第十二章 杂环化合物 - 内江师范学院-精品课程平台

第十二章杂环化合物

教学目的要求：

1、掌握杂环化合物的含义，分类和简单杂环化合物的命名；

2、掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、喹啉（包括喹啉的合成法-Skraup法）的结构和性质；

3、掌握糠醛的性质和用途；

4、了解喹啉、噻唑及其衍生物，吡啶、嘧啶衍生物；吲哚、嘌啉及其衍生物的结构、性质；

5、了解生物碱的一般知识。

重点：五员杂环和六员杂环的亲电取代反应和亲核取代反应，糠醛、喹啉的合成及性质用途。

难点：对呋喃、噻吩、吡咯、吡啶的结构与芳香性和亲电取代活性的影响等知识的理解。

杂环化合物是指构成环系的原子除碳以外还有其他杂原子，如O、S、N、P、Sn、As、B、Cu等，这类化合物广泛存在于自然界。许多天然杂环化合物在动植物体内起着非常重要的生理作用。如血红素、叶绿素、核酸和某些维生素、生物碱等。许多合成药物也是杂环化合物。近年来，随着对工业有机物的深入研究与合成，又不断地发现新的特殊的杂环体系。杂环化合物种类之多、数目之大，是有机物种数目最庞大的，约占有机物总数的一半以上。前已叙及的环状酸酐、亚胺、内酯、环状缩醛、环氧化物等都是含杂原子的杂环体系。但由于其易开环，性质和开链烃相似，故不属于杂环讨论的范畴。杂环在此是指含有杂原子的具有芳香结构和一定稳定性的环状化合物。其成环规律和碳环相同，最稳定的为五、六元环，常见的杂原子有N，O，S。

12.1 杂环化合物的分类与命名

一、分类

根据杂环化合物的性质分为脂杂环和芳香杂环

脂杂环——没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。

芳杂环——具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环。本章主要讨论芳杂环。

芳杂环：单环：成环原子数（五元杂环、六元杂环）

稠杂环：苯环+单杂环或单杂环+单杂环

O

S

N H

N

O

N S

N N

H N

N H

呋喃 噻吩 吡咯 噁唑 噻唑 咪唑 吡唑

六元杂环：

N

N

N

O

吡啶 嘧啶 吡喃（无芳香性）稠杂环：

N H

N

N

N

N

N H

N

吲哚 喹啉 异喹啉 嘌呤

二、命名

1、音译法：

根据英文音义，用带口字偏旁的同音字。

O 1

234α

β5

S 1

234α

β5

5N H

1234α

β N N H

N N H

N S

N O 1

23

4

5

1

2

3

4

5

12

3

4

5

123

4

5

呋喃 吡咯 噻吩 口恶唑 噻唑 咪唑 吡唑

含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是氮，则该杂环化合物称为唑。

H N N

N N

O 123

45

67S 123

4

5

67N H 123

45

67 3-吡唑啉 吡啶 嘧啶 苯并呋喃 苯并噻吩 苯并吡咯[吲哚

8

7

654321

N 7

65432

N 9

8

7

65423

1H N

N N N 37

6

54

2

1

N H 9

8

7

654

3

21

N H

喹啉 异喹啉 嘌呤 吲哚 咔唑

2、系统命名法

将杂环母体看作是有相应的碳环母体掺入杂原子而成，命名时在碳环母体前加“某杂”。

N

H N

O 氮杂苯 氮杂茚（吲哚） 氧杂茂

对取代的杂环化合物，其编号规则为：

（1）含一个杂原子时从杂原子开始编号，同时使取代基位次最小（取代基的位次从杂原子算起依次用1,2,3,… (或α,β,γ…)编号）。

3-甲基吡啶（β）

（2）含两个相同杂环时，编号从连有取代基或H 的杂原子开始，并使另一个杂

N

CH 3

原子位次最小。

4-甲基咪唑 N N NH 2432

1

N CH 3

N H

4-氨基嘧啶 N N H Ph

Ph

1

23452,5-二苯基咪唑

（3）含不同杂原子时，则按O,S,N 顺序依次编号。编号时杂原子的位次数字之

和应最小。

（4）稠杂环一般选择相应的稠环母体命名，编号如前。

N CH 2COOH H

H 69875

43

2

1OH

N

N N N OH HO

3-吲哚乙酸 2,6,8-三羟基嘌呤

12.2五元杂环化合物

12.2.1呋喃、噻吩、吡咯

一、结构

从结构上看，三者为共轭二烯的醚、硫醚和胺类化合物。实际上，只有呋喃具有共轭加成的性质，其典型的化学性质类似于苯。易于发生亲电取代，NMR 谱中显示环流效应，

具有一定的芳香性，物理实验方法证明：三者都为平面分子，键长、键角数据如下：

O 0.135m 0.137m

0.70D 0.144n nm 0.51D N 0.143nm

0.137nm 0.138nm 1.81D

H ++

氧杂茂bp=31.36℃ 硫杂茂bp=84.1℃ 氮杂茂bp=129℃

相应的饱和杂环： 1.73D 1.90D 1.58D 方向由环向杂原子

键长：C-C 0.154nm C=C 0.134nm C-N 0.147nm C=N 0.128nm C-O 0.143nm C=O 0.120nm C-S 0.182nm C=S 0.160nm

键角 ∠OCC=110.7° ∠SCC=111.5° ∠NCC=108.08°

∠CCC=106.0° ∠CCC=112.4°. ∠CCC=107.45°

N S

NH 2

H 3C

5

1

24

3

2-氨基-4-甲基噻唑

N H

N 1234

5

N N 1

2

3

4

5

CH 3

吡唑

1-甲基咪唑