有机化学11杂环化合物a
有机化学课件--第二十章杂环化合物
1
S
1
N
f u r a np y r r o l et h i o p h e n e p y r i d i n e
呋 喃 吡 咯噻 吩吡 啶
1
N H indole
吲哚
1
N
quinoline 喹啉
2019/8/23
课件
7
2. 杂环及环上取代基的编号 (1) 母体杂环的编号：杂原子的编号为“1”。
2019/8/23
课件
11
二、呋喃、噻吩、吡咯杂环的化学性质
1．亲电取代反应 从结构上分析，五元杂环为Π 56共轭体系，电
荷密度比苯大，发生亲电取代反应的速度也比苯快 得多。 如以苯环上碳原子的电荷密度为标准（作为 0），则五元杂环化合物的有效电荷分布为：
0
0
0
0
0
0
- 0.02
- 0.03
O
+0.1
DMF, POCl3
N H
20-30℃
吡啶 SO3 N H
NO2
N H CHO
N H SO3H
N H
3-硝基吲哚 3-吲哚甲醛 3-吲哚磺酸
含吲哚的生物碱广泛存在于植物中， 如麦角碱、马钱子碱、利血平等
2019/8/23
课件
34
C H 2C O O H
β -吲 哚 乙 酸 （ 植 物 生 长 调 节 剂 ） N H
CH3I O
△ N
CH3 N-甲 基 吡 咯
CH3CCl
△ N
COCH3 N-乙 酰 基 吡 咯
C H C l3/KO H
CHO N H α-吡 咯 甲 醛
课件
N
CH3
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。
有机化学基础知识点整理杂环化合物的性质与应用
有机化学基础知识点整理杂环化合物的性质与应用杂环化合物是有机化学中一类具有杂原子（通常是氮、氧、硫等非碳原子）构成的环状分子。
它们具有多种独特的性质和广泛的应用。
本文将整理一些重要的有机化学基础知识点，涵盖杂环化合物的性质和应用。
一、杂环化合物的命名和结构杂环化合物的命名使用通常的有机化学命名法，如官能团命名法、光谱法等。
其结构通常由杂原子和碳原子组成，可以包含一个或多个杂环。
其中，氮杂环化合物如吡嗪、噻吩和咪唑等具有广泛的结构多样性和化学活性。
二、杂环化合物的性质1. 杂环化合物的稳定性：杂环化合物中的杂原子可以增加分子的稳定性，一些杂环化合物比它们的同系物更稳定。
例如，咪唑酮比噻唑酮更稳定，这是由于含氮原子的电子亲和力高于含硫原子的电子亲和力。
2. 杂环化合物的化学反应：杂环化合物中的杂原子可以参与许多重要的化学反应，如亲电取代、亲核取代、氧化还原等。
以氮杂环化合物为例，它们可以发生亲电取代反应，如芳香性亲电取代、加成反应等。
3. 杂环化合物的光学性质：杂环化合物中存在的共轭体系可以产生有趣的光学性质，如荧光、蓝光发射等。
研究人员利用这些性质开发出许多发光材料，应用于有机光电子器件、荧光探针等领域。
三、杂环化合物的应用1. 杂环化合物在药物领域的应用：许多杂环化合物具有药理活性，并被用作药物的活性成分。
例如，噻唑类和咪唑类化合物具有抗菌和抗肿瘤活性，吡唑类和吡唑酮类化合物被广泛应用于抗癌药物研究。
2. 杂环化合物在染料领域的应用：杂环化合物可以用作染料分子的基础结构，赋予染料分子良好的色谱性能和稳定性。
它们在纺织、油墨和染料敏化太阳能电池等领域有广泛应用。
3. 杂环化合物在有机电子器件中的应用：杂环化合物具有优异的载流子传输性能和独特的光学性质，因此被广泛应用于有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池和有机场效应晶体管等器件中。
四、结语本文对有机化学基础知识中的杂环化合物的性质和应用进行了整理和阐述。
大学有机化学课件第十四章 杂环化合物
邢其毅主编 基础有机化学 下册 高等教育出版社 1983 年 花文廷编著 杂环化学 北京大学出版社 1995 年
青霉素 V
磺胺噻唑（ST）是磺胺类药物的一种，用作肠道消炎药。2-巯基苯并噻唑是一种重要的 橡胶硫化促进剂。
H2N
N
SO2NH
S
磺胺噻唑
N SH
S
2-巯基苯并噻唑
第三节 六元杂环
一、吡啶的结构和性质
1．吡啶的结构 在吡啶分子中，碳原子与氮原子均以sp2杂化，形成了六个σ链，每个原子还均有一个
含一个电子的p轨道，相互交差形成一个闭合的共轭体系，此体系的π电子数为 6，符合 4n+2 规律，故具有芳香性，但是氮原子上还有一个sp2杂化轨道上有一对未成键电子，易与质子 结合，所以吡啶具有碱性。吡啶的pKb=8.75，碱性比苯胺（pKb=9.40）强。
O
CHO Zn4O0-0。CCr2O3
H2 , Ni O
O
呋喃
四氢呋喃（THF）
五、噁唑、噻唑、咪唑和吲哚的性质
N
N
N
O
S
N H
N H
噁唑
噻唑
咪唑
吲哚
(oxazole)
(thiazole)
(imidazole)
(indole)
以咪唑为例来讨论含二个杂原子的五元环的结构，咪唑环上五个原子都采用sp2杂化，
糠醛
糠醛是重要的化工原料，它的主要反应和用途有：
药用有机化学试题(第十一章：杂环化合物 附答案)
第十一章：杂环化合物282.从焦油苯中除去噻吩的好方法是？[1分]A层析法B蒸馏法C硫酸洗涤法D溶剂提取法参考答案：C283.下列化合物能使高锰酸钾褪色的是？[1分]A苯B吡啶C3-硝基吡啶D3-甲基吡啶参考答案：D284.下列化合物发生取代反应活性最大的是？[1分] A呋喃B噻吩C吡咯D苯参考答案：C285.下列化合物能发生银镜反应的是？[1分]A2-甲基呋喃B2-羟基呋喃C2-硝基呋喃D2-呋喃甲醛参考答案：D286.吡咯和呋喃发生磺化反应常用的试剂是？[1分] A发烟硫酸B吡啶三氧化硫C浓硝酸D浓硫酸参考答案：B287.下列化合物水溶性最大的是？[1分]A呋喃B噻吩C吡咯D吡啶参考答案：D288.下列化合物不属于稠杂环化合物的是？[1分] A吲哚B吡嗪C嘌呤D喹啉参考答案：B289.六元杂环吡啶属于几元碱？[1分]A一元碱B二元碱C三元碱D四元碱参考答案：A290.下列化合物没有芳香性的是？[1分]A呋喃B吡啶C哌啶D吡咯参考答案：C291.下列化合物属于芳香杂环化合物的是？[1分] ABCD参考答案：B292.吡咯和吡啶都属于五元含氮杂环化合物。
[1分]参考答案：F293.杂环化合物中常见的杂原子有氧、硫、氮原子。
[1分]参考答案：T294.呋喃、吡咯、噻吩的取代反应往往需在温和的条件下进行。
[1分]参考答案：T295.在杂环中有不同的杂原子时，按O→N→S的顺序编号。
[1分]参考答案：F296.含有2个杂原子且至少有1个氮原子的五元杂化合物称为唑。
[1分] 参考答案：T297.喹啉和异喹啉属于位置异构体。
[1分]参考答案：T298.由于吡啶环中氮原子的存在，使环上电子云密度降低，因此其取代反应比苯要难以进行。
[1分]参考答案：T299. 的系统命名法名称为。
[每空1分]参考答案：4-吡啶甲酸甲酯|||γ-吡啶甲酸甲酯300. 的系统命名法名称为。
[每空1分]参考答案：3-吲哚乙酸301. 的系统命名法名称为。
医学有机化学--第十一章 杂环化合物
O N N N H
鸟嘌呤（G）（2-氨基-6-羟基嘌呤）
2、尿酸
O HN O N H N H NH O HO N N H N OH N OH
尿酸
2，6，8-三羟基嘌呤
尿酸难溶于水。正常人血浆中含尿酸 2~6mg%。每天由尿中排出0.5~1g。
第十四章
要点
1、杂环化合物的命名结构式的写法
2、五元杂环和六元杂环的化学性质
4-甲 基 嘧 啶
2-羟 基 噻 唑
2-氨 基 咪 唑
5 6 7 8
4 3 N 1 2
CH3
1N
6
NH2
5 3 9 4 7
பைடு நூலகம்
N N H
N
3-甲基异喹啉
6-氨基嘌呤
2、当侧链为羧基、磺酸基、醛基等时：一般把杂环作取代基。
C OOH
C HO O
N
2-呋喃甲醛（糠醛）
3-吡啶甲酸
第二节 五元杂环化合物
一、吡咯、呋喃和噻吩的结构
NO2 N H
O
C H3
N
2-甲基呋喃
α-甲基呋喃
4-丙基吡啶
γ-丙基吡啶
4 3
3-硝基吡咯
β -硝基吡咯
5 6 7 8
C H3
2
3-甲基异喹啉
N
1
②含多个杂原子时：按 O，S，NH，N 的顺序使杂原子的 编号最小。有固定编号的例外。
CH3 4 5 6 N 1 N 3 2
4 5 S 1 N 3 2 OH 4 5 N1 H N3 2 NH2
4.8
8.8
N HC l 或
9.4
+
13.6
N HC l
吡啶盐酸盐
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第11章 杂环化合物一、选择题1．下列化合物的碱性由强到弱的次序是（ ）。
a ． b. c ．NH 3 d ．C 6H 5NH 2A ．a ＞b ＞c ＞dB ．b ＞c ＞a ＞dC ．b ＞c ＞d ＞aD ．a ＞c ＞b ＞d【答案】C【解析】胺的碱性强弱是电子效应、溶剂化效应和立体效应综合影响的结果。
不同胺的碱性强弱的一般规律为：脂胺（仲＞伯＞叔）＞氨＞芳香胺（苯胺＞二苯胺＞三苯胺）四氢吡咯实际上是环丁胺，为二级脂肪胺。
吡咯有芳香性，这是因为氮原子上的一对电子与两个双键上的电子形成离域体系，所以吡咯碱性较其它胺类弱。
2．在水溶液中，a ．吡咯、b ．氢氧化四甲铵、c ．苯胺、d ．二甲胺四个化合物的碱性由强到弱的顺序是（ ）。
A ．d ＞b ＞c ＞aB ．b ＞c ＞d ＞aC ．b ＞d ＞c ＞aD ．b ＞a ＞c ＞d【答案】C【解析】胺的碱性一般有如下次序：脂肪族仲胺＞脂肪族伯胺＞脂肪族叔胺＞氨＞芳香族伯胺＞芳香族仲胺＞芳香族叔胺。
3．下列化合物在水中的碱性最强的是（ ）。
【答案】B【解析】吡啶碱性远比吡咯强但又比脂肪胺弱得多，碱性强弱顺序为：脂肪胺＞吡啶＞苯胺＞吡咯。
4．下列化合物中芳香性最好的是（ ）。
【答案】A【解析】硫的电负性和原子半径与碳更接近，故噻吩的芳香性最好。
5．下列分离方法中，最适宜分离肉桂醇（bp ～257℃）和肉桂醛（bp ～253℃）的是（ ）。
A ．蒸馏B ．水萃取C ．减压蒸馏【答案】D【解析】两个化合物沸点很高，而且沸点相近，蒸馏与减压蒸馏都不行；两个化合物都不溶于水，水萃取也不行；肉桂醛能与饱和亚硫酸钠生成沉淀，而肉桂醇不能，因此可用此法分离二者。
6．下列化合物与作用速率最快的是（）。
A．B．C．D．【答案】C【解析】苯环上亲电取代反应速率随苯环上电子云密度升高而加快，吸电子基使苯环上电子云密度降低，给电子基使环上电子云密度升高。
是饱和碳原子与苯环相连，乙酰基是给电子基，C原子和硝基都是吸电子基，吡啶环上N原子相当于吸电子基。
第17章 杂环化合物
双烯合成：呋喃、吡咯、噻吩都含有共轭二烯结构， 理论上都能发生Diels-Alder反应。 芳香性最弱的呋喃很容易进行双烯合成反应，和顺丁
烯二酸酐加成，主要生成内式异构体。
CO
O +
O O
30℃
O H H + O O
O O H O H
CO O
吡咯一般不发生双烯合成。
内式(90%)
噻吩基本上不发生双烯加成，即使在个别情况下生成也 是一个不稳定的中间体，直接失硫转化为别的产物。
H3C
CH3COONO2
N H
(CH3CO)2O , －10 ℃
N H
NO2
CH3COONO2
S
(CH3CO)2O , －10℃
S
NO2
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。
CH3COONO 2
O
5℃ －30 ～ －
O
+
H NO 2
H CH 3COO
（1965年）获诺贝尔化学奖。
Ⅲ、与生物有关的杂环及其衍生物举例
CH2 H3C N H3C H N H H O O COOCH3 CH3 CH3 Mg N CH3 N R CH3
叶绿素A和叶绿素B
R=CH3：叶绿素A R=CHO：叶绿素B
O
CH3 CH3 CH3
Ⅲ、与生物有关的杂环及其衍生物举例 血红素：
Ⅰ、杂环化合物的分类和命名 杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成 带“口”字旁的同音汉字。
N H (pyrrole) 吡咯 N N (pyrimidine) 嘧啶
O (furan) 呋喃
S (thiophene) 噻吩
杂环化合物和生物碱-有机化学
溶解1份吡咯、呋喃及噻吩，分别需要17、 35、700份的水。 当五元杂环上连有羟基时，溶解度增大。
如： O
H3C O OH
S
S
OH
(1:35)
(1:20)
(1:700)
(1:16)
3. 杂环化合物的化学性质 (1)、亲电取代反 应
N H O S
HNO3
I2 NaOH
吡咯、呋喃、噻吩 α位取代
I
第四节 稠杂环化合物
稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂环稠合在一起的化 合物。常见的有喹啉、吲哚和嘌呤。
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3 2 d ★ c
N
a b
N
1
N
★ b 2 a 3
N1
S
N
吡啶并[2,3-d]嘧啶
咪唑并[2,1-b] 噻唑
第二节
五元杂环化合物
五元杂环化合物包括含有1个杂原子的五元杂 环和含2个杂原子的五元杂环。 一、含1个杂原子的五元杂环化合物 1.结构
4 5 1N 3 2
4 5 3 2 4 5 3 2
OH
2．亲电取代反应
Cl2, AlCl 3 100 ℃ Br2, 浮石催化 300 ℃ 气相
Cl
3 氯吡啶
N
Br
3 溴吡啶
N
NO2
N
浓 H2SO4 HgSO4 催化， ℃ 220 混酸 300 ℃
3 硝基吡啶
N
SO3H
吡啶 3 磺酸
N
3．氧化还原反应
（1）氧化反应
COOH N β 吡啶甲酸（烟酸） HNO 3 N COOH N α 吡啶甲酸
由于吡啶环的N上在环外有一孤对电子，故吡啶环上的电荷分布不均。
杂环化合物的应用和发展
杂环化合物的应用和发展杂环化合物是一类在有机化学中非常重要的化合物。
它们的结构包含着一个或多个环，其中至少一个原子是除碳和氢以外的其他元素。
杂环化合物广泛应用于医药、农药、染料、有机光电子等领域，是现代化学和生物学的重要组成部分。
在医药领域，杂环化合物是一类广泛应用的化合物。
例如，多数抗癌药物都是杂环化合物，如紫杉醇、卡铂、伊立替康等。
这些药物都具有较高的治疗效果和选择性，可以有效地抑制肿瘤细胞生长和扩散。
此外，杂环化合物还可以用于治疗其他疾病，如心血管疾病、感染病等。
在农药领域，杂环化合物也是一类重要的化合物。
例如，吡虫啉是一种广泛应用的杂环化合物农药，可以有效地控制多种害虫，如蚜虫、飞虱、螟虫等。
此外，杂环化合物还可以用于制造其他农药，如杀菌剂、除草剂等。
在染料领域，杂环化合物也占据了重要地位。
例如，吡咯红是一种常用的染料，可以用于染色棉织物、纸张、皮革等。
此外，杂环化合物还可以用于制造其他颜料，如绿原酸、蓝原酸等。
在有机光电子领域，杂环化合物也是重要的研究对象。
例如，杂环化合物可以用于制造有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池（OSPV）等器件，可以有效地提高器件的性能和稳定性。
除了以上几个领域外，杂环化合物还有许多其他的应用。
例如，杂环化合物可以用于合成高分子材料、催化剂、涂料等。
因此，杂环化合物的应用前景非常广泛，是现代化学和生物学研究的重要组成部分。
杂环化合物是一类应用广泛的化合物，它们不仅在医药、农药、染料、有机光电子等领域有着广泛的应用，而且在其他领域也有着重要的作用。
随着科学技术的不断发展，杂环化合物的应用前景将会越来越广阔。
有机化学综合练习五(推导结构)
有机化学综合练习六推测化合物结构1.某烯烃分子式为C6H10，经臭氧氧化后再还原水解生成两分子乙醛及一分子乙二醛。
写出该烯烃的构造式和反应式。
2. A、B两个化合物分子式都是C4H8，与HBr作用生成同一溴化物，催化氢化得到同一烷烃。
B被高锰酸钾氧化生成丙酸，A不与高锰酸钾作用但能使溴水褪色。
推测A、B的结构式。
3. A、B两个化合物分子式都是C5H8，催化氢化后都生成2-甲基丁烷，它们都能与两分子的溴加成。
A能使硝酸银的氨溶液产生白色沉淀，而B不能。
推测A、B的结构。
4．分子式为C16H16的烃A，经酸性高锰酸钾溶液氧化得苯甲酸，用臭氧氧化再还原水解得苯乙醛。
推测A的结构式。
5. A、B、C三种芳烃分子式都是C9H12，被高锰酸钾氧化时，A得一元羧酸，B得二元羧酸，C得三元羧酸；进行一元硝化时，A主要得两种一硝基化合物，B只得两种一硝基化合物，C 只得一种一硝基化合物；在光照条件下进行氯化时，A的产物是一氯代物，而B、C的产物是多氯代物。
推测A、B 、C的结构式。
6．有一伯醇A，分子式为C4H10O ，将A与NaBr及适量的硫酸共热生成B，B分子式为C4H9Br 。
A与B进行消除反应都得到C，C与HBr反应生成D，D与B互为异构体；将C进行氧化得到丙酮、二氧化碳和水。
推测A、B、C、D的结构式。
7.化合物A的分子式为C7H12，被高锰酸钾氧化生成环戊甲酸，A与浓硫酸作用后再水解生成分子式为C7H14O的醇B，B能发生碘仿反应。
写出A、B的构造式和各步反应式。
8．有一化合物A，分子式为C5H10O ，A能与2，4-二硝基苯肼反应生成黄色沉淀，但不发生银镜反应。
A经催化氢化得一醇，此醇脱水生成的烯烃经臭氧氧化再还原水解得两个化合物B和C，B、C都能发生碘仿反应，C能发生银镜反应而B不能。
推测A、B、C的结构式。
9.化合物分子式为C6H12O，与金属钠反应放出氢气，在浓硫酸存在下加热得化合物B（C6H10），B能使溴的四氯化碳溶液褪色，B经高锰酸钾酸性溶液氧化生成己二酸。
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.
大学有机化学课件-杂环化合物
β —CHO
γ 4 5 6
3β 2α
COOH
1 吡啶—3—甲酸 （尼古丁酸 —吡啶甲酸 或烟酸）
N
CH3
4 5
3 N
Br
2
4 5
N S1
2
3
N1 H
5—甲基咪唑
4—溴噻唑
9
稠杂环化合物（P232）
5 6 7 8 N 1 4 3 2
6 7 8 1 5 4 3
N2
喹啉 (quinoline)
糠醛是不具α—氢的芳醛，能进行类似于苯甲 醛的反应。
NaOH
__
O
CH2OH
+
O
__
COONa
O
2
O
__
CHO
康尼查罗反应
OH KCN 乙醇
__
CH___ C___
O
O
安息香缩合反应
O CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C CH=CHCOOH O
30
普尔金反应
O
CH3COONa CHO + (CH3CO)2O 150C
4β 5α
O 1
β 3 α2
4β 5α
β 3
4β 5α
β 3 α2
呋喃(furan)
1 α2 N H
吡咯(pyrrole)
S 1 噻吩(thiophene)
唑的命名 含有两个或两个以上杂原子的五元杂环，若至少有 一个杂原子是氮时，则该杂环化合物称为唑。
4 5 N H1 3 N2
5 4 N3 2
4 5
N H
＞
O
＞
S
＞
＞
12
有机化学杂环化合物
活性部位
02
由于杂原子的存在，亲核取代反应也可能发生在杂原子位置，
形成新的杂环化合物。
反应机理
03
亲核试剂首先与杂环化合物形成σ络合物，然后进行质子转移，
生成取代产物。
加成反应
01
电性影响
杂环化合物的电性受其杂原子的电负性和电子云密度影响，使得加成反
应在杂环化合物中具有特定的选择性。
02
加成位置
加成反应一般发生在杂环的电子云密度较高区域，通常是杂原子的邻位
配位化学：杂环化合物 中的非碳原子可提供孤 对电子，与金属离子形 成配位键，因此可作为 配体应用于配位化学和 金属有机化学中。
总之，杂环化合物是一 类具有丰富多样性结构 和性质的有机化合物， 其研究不仅有助于深化 对有机化学基本规律的 认识，还能为相关领域 提供广泛的应用前景。
02
五元杂环化合物
呋喃（furan）
嘧啶（pyrimidine）
结构特征
嘧啶是一个含有两个氮原子的六元杂环化合物，其分子内具有共轭 双键体系。
合成与应用
嘧啶类化合物可通过多种合成方法获得，如Pinner反应等。嘧啶及 其衍生物在生物医药领域具有广泛应用，如抗病毒药物、抗癌药物 等。
生物活性
许多嘧啶类化合物具有显著的生物活性，可作为核酸碱基的类似物 ，干扰核酸的合成与代谢，从而发挥治疗作用。
芳香性
呋喃具有芳香性，由于其分子中 含有一个氧原子，使得其电子云 密度分布较为均匀，呈现出特殊
的稳定性。
合成与应用
呋喃可以通过多种合成方法得到， 并在有机合成中作为重要的中间体 。它可以发生诸多反应，如亲电取 代反应、加成反应等。
物理性质
呋喃为无色液体，具有特殊的气味 ，微溶于水，易溶于有机溶剂。
有机化学复习-杂环化合物
N SO3
（2）吡啶的亲核性 吡啶的烷基化
N + CH3I
+ N CH3
I
N甲基吡啶盐 • N-甲基吡啶盐的重排
NaOH 300 C I 重排
o
+ N CH3
N H CH3
I CH3
N CH3 NaOH
CH3
I N H N
2) 亲电取代反应
取代位置和反应活性
PhN2 X N H
N H
N N Ph
环上已有取代基对亲电取代取向的影响
Electron Donating Group
E
A EDG
+ p
E
A
EDG
HNO3//Ac Ac2O O HNO 3 2 CH S S CH3 3 (AcONO2)) (AcONO 2 O O2N N
2
S S 70%
NO2
S 85%
NO S2
85%
+ + O N NO2 2
S O2 N
NO S 2
E
A
EWG
15% 15%
EWG
EWG
E
+ m
COOH COOH
Br2 Br 2 CHCOOH COOH CH 33 Br Br SS
COOH COOH
A
E
A
SS
2）五员芳杂环的其它反应
（i）还原成饱和杂环化合物（催化氢化）
5 4 4 3 3 65 7 6 8 7
4
2
6 7
3
5N 6
77
O21 N1
李景宁《有机化学》(第五版)笔记和课后习题(含考研真题)详解-杂环化合物【圣才出品】
（2）物理性质 ①噻唑是无色、有吡啶臭味的液体，沸点 117℃，易与水互溶，有弱碱性。 ②咪唑是无色固体，熔点 90℃，易溶于水。 （3）酸碱性 噻唑具有弱碱性，咪唑同时具有酸碱性，且其碱性较噻唑强。 （4）亲电反应 咪唑环比噻唑环较容易发生亲电取代反应，如卤代、硝化和磺化等。
（2）噻吩的制法 从 C4 馏分制备：丁烷与硫、丁烯与二氧化硫，在高温下反应得噻吩，如：
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（3）吡咯的制法 ①呋喃与氨在高温下反应得吡咯，如：
②吡咯还可从乙炔与甲醛经由丁炔二醇合成，如：
5．噻唑和咪唑 （1）定义 ①噻唑是含有一个硫原子和一个氮原子的五元杂环化合物。
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吡咯、呋喃和噻吩在 3077～3003cm-1 区域出现 C—H 键伸缩振动吸收峰。 b．N—H 键伸缩振动 含有 N—H 基团的杂环在 3500～3200cm-1 区域出现 N-H 键伸缩振动吸收。 吡咯在非极性溶剂的稀溶液中于近 3495cm-1 处出现一条尖锐的峰，而在浓溶液中则于 近 3400cml-1 处出现一条宽峰，在浓和稀的中间浓度时两种峰都有。 c．环伸缩振动（骨架谱带） 环伸缩振动出现于 1600～1300cml－1 区域。 呋喃、吡咯和噻吩在这一区域里出现 2～4 个峰。 ②1HNMR 在吡咯的 1H NMR 中，α-H 的化学位移（δ值）为 6.68，而β-H 为 6.22，约在 8.0 出现 N —H 键的信号。 （4）亲电取代反应 ①亲电取代活性 a．反应速率 呋喃、吡咯、噻吩的反应速率比苯快得多，主要在于环上的五个原子共有 6 个π电子， 其π电子云密度比苯大。 b．反应活性 吡咯和呋喃比较活泼，与苯胺或苯酚相当，而噻吩则是三者中活性最差的。 ②亲电取代的定位原则 呋喃进行亲电取代反应时，亲电基团进入呋喃环的 2 位（即α位）上，若 2、5（即α及α＇） 两个位置已有基团存在，则进入 3 位。 ③亲电取代的条件
有机化学期末试题及答案
化学化工学院<<有机化学I I >>A 卷第二学期班级：--------姓名：--------学号：-------考试日期：-------任课教师：--------一．命名下列化合物（每小题1分，共10分）：CHOCH 3OCH 3CH 2C C H H COOH CH 2COOHNHSCH 2COOHCHO CH 2OHOHH C (C 2H 5)4NBr +_HCON(CH 3)2S O1. 2.3. 4.5. 6.7. 8.CH 3CHCH 2CH 2CH 2CH 2COOHNH 2H 2N SO 2NH 29. 10.二、选择题：(每小题1分，共10分)1．比较a.苯酚、b.2,4-二硝基苯酚、c.对硝基苯酚、d.间硝基苯酚的酸性强弱顺序（ ）. （A ）a>c>d>b; (B) a>d>c>b; (C) b>c>d>a; (D) b>d>c>a 。
2.工业上用于生产聚乙烯、聚丙烯的Ziegler-Natta 催化剂的有效成分 ( ).(A) AlCl 3- TiCl 4; (B) (CH 3CH 2)3Al- TiCl 4; (C) AlCl 3; (D) TiCl 4。
3.下列化合物中可发生缩二脲反应的是（ ）.（A ）N-甲基乙酰胺; (B) 尿素; (C) 甘氨酸; (D) 赖氨酸; (E) 蛋清蛋白。
4.按碱性强弱顺序,比较a.苯胺、b.二甲胺、c.环己胺、d.三苯胺的碱性（ ）. (A) a>d>c>b; (B) c>b>a>d; (C) b>c>a>d; (D) d>a>b>c 。
5.下面几种物质中可用兴斯堡反应鉴别的是（ ）.(1) B,D,E; (2) C,D,F; (3)C,D,E; (4) A,B,C; (5) D,E,F(A)苯胺; (B) 二苯胺; (C) N,N-二甲基苯胺; (D) 苯酚; (E) 硝基苯; (F) 苄醇. 6. 下面几种碳水化合物中不能与托伦斯试剂发生反应的是（ ）.(A) 蔗糖; (B) 果糖; (C) 纤维二糖; (D) 葡萄糖; (E) 麦芽糖。
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BF4 + N CH3 NO2
CCl4
+Br2 N
+ N Br
Br
+ CH3I N
CCl4
I + N CH3
+ C6H5COCl N
-20 OC CCl4
Cl + N COC6H5
3.吡啶环系的亲电取代反应
+ HNO3 N
+ H2SO4 N
22 C HgSO4
O
300 C 24h H2SO4
HOOCCHCH2CH2CH2CONH NH2 N
S
头孢霉素
CH3 CH3 COOH
O
§11.4六元杂环—缺电子单杂环体系
吡啶环系的化学性质
1.吡啶环系的碱性 pKb = 8.1(强于苯胺)
CN + HCl N + N H + N SO3 CN Cl
+SO3 N
2.吡啶环系氮上发生的反应
N + NO2BF4 CH3
220OC 浓H2SO4
N
N
NaNH2 100 OC
N SO3H
N
N
NH2
KMnO4 100 OC N
H2-Pt-H 2O 0.2MPa or Sn + HCl
COOH N COOH
N
H2-Pt-CH3COOH 40 OC
N H
N
N H
具有弱碱性，嘧啶环本身不存在 于自然界。但其衍生物广泛分布于 动植物体内。是组成核酸的重要部 分，嘧啶的羟基、氨基衍生物在核 酸内称为——碱基。有三种形式：嘧啶pyrimidine
(杂)茂 (杂)茂
N 吡唑
N异噻唑
4 5
3 2
苯并呋喃 benzofuran 氧茚
O
6 7
吲哚indole 氮茚 6
1
N1 H
N
2
5
N
7 8
N
3
4
茚Indene
嘌呤 purine 1,3,7,9-四氮茚
N9 H
CH2COOH
O
CHO
H3C N N H
2-呋喃甲醛 α-呋喃甲醛 糠醛
N H
3-吲哚乙酸 β-吲哚乙酸
N ‥
N
芳香性
具有闭合环结构，具有环多烯结构， 具有共平面或近似平面结构，π电子 数符合4n+2规则。 符合休克尔规则，因此具有芳香性。 易发生亲电取代反应。富电子体系亲 电取代反应发生在-位为主；缺电子 体系亲电取代反应发生在-位为主。
芳香性强弱
亲电反应强弱(反应活性) ＞ ＞
卟啉化合物
卟啉化合物在自
然界分布极为广 泛：叶绿素、血 红素、维生素B12 细胞色素等都含 有基本结构—卟 吩环。具有重要 的生理作用。
NH N 卟吩环 N HN
N
+
N
Fe OH
血红素
N
N
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
R= -C20H39= -CH2CH=C-(CH2)3-CH-(CH2)3-CH-(CH2)3-CH(CH3)2 CH3 CH3 CH3
HO-CH-CH-OH H-CH C-H HO OH CHO
稀H2SO4
O
O
CHO
呋喃甲醛
+
康尼查罗反应
2
浓 NaOH
O
CHO
O
CHO +
V2O5,-MoO3 2O2 520℃
COONa O CH2OH O CH-C O + CO2 + H2O CH-C O
鉴别：
1.托伦斯试剂：生成银镜。 2.斐林试剂：生成红色沉淀。 3.醋酸存在下加入苯胺，显红色。
N
7 8
NH N N
H
2
N
3
4
嘌呤 purine 1,3,7,9-四氮茚
N9 H
OH N H 2N N N H OH N H N HN
O N N N H
鸟嘌呤 (G)
OH N N OH HO N N H N
N
H 2N N N H
尿酸
黄嘌呤
O
S
Cl
Br
O
Br2 0OC
Cl
O
Cl
O
S
O
O
Br2 CH3COOH
Br
S
I2 0OC Hg2O
S
I
N H
Cl2 0OC C2H5OC2H5
N H
Cl
Br Br
Br
N H
Br2 0OC C2H5OH
4. 傅克反应：主要是酰基化反应，烷基化反应 得到混合物。 Ac2O
N H
Br
O
BF3
O
COCH3
Ac2O
1,2-二氮苯
N
N 嘧啶pyrimidine
1,3-二氮苯
N
吡嗪pyrazine 1,4-二氮苯
N
O 吡喃pyran
氧芑
5 6 7 8
4 3
5 6 7 8
4 3
N
1
2
N2
异喹啉isoquinoline 2-氮萘
1
喹啉quinoline 氮萘
5 6 7 8 10 4 3
N
1
N
喋啶pteridine 1,3,5,8-四氮萘
N H
O
O + CH3CONO2
AcOH Ac2O -10 OC
N H
NO2
O + CH3CONO2
硝乙酐
AcOH Ac2O -5－- 30 OC
N
O
NO2
2. 磺化反应
SOO3H
SO3
N H
N
N H
N
O
SO3H
SO3
S
100 C
S
SO3H
3. 卤代反应
Cl2 -40 OC
+
O
X
N
N
Mg+ OH Fe
X=CH3;叶绿素a =CHO;叶绿素b
N
CH3 H H
N
CH2 2CH2COOH CH2CH2COOH CH O CH2COOR COOCH3
S CH3 RCONH CH3 N COOH O 青霉素
可口服青霉素的R为：
Cl Cl
OCH3 CH
青霉素F： R=CH2CH=CHCH2CH3 青霉素G： R=CH2C6H5 青霉素X： R=CH2C6H4OH-p 青霉素F： R=CH2(CH2)5CH3 青霉素V： R=CH2OC6H5
§11.1.2 杂环化合物的命名
一般有“译音名”和环母体加杂原子两种方式。 碳环母体如下：
环戊二烯 茂
苯
1,4-环己二烯 芑
茚 Indene
萘
芴 Fluorene
杂环的编号以杂原字为最小号，存在两个以上 杂原子的以O、S、NH、N顺序进行。即不含 双键的取1号位次。
O
呋喃 furan
氧(杂)茂
氮(杂)茂
N H
吡咯 pyrrole
S
噻吩 thiophene
硫(杂)茂
N 噁唑 O
oxazole
1,3-氧氮 (杂)茂
N N H
咪唑 imidazole
N 噻唑 S
thiazole
1,3-硫氮 (杂)茂
1,3-二氮 (杂)茂
O
N异噁唑 isoxazole
1,2-氧氮 (杂)茂
N pyrazole S isothiazole H 1,2-硫氮 1,2-二氮
O
NO2 N
SO3H N
N
+Br2 NH2
300 C HAc
O
Br N NH2
4.吡啶环系的亲核取代反应
+NaNH2 N N NH2
N
+ KOH Cl
N
OH
Cl Cl + NaNH2 N NO2
Cl + H2O N
Cl + NH3
CuSO4
NH2 Cl N O
165 C
O
Cl N H
NH2 N
N
§11.1 杂环化合物的分类和命名
§11.1.1 杂环化合物的分类 由于组成杂环化合物的杂原子的种类、数目 不同，环的大小及稠合的形式不同。因此其 种类繁多数目可观，约占全部有机物的1/3, 一般以环骨架为基础。 1.杂环化合物分为五元杂环化合物和六元杂环 化合物。 2.杂环化合物分为单杂原子杂环化合物和多杂 原子杂环化合物。 3.杂环化合物分为单杂环化合物和稠杂环化合 物。
＞
N H
环稳定性大小 ＞
O
S
S
＞
N H
＞
O
相互转化 佑尔业夫(Yupev)：利用Al2O3为催化 剂，实现噻吩、吡咯、呋喃环之间的转 化。
H2O
N H
H2S NH3
NH3 H2O H2S
O
S
§11.3五元杂环—富电子单杂环体系
一、亲电取代反应
S
1.硝化反应
S
NO2
O AcOH Ac2O + CH3CONO2 0 OC
N
N
OH
O
N
N
N H CH3
N H
H
1,3-二氮苯
尿嘧啶 (U)
N
OH
O
NH N H
NH2
CH3 N
N OH
胞嘧啶 (C)
O
OH CH3 N N OH CH3