第十四章 芳香杂环化合物
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￥14芳香杂环化合物
咪唑(imidazole) 吡唑(pyrazole)
六元杂环
4
5
3
6O 2
1
吡喃(pyran)
4
5
3
6N 2
1
吡啶(pyridine)
4
5
N3
6
2
N
1
嘧啶(pyrimidine)
稠杂环
5 6
7 8
4 4
5 3
6 2
N
7
1
3
2
N1 H
喹啉(quinoline) 吲哚(indole)
6
1N
2N
3
5
N7
第一节 分类和命名
一、分类
杂环
五元杂环 单杂环
六元杂环
苯稠杂环——苯环与杂环稠合
稠杂环 稠杂环——杂环与杂环稠合
五元杂环
4
3
4
3
4
3
5
2
O
1
呋喃(furan)
4
N3
5
2
S
1
噻唑(thiazole)
5
2
S
1
噻吩(thiophene)
4
N3
5
2
N
1
H
吡咯(pyrrole)
4
3
5
2
N 1
H
5 N N2 1 H
NaOH
N
N +的孤对电子参与共轭，所以具 有很弱的碱性和酸性。
2、亲电取代
N + SO3 吡啶 H
N SO3H H
α - 吡咯磺酸
因环的电子云密度比苯大，故比苯活泼。 取代基进入α位。
有机化学第14章 芳香杂环化合物
42
大多数磺胺类药物是不同杂环取代 了磺胺的N1位上的一个H原子 。
O N S-NH N O
H2N
磺胺嘧啶
H2N
O NO S-NH O CH3
磺胺甲基异噁唑
43
本 章 要 点
1. 杂环的命名 译音＋“口 ”旁
2. 吡啶
结构： 6原子6电子环闭π键/缺π芳杂环
性质：亲电取代(多在β位)比苯难(似硝基苯);亲核取代 (多在α位)比苯易;氧化变难;还原变易;有弱碱性
7.19
135 pm 6.15
H
S 172 pm
7.26 7.26
H
N 138 pm H7.25
H
O 135 pm
7.26
7.26 7.26
7.26
26
二、吡咯、呋喃和噻吩的性质 1．吡咯的酸碱性
吡咯N上孤电子对因参与环的共轭, 故碱性极 弱, 比苯胺还弱得多, 不能与酸形成稳定的盐。
NH2 > NH3 >
NH N
4-甲基咪唑
35
咪唑的碱性比吡咯强（pKb=6.8），这是由于 其中的一个氮原子的孤对电子没有参加共轭体系， 因而较易与质子结合。 在组氨酸分子中含有一个咪唑基, 其pKa值 接近生理pH(7.35)，它既是一个弱酸，又是一 个弱碱，能起到质子传递的作用。组氨酸中的 咪唑环是构成酶活性中心的重要基团，使酶能 催化生物体内酯和酰胺的水解。
乙酸酐
N H O
CH3
吡咯和呋喃遇强酸时, 杂原子能质子化, 使芳香大键 破坏, 所以不能用强酸进行硝化和磺化反应, 需选用较温和 的非质子性试剂。例如吡咯硝化需用硝酸乙酰基酯。
N H
+ CH3 C ONO2 O
大多数磺胺类药物是不同杂环取代 了磺胺的N1位上的一个H原子 。
O N S-NH N O
H2N
磺胺嘧啶
H2N
O NO S-NH O CH3
磺胺甲基异噁唑
43
本 章 要 点
1. 杂环的命名 译音＋“口 ”旁
2. 吡啶
结构： 6原子6电子环闭π键/缺π芳杂环
性质：亲电取代(多在β位)比苯难(似硝基苯);亲核取代 (多在α位)比苯易;氧化变难;还原变易;有弱碱性
7.19
135 pm 6.15
H
S 172 pm
7.26 7.26
H
N 138 pm H7.25
H
O 135 pm
7.26
7.26 7.26
7.26
26
二、吡咯、呋喃和噻吩的性质 1．吡咯的酸碱性
吡咯N上孤电子对因参与环的共轭, 故碱性极 弱, 比苯胺还弱得多, 不能与酸形成稳定的盐。
NH2 > NH3 >
NH N
4-甲基咪唑
35
咪唑的碱性比吡咯强（pKb=6.8），这是由于 其中的一个氮原子的孤对电子没有参加共轭体系， 因而较易与质子结合。 在组氨酸分子中含有一个咪唑基, 其pKa值 接近生理pH(7.35)，它既是一个弱酸，又是一 个弱碱，能起到质子传递的作用。组氨酸中的 咪唑环是构成酶活性中心的重要基团，使酶能 催化生物体内酯和酰胺的水解。
乙酸酐
N H O
CH3
吡咯和呋喃遇强酸时, 杂原子能质子化, 使芳香大键 破坏, 所以不能用强酸进行硝化和磺化反应, 需选用较温和 的非质子性试剂。例如吡咯硝化需用硝酸乙酰基酯。
N H
+ CH3 C ONO2 O
第十四章杂环化合物
1 五员芳杂化合物的亲电取代反应
取代位置
E
+
E
+
A
A
E
A
a-取代 主要产物 反应相对活性
b-取 代
>
N H O
>
S
>
5 109 1
3
1018
6
1011
对取代位置的解释（分析反应中间体的相对稳定性）
i. 取代在a位
E+ A a取代 A E A E A
中间体较稳定
H E
贡献最大
H
（满足八隅体）
主要产物（例外）
Br HNO3 / Ac2O S S
Br
NO2
b位给电子基
COOH
Br2 CH3COOH Br S
COOH
S
b位吸电子基
从中间体稳定性分析取代基对反应取向的影响
(i) a 位有给电子基
E E
4 5 3
+
E G G
进入3位
A A
• 二个共振式 • 推电子基使 稳定
A
G E+ E+
较稳定
进入4位
E G
E A G
进入5位
A
• 二个共振式 • 推电子基未 起作用
不稳定 • 三个共振式 • 推电子基使 稳定
E
A
G
E
A
G
E
A
G
最稳定
(ii) a 位有吸电子基
E 4 5 3 E
E 进入3位
+
A A W
W
A
W
• 二个共振式 • 吸电子基使 不稳定
不稳定
E+ E
第十四章 杂环化合物(已修改)
7,没有固定名称的稠杂环命名(自学) ,没有固定名称的稠杂环命名(自学)
21
第二节 五元杂环化合物
Pentheterocycles
22
一,呋喃,噻吩,吡咯 呋喃,噻吩, ) (Furan, Thiophene and pyrrole)
(一) 结构
电子离域的结果使环上 各C原子的电子云密度增大 原子的电子云密度增大 ),这类杂环称 (6/5),这类杂环称"多π" ),这类杂环称" 芳杂环. 芳杂环.它们的亲电取代 比苯容易. 比苯容易.
H N 1H-吡咯 N 2H-吡咯 O O
2H-吡喃
4H-吡喃
15
4,若杂环不含有最多数目的非聚集双键, ,若杂环不含有最多数目的非聚集双键, 这样的饱和H称为"外加氢" 命名时, 这样的饱和 称为"外加氢".命名时, 称为 需标明外加氢的位置和数目, 需标明外加氢的位置和数目,全饱和的 可省略位置, 可省略位置,例:
5
本章着重讨论的杂环化合物, 本章着重讨论的杂环化合物,其环系较稳定并 具有一定程度的芳香性, 具有一定程度的芳香性,把它们统称为芳(香)杂环 其它不具有芳香性的杂环化合物, 化合物.其它不具有芳香性的杂环化合物,统称非 芳香杂环化合物(或称杂脂环化合物) 芳香杂环化合物(或称杂脂环化合物).
芳香性:平面环, 个电子, ※ 芳香性:平面环,4n+2个电子,难氧化 个电子 而易取代. 而易取代.
4
O
O
O
N H
O
杂环化合物种类繁多,数量庞大, 杂环化合物种类繁多,数量庞大,在自然界分 布极为广泛,大多数的生物碱为杂环化合物, 布极为广泛,大多数的生物碱为杂环化合物,植 物中的叶绿素,动物中的血红蛋白等,中心结构 物中的叶绿素,动物中的血红蛋白等, 都为杂环, 都为杂环,作为生命基础物质的核酸基本组成单 碱基也为杂环碱. 位—碱基也为杂环碱.在现代药物中,杂环化合 碱基也为杂环碱 在现代药物中, 物占了相当大的比重, 物占了相当大的比重,现在已成为一门独立的学 杂环有机化学. 科—杂环有机化学. 杂环有机化学
第十四章芳香杂环化合物
键长：
0.144 nm 0.1354 0.1371 0.1352 0.1455 nm 0.1371 0.1429 nm
O
0.1718
S
0.1383
N H
饱和化合物
C C O: 0.143 nm C: 0.154 nm C N: 0.147 nm C S: 0.182 nm
C=C: 0.134 nm
NH3 Cl
+
Cl+
N CH3 N
嘧啶环
C N H2 s
C CH3 CH2CH2OH
噻唑环
N
维 素 1 生 B
5
s
2
1
噻唑为无色有吡啶气味的液 体，b.p. 117oC, 与水混溶. 环上的 氮原子有碱性, 化学性质稳定，不 易发生亲电取代反应。
N CO 青霉素G中四元环内酰胺很不 HOOC 稳定，对酸、碱都很敏感，特 CH3 CH-NH-CO-CHC6H5 别容易被酸水解。口服后在胃 2 CH3 s 中水解，β内酰胺的四元环打 氢化噻唑环 开而失效，现口服青霉素就是 青 素 霉 G 将其中-CH2C6H5换为
吡啶又称氮杂苯。最初由干馏动物的骨骼得到，其衍生物 广泛存于自然界，例维生素PP、维生素B6。辅酶Ⅰ及辅酶Ⅱ 也含有吡啶环。工业上从煤焦油提取吡啶和甲基吡啶。一些 生物碱中常含有吡啶或氢化吡啶环。
CO2CH3
N N CH3 N N CH3
NCH3
OCOC6H5
烟碱
新烟碱
古柯碱(可卡因)
吡啶的重要衍生物有维生素、异烟肼（抗结核药物）等。
第十四章 芳香杂环化合物和维生素
Ａromatic ｈeterocycles and vitamin
第14章杂环化合物
43
5 12
S
NH2
5 43 61 2
N
CH3
Br
Br
' 43
5 12
Br ' N
Br
H
2-氨基噻吩 3-甲基吡啶 (氨基噻吩) (甲基吡啶)
2,3,4,5-四溴吡咯 (,,,-四溴吡咯)
2.环上有两个或两个以上相同的杂原子时，应 使杂原子位次之和最小，并将连有氢原子或取 代基的杂原子编号定为1。如环上有不同杂原子 时，按O、S、-NH-和-N=的顺序编号。
sp2杂化轨道上，伸向环平面外侧，未参与
共轭，可结合质子，因此吡啶具有弱碱性。
H
H
H
N
H
H
吡啶的分子轨道示意图
d+
d-
d-
d+ N
d+
d-
电子云的 交替极化
吡啶环上电子云密度的分布不平均，氮原 子上的电子云密度较大，碳原子的电子云 密度较低，尤其是氮原子邻位、对位的电 子云密度降低得比间位多，所以吡啶的亲 电取代反应比苯难，并且主要发生在间位 （即位）上。像吡啶这类环碳上的电 子云密度比苯低的芳杂环亦称为“缺” 芳杂环。吡啶是一个极性分子；氮原子的 诱导效应和共轭效应的方向一致。
3.尿酸(urate)：2，6，8-三氧嘌呤称为尿 酸
O HN ON
H
NH NO H
OH
N
N
HO N
N OH H
2，6，8-三氧嘌呤（酮型） 2,6,8-trioxypurine
2，6，8-三羟基嘌呤（烯醇型） 2,6,8-trihydroxypurine
第二节 维生素
维生素是维持人体正常代谢机能不可缺少的微 量有机化合物. 脂溶性维生素: 维生素A、D、K、E 水溶性维生素: B族 维生素，维生素C，维生 素P等
第十四章--芳香杂环化合物
Professor: Zhang Yan-Bing, E-mail: zhangyb@
噻唑及其衍生物
噻唑是无色有臭味的液体,沸点117℃,易与水 互溶,有弱碱性.它的一些衍生物在医药上极为 它的一些衍生物在医药上极为 重要,如维生素B 及青霉素都含有噻唑环. 重要,如维生素 1及青霉素都含有噻唑环.
有机化学
郑州大学化学系
Professor: Zhang Yan-Bing, E-mail: zhangyb@
第十四章 芳香杂环化合物
环状有机化合物中,组成环的原子除碳原子以外 还有其它元素的原子的化合物叫做杂环化合物 杂环化合物 其它元素的原子叫做杂原子 杂原子,常见的杂原子为为 杂原子 O,S,N等. , , 内酯,交酯,环状酸酐,内酰胺 内酯,交酯,环状酸酐,内酰胺等容易开环形成 开链化合物,性质也与开链化合物相似,通常这 些化合物不列入 不列入杂环化合物的范围. 不列入 杂环化合物指的是环系比较稳定,在结构上与芳 杂环化合物指的是环系比较稳定, 香环相似,具有闭合的共轭体系, 香环相似,具有闭合的共轭体系,同时具有不同 程度芳香性的环状化合物. 程度芳香性的环状化合物.这类环状化合物常称 为芳杂环.
S N CH3 CH3 COOH Cl N H3C N N NH2
维生素B1
RCONH O
CH3 CH2CH2OH
青霉素(基本结构)
Professor: Zhang Yan-Bing, E-mail: zhangyb@
咪唑及其衍生物
咪唑是无色固体,熔点88～89℃,易溶于水和乙 醇,不溶于石油醚,具有碱性. 咪唑环可发生互变异构现象 咪唑环可发生互变异构现象,4-甲基咪唑和5-甲 基咪唑就是两个互变异构体.如果咪唑氮上的氢 被其它原子或基团取代时,就不能发生这种互变 异构现象.
噻唑及其衍生物
噻唑是无色有臭味的液体,沸点117℃,易与水 互溶,有弱碱性.它的一些衍生物在医药上极为 它的一些衍生物在医药上极为 重要,如维生素B 及青霉素都含有噻唑环. 重要,如维生素 1及青霉素都含有噻唑环.
有机化学
郑州大学化学系
Professor: Zhang Yan-Bing, E-mail: zhangyb@
第十四章 芳香杂环化合物
环状有机化合物中,组成环的原子除碳原子以外 还有其它元素的原子的化合物叫做杂环化合物 杂环化合物 其它元素的原子叫做杂原子 杂原子,常见的杂原子为为 杂原子 O,S,N等. , , 内酯,交酯,环状酸酐,内酰胺 内酯,交酯,环状酸酐,内酰胺等容易开环形成 开链化合物,性质也与开链化合物相似,通常这 些化合物不列入 不列入杂环化合物的范围. 不列入 杂环化合物指的是环系比较稳定,在结构上与芳 杂环化合物指的是环系比较稳定, 香环相似,具有闭合的共轭体系, 香环相似,具有闭合的共轭体系,同时具有不同 程度芳香性的环状化合物. 程度芳香性的环状化合物.这类环状化合物常称 为芳杂环.
S N CH3 CH3 COOH Cl N H3C N N NH2
维生素B1
RCONH O
CH3 CH2CH2OH
青霉素(基本结构)
Professor: Zhang Yan-Bing, E-mail: zhangyb@
咪唑及其衍生物
咪唑是无色固体,熔点88～89℃,易溶于水和乙 醇,不溶于石油醚,具有碱性. 咪唑环可发生互变异构现象 咪唑环可发生互变异构现象,4-甲基咪唑和5-甲 基咪唑就是两个互变异构体.如果咪唑氮上的氢 被其它原子或基团取代时,就不能发生这种互变 异构现象.
医用化学14芳香杂环化合物
1
N
N
N
N
哒嗪
pyridazine
吡嗪
pyrazine
6
稠环
5 4 5 4 3 5 6 7 4 3
6
7 8
3
6
N
1
2
7
8 1
N2
喹啉
quinoline
6 1N 2
异喹啉
isoquinoline
7 9 8 7 8 6 5 口 9 1
吲哚
N H
1
2
indole
5
4
N N H
2
N
3
10
N
3 4
purine
N N
N N
N
3
2.据环的形式分
五元杂环 单环 六元杂环 杂环化合物 稠环 苯稠杂环
稠杂环
4
单环——五元杂环
4 5 3 4 2 5 3 4 2 5 3
N
2
口
O
1
S
1
N H
1
O
呋喃
furan
噻吩
thiophene
4 5 3
吡咯
pyrrole
N3 N H
1 2
恶唑
oxazole
4 5
N3 S
1
2
4 5
34
O N CH3 N
O HN H2N N N OH N O
S HN N
H N N
阿昔洛韦 （抗病毒药）
6-巯基嘌呤 （抗肿瘤药）
35
五元杂环
4 5 3 4 2 5 3 4 2 3 4
N3 S
1
4 5 1
N3 N H
2
第十四章 杂环化合物
异噁唑 isoxazole
(2) 含两个杂原子的五元单杂环
噻唑 thiazole
异噻唑 isothiazole
(2) 含两个杂原子的五元单杂环 Ø 母核确定后，编号从杂原子开始，选择杂原子顺 序为：
-O- > -S- > -NH- > -N=
Ø 同时使其他杂原子编号位次尽可能小; Ø 在此基础上，若有取代基，使其位次尽可能小。
吡啶-4-甲酸 2-甲基吡啶 2-methylpyridine pyridine-4-carboxylic acid γ-吡啶甲酸 γ-pyridinecarboxylic acid
(4) 含两个杂原子的六元单杂环
哒嗪 pyridazime
嘧啶 pyrimidine
吡嗪 pyrazine
(4) 含两个杂原子的六元单杂环 Ø 例：
N H
5、根据杂环中碳原子电子云密度： 富π电子杂芳环和缺π电子杂芳环 Ø 五元杂芳环富电子 Ø 六元含氮杂芳环缺电子
N
吡啶
O
呋喃
（二）杂环化合物的命名 命名原则： 按IUPAC命名原则规定，保留特定45个杂环化合物的 俗名和半俗名并作为命名的基础。以此原则为准，我 国多采用“音译法”，即按英文名称的读音，选用同 音口字旁的汉字（“口”字旁表示为杂环），对杂环 化合物进行命名。 注意：命名时需要记住母环名称，编号时不同的母环 有不同的编号方法。
Ø 具有生物活性的杂环骨架化合物：
一、杂环化合物的分类和命名 （一）杂环化合物的分类 1、根据环的大小： 五元杂环和六元杂环
N
吡啶
O
呋喃
2、根据环中所含杂原子种类：N、O、S
O
呋喃
N H
吡咯
第十四章芳香杂环化合物
(6) 吡啶的氧化和还原反应。 吡啶环对氧化剂较苯更为稳定。当环上连有烷基侧链时,侧链可被氧化 成羧酸,保留吡啶环。
吡啶较苯易被还原, 用金属钠和乙醇或催化加氢, 均可使吡啶还原成 六氢吡啶。
六氢吡啶又称哌啶(pKb=2.8), 是仲胺化合物, 碱性较吡啶强106倍。
二、吡啶衍生物
吡啶的衍生物在医药上有着重要的作用。 维生素PP ：包括β-吡啶甲酸(烟酸)和β-吡啶甲酰胺(烟酰胺),烟酸是白色
2-呋喃甲醛(糠醛) 3-吡啶甲酸(烟酸)
2-furaldehyde (furfural) 3-pyridine carboxylic acid (nicotinic acid)
7）含有“饱和原子”的杂环化合物的命名
在杂环化合物中，当杂环上含有一个“饱和”原子时，往往存在互变异 构体，为了区别异构体，在命名时要将“饱和”原子上的氢原子的位置
血红素是卟吩以共价键及配位键与亚铁原子所形成的配合物, 同时在吡咯 环的β-位置还有不同的取代基。血红素与蛋白质结合称为血红蛋白, 存在 于人和动物的红血细胞中, 是运输氧气的物质。
卟吩
血红素
二、咪唑的结构与功能
1、咪唑 吡咯3-位的CH被氮原子取代的化合物称为咪唑。
咪唑3-位的氮也是以sp2杂化轨道形成 σ -键； 但与1-位氮不同，不是 以一对p电子，而是以一个p电子参与环状共轭大π-键; 因此，大π键 中仍是六个π电子，符合Hückel规则，具有一定的芳香性。
用阿拉伯数字表示出来，并同大写斜体“H”一起写在词首，作为环系
名称的一部分；在编号尚有选择时，要给“饱和”原子以最低编号。
4H-吡喃 4H-pyrane
2H-吡喃 2H-pyrane
7H-嘌呤 7H-purine
第十四章 杂环化合物
COOH N N CONH2
族维生素之一，可用于防治糙皮病、口腔炎、 是 B 族维生素之一，可用于防治糙皮病、口腔炎、 血管硬化等。 血管硬化等。
2、异烟肼（Rimifon—雷米封） 、异烟肼（ 雷米封） 雷米封
CONHNH2
抗结核的首选药； 抗结核的首选药；长 时间服用需补充VitB6 时间服用需补充
N
N
O 吡啶N－ 吡啶 －氧化物
OCH3 CH3ONa N O CH3OH N O
NO2
NO2 N O HNO3 H2SO4 N O
Cl 3 l P C 3 CH
H
2
N NH2
/N i
N
还原 ：
H2 / Pt N
25℃ 0.3MPa ℃
六氢吡啶（哌啶）
N H
（三）吡啶的重要衍生物
1、烟酸和烟酰胺 、
Br2 / HAC N NH2 Br N NH2
20℃ ℃
3、亲核取代——主要发生在 位 、亲核取代 主要发生在α位 主要发生在 对离去性较差的负氢，需用强碱性的亲核试剂： 对离去性较差的负氢，需用强碱性的亲核试剂：
+ NaNH2
N NH3 N NH2
“齐齐巴宾” 齐齐巴宾” 反应
+
N
Li N
+ LiH
吡咯
Fe
卟吩 铁卟啉 蛋白质 （ 血红 素 ）
卟啉 血 红 蛋白
2、呋喃及其衍生物 、
R N O N O
O2N
O
CH＝R ＝
呋喃唑酮 痢特灵） （痢特灵）
治疗菌痢
R N O
N O O CH3 CH3
呋喃妥因
治疗泌尿道感染
R CHCNHCH O
族维生素之一，可用于防治糙皮病、口腔炎、 是 B 族维生素之一，可用于防治糙皮病、口腔炎、 血管硬化等。 血管硬化等。
2、异烟肼（Rimifon—雷米封） 、异烟肼（ 雷米封） 雷米封
CONHNH2
抗结核的首选药； 抗结核的首选药；长 时间服用需补充VitB6 时间服用需补充
N
N
O 吡啶N－ 吡啶 －氧化物
OCH3 CH3ONa N O CH3OH N O
NO2
NO2 N O HNO3 H2SO4 N O
Cl 3 l P C 3 CH
H
2
N NH2
/N i
N
还原 ：
H2 / Pt N
25℃ 0.3MPa ℃
六氢吡啶（哌啶）
N H
（三）吡啶的重要衍生物
1、烟酸和烟酰胺 、
Br2 / HAC N NH2 Br N NH2
20℃ ℃
3、亲核取代——主要发生在 位 、亲核取代 主要发生在α位 主要发生在 对离去性较差的负氢，需用强碱性的亲核试剂： 对离去性较差的负氢，需用强碱性的亲核试剂：
+ NaNH2
N NH3 N NH2
“齐齐巴宾” 齐齐巴宾” 反应
+
N
Li N
+ LiH
吡咯
Fe
卟吩 铁卟啉 蛋白质 （ 血红 素 ）
卟啉 血 红 蛋白
2、呋喃及其衍生物 、
R N O N O
O2N
O
CH＝R ＝
呋喃唑酮 痢特灵） （痢特灵）
治疗菌痢
R N O
N O O CH3 CH3
呋喃妥因
治疗泌尿道感染
R CHCNHCH O
医学生物化学第十四章芳香杂环化合物
（尿酸）烯醇式
磺胺类药物：
4
1
H2N
SO2NH2
磺胺
H2N
SO2NHR
H2N
SO2 N H
N
O CH3
对-氨基苯磺酰胺 磺胺甲基异噁唑（SMZ） 含有“饱和原子”的杂环化合物的命名
O
H N
5 2
1
N
2 3
4
四氢呋喃
2,5 – 二氢吡咯
3,4 – 二氢喹啉
N
KMnO4 溶 液
N
COOH
CH 3 KMnO 4溶 液
COOH
N
N
吡啶比苯易还原：
N
Na+C2H5OH
或H2 / Pt
N H
六 氢 吡 啶（仲 胺 ）
吡啶的衍生物 β- 吡啶甲酸 （烟酸）
N
COOH
N
CONH2 β-吡啶甲酰胺
（烟酰胺）
1N 2
（二） 嘧啶及其衍生物
NH2
4
3
N1 N3
O
4
3
N
OH N
5 4
4
N N H
5 6
3
COOH
H2N 2 N
3
Br
7
N1 H
2
4-嘧啶甲酸
2-氨基-6-羟基嘌呤
6-溴吲哚-3-甲酸
（三） 标氢（标记氢原子)
6 6 5 4
O
H
O
H H H
1
N
2
N N H
9
7 8
1
N
2
5 4
7
NH N
9 8
N
3
N
3
2H - 吡喃
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第十四章芳香杂环化合物
第一节杂环化合物的定义、分类和命名
第一节杂环化合物的分类和命名
一分类
二．命名
1．杂环化合物的命名比较复杂,目前我
国通常采用音译法。
1)按英文名词译音选用同音汉字加“口”字旁表示杂环名称.
2) 当杂环上有取代基时,先将取代基的名称放在杂环名的前面,并把其在主体环的位号写在取代基的名称前面,以表示取代基在主体环上的位置.
3)对于一些简单的稠杂环化合物,可直接采用音译法命名并有其固定的编号
喹啉 异喹啉
4)当环上只有一个杂原子时,有时以希腊字母α、β、γ编号,靠近杂原子的碳原子为α-位,其次为β-、γ-位
α-氯呋喃 β-乙基吡啶
第二节 芳香六元杂环
一、吡啶(pyridine)的结构和性质
1． 结构
2-甲基呋喃 3-乙基吡啶 4-丙基吡啶
N 1.43
0.84
1.01
0.87
吡啶中的五个C 和一个N 都以sp 2杂化轨道形成σ键,组成六元平面环状结构.C 的p 轨道和N 的p 轨道互相平行并侧面重叠,垂直于六元环平面,形成环状共轭体系.N 未共用电子对占据另外一个sp 2杂化轨道,不参与环的共轭体系,以孤电子对的形式存在.
2 性质
（1）具有一定的芳香性,但不及苯强原因：氮原子的电负性比碳原子大,环上的C 的电子云密度较苯低,氮原子附近电子云密度较大,电子云密度分布没有苯环均匀。
取代基主要进入氮原子的β位反应比苯难。
a.亲电取代反应
亲核取代
吡啶是缺电子芳杂环,不易发生亲电取代反应.在一定条件下有利于亲核试剂(如NH 2-、OH -、R -)的进攻而发生亲核取代反应,取代基主要进入电子云密度较低的α-位
NH 2
NaNH 2+N N
α-位有易离去基团时(Cl Br),较弱的亲核试剂(NH3 H2O)也能发生亲核取代反应
（2）具有碱性吡啶的碱性(pK b=8.8)比苯胺强,比氨和脂肪胺弱,与无机酸作用能形成盐。
(3)吡啶的氧化和还原反应
吡啶环对氧化剂较苯更为稳定.当环上连有烷基侧链时,侧链可被氧化成羧酸,保留吡啶环.
还原反应
吡啶较苯易被还原,用金属钠和乙醇或催化加氢,均可使吡啶还原成六氢吡啶。
六氢吡啶又称哌啶(pK b=2.8), 是仲胺化合物, 碱性较吡啶强106倍二．嘧啶及其衍生物
嘧啶(pyrimidine)是含有两个氮原子的六元杂环.具有弱碱性,亲电取代反应也较困难.
胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T) N N
+HC l
+
H
C l-
N
N
目前临床上使用的磺胺类抗菌药也有包含嘧啶环的
TMP(磺胺增效剂)5-FU(抗癌药物)第三节五元杂环化合物
一、吡咯、呋喃和噻吩的结构和性质
1.结构及特征
吡咯呋喃噻吩
由于吡咯(pyrrole) 呋喃(furan)和噻吩(thiazole)环中N、O、S的给电子共轭效应大于吸电子的诱导效应,电子离域的结果使杂原子上π电子云密度降低,碳原子上电子云密度升高.所以,碳原子上的芳香性—即,亲电取代反应较苯容易,取代基一般进入α-位但稳定性及芳香性比苯小，这是由于杂环上的π电子云密度不象苯那么均匀。
2. 吡咯的酸碱性
由于吡咯分子中氮原子上的未共用电子对参与了环的共轭，使N上的电子云密度降低, N-H键极性增加表现出弱酸性(pK a=17.5)。
吡咯在无水条件下可以与固体苛性钾共热成盐。
3 亲电取代反应
第四节相关知识
磺胺类药物
基本情况磺胺(sulfanilamide SN)是1935年世界上问世的第一个治疗全身性细菌感染的特效药;磺胺类药物(sulfa drug)的优点是抗菌谱较广,对链球菌和葡萄球菌等有很好的抑制作用.磺胺类药物的基本结构是对氨基苯磺酰胺,简称磺胺.
结构特征在磺胺的基本结构中，有两个重要基团，即磺酰胺基
(-SO2NH2，其中氮原子定为N1)和对氨基(-NH2，其中氮原子定为N4)，这两个基团必须处在苯环的对位才具有抑菌作用。
研究发现，当N1上的氢原子被其它基团取代后，将会使磺胺的抑菌作用不同程度地增强，而当N4上的氢原子被其它基团取代后，则会降低甚至丧失其抑制作用。