有机化学第三版(胡宏纹)第十五章 杂环化合物.讲义
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有机化学第三版(胡宏纹)第十五章 杂环化合物1
+ Br2 O
O 0℃ O
-Br 2-溴呋喃 O
80%
13
+ Cl2 O
-40 ℃
-Cl + ClO
2-氯呋喃
-Cl O
2,5-二氯呋喃
噻吩溴化可在室温下进行，得一溴代产物 + Br2
AcOH
S
② 硝化反应
室温
-Br
S
2-溴噻吩
78%
五元杂环化合物与硝酸（强氧化剂）反应，得不到预期产物， 而是芳环被破坏。因此它们硝化反应必须在温和条件下，采 用弱硝化剂乙酰硝酸酯
第十五章 杂环化合物
教学要求：
1.了解杂环化合物的分类和命名 2.掌握五元杂环化合物的结构 及性质特征 3.了解六元杂环化合物的结构 及性质特征
1
含有杂原子的环状有机化合物称为杂环化合物
常见的杂原子有：O 、N 、S 等
O O 内酯 O NH 内酰胺 O CH2—CH2 O 环氧化合物
O O 环状酸酐
30
N
-NH2 + NaOH
④ 吡啶环对氧化剂的稳定性 吡啶比苯稳定，难于氧化
HNO3 △
N -CH3 KMnO4 N
4 5 6 β 3 -CH 5 4 3
3
6 7
CH34 5
N3
4
3 2
N1
2α
8
N
1
2
3-甲基吡啶 或β-甲基吡啶
4 5 6
OH
8-羟基喹啉
4
N1 2-氨基嘧啶
N -NH2 2
3
N3
2
CH3-
N1 CH3 4-甲基咪唑 N-甲基吡咯 或1-甲基吡咯 4 β 3 -CH2COOH 5
O 0℃ O
-Br 2-溴呋喃 O
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+ Cl2 O
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-Cl + ClO
2-氯呋喃
-Cl O
2,5-二氯呋喃
噻吩溴化可在室温下进行，得一溴代产物 + Br2
AcOH
S
② 硝化反应
室温
-Br
S
2-溴噻吩
78%
五元杂环化合物与硝酸（强氧化剂）反应，得不到预期产物， 而是芳环被破坏。因此它们硝化反应必须在温和条件下，采 用弱硝化剂乙酰硝酸酯
第十五章 杂环化合物
教学要求：
1.了解杂环化合物的分类和命名 2.掌握五元杂环化合物的结构 及性质特征 3.了解六元杂环化合物的结构 及性质特征
1
含有杂原子的环状有机化合物称为杂环化合物
常见的杂原子有：O 、N 、S 等
O O 内酯 O NH 内酰胺 O CH2—CH2 O 环氧化合物
O O 环状酸酐
30
N
-NH2 + NaOH
④ 吡啶环对氧化剂的稳定性 吡啶比苯稳定，难于氧化
HNO3 △
N -CH3 KMnO4 N
4 5 6 β 3 -CH 5 4 3
3
6 7
CH34 5
N3
4
3 2
N1
2α
8
N
1
2
3-甲基吡啶 或β-甲基吡啶
4 5 6
OH
8-羟基喹啉
4
N1 2-氨基嘧啶
N -NH2 2
3
N3
2
CH3-
N1 CH3 4-甲基咪唑 N-甲基吡咯 或1-甲基吡咯 4 β 3 -CH2COOH 5
胡宏纹有机化学(第3版)(下册)知识点笔记课后答案
第16章杂环化合物16.1 复习笔记一、概念1.杂环、杂原子杂环是指由碳原子和至少一个其他原子所组成的环。
杂原子是指环内除了碳以外的原子称为，最常见的杂原子为氮、氧和硫。
2.杂环化合物杂环化合物是指含有杂环的有机化合物。
3.杂环化合物的命名对于杂环母核我国目前采取外文音译的方法命名。
例如：二、呲啶1.结构和物理性质（1）结构① 吡啶分子中所有的原子在同一平面内，测定的键长、键角为② 氮原子的孤电子对在sp2轨道上，与p轨道垂直，不参与π－电子的共轭。
③ 氮原子的存在使吡啶分子中六元环变形，并具有较大的偶极矩（7.34×10-30 C·m）。
④ 吡啶的共振结构如下：⑤ 吡啶环上碳原子带部分正电荷，是缺电子的芳环。
⑥ 用分子轨道法计算出来的吡啶环上的π－电子密度为⑦ 原子的编号从氮原子开始，2、6位，3、5位和4位原子也分别用α、β和γ表示。
（2）物理性质① 吡啶为无色液体，能与水混溶，气味与苯胺相似。
② 吡啶及其烷基取代物的沸点都比苯系化合物高。
③ 杂环上质子的化学位移与其所在碳原子周围的电子密度有关，与缺电子碳原子相连的质子的共振信号在低场出现。
2.氮原子上的亲电加成（1）吡啶环上的氮原子相当于脂肪族化合物中的亚胺，能与亲电试剂加成。
（2）吡啶的碱性在水溶液中（pK a＝5.20）比脂肪胺（pK a＝9～11）弱，而在气相中相近。
（3）由于甲基是给电子取代基，甲基吡啶碱性比吡啶强。
（4）一些吡啶盐是有机合成中有效的试剂：（5）吡啶是金属离子的良好配体，例如：（6）吡啶与酰氯、磺酰氯或酐生成季铵盐，后者与酰氯等相比，是更有效的酰化剂。
（7）吡啶与卤代烷或硫酸烷基酯生成季铵盐：3.碳原子上的亲电取代（1）吡啶是缺电子芳环，碳原子上的亲电取代速率非常慢，只得到3位取代产物。
如：（2）吡啶环上的给电子取代基使亲电取代较易进行，但速率仍低于苯系化合物。
如：（3）2，6-二叔丁基吡啶可以在液体SO2中用SO3磺化：（4）亲电取代生成3位取代物的原因是：亲电试剂进攻3位时，生成的中间体最稳定：进攻2位或4位时，生成的中间体中，正电荷在电负性较大的氮原子上，使其很不稳定：4.碳原子上的亲核取代（1）亲核取代是吡啶环特有的反应，苯系化合物没有类似反应。
《杂环化合物合成》课件
《杂环化合物合成》PPT 课件
欢迎来到《杂环化合物合成》PPT课件！本课程将带您深入了解杂环化合物的 合成方法和应用领域。让我们开始探索这个引人入胜的领域吧！
杂环化合物合成的意义
杂环化合物合成在有机合成化学中具有重要的意义，它不仅可以提供多样性的化合物构筑块，还能为药物及材 料科学领域的研究提供强有力的支持。
杂环化合物合成的实例
药物合成
杂环化合物合成在药物研发中发挥着重要作用，例 如抗癌药物和抗生素的合成。
材料合成
杂环化合物合成被广泛用于功能性材料的制备，例 如有机光电材料和聚合物材料的合成。杂环化合物的应用领域Fra bibliotek药物研发
杂环化合物在药物研发中具有广泛的应用，可以提供新颖的药物骨架和生物活性。
材料科学
杂环化合物在材料科学领域被用于制备具有特定功能的材料，如光电材料和催化剂。
有机化学研究
杂环化合物的合成研究为有机化学领域提供了广阔的发展空间。
总结和展望
在本课程中，我们介绍了杂环化合物合成的意义、定义、合成方法、主要反应，以及实例和应用领域。杂环化 合物合成是有机化学中一项重要的研究领域，未来仍将有更多的发展和应用。
杂环化合物的定义
杂环化合物是指分子中含有两个或两个以上异原子（如氮、硫等）组成的环， 与碳原子共同构成的化合物。
杂环化合物的合成方法
环状反应
通过环状反应将合适的官能 团连接成杂环结构，常用于 合成简单的杂环化合物。
过渡金属催化反应
通过过渡金属的催化作用， 将碳-碳键和碳-异原子（氮、 硫等）键构建成杂环结构， 可合成复杂的杂环化合物。
环外合成法
通过合成具有合适官能团的 acyclic化合物，再通过环化 反应构建杂环结构。
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杂环化合物合成的意义
杂环化合物合成在有机合成化学中具有重要的意义，它不仅可以提供多样性的化合物构筑块，还能为药物及材 料科学领域的研究提供强有力的支持。
杂环化合物合成的实例
药物合成
杂环化合物合成在药物研发中发挥着重要作用，例 如抗癌药物和抗生素的合成。
材料合成
杂环化合物合成被广泛用于功能性材料的制备，例 如有机光电材料和聚合物材料的合成。杂环化合物的应用领域Fra bibliotek药物研发
杂环化合物在药物研发中具有广泛的应用，可以提供新颖的药物骨架和生物活性。
材料科学
杂环化合物在材料科学领域被用于制备具有特定功能的材料，如光电材料和催化剂。
有机化学研究
杂环化合物的合成研究为有机化学领域提供了广阔的发展空间。
总结和展望
在本课程中，我们介绍了杂环化合物合成的意义、定义、合成方法、主要反应，以及实例和应用领域。杂环化 合物合成是有机化学中一项重要的研究领域，未来仍将有更多的发展和应用。
杂环化合物的定义
杂环化合物是指分子中含有两个或两个以上异原子（如氮、硫等）组成的环， 与碳原子共同构成的化合物。
杂环化合物的合成方法
环状反应
通过环状反应将合适的官能 团连接成杂环结构，常用于 合成简单的杂环化合物。
过渡金属催化反应
通过过渡金属的催化作用， 将碳-碳键和碳-异原子（氮、 硫等）键构建成杂环结构， 可合成复杂的杂环化合物。
环外合成法
通过合成具有合适官能团的 acyclic化合物，再通过环化 反应构建杂环结构。
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。
有机化学第十五章 杂环化合物[精]
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正常 CC CC CN CN
1.54 1.34 1.47 1.28
1、组成吡啶环上的5个C原子和1个N原子，均为SP2杂化，共同 平面。环上的π 电子数为6，符合4n+2规则，故其具有芳香性，即 可以发生取代反应。
2、由于吡啶环上有一个N原子代替了苯环中的一个CH，因此和 苯环相比，必然产生下列差异：
NH NH2
NH2
N
N
NH
N
N
H
H
.OH N
4、稳定性：不易氧化、易还原
A、原苯环中的一个H原子被N原子的一对孤电子对所取代，因 此，吡啶应具有一定的碱性，同时又由于N原子的电负性大于C 原子，使环上的电子云向N原子偏移，又增大了N原子的碱性；
B、由于电子云向N原子方向偏移，吡啶分子中应有偶极：
+0.18
偶 极 矩 ： 2.2D
C、电子云分布不均匀：
0.932
+0.05
N -0.58
+0.15
1.000
1.166
1.000
N 1.064
0.866
1.000 1.000
与苯环相比，N原子上的电子云密度增大，α 、γ 位电子云密 度降低，β 位变化不大。
由分析可知：N原子具有碱性， β 位克发生亲电取代，α 、γ 可以发生亲核取代。总体上讲由于N原子的电负性较大，使环上的 电子云向N原子方向偏移，从而降低了环上的电子云密度，故其亲 电取代困难，而在一定条件下可发生亲核取代，即类似于硝基苯：
2
66
N2 6
2
N 1 嘧啶
N 1 哒嗪
N 1 吡嗪
5
4
5
4
5
4
6 稠杂环
有机化学精品课件——杂环化合物
杂环化合物在材料科学中具有广泛的应用，因为它们可以提供优良的物理和化学性能。例如，聚酰亚胺、聚醚醚酮等杂环高分子材料在航空航天、电子和汽车等领域广泛应用。
杂环化合物作为材料合成的关键组分，能够提高材料的耐热性、耐腐蚀性和机械性能等，同时降低生产成本和提高生产效率。
杂环化合物的研究进展与展望
05
在亲电反应机理中，试剂的性质和杂环化合物上的取代基的性质都会影响反应的进程和产物的生成。因此，在选择合适的试剂和反应条件时，需要考虑这些因素。
亲核反应机理是指反应过程中，试剂首先进攻杂环化合物上的电子云密度较高的部位，从而形成负碳离子中间体。然后，负碳离子中间体再与试剂发生反应，形成新的键，最终生成产物。
杂环化合物的应用
04
杂环化合物在药物合成中具有广泛的应用，因为它们具有独特的化学结构和生物活性。例如，嘧啶衍生物在抗肿瘤药物中发挥重要作用，喹啉衍生物具有抗菌和抗癌活性。
杂环化合物作为药物合成中的关键中间体，可用于合成多种类型的药物，如抗高血压药物、抗病毒药物和抗癌药物等。
VS
杂环化合物在农药合成中具有不可替代的地位，因为它们可以提供高效、低毒、低残留的农药。例如，吡啶衍生物可用于合成除草剂和杀虫剂，嘧啶衍生物可用于合成杀菌剂和杀虫剂。
杂环化合物作为农药合成的关键组分，能够提高农药的生物活性、选择性和稳定性，从而降低对环境和人体的危害。
杂环化合物在染料合成中具有重要作用，因为它们可以提供鲜艳的色彩和优良的染色性能。例如，偶氮染料和酞菁染料等杂环染料在纺织品、皮革和纸张等领域广泛应用。
杂环化合物作为染料合成的关键组分，能够提高染料的色牢度和稳定性，同时降低生产成本和对环境的污染。
杂环化合物的物理性质与其结构密切相关，如熔点、沸点、溶解度等。
有机化学 杂环化合物PPT课件
2021/7/23
第11页/共76页
五元杂环化合物亲电取代反应发生在α-位可用共
振论解释：
+ E+ Z
= Z ( NH、O、S )
+
E ZH
E +Z H
正电荷可在三个原子上离域
E
E
H
H
+
Z
Z
+
正电荷只能在两个原子上离域
E ZH
+
2021/7/23
由此可见，进攻2–位所形成的共振杂化体比进 攻3–位所形成的共振杂化体稳定。
2021/7/23
+ Ac2O
H3PO4
S
+ Ac2O
BF3
O
S COCH3 O COCH3
第17页/共76页
(5) 吡咯的特殊反应 吡咯十分活泼，活性类似于苯胺、苯酚.
H+ + C6H5N2+ClN H
N N=NC6H5 H
+ CHCl3 + KOH N H
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第18页/共76页
CHO N H
环状有机化合物中，成环原子除碳原子外还含有 其他原子，这种环状化合物称为杂环化合物。
2021/7/23
杂环化合物
、
非芳香性杂环化合物, 如： O
N H
内酯、环状酸酐等。
芳香性杂环化合物
本章讨论的是那些环为平面型，环内π电 子数符合4n+2规则，具有一定芳香性的 芳杂环化合物。
第1页/共76页
20.1 杂环化合物的分类与命名
5 - 位被占, 则进入4 - 位, 而不进入2 - 位
第19页/共76页
有机化学精品课件——杂环化合物
结构特点
1 2 3
环状结构
杂环化合物的环状结构可以由一个或多个碳原 子、氮原子、氧原子、硫原子等原子组成。
杂原子
在杂环化合物中，“杂原子”指的是除了碳原 子以外的原子，它们在环中起到了非常重要的 作用。
键合方式
杂环化合物的键合方式不同于脂肪族化合物， 尤其是在五元和六元杂环中，键长和键角都有 特殊的结构特点。
氮杂芳化合物的合成
通常是通过芳基取代反应或氨基化反应形成。例如，邻硝基苯胺可以通过亚硝酸 与苯胺反应制备。
氨基取代反应
氨基取代反应是一种常用的合成氮杂环化合物的方法，其中最重要的是氨基取代 的立体化学控制和区域选择性。
氧杂环化合物的合成
氧杂芳化合物的合成
通常是通过芳基取代反应或氧化反应形成。例如，2-氯苯酚 可以通过氯苯酚与氢氧化钠反应制备。
例如，阿维菌素是一种高效的生物活性杂环化合物，具有 杀虫和杀菌作用，被广泛应用于农业和畜牧业中。
05
未来展望与挑战
杂环化合物研究的前沿与挑战
01
新型杂环化合物的设计与合成
杂环化合物具有独特的生物活性与物理化学性质，研究新的杂环化合
物的设计与合成方法，拓展其应用领域。
02
反应机理与动力学研究
深入探究杂环化合物的反应机理与动力学，提高反应的效率与选择性
其他杂环化合物的合成
含氮、氧、硫等多原子杂环化合物的合成
这些杂环化合物的合成方法主要取决于杂原子的性质和杂环的大小和形状。
非芳香族杂环化合物的合成
这些杂环化合物的合成方法主要取决于杂环的大小和形状以及所使用的反应条件 。
03
杂环化合物的应用
在药物化学中的应用
生物碱
杂环化合物中的吡啶、喹啉和吲哚等具有重要生物活性，如 抗癌、抗菌和抗病毒等。
杂环化合物及生物碱详解演示文稿
完成下列化学反应方程式：
1) O
CH3COONO2 C2H5
OCH3
2) S
HNO3 H2SO4
3) S
第十四页，共26页。
NO2
Br2 醋酸
4)
(CH3CO)2O
N
~200℃
H
吡啶化学活泼性比苯环小，不发生付克烃基化和酰化反应。
第十五页，共26页。
N
浓H2SO4 N 浓HNO3
OH
N NO2 Fe/HCl N
结构
单杂环化合物的性质
N
H
N
第八页，共26页。
吡啶
吡咯
芳杂环结构特点： ① 五元杂环：富π电子环系，比苯环更 发生亲电取代；
② 六元杂环：缺π电子环系，比苯环 更。
第九页，共26页。
一、物理性质（自学）； 二、化学性质：
1. 亲电取代反应：
芳香性：
<
<
<
O
N
S
H
第十页，共26页。
吡咯、呋喃在位反应，反应用特
⑵ 环的编号从杂原子开始：
O
CH3
2-甲基呋喃 α-甲基呋喃
O
CHO
2-呋喃甲醛 （糠醛）
N
CH3 N-甲基吡咯 1-甲基吡咯
第四页，共26页。
含多个杂原子的杂环，按 O, S , N的 次序编号：
43 N
5
2
O
1
噁唑 (oxzole)
N
S
噻唑 (thiazole)
43 N
5
2
N H
1
咪唑 (imidazole)
3. 含氮杂环的酸碱性：
吡咯弱酸性：
杂环化合物
N H
N的sp2杂化轨道
吡
咯
结构：吡咯N采用sp2杂化，三个杂化轨道分别与2个 C和1个 H形成б 键。还剩余一个未杂化的p轨道2个未 共用电子参与大 π 键. ∏56平面共轭体系
请同学们分析：呋喃、噻吩的结构。
呋 喃 的 分 子 结 构 示 意 图 ·
· ·
·
sp2 杂 化1个sp2
· ·
S · · 杂化轨道 上有一对 未共用电 子对
属于富电子结构 结构决定性质，五元杂化富电子结 构会决定它们与苯环哪些性质上的 不同呢？
三.化学性质—3.亲电取代反应 重点
亲电取代活性与环上电子云密度有关—— 电子云密度越大，带正电的亲电试剂的进 攻越容易。 *1 亲电取代反应的活性顺序为：
N H
>
O
>
S
>
吸电子诱导：O(3.5) > N(3.0) > S(2.6) 给电子共轭：N > O > S 综合：N贡献电子最多，O其次，S最少
噻吩的分子结构示意图
结构特点总结：
相同点：
one. 都采用sp2杂化，未杂化的p轨道形成一 个大π键——平面共轭体系
two.体系中π电子数：6
three.符合休克尔 4 n + 2 规则，具有芳香性
不同点：
one.构成环的原子不同，苯全部由C组成，而杂 环化合物除C外还有杂原子(S、N、O)。 杂原子的电负性都大于碳，表现出吸电子的诱 导效应（-I）。π 电子分布不像苯那么均匀， 而是偏向杂原子。
五元杂环
（一）基本杂环母核的命名与编号
了解： 系统命名法： 把杂环当作是相应的碳环中碳原 子被杂原子置换而形成的，命名时在碳环母体名称前加“某 杂”
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+ Br2 O
O 0℃ O
O
-Br 2-溴呋喃
80%
13
+ Cl2 O
-40 ℃
O
-Cl + ClO
-Cl
2-氯呋喃
2,5-二氯呋喃
噻吩溴化可在室温下进行，得一溴代产物 + Br2
AcOH
S
② 硝化反应
室温
S
-Br
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2-溴噻吩
五元杂环化合物与硝酸（强氧化剂）反应，得不到预期产物， 而是芳环被破坏。因此它们硝化反应必须在温和条件下，采 用弱硝化剂乙酰硝酸酯
茂（碳环母核）
萘（碳环母核）
N 氮萘
5
6
环上有取代基时，应以杂环为母体，将杂环母核编号 ① 杂原子编号最小（即从杂原子开始编号）； 编号原则 ② 环上含两个以上相同杂原子时，应使杂原子的 编号最小（一般从连有取代基的杂原子开始）； ③ 环上有不同杂原子时，按O、S、N的顺序编号； ④ 尽可能使连有取代基的碳原子编号最小。
, 孤电子离域 , 故芳香性
电负性 , 对外层电子吸引力
芳香性与稳定性:
＞ S
＞
N
＞
O 由于呋喃、噻吩、吡咯 都是五中心六电子，属 于富电子环，反应活性 主要体现在亲电取代和 加成方面
11
π电子密度：杂环 ＞ 苯环 稳 定 性 ：杂环 ＜ 苯环 芳 香 性： 杂环 ＜ 苯环 反 应 活 性：杂环 ＞ 苯环
3
O furan 呋喃
N pyridine 吡啶
N
S thiophene 噻吩
N pyrrole 吡咯
O pyran 吡喃
N pyrimidine 嘧啶
这种方法的优点是比较简单，缺点是遇到字音相近的字 比较难译，并且译出的名字与结构没有联系
4
2. 根据相应碳环母核命名
把杂环当作是相应的碳环中碳原子被杂原子置换而形 成的，命名时在碳环母体名称前加“某杂” （杂原子的名 称）两字，以表示其中的杂原子 O 氧（杂）茂 N 氮（杂）茂 N 苯（碳环母核） N 氮（杂）苯 N 1,3-二氮苯 这种命名方 法的缺点是 名称太长， 使用不便。 目前一般都 采用音译名 称来命名
从形式上看，它们都是含杂原子的环状化合物，但其性质与 相应的开链化合物相似 本章要讨论的是具有芳香结构（闭合共轭体系）和一定程度 稳定性的杂环化合物，即芳杂环化合物
2
第一节
一 、分类
分类和命名
五元杂环
单杂环 分类
稠杂环 N 六元杂环
O N N
S N N
N
二、命名 1. 音译法
利用国际通用名称译音，加口旁以表示是杂环化合物
S
-NO2 +
70%
-NO2 S
5%
15
③ 磺化反应 吡咯、呋喃不能直接用硫酸磺化，因为它们在浓硫酸中 不稳定，会发生聚合，通常用一种温和的磺化剂—— 吡啶 三氧化硫进行磺化 + SO3
+
吡啶
N
N 吡啶三氧化硫 SO3
100 ℃
+ N H
HCl
N SO3 -SO3H +
90%
+
N H 90% Cl
14
(CH3CO)2O + HONO2
酸酐
CH3COONO2 + CH3COOH
乙酰硝酸酯
+ CH3COONO2 N H + CH3COONO2 O
Ac2O 5℃
N H 83%
Ac2O
-NO2 +
-NO2 N H 17%
-30 ℃~-5 ℃
O
-NO2
35%
S
+ CH3COONO2
Ac2O -10 ℃
β
α β α β
共振能
KJ / mol 71.1
HNMR吸收
δ ppm 6.37（β-H） 7.42（α-H）
90.4
6.20（β-H） 6.68（α-H）
7.10（β-H） 7.30（α-H） 7.4 + -1
吡咯
S 苯
α
125.5
152
10
二、 化学性质
杂原子电负性大小：
O (3.5) ＞ N (3.0) ＞ S (2.5)
4 5 6 β 3 -CH 5 4 3
3
6 7
CH34 5
N3
4
3 2
N1
2α
8
N
1
2
3-甲基吡啶 或β-甲基吡啶
5 6 4
OH
8-羟基喹啉
4
N1 2-氨基嘧啶
N -NH 2 2
3
CH3-
N3
2
N1 CH3 4-甲基咪唑 N-甲基吡咯 或1-甲基吡咯 4 β 3 -CH2COOH 5
N1
2
5
S1 5-甲基噻唑
1. 亲电取代反应
呋喃、噻ห้องสมุดไป่ตู้、吡咯能像苯一样发生卤代、硝化、磺 化、付克反应等一系列芳香族化合物的特征亲电取代反 应，由于它们是富电子杂环，所以比苯更容易发生亲电 取代反应 反应活性相对次序是 吡咯 溴化反应 3×1018 相对速率 ＞ 呋喃 6×10 11 ＞ 噻吩 5×10 9 ＞＞ 苯 1
亲电试剂进攻发生在α- 位和β- 位，而α- 位更容易些
12
① 卤代反应 吡咯、呋喃、噻吩很容易发生卤代反应，氯代、溴代不但 不需催化剂，而且为避免多取代物，往往采用温和条件， 如用溶剂稀释和采用低温 吡咯反应活性最大，在低温下进行，一般得多卤产物 + Br2 N
C2H5OH 0℃
BrBr-
N
-Br -Br
四溴吡咯
呋喃与 Br2 反应也很激烈，在 0 ℃与 Br2在二氧六环存在 下反应得一溴代产物，与 Cl2 在 – 40℃ 下反应得混合产物。
5
2α N 1 7 3-吲哚乙酸 或β-吲哚乙酸
6
7
第二节
五元杂环化合物
典型的五元杂环有呋喃、噻吩、吡咯。它们是最重要的 含一个杂原子的五元环化合物。它们的重要性不在于它们的 单体而是它们的衍生物。它们的衍生物不单种类繁多，而且 有些是重要的工业原料，有些具有重要的生理作用
一、 结构与芳香性
物理方法证明：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，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 轨道互相平行重叠，形成闭合的共轭 体系
8
N
· ·
·
· ·
·
N—H 五 中 心 六 电 子 （ 富 电 子 环 ） 体系中π电子数： 4+2=6
· ·
吡咯
吡咯的分子结构
·
O 呋喃
·
· ·
·
· ·
·
O · ·
呋喃的分子结构
符合休克尔规则， 故三个杂环均具有 芳香性
· ·
S
· · ·
·
S ·
· ·
噻吩
噻吩的分子结构
9
化合物
呋喃 O 噻吩 N
第十五章 杂环化合物
教学要求：
1.了解杂环化合物的分类和命名 2.掌握五元杂环化合物的结构 及性质特征 3.了解六元杂环化合物的结构 及性质特征
1
含有杂原子的环状有机化合物称为杂环化合物
常见的杂原子有：O 、N 、S 等
O O 内酯 O NH 内酰胺 O CH2—CH2 O 环氧化合物
O O 环状酸酐
O 0℃ O
O
-Br 2-溴呋喃
80%
13
+ Cl2 O
-40 ℃
O
-Cl + ClO
-Cl
2-氯呋喃
2,5-二氯呋喃
噻吩溴化可在室温下进行，得一溴代产物 + Br2
AcOH
S
② 硝化反应
室温
S
-Br
78%
2-溴噻吩
五元杂环化合物与硝酸（强氧化剂）反应，得不到预期产物， 而是芳环被破坏。因此它们硝化反应必须在温和条件下，采 用弱硝化剂乙酰硝酸酯
茂（碳环母核）
萘（碳环母核）
N 氮萘
5
6
环上有取代基时，应以杂环为母体，将杂环母核编号 ① 杂原子编号最小（即从杂原子开始编号）； 编号原则 ② 环上含两个以上相同杂原子时，应使杂原子的 编号最小（一般从连有取代基的杂原子开始）； ③ 环上有不同杂原子时，按O、S、N的顺序编号； ④ 尽可能使连有取代基的碳原子编号最小。
, 孤电子离域 , 故芳香性
电负性 , 对外层电子吸引力
芳香性与稳定性:
＞ S
＞
N
＞
O 由于呋喃、噻吩、吡咯 都是五中心六电子，属 于富电子环，反应活性 主要体现在亲电取代和 加成方面
11
π电子密度：杂环 ＞ 苯环 稳 定 性 ：杂环 ＜ 苯环 芳 香 性： 杂环 ＜ 苯环 反 应 活 性：杂环 ＞ 苯环
3
O furan 呋喃
N pyridine 吡啶
N
S thiophene 噻吩
N pyrrole 吡咯
O pyran 吡喃
N pyrimidine 嘧啶
这种方法的优点是比较简单，缺点是遇到字音相近的字 比较难译，并且译出的名字与结构没有联系
4
2. 根据相应碳环母核命名
把杂环当作是相应的碳环中碳原子被杂原子置换而形 成的，命名时在碳环母体名称前加“某杂” （杂原子的名 称）两字，以表示其中的杂原子 O 氧（杂）茂 N 氮（杂）茂 N 苯（碳环母核） N 氮（杂）苯 N 1,3-二氮苯 这种命名方 法的缺点是 名称太长， 使用不便。 目前一般都 采用音译名 称来命名
从形式上看，它们都是含杂原子的环状化合物，但其性质与 相应的开链化合物相似 本章要讨论的是具有芳香结构（闭合共轭体系）和一定程度 稳定性的杂环化合物，即芳杂环化合物
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第一节
一 、分类
分类和命名
五元杂环
单杂环 分类
稠杂环 N 六元杂环
O N N
S N N
N
二、命名 1. 音译法
利用国际通用名称译音，加口旁以表示是杂环化合物
S
-NO2 +
70%
-NO2 S
5%
15
③ 磺化反应 吡咯、呋喃不能直接用硫酸磺化，因为它们在浓硫酸中 不稳定，会发生聚合，通常用一种温和的磺化剂—— 吡啶 三氧化硫进行磺化 + SO3
+
吡啶
N
N 吡啶三氧化硫 SO3
100 ℃
+ N H
HCl
N SO3 -SO3H +
90%
+
N H 90% Cl
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(CH3CO)2O + HONO2
酸酐
CH3COONO2 + CH3COOH
乙酰硝酸酯
+ CH3COONO2 N H + CH3COONO2 O
Ac2O 5℃
N H 83%
Ac2O
-NO2 +
-NO2 N H 17%
-30 ℃~-5 ℃
O
-NO2
35%
S
+ CH3COONO2
Ac2O -10 ℃
β
α β α β
共振能
KJ / mol 71.1
HNMR吸收
δ ppm 6.37（β-H） 7.42（α-H）
90.4
6.20（β-H） 6.68（α-H）
7.10（β-H） 7.30（α-H） 7.4 + -1
吡咯
S 苯
α
125.5
152
10
二、 化学性质
杂原子电负性大小：
O (3.5) ＞ N (3.0) ＞ S (2.5)
4 5 6 β 3 -CH 5 4 3
3
6 7
CH34 5
N3
4
3 2
N1
2α
8
N
1
2
3-甲基吡啶 或β-甲基吡啶
5 6 4
OH
8-羟基喹啉
4
N1 2-氨基嘧啶
N -NH 2 2
3
CH3-
N3
2
N1 CH3 4-甲基咪唑 N-甲基吡咯 或1-甲基吡咯 4 β 3 -CH2COOH 5
N1
2
5
S1 5-甲基噻唑
1. 亲电取代反应
呋喃、噻ห้องสมุดไป่ตู้、吡咯能像苯一样发生卤代、硝化、磺 化、付克反应等一系列芳香族化合物的特征亲电取代反 应，由于它们是富电子杂环，所以比苯更容易发生亲电 取代反应 反应活性相对次序是 吡咯 溴化反应 3×1018 相对速率 ＞ 呋喃 6×10 11 ＞ 噻吩 5×10 9 ＞＞ 苯 1
亲电试剂进攻发生在α- 位和β- 位，而α- 位更容易些
12
① 卤代反应 吡咯、呋喃、噻吩很容易发生卤代反应，氯代、溴代不但 不需催化剂，而且为避免多取代物，往往采用温和条件， 如用溶剂稀释和采用低温 吡咯反应活性最大，在低温下进行，一般得多卤产物 + Br2 N
C2H5OH 0℃
BrBr-
N
-Br -Br
四溴吡咯
呋喃与 Br2 反应也很激烈，在 0 ℃与 Br2在二氧六环存在 下反应得一溴代产物，与 Cl2 在 – 40℃ 下反应得混合产物。
5
2α N 1 7 3-吲哚乙酸 或β-吲哚乙酸
6
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第二节
五元杂环化合物
典型的五元杂环有呋喃、噻吩、吡咯。它们是最重要的 含一个杂原子的五元环化合物。它们的重要性不在于它们的 单体而是它们的衍生物。它们的衍生物不单种类繁多，而且 有些是重要的工业原料，有些具有重要的生理作用
一、 结构与芳香性
物理方法证明：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，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 轨道互相平行重叠，形成闭合的共轭 体系
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N
· ·
·
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N—H 五 中 心 六 电 子 （ 富 电 子 环 ） 体系中π电子数： 4+2=6
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吡咯
吡咯的分子结构
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O 呋喃
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O · ·
呋喃的分子结构
符合休克尔规则， 故三个杂环均具有 芳香性
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S
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噻吩
噻吩的分子结构
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化合物
呋喃 O 噻吩 N
第十五章 杂环化合物
教学要求：
1.了解杂环化合物的分类和命名 2.掌握五元杂环化合物的结构 及性质特征 3.了解六元杂环化合物的结构 及性质特征
1
含有杂原子的环状有机化合物称为杂环化合物
常见的杂原子有：O 、N 、S 等
O O 内酯 O NH 内酰胺 O CH2—CH2 O 环氧化合物
O O 环状酸酐