第十六章 杂环化合物2
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烷基锂等）以及Grignard试剂等亲核试剂作用，主要
生成α-位取代产物；若α-位被占据，则生成γ-位取代
产物。
PhLi N O2 or PhNO2, (氧化) N Ph
当 a 或 g 位有其它离去基团时，反应易发生 （似硝基苯）
NaOH N Cl N OH
异构化
N H O N H O
a-吡啶酮
机理：
OH N Cl OH N Cl
（仍有芳香性）
-Cl N OH
其他制备a-吡啶酮的方法
NaNH2 N N NH2 (1)NaNO2, HCl (2)H2O, N
异构化
OH N H O
4. 氧化和还原反应
氧化在侧链上
吡啶比苯更难氧化，但比苯更易还原
氧化在 N 上（似叔胺）：
N
O + CH3-C-O-OH N+ O-
啶类）及其衍生物的胺化。
N
+ NaNH2
- H2
N
-NHNa
H2 O
α-氨基吡啶
N
-NH2 + NaOH
NaNH2 + N NH3 或 PhNMe2 N NH2 H2
Chichibabin 反应
似Chichibabin反应——吡啶（或其衍生物）等含氮
杂环碱类化合物与碱金属的烃基化合物（如芳基锂、
第十六章
呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应
呋喃, 噻吩和吡咯易氧化, 一般不用硝酸直接硝化; 需用较温和的非质子硝化试剂，如：硝酸乙酰酯在低温下进行。
O O CH3COCCH3 + HNO3
AcONO2 O oC
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
O CH3CONO2 + CH3COOH NO2
S
Ac2O/AcOH
S 60 %
NO2 + S 10 % NO NO2 + N H 13 %
2
AcONO2 O oC
N H
Ac2O/AcOH
N H 51 %
呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应
吡咯、呋喃不太稳定，对酸敏感，须用温和磺化试剂磺化，常 用的非质子磺化试剂：吡啶与三氧化硫的加合物。
C H2C l2 室温
+ SO3 N
N SO3
(固体，含量90 %)
O
ClCH2CH2Cl
SO3-
N H
O
+
浓H2SO4
N
-NO2 N
3-硝基吡啶 6%
N
300℃，一天
N
+ 发烟H2SO4
220℃
-SO3H N
70% 吡啶-3-磺酸
H3C-
N
-CH3 + 浓HNO3
浓H2SO4
H3C-
N
-NO2 -CH3 66%
N · ·
· + Br2 · -NH2
AcOH
20℃
BrN -NH2 90%
3.亲核取代——吡啶环的特性反应(P.419)
N SO3
r. t. 3 days N H
-
O3S
O
SO3-
N H
100 oC
HCl N H SO3- N H N H SO3H
N H
+
N SO3
噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），也可以用温
和的磺化试剂磺化。
ClCH2CH2Cl Ba(OH)2
S
+
N SO3
r. t.
S
SO3-
Ba2+
2
§16-1
（1）不能发生傅氏烷基化、酰基化反应； （2）硝化、磺化、卤化必须在强烈条件下才能发生；
（3）吡啶环上有给电子基团时，反应活性增高；
（4）吡啶N可以看作是一个间位定位基。 反应主要发生在β位 （电子云密度 β > α） (P.418)
+ Br2
300℃ 气相
-Br N
3-溴吡啶 39%
· ·
+ 浓HNO3
Chichibabin胺化反应——吡啶（或其衍生物）等含氮
杂环碱类化合物与碱金属的氨基化合物共热时发生胺
化，生成相应氨基衍生物。
反应通过加成-消除方式进行；-NH2易进攻吡啶环
电子云密度较低的α-位，主要生成α-位取代产物；若α位被占据，则生成γ-位取代产物。 是杂环上直接导入氨基的简便有效方法，广泛适 用于各种氮杂芳环（如苯并咪唑、异喹啉、吖啶和菲
吡啶N-氧化物
吡啶为叔胺，易被H2O2、过氧化酸氧化成 N-氧化物。
吡啶N-氧化物是有机合成的重要中间体，由于O 上孤 电子对与吡啶环发生动态共轭，使吡啶环活化，容易
在α和γ位发生亲电取代反应，且产率较高 N-氧化吡啶的性质：
+ HCl N + SO3 CH2Cl2 室温
N HCl
NH3 N
此反应常用于 在反应中吸收 生成的气态酸
N
N SO3 (90%) 吡啶三氧化硫络合物 是常用的缓和磺化剂
P.417
R RI N N RI
烷基吡啶盐
300 ℃ N I R + N I OH N R N 制取烷基吡啶的一种方法 R
OH
2. 亲电取代反应(似硝基苯)
氮上孤电子对 参与环内共轭， 不能再与酸结 合。
酸性：
-OH
＞ N H
＞
R-OH
pka：
10
15
18
+ KOH N H + RMgX N H
△
+ H 2O NK + 吡咯钾盐 + RH
N MgX
成盐后，可实现N上的烃化和酰化（P.427)
§16-2 六元杂环化合物
N N 吡啶 N 嘧啶
一、 吡啶
5C、1N共面，都是SP2杂化； N上孤对电子在SP2杂化轨道中；
环具有芳香性
N原子
吡啶的偶极矩与吡咯方向相反：
N
μ= 0 D μ= 2.26 D
N H μ= 1.81 D
N H
=1.17D
吡啶环上N的共轭效应和诱导效应都是吸电子的
碱性与亲核性——N的孤对电子在SP2杂化轨道上；
亲电取代反应：吡啶为缺电子芳杂环，性质与硝基苯相似；
五元杂环化合物
由于呋喃、噻吩、吡咯都是五中心六电子，
属于富电子环
（相当于环上有一个邻对位基团） 反应活性（ 亲电取代和加成反应 ） 五元杂环 ＞＞ 苯
（富电子环）
吡咯、呋喃、噻吩的化学性质
具体反应式：P.427/435/436
1、芳香性（环的稳定性）：苯>噻吩>吡咯>呋喃 2、亲电取代反应：主要发生在α-C上
（而吡咯为富电子芳杂环,与苯胺相似） 良溶剂——吡啶极性较大，能与水以任意比混溶,又能溶解大多 数极性或非极性有机化合物,甚至许多无机盐类
1. 碱性与亲核性
碱性：叔胺 >> 吡啶 > 苯胺
> 吡咯
在化学反应中可用作催化剂和除酸剂。 亲核性：与R-X、Br2等亲电试剂反应形成吡啶盐
(P.417)。
活性（富电子芳杂环）：吡咯>呋喃>噻吩>苯
吡咯和呋喃环不稳定，需使用温和的磺化剂和硝化剂
3、不饱和性：呋喃>吡咯>噻吩>苯（呋喃易发生D-A反应）
4、吡咯的特性：弱碱性（比苯胺弱得多）
N-H弱酸性（成盐后N上可烃化、酰化）
吡咯特殊性：弱碱性、弱酸性
氮上电子云少， H 易离解，显一 定的酸性，能被 金属取代。 .. N H
生成α-位取代产物；若α-位被占据，则生成γ-位取代
产物。
PhLi N O2 or PhNO2, (氧化) N Ph
当 a 或 g 位有其它离去基团时，反应易发生 （似硝基苯）
NaOH N Cl N OH
异构化
N H O N H O
a-吡啶酮
机理：
OH N Cl OH N Cl
（仍有芳香性）
-Cl N OH
其他制备a-吡啶酮的方法
NaNH2 N N NH2 (1)NaNO2, HCl (2)H2O, N
异构化
OH N H O
4. 氧化和还原反应
氧化在侧链上
吡啶比苯更难氧化，但比苯更易还原
氧化在 N 上（似叔胺）：
N
O + CH3-C-O-OH N+ O-
啶类）及其衍生物的胺化。
N
+ NaNH2
- H2
N
-NHNa
H2 O
α-氨基吡啶
N
-NH2 + NaOH
NaNH2 + N NH3 或 PhNMe2 N NH2 H2
Chichibabin 反应
似Chichibabin反应——吡啶（或其衍生物）等含氮
杂环碱类化合物与碱金属的烃基化合物（如芳基锂、
第十六章
呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应
呋喃, 噻吩和吡咯易氧化, 一般不用硝酸直接硝化; 需用较温和的非质子硝化试剂，如：硝酸乙酰酯在低温下进行。
O O CH3COCCH3 + HNO3
AcONO2 O oC
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
O CH3CONO2 + CH3COOH NO2
S
Ac2O/AcOH
S 60 %
NO2 + S 10 % NO NO2 + N H 13 %
2
AcONO2 O oC
N H
Ac2O/AcOH
N H 51 %
呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应
吡咯、呋喃不太稳定，对酸敏感，须用温和磺化试剂磺化，常 用的非质子磺化试剂：吡啶与三氧化硫的加合物。
C H2C l2 室温
+ SO3 N
N SO3
(固体，含量90 %)
O
ClCH2CH2Cl
SO3-
N H
O
+
浓H2SO4
N
-NO2 N
3-硝基吡啶 6%
N
300℃，一天
N
+ 发烟H2SO4
220℃
-SO3H N
70% 吡啶-3-磺酸
H3C-
N
-CH3 + 浓HNO3
浓H2SO4
H3C-
N
-NO2 -CH3 66%
N · ·
· + Br2 · -NH2
AcOH
20℃
BrN -NH2 90%
3.亲核取代——吡啶环的特性反应(P.419)
N SO3
r. t. 3 days N H
-
O3S
O
SO3-
N H
100 oC
HCl N H SO3- N H N H SO3H
N H
+
N SO3
噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），也可以用温
和的磺化试剂磺化。
ClCH2CH2Cl Ba(OH)2
S
+
N SO3
r. t.
S
SO3-
Ba2+
2
§16-1
（1）不能发生傅氏烷基化、酰基化反应； （2）硝化、磺化、卤化必须在强烈条件下才能发生；
（3）吡啶环上有给电子基团时，反应活性增高；
（4）吡啶N可以看作是一个间位定位基。 反应主要发生在β位 （电子云密度 β > α） (P.418)
+ Br2
300℃ 气相
-Br N
3-溴吡啶 39%
· ·
+ 浓HNO3
Chichibabin胺化反应——吡啶（或其衍生物）等含氮
杂环碱类化合物与碱金属的氨基化合物共热时发生胺
化，生成相应氨基衍生物。
反应通过加成-消除方式进行；-NH2易进攻吡啶环
电子云密度较低的α-位，主要生成α-位取代产物；若α位被占据，则生成γ-位取代产物。 是杂环上直接导入氨基的简便有效方法，广泛适 用于各种氮杂芳环（如苯并咪唑、异喹啉、吖啶和菲
吡啶N-氧化物
吡啶为叔胺，易被H2O2、过氧化酸氧化成 N-氧化物。
吡啶N-氧化物是有机合成的重要中间体，由于O 上孤 电子对与吡啶环发生动态共轭，使吡啶环活化，容易
在α和γ位发生亲电取代反应，且产率较高 N-氧化吡啶的性质：
+ HCl N + SO3 CH2Cl2 室温
N HCl
NH3 N
此反应常用于 在反应中吸收 生成的气态酸
N
N SO3 (90%) 吡啶三氧化硫络合物 是常用的缓和磺化剂
P.417
R RI N N RI
烷基吡啶盐
300 ℃ N I R + N I OH N R N 制取烷基吡啶的一种方法 R
OH
2. 亲电取代反应(似硝基苯)
氮上孤电子对 参与环内共轭， 不能再与酸结 合。
酸性：
-OH
＞ N H
＞
R-OH
pka：
10
15
18
+ KOH N H + RMgX N H
△
+ H 2O NK + 吡咯钾盐 + RH
N MgX
成盐后，可实现N上的烃化和酰化（P.427)
§16-2 六元杂环化合物
N N 吡啶 N 嘧啶
一、 吡啶
5C、1N共面，都是SP2杂化； N上孤对电子在SP2杂化轨道中；
环具有芳香性
N原子
吡啶的偶极矩与吡咯方向相反：
N
μ= 0 D μ= 2.26 D
N H μ= 1.81 D
N H
=1.17D
吡啶环上N的共轭效应和诱导效应都是吸电子的
碱性与亲核性——N的孤对电子在SP2杂化轨道上；
亲电取代反应：吡啶为缺电子芳杂环，性质与硝基苯相似；
五元杂环化合物
由于呋喃、噻吩、吡咯都是五中心六电子，
属于富电子环
（相当于环上有一个邻对位基团） 反应活性（ 亲电取代和加成反应 ） 五元杂环 ＞＞ 苯
（富电子环）
吡咯、呋喃、噻吩的化学性质
具体反应式：P.427/435/436
1、芳香性（环的稳定性）：苯>噻吩>吡咯>呋喃 2、亲电取代反应：主要发生在α-C上
（而吡咯为富电子芳杂环,与苯胺相似） 良溶剂——吡啶极性较大，能与水以任意比混溶,又能溶解大多 数极性或非极性有机化合物,甚至许多无机盐类
1. 碱性与亲核性
碱性：叔胺 >> 吡啶 > 苯胺
> 吡咯
在化学反应中可用作催化剂和除酸剂。 亲核性：与R-X、Br2等亲电试剂反应形成吡啶盐
(P.417)。
活性（富电子芳杂环）：吡咯>呋喃>噻吩>苯
吡咯和呋喃环不稳定，需使用温和的磺化剂和硝化剂
3、不饱和性：呋喃>吡咯>噻吩>苯（呋喃易发生D-A反应）
4、吡咯的特性：弱碱性（比苯胺弱得多）
N-H弱酸性（成盐后N上可烃化、酰化）
吡咯特殊性：弱碱性、弱酸性
氮上电子云少， H 易离解，显一 定的酸性，能被 金属取代。 .. N H