度：
..
S..
N H
.O.
5. 电子离域能/kJ·mo－l 1
117
N
N H
μ=13.73×10－3C0 ·m μ=7.94×10－30C·m
1H-NMR谱： δ： α-H 8.50； β-H 6.98 ； γ-H 7.36
吡啶环有芳香性；电子云分布不均匀；键长不相等 杂原子N相当于-NO2连在芳环上的作用，亲电取代比 苯难，取代基进入β-位；亲核取代进入α，γ-位。 五、六元杂环化合物，环上的电子云密度：
存在于松木焦油中
熔点-86℃
O
沸点32℃
鉴定方法：遇浓HCl浸过的松木片，呈绿色反应
Chapter 13
2. 亲电取代反应
Cl2 -40 oC
Cl + HCl O
Br2 25 oC
Br + HBr O
O
CH3COO NO2 -5~-30o C
+-
N SO3
O
NO2 + CH3COO H
-+
HCl
C lC H2 C H2C l
>
>
>
S
N
O
H
Chapter 13
> N
13.3 重要的五元杂环化合物
13.3.1 13.3.2 13.3.3 13.3.4 13.3.5 13.3.6 13.3.7
Chapter 13
呋喃 噻吩 吡咯 五元杂环的亲电取代规律 α-呋喃甲醛 咪唑 五元杂环衍生物的合成
13.3.1 呋喃
1. 物理性质
13 杂环化合物
13.1 杂环化合物的分类与命名 13.2 杂环化合物的结构与芳香性 13.3 重要的五元杂环化合物
Chapter 13
13.1 杂环化合物的分类与命名
13.1.1 分 类 13.1.2 命 名
Chapter 13
13.1.1 分 类
1. 杂环化合物
常见的杂原子：O、N、S （Se、Te、P等）
称，按英文音译名选择相应的汉字，旁边加“口” ，表示环状化合物：
O
N
S
H
呋喃 吡咯 噻吩
furan pyrrole thiophene
Chapter 13
N 吡啶 pyridine
N 喹啉 quinoline
无特定名称的稠杂环化合物，选含特定名称的
O
呋喃
N 噻唑
S
六元杂环:
吡啶 N N 吡嗪
N
(2) 按环的多少分类
单杂环：
吡咯
N H
稠杂环： Chapter 13
喹啉
N
(3) 常见杂环化合物的分类
杂环分类 碳环母环
重要的杂环
五
元
杂 单 环 环戊二烯
杂
环 六
元
杂
环
苯
Chapter 13
4
3
4
3
N
5
2
O
1
呋喃
S
噻吩
N H
吡咯
5
2
S
1
噻唑
furan thiophene
吡咯
实测结构数据：
正常典型键长： C－C 0.154； C－O 0.143； C－S 0.182； C－N 0.147 C=C 0.134； C=O 0.122； C=S 0.160； C=N 0.128
单位： nm Chapter 13
1. 键长 分子中键长平均化，但不如苯完全平均，芳香性
较苯差，有一定的不饱和性及环不稳定性。
Chapter 13
O2N
CHO
O
2-甲酰基-5-硝基呋喃 α-甲酰基-α’-硝基呋喃 (5-硝基-2-呋喃甲醛)
N
C H3
N H
4-甲基咪唑
N
H3C
Chapter 13
S
H3CH2C
CH3
O
2-甲基-5-乙基呋喃 α-甲基-α’ -乙基呋喃
C O C H3 N H
2-乙酰基吡咯 α-乙酰基吡咯
5-甲基噻唑
2. 非芳香性杂环化合物
O
环醚 H2C CH2 内酸酐
H2C H2C
O C
O C
O
内酯
OCO
内酰胺
O
H
CN
C H2
C H2
Chapter 13
C H2
C H2
C H2
具有相应醚、酐、酰胺、酯的性质
3. 芳香性杂环化合物 具有4n+2个π电子的闭合共轭体系的杂环化合物
(1) 按环大小分类 五元杂环:
88
67
6. NMR谱 δ值
α-H： 7.30 β-H： 7.10
6.68 6.22
7.42 6.37
说明：杂环有芳香性，环上电子密度不均匀。
Chapter 13
13.2.2 六元单杂环
0.140nm
N .. 0.134nm
0.139nm
吡啶
N
(4n+2)π电子
Csp2 Nsp2
Chapter 13
imidazole
4
4
5
3
5
pyrrole
3
Leabharlann Baidu
5
thiazole
4
N3
5
6
2
N
1
吡啶
pyridine
6
N2
N
1
哒嗪
pyridazine
6
2
6
N
1
嘧啶
pyrimidine
4
3
N
5
2
N H
1
咪唑
4
N
3
2
N
1
吡嗪
pyrazine
13.1.2 命 名
杂环化合物的命名，包括基本环和环上取代基两 部分，取代基的命名与一般化合物大体一致。
杂环为基本环，用化学介词“并”表示稠合关系， 按衍生物命名 ：
O 苯并呋喃
N
[1，2] –苯并吖啶
Chapter 13
2. 环上取代基的位置 基本环的编号原则如下： (1)从杂原子开始，定位1，依次2，3……或杂原 子相邻的碳原子为α，依次β，γ…… (2)当环上有两个或多个杂原子时，应使杂原子的 位号最低，杂原子按O，S，N的次序给最低号。 (3)环上有不同取代基时，编号按最低系列原则和 顺序规则，使取代基所在的位次最低。
O
SO3 N H
O
(C H3)2 C = C H2 ZnCl2
O
C(C H3)2
(C H3 C O )2O S n C l4
O COCH3 + CH3COOH
(4) 稠杂环的编号，一般和稠环芳烃相同，但有少 数稠杂环另有一套编号顺序。如
H
9N
8
10
7 6
5
N H
1 2 3
4
6
1N
5
N7
2
8
N3 4
N9 H
吩嗪 OH
6
1N 5 N7
2
8
HO
N3 4
N9 H
OH
嘌呤
2，6，8-三羟 基嘌 呤 (尿酸)
Chapter 13
13.2 杂环化合物的结构与芳香性
13.2.1 五元单杂环 13.2.2 六元单杂环
Chapter 13
13.2.1 五元单杂环
具有4n+2个p电子的五元环状共轭体系(有芳香性)， 杂原子的p轨道有一对p电子：
－30
μ =2.33×10 C·m
呋喃
Chapter 13
μ =1.70×10－30C·m
噻吩
μ =6.04×10－30C·m
2. 杂原子 有一对电子共轭，有给电子性能，其作用相当环
上连有-OH，-SH，-NH2等给电子基，易在α-位发生 亲电取代反应。
3. 杂原子给电子能力： S > N > O (电负性顺序相反)
Chapter 13
4. 环上电子云密度：
..
S..
N H
.O.
5. 电子离域能/kJ·mo－l 1
117
N
N H
μ=13.73×10－3C0 ·m μ=7.94×10－30C·m
1H-NMR谱： δ： α-H 8.50； β-H 6.98 ； γ-H 7.36
吡啶环有芳香性；电子云分布不均匀；键长不相等 杂原子N相当于-NO2连在芳环上的作用，亲电取代比 苯难，取代基进入β-位；亲核取代进入α，γ-位。 五、六元杂环化合物，环上的电子云密度：
存在于松木焦油中
熔点-86℃
O
沸点32℃
鉴定方法：遇浓HCl浸过的松木片，呈绿色反应
Chapter 13
2. 亲电取代反应
Cl2 -40 oC
Cl + HCl O
Br2 25 oC
Br + HBr O
O
CH3COO NO2 -5~-30o C
+-
N SO3
O
NO2 + CH3COO H
-+
HCl
C lC H2 C H2C l
>
>
>
S
N
O
H
Chapter 13
> N
13.3 重要的五元杂环化合物
13.3.1 13.3.2 13.3.3 13.3.4 13.3.5 13.3.6 13.3.7
Chapter 13
呋喃 噻吩 吡咯 五元杂环的亲电取代规律 α-呋喃甲醛 咪唑 五元杂环衍生物的合成
13.3.1 呋喃
1. 物理性质
13 杂环化合物
13.1 杂环化合物的分类与命名 13.2 杂环化合物的结构与芳香性 13.3 重要的五元杂环化合物
Chapter 13
13.1 杂环化合物的分类与命名
13.1.1 分 类 13.1.2 命 名
Chapter 13
13.1.1 分 类
1. 杂环化合物
常见的杂原子：O、N、S （Se、Te、P等）