第十章 杂环化合物
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杂环和脂类化合物
O
对-氨基苯磺酰胺本身就有抑菌作用。当 N1上的 H 原 子被某些基团取代时，抗菌作用增强；若 N4 上的 H 被取
代，则抗菌能力降低甚至丧失。因为具有N4游离氨基的磺 胺与细菌繁殖所需的对氨基苯甲酸结构极为相似，使 酶难以识别而达到抑菌作用。
如 N4 上的取代基易在体内分解而恢复成 -NH2 时 ，则仍具有原来的抗菌作用。
软脂酸(16：0) CH3(CH2)14CO2H
硬脂酸(18：0) CH3(CH2)16CO2H
44 12C 62.9 16C 69.9 18C
花生酸(20：0) CH3(CH2)18CO2H
75.2 20C
脂类中重要的不饱和脂肪酸
名称
结构式
结构特点
油酸 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H
EPA CH3CH2(CH=CHCH2)5(CH2)2COOH 20C,5=
5,8,11,14,17—二十碳五烯酸 （20:5ω3,6,9,12,15)
DHA CH3CH2(CH=CHCH2)6CH2COOH
22C,6=
4,7,10,13,16,19—二十二碳六烯酸（22:6ω3,6,9,12,15,18)
杂环和脂类化合物
第十章 杂环化合物(Heterocyclic Compouds)
“杂环”就是组成环的原子除C外，还含有其它元素的原子 ，这些非碳原子统称为杂原子。原则上二价以上的元素都可以 成为杂原子，但最常见的是O、S和N。
前面学过的内酯、内酰胺、环氧化合物、环状酸酐等:
N-H
因其性质与相应的脂肪族化合物较相似，因此并 入脂肪族化合物中讨论，而不列为杂环化合物。
purine
第二节 五元杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯
有机化学基础知识点杂环化合物的合成与反应
有机化学基础知识点杂环化合物的合成与反应有机化学是研究含碳的化合物以及其反应机理的学科。
杂环化合物是其中一类重要的有机化合物，由多个不同的原子构成的环状结构赋予其特殊的性质和活性。
本文将重点介绍杂环化合物的合成与反应。
一、杂环化合物的合成1. 环状结构的直接合成直接合成是指通过无需过多中间步骤，直接将杂环结构形成的方法。
最常见的有两种：环内缩合与环外缩合。
环内缩合是通过分子内的反应实现环状结构的形成。
例如，可以通过两个官能团的内部反应，如酰胺和酰胺之间的内酰胺化反应，形成含有杂环结构的化合物。
环外缩合是通过分子间的反应实现环状结构的形成。
例如，可以通过偶氮化物和亲电试剂的反应，形成含有杂环结构的化合物。
2. 环状结构的间接合成间接合成是指通过多步反应，将不同的官能团转化为杂环结构。
这种方法更加灵活，可以根据具体需求选择不同的反应路径。
常见的方法有：(1) 拉曼反应：通过烷基金属物与芳香酮之间的反应，将芳香酮上的羰基还原成羟基，形成杂环结构。
(2) 脱水环化反应：通过脱水反应形成环状结构。
最常见的是使用酸催化剂将醇或酸上的羟基与相邻的官能团上的氢原子进行消除反应，形成杂环结构。
(3) 杂环化合物的可溶性和稳定性增大，可使用催化剂或光催化反应进行合成。
二、杂环化合物的反应1. 变性反应杂环化合物可以通过一系列的变性反应进行官能团的转换。
例如，通过酸催化或碱催化的酯水解反应，将酯转化为醇或酸；通过羟胺或胺与酸酐或酰氯的反应，形成酰胺或酰脲。
2. 变位反应变位反应是杂环化合物中常见的反应之一，通过杂环结构上的元素进行位置的变化。
例如，通过环内亲电试剂的攻击，实现环内碳-氧的位置变化，形成环内醇或环内醚。
3. 开环反应通过开环反应，可以将杂环化合物打开，形成更加简单的化合物。
其中最常见的是酸性水解和碱性水解反应，将杂环结构上的官能团裂解成独立的官能团。
综上所述，杂环化合物的合成与反应是有机化学中重要的研究领域。
有机化学-胺与杂环化合物
第十章：含氮有机化合物
前 言
胺和杂环化合物是两类极其重要的有机含氮化合物：
A：蛋白质的基础物质——氨基酸
B：治疗和控制精神病患者情绪的药物——胺的衍生物
C：储存和传递遗传信息、控制蛋白质合成功能的核酸
D：抗菌消炎的磺胺药物
第十四章：胺和杂环化合物
一、胺的分类和结构
第一节： 胺 类
第一节： 胺 类
四、胺的化学性质
碱性与成盐
B：成 盐：
由于胺具有碱性，不管是否易溶于水，均能定量 地与无机酸反应形成盐。
+ HCI
R — NH3CI
+
R — NH2
：
-
NaOH
R — NH2
：
利用胺的碱性与成盐的性质，可以分离、纯化胺与非碱性化合物的混合物。
NH3
..
H
H
H
112.9°
CH3NH2
..
H
CH3
H
N原子采用sp3不等性杂化成键
NH3 结 构
CH3—NH2 结 构
二、胺的命名
（1）烃基较简单，以胺为母体，烃基作为取代基
二乙胺
N，N-二甲基苯胺
对苯二胺
（2）复杂的胺以烃为母体，氨基作为取代基
2，4-二甲基-2-氨基-3-甲氨基戊烷
四、胺的化学性质
碱性与成盐
A：碱 性：
季铵碱 ＞ 脂肪胺 ＞ NH3 ＞ 芳香胺
H
H
N
H
H
：
R — NH2
+ H2O
R — NH3
+
+ OH—
：
p -π共轭体系的形成,使胺基上的N的电子云向苯环离域化,电子云的密度降低，接受H + 的能力下降 .碱性降低。
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。
第10章 其他类有机化合物简介
1 2
3 4
碳水化合物的结构和分类 单糖
低聚糖 多糖
有机化学
一、碳水化合物的结构和分类
1. 碳水化合物的结构
从化学结构上看，碳水化合物是多羟基醛、多羟基酮， 或者是能水解成多羟基醛或多羟基酮的化合物，即分子中含 有下列结构：
2. 碳水化合物的分类
碳水化合物一般根据它能否水解，以及水解后的产物可
分为三大类。 ①单糖 ②低聚糖
葡萄糖是醛糖，分子中含醛基，所以有醛基的化学性质，
易发生氧化反应和还原反应等。
有机化学
二、单糖
（3）葡萄糖的制法和用途 2. 果糖 （1）果糖的来源和结构
（2）果糖的性质和用途 果糖可用作食物、营养剂和防腐剂。它在人体内极 易转变为葡萄糖，在食品工业中也可作调味剂。
有机化学
三、低聚糖
1. 蔗糖
蔗糖是自然界中分布最广的二糖，它广泛存在于植 物的茎、叶、根、种子和果实内，其中以甘蔗和甜菜含 量最多，故称为蔗糖或甜菜糖。 2. 麦芽糖
纤维素是自然界中分布最广、含量最丰富的有机高分子
多糖类化合物。它们是构成植物细胞壁的主要成分，也是构 成植物基干的基础。
有机化学
第三节 高分子化合物
1 2
3 4
概述 高分子化合物的结构和特性
高分子化合物的合成 合成高分子材料
有机化学
一、概述
1. 高分子化合物的含义 高分子化合物实际上是由许多链节结构相同而聚合度不同
有机化学
四、合成高分子材料
高分子合成材料主要指塑料、合成纤维、合成橡胶三大合
成材料及涂料、黏合剂、离子交换树脂等。这些新型的合成材
料，一般具有密度小、强度高、弹性好，可塑性、绝缘性和耐 腐性好等特点，是一般天然材料所没有的，所以在工业、农业 、航空、医疗卫生以及人民日常生活等方面都有广泛的应用。 1. 塑料 以合成的或天然的高分子化合物为基本成分，在加工过程 中可塑制成型，而产品最后能保持形状不变的材料。多数塑料
3 4
碳水化合物的结构和分类 单糖
低聚糖 多糖
有机化学
一、碳水化合物的结构和分类
1. 碳水化合物的结构
从化学结构上看，碳水化合物是多羟基醛、多羟基酮， 或者是能水解成多羟基醛或多羟基酮的化合物，即分子中含 有下列结构：
2. 碳水化合物的分类
碳水化合物一般根据它能否水解，以及水解后的产物可
分为三大类。 ①单糖 ②低聚糖
葡萄糖是醛糖，分子中含醛基，所以有醛基的化学性质，
易发生氧化反应和还原反应等。
有机化学
二、单糖
（3）葡萄糖的制法和用途 2. 果糖 （1）果糖的来源和结构
（2）果糖的性质和用途 果糖可用作食物、营养剂和防腐剂。它在人体内极 易转变为葡萄糖，在食品工业中也可作调味剂。
有机化学
三、低聚糖
1. 蔗糖
蔗糖是自然界中分布最广的二糖，它广泛存在于植 物的茎、叶、根、种子和果实内，其中以甘蔗和甜菜含 量最多，故称为蔗糖或甜菜糖。 2. 麦芽糖
纤维素是自然界中分布最广、含量最丰富的有机高分子
多糖类化合物。它们是构成植物细胞壁的主要成分，也是构 成植物基干的基础。
有机化学
第三节 高分子化合物
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3 4
概述 高分子化合物的结构和特性
高分子化合物的合成 合成高分子材料
有机化学
一、概述
1. 高分子化合物的含义 高分子化合物实际上是由许多链节结构相同而聚合度不同
有机化学
四、合成高分子材料
高分子合成材料主要指塑料、合成纤维、合成橡胶三大合
成材料及涂料、黏合剂、离子交换树脂等。这些新型的合成材
料，一般具有密度小、强度高、弹性好，可塑性、绝缘性和耐 腐性好等特点，是一般天然材料所没有的，所以在工业、农业 、航空、医疗卫生以及人民日常生活等方面都有广泛的应用。 1. 塑料 以合成的或天然的高分子化合物为基本成分，在加工过程 中可塑制成型，而产品最后能保持形状不变的材料。多数塑料
电子教案与课件：有机化学B幻灯片 第十章杂环化合物
• 1. 萃取 • 将滤纸做成与提取器大小相适应的套袋。称取10g茶
叶，略加粉碎，装入纸袋中，上下端封好，装入脂肪 提取器中（装置如图10-1），圆底烧瓶中加入60ml氯 仿，几粒沸石，用水浴加热，连续提取8～10次（提 取时，溶剂蒸汽从导气管上升到冷凝管中，被冷凝成 液体后，滴入提取器中，萃取出茶叶中的可溶物，此 时溶液呈深草青色，当液面上升到与虹吸管一样高时 ，提取液就从虹吸管流入烧瓶中，这为一次虹吸）。 茶叶每次都能被纯粹的溶剂所萃取，使茶叶中的可溶 物质富集于烧瓶中。待提取器中的溶剂基本上呈无色 或微呈青绿色时（一般8～10次），可以停止提取， 但必须待提取器中的提取液刚刚虹吸下去后，方可停 止加热。
• 含结晶水的咖啡因系无色针状结晶，味苦，能溶于水 、乙醇、氯仿等。在100℃时即失去结晶水，并开始升 华，120℃时升华相当显著，至178℃时升华很快。无 水咖啡因的熔点为234.5℃。
H
N
N
N
N
嘌呤
O H3C N
CH3 N
O
N
N
CH3 咖啡因
升华
• 升华是纯化固体有机物的方法之一。
• 某些物质在固态时有相当高的蒸气压，当加热 时不经进液态而直接气化，蒸气遇次则凝结成 固体，这个过程叫做升华。
• 2. 茶叶袋的上下端也要包严，防止茶叶沫漏出，堵 塞虹吸管
• 3. 升华一步，一定要小火加热，慢慢升温，最好是 酒精灯的火焰尖刚好接触石棉网，徐徐加热10－15分 钟。如果火焰太大，加热太快，滤纸和咖啡因都会炭 化变黑；如果火焰太小，升温太慢，会浪费时间，在 部分咖啡因还没有升华，影响收率
【实验步骤】
• 伍德沃德1917年4月10日生于美国马萨诸塞州的波士顿 。从小喜读书，善思考，学习成绩优异。1933年夏，只 有16岁的伍德沃德就以优异的成绩，考入美国的著名大 学麻省理工学院。在全班学生中，他是年龄最小的一个 ，素有“神童”之称，学校为了培养他，为他一人单独 安排了许多课程。他聪颖过人，只用了3年时间就学完 了大学的全部课程，并以出色的成绩获得了学士学位。 伍德沃德获学士学位后，直接攻取博士学位，只用了一 年的时间，学完了博士生的所有课程，通过论文答辩获 博士学位。
叶，略加粉碎，装入纸袋中，上下端封好，装入脂肪 提取器中（装置如图10-1），圆底烧瓶中加入60ml氯 仿，几粒沸石，用水浴加热，连续提取8～10次（提 取时，溶剂蒸汽从导气管上升到冷凝管中，被冷凝成 液体后，滴入提取器中，萃取出茶叶中的可溶物，此 时溶液呈深草青色，当液面上升到与虹吸管一样高时 ，提取液就从虹吸管流入烧瓶中，这为一次虹吸）。 茶叶每次都能被纯粹的溶剂所萃取，使茶叶中的可溶 物质富集于烧瓶中。待提取器中的溶剂基本上呈无色 或微呈青绿色时（一般8～10次），可以停止提取， 但必须待提取器中的提取液刚刚虹吸下去后，方可停 止加热。
• 含结晶水的咖啡因系无色针状结晶，味苦，能溶于水 、乙醇、氯仿等。在100℃时即失去结晶水，并开始升 华，120℃时升华相当显著，至178℃时升华很快。无 水咖啡因的熔点为234.5℃。
H
N
N
N
N
嘌呤
O H3C N
CH3 N
O
N
N
CH3 咖啡因
升华
• 升华是纯化固体有机物的方法之一。
• 某些物质在固态时有相当高的蒸气压，当加热 时不经进液态而直接气化，蒸气遇次则凝结成 固体，这个过程叫做升华。
• 2. 茶叶袋的上下端也要包严，防止茶叶沫漏出，堵 塞虹吸管
• 3. 升华一步，一定要小火加热，慢慢升温，最好是 酒精灯的火焰尖刚好接触石棉网，徐徐加热10－15分 钟。如果火焰太大，加热太快，滤纸和咖啡因都会炭 化变黑；如果火焰太小，升温太慢，会浪费时间，在 部分咖啡因还没有升华，影响收率
【实验步骤】
• 伍德沃德1917年4月10日生于美国马萨诸塞州的波士顿 。从小喜读书，善思考，学习成绩优异。1933年夏，只 有16岁的伍德沃德就以优异的成绩，考入美国的著名大 学麻省理工学院。在全班学生中，他是年龄最小的一个 ，素有“神童”之称，学校为了培养他，为他一人单独 安排了许多课程。他聪颖过人，只用了3年时间就学完 了大学的全部课程，并以出色的成绩获得了学士学位。 伍德沃德获学士学位后，直接攻取博士学位，只用了一 年的时间，学完了博士生的所有课程，通过论文答辩获 博士学位。
杂环化合物PPT课件
.
8
二、六员杂环的结构
1.吡啶的结构 吡啶的构造式可表示为:
或
N
N
• 吡啶环上的C与 N原子均为sp2
杂化, 各提供一个 p-电子, 共有6
个(4n+2) p电子相互重叠, 形成 环状封 闭的共轭体系, 具有芳
NN H
香性. N原子sp2杂化轨道有未成
键电子对，可与质子结合, 具有
碱性.
• sp2-N吸电子能力较sp2- C强, 故吡啶为缺电子体系.
Br2, 0℃
O Br O O
C l2
+
O -40℃ O C l C l O C l
80%
吡咯卤化常得四卤化物，唯有2－氯吡咯可直接卤化制
得。
Br
Байду номын сангаасBr
Br N Br H
Br2, 0℃
SOCl2 (1 mol)
EtOH
N
H
Et2O, 0℃
N Cl H 80%
.
12
(2) 硝化
呋喃、噻吩和吡咯通常用较温和的硝化试剂－硝酸乙酰 酯在低温下进行反应；
§12-1 杂环化合物的简介
在环上含有杂原子(非碳原子)的有机物称为杂环化合物。
一、 脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。
三元杂环
O
(环氧乙烷)
H
N (氮杂环丙烷)
四元杂环
O
(β-丙内酯)
O O
O
(β-丙内酰胺)
NH
五元杂环
O (顺丁烯二酸酐)
O
七元杂环
(氧杂 )
O
(1H-氮杂 )
N H
.
1
OO
O
杂环化合物总结
NO2
N
SO3H Br
Br2 H2SO4
+
N
N
Br
KNH2 NH3a, EtOH
N
H
S
S
Na, EtOH
+
S
S
Zn, HAc
N
H2, Ni
H
4. 吡咯的酸碱性
+
N
N
H2, Ni 200oC
N
H
H
H
RMgX
CH3I
N
RH
N
MgXI
N
H
MgX
CH3
KOH,
(1)CO2
(2)H2O
N COOH
N
CO2
K
H O
N H
C OK H3O
N COOH H
C6H5COCl
N O C C6H5
5. 鉴别 呋喃蒸汽遇到被盐酸浸湿过的松木片时，即呈现绿色
噻吩在浓硫酸的存在下，与靛红一同加热显示蓝色
吡咯的蒸汽或其醇溶液，能使进过浓盐酸的松木片变成红色
1. 碱性 (CH3)3N>吡啶>苯胺>吡咯
CH3
+ CH3I
N
280 290oC
+
NI CH3
N CH3 HI
N HI
2. 对氧化作用稳定，氧化侧链
CH2CH3 O
COOH
六
N
N
元 杂
3. 亲电取代，在位，不发生酰基化，烷基化反应
环
Br
化
Br2
合 物
N
N SO3H
H2SO4
N
N
NO2
H2SO4 HNO3 N
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。
泳衣品牌
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。
第十章杂环化合物
O
O O
O
H
H
H
H
O OH2
O HO
H O
O
OO
催化加氢：
H2, Ni
O
O THF
四氢呋喃（THF），bp 67℃ ，性质与乙醚相似， 是重要的化学溶剂。
2、糠醛
糠醛的化学性质与苯甲醛相似。可以发生交叉 羟醛缩合反应、Cannizzaro反应、Perkin反应。
dil.NaOH
O
CHO CH3CHO
mp26℃，bp 243℃。难溶于水，易溶于有机溶剂。
N
喹啉
N
异喹啉
来源： 煤焦油和骨油。
制备： Skraup合成法
CH2OH CHOH CH2OH
H2SO4 2H2O
CHO CH C6H5NH2
CH2
C6H5NO2
N
H2SO4
H2O
N H
H C O CH2
CH2 NH
H HO C
CH CH2 NH
五元杂环化合物亲电取代活性顺序： 吡咯>呋喃>噻吩>苯
三、六元杂环化合物的性质
六元杂环化合物发生亲电取代反应主要在β-位。 可以从反应中间体的稳定性给予说明。
α位
E
N
β位
H NE
H E
N
H N
E
H NE
H 不稳定共H振结 构式
E
E
N
N
1、吡啶
吡啶有特殊臭味的无
色液体，bp 115℃，可与
N
水、乙醇、乙醚等混溶。
N
PCl3
NO2 N
HNO3
N
H2SO4
O
NO2
N O
O O
O
H
H
H
H
O OH2
O HO
H O
O
OO
催化加氢：
H2, Ni
O
O THF
四氢呋喃（THF），bp 67℃ ，性质与乙醚相似， 是重要的化学溶剂。
2、糠醛
糠醛的化学性质与苯甲醛相似。可以发生交叉 羟醛缩合反应、Cannizzaro反应、Perkin反应。
dil.NaOH
O
CHO CH3CHO
mp26℃，bp 243℃。难溶于水，易溶于有机溶剂。
N
喹啉
N
异喹啉
来源： 煤焦油和骨油。
制备： Skraup合成法
CH2OH CHOH CH2OH
H2SO4 2H2O
CHO CH C6H5NH2
CH2
C6H5NO2
N
H2SO4
H2O
N H
H C O CH2
CH2 NH
H HO C
CH CH2 NH
五元杂环化合物亲电取代活性顺序： 吡咯>呋喃>噻吩>苯
三、六元杂环化合物的性质
六元杂环化合物发生亲电取代反应主要在β-位。 可以从反应中间体的稳定性给予说明。
α位
E
N
β位
H NE
H E
N
H N
E
H NE
H 不稳定共H振结 构式
E
E
N
N
1、吡啶
吡啶有特殊臭味的无
色液体，bp 115℃，可与
N
水、乙醇、乙醚等混溶。
N
PCl3
NO2 N
HNO3
N
H2SO4
O
NO2
N O
第十章 胺及杂环化合物
胺 amines
胺可以看作氨 (NH3) 的烃基衍生物，是生物界 最丰富的一类化合物
Viagra ®
(普鲁卡因)
胺对有机化学家来说同样是重要的一类化合物
10.1.1 胺的分类和命名
胺的分类
氨 (NH3，ammonia) 的一个或多个氢被烃基取 代所得到的化合物称为胺 (amine)
(氨)
(吗啡)
(阿托品)
大多数生物碱都是 氨基酸的代谢产物
大多数生物碱都具有显著的生物活性
(抗痉挛药)
Atroperum
(颠茄)
(罂粟)
Cinchona ledgeriana
(金鸡纳树)
(抗疟疾药)
Lycoris radiata
(石蒜)
(抗重症肌无力药)
脂肪胺 叔胺 ＞ 仲胺 ＞ 伯胺 ＞ NH3 ＞ 苯胺 酰胺
溶剂化效应
溶剂与溶解于其中的分子 或离子之间的相互作用称 为溶剂化效应
氢键
R
+
N
H H H
:OH2 :OH2 :OH2
--- 共轭酸 (铵正离子) 的稳定性
伯胺 ＞ 仲胺 ＞ 叔胺
空间效应
氮原子上连接的烃基对氮原子上孤对电子的屏蔽作用 烃基的数目越多或体积增大，胺的碱性降低
碱性
氮原子上的孤对电子 没有参与大 p 键的形 成，有一定的自由度
吡啶的碱性弱于氨/胺 (sp3)，这是因为sp2杂化 轨道上s成分较多，距核较近，因而该氮原子 孤对电子受核束缚较强 吡啶碱性强于苯胺
吡啶的反应
• 亲电取代反应
活性比苯低，较难反应
取代基多进入b位 (3位)
• 还原反应 (比苯易还原)
NH2
CH3CH2NH2
杂环化合物-全
• • • 芳香性 共轭二烯性质 不饱和性
H C H CH C CH A H H
N H
O
A
• 杂原子的性质 • 杂原子对环的影响
S
含一个杂原子的五元单杂环
吡咯、呋喃、噻吩的一般性质 1. 亲电取代反应
Π56共轭体系，因此亲电取代反应速率比要苯快得多 亲电取代反应发生的位置： α-位 取代位置
E
E+ +
稠杂环 有固定的编号顺序，通常从一端开始依次编号 嘌呤除外 共用C一般不编号 杂原子尽可能取小编号，并遵守杂原子的优先顺序
4 5 6 7 N1 H 3 2
5 6 7 8
4 3 N 1 2
6 7
5
4 3 N2
6 1N 2
5
7 NH 8
8
1
N 4 N 9 3
吲哚(indol)
喹啉(quinoline)
异喹啉(isoquinoline)
引言 已经学过的杂环化合物
这些化合物的性质与相应的脂肪族化合物相近。
本章介绍的是具有不同程度芳香性的杂环化合物 ----芳杂化合物
主要学习内容
1. 含一个杂原子的五元芳杂化合物 （吡咯、呋喃、噻酚） 2. 含一个杂原子的六元芳杂化合物 （吡啶） 3. 含一个杂原子的双环芳杂化合物 （吲哚、喹啉、异喹啉）
基础： 按照IUPAC（1979）保留45个杂环的俗名与半俗名 我国多采用“音译法” 特定杂环的命名规则
单杂环 从杂原子开始顺着环编号；环上只有一个杂原子时，有时也把 靠近杂原子的位置叫α位，其次为β位，再次为γ位 五元单杂环 六元单杂环
4 5
O 1
3β
4
S 1
3β 2α
4 5 1N H
H C H CH C CH A H H
N H
O
A
• 杂原子的性质 • 杂原子对环的影响
S
含一个杂原子的五元单杂环
吡咯、呋喃、噻吩的一般性质 1. 亲电取代反应
Π56共轭体系，因此亲电取代反应速率比要苯快得多 亲电取代反应发生的位置： α-位 取代位置
E
E+ +
稠杂环 有固定的编号顺序，通常从一端开始依次编号 嘌呤除外 共用C一般不编号 杂原子尽可能取小编号，并遵守杂原子的优先顺序
4 5 6 7 N1 H 3 2
5 6 7 8
4 3 N 1 2
6 7
5
4 3 N2
6 1N 2
5
7 NH 8
8
1
N 4 N 9 3
吲哚(indol)
喹啉(quinoline)
异喹啉(isoquinoline)
引言 已经学过的杂环化合物
这些化合物的性质与相应的脂肪族化合物相近。
本章介绍的是具有不同程度芳香性的杂环化合物 ----芳杂化合物
主要学习内容
1. 含一个杂原子的五元芳杂化合物 （吡咯、呋喃、噻酚） 2. 含一个杂原子的六元芳杂化合物 （吡啶） 3. 含一个杂原子的双环芳杂化合物 （吲哚、喹啉、异喹啉）
基础： 按照IUPAC（1979）保留45个杂环的俗名与半俗名 我国多采用“音译法” 特定杂环的命名规则
单杂环 从杂原子开始顺着环编号；环上只有一个杂原子时，有时也把 靠近杂原子的位置叫α位，其次为β位，再次为γ位 五元单杂环 六元单杂环
4 5
O 1
3β
4
S 1
3β 2α
4 5 1N H
有机化学杂环化合物
+ (C5H8O4)n
H2O
稀 H2SO4 加热
n C5H10O5 戊醛糖
HO CH CH OH H CH CH CHO OH OH
稀 H2SO4 －3 H2O
O CHO 糠醛
显色反应
下面的显色反应可用来定性检验糠醛：
NH2
+2
O CHO 糠醛
CH3COOH
- H2O
CHCHC OH来自NH CHCH N
..
.
.
. .. N . 未共用电子对占据
sp2杂化轨道，与
环共平面，不能参
与环系的共轭
吡啶的结构
吡啶和吡咯的结构比较
孤对电子在 p轨道上
孤对电子在sp2 杂化轨道上
17.2.2 呋喃、噻吩和吡咯和吡啶的性质
呋喃是无色液体，沸点32℃，具有类似氯仿的气 味，微溶于水，易溶于乙醇、 乙醚等有机溶剂。呋喃 能使盐酸浸过的松木片显绿色,此现象可检验呋喃的存 在。
物的英文读音，选用同音汉字，并以“口”字旁 表示杂环化合物。
O
S
N
H
呋喃 噻吩 吡咯 Furan thiophene pyrrole
N
吡啶 pyridine
N
N 喹啉 puinoline
S
噻唑 thiazole N
N H
咪唑 imidazole
N
吲哚 indole
环上有取代基的杂环化合物，命名时以杂环为
+ KOH (固 体)
N H
+ H2O
N K
吡啶环上的氮原子的一对未共用电子对处于 sp2杂化轨道上，它并不参与环上的共轭体系，因 此能与质子结合，具有弱碱性。
杂环化合物的分类和命名
第一节：杂环化合物旳分类和命名 一、分类：
１.按杂环旳大小分
五元杂环：
O －CHO
呋喃甲醛
六元杂环：
N
S
吡啶
S
噻吩
N N
哒嗪
1
2.按杂原子旳不同分 氧杂环： O
呋喃
硫杂环：
S 噻吩
氮杂环：
N 吡咯
O －COOH H3C－ O －CH3
呋喃甲酸
α，α‘－二甲基呋喃
N
吡啶
2
3.按分子内所含环旳数目分：
②吡啶同系物氧化时总是侧链先氧化而芳杂环不破 坏
－CH3 KMnO4，OH-
N
△
－COOH N
还原：
H2，Pt
或C2H5OH+Na N
N
28
二、喹啉和异喹啉：
存在：存在于煤焦油或骨焦油中
１.制备——斯克洛浦合成法：
－ －
－ － － － －
CH2－CH－CH2 OH OH OH
浓H2SO4 －3H2O
10
１.制备
⑴工业制法：将糠醛和H2O气，经过加热至400~415℃旳催化剂 （ZnO-Cr2O3-MnO2)脱羰基
+
O －CHO
H2O
400~415℃ 催化剂
O
+ CO2 + H2
⑵试验室制法：糠酸在Cu催化下，在喹啉介质中，加热脱酸
O －COOH
Cu，喹啉 △
+ CO2
O
返回11
2.呋喃旳化学性质： ⑴亲电取代
－－－ －－ －
HH HO－C C－OH
H－C－H C－H OH OH CHO
O －CHO
返回14
１.按杂环旳大小分
五元杂环：
O －CHO
呋喃甲醛
六元杂环：
N
S
吡啶
S
噻吩
N N
哒嗪
1
2.按杂原子旳不同分 氧杂环： O
呋喃
硫杂环：
S 噻吩
氮杂环：
N 吡咯
O －COOH H3C－ O －CH3
呋喃甲酸
α，α‘－二甲基呋喃
N
吡啶
2
3.按分子内所含环旳数目分：
②吡啶同系物氧化时总是侧链先氧化而芳杂环不破 坏
－CH3 KMnO4，OH-
N
△
－COOH N
还原：
H2，Pt
或C2H5OH+Na N
N
28
二、喹啉和异喹啉：
存在：存在于煤焦油或骨焦油中
１.制备——斯克洛浦合成法：
－ －
－ － － － －
CH2－CH－CH2 OH OH OH
浓H2SO4 －3H2O
10
１.制备
⑴工业制法：将糠醛和H2O气，经过加热至400~415℃旳催化剂 （ZnO-Cr2O3-MnO2)脱羰基
+
O －CHO
H2O
400~415℃ 催化剂
O
+ CO2 + H2
⑵试验室制法：糠酸在Cu催化下，在喹啉介质中，加热脱酸
O －COOH
Cu，喹啉 △
+ CO2
O
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2.呋喃旳化学性质： ⑴亲电取代
－－－ －－ －
HH HO－C C－OH
H－C－H C－H OH OH CHO
O －CHO
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10-3 简单的稠环芳烃
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10–3 §10 3简单的稠环芳烃
60℃,H2SO4
第十章 环烃和杂环化合物
SO3H (>95%)
165℃
165℃,H2SO4
SO3H
(85%)
α-萘磺酸易生成,但β-萘磺酸比前者稳定,磺化反 应可逆的特点使萘的磺化反应在化工生产中,有着重要的 应用。 知识窗 稠环芳烃中，有许多具有致癌性。如3,4-苯并芘， 5,10-二甲基-1,2-苯并蒽，1,2,5,6-二苯并蒽等。
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10–3 §10 3简单的稠环芳烃
二、稠环芳烃的结构
第十章 环烃和杂环化合物
萘的分子式为C 分子结构如图所示。 萘的分子式为C10H8。分子结构如图所示。
0.1424nm 0.1365nm 0.1404nm 0.1393nm
图10-4 萘分子的模型及键长
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10–3 §10 3简单的稠环芳烃
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10–3 §10 3简单的稠环芳烃
第十章 环烃和杂环化合物
其中的1、4、5、8位是等同的，称为α位；2、3、6、7 位也是等同的，称为β位。一元取代萘有两种不同的异构体： α─取代萘和β—取代萘。如：
Br
Br
1－溴萘 （α─溴萘）
2－溴萘 （β─溴萘）
知识窗
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10–3 §10 3简单的稠环芳烃
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H H H H H H H H H H
知识窗
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10–3 §10 3简单的稠环芳烃
三、稠环芳烃的性质
杂环化合物
杂环化合物杂环化合物是由碳原子和非碳原子共同组成环状骨架结构的一类化合物。
这些非碳原子统称为杂原子，常见的杂原子为氮、氧、硫等。
前面已经学过的内酯、内酰胺、环醚等化合物都是杂环化合物，但是这些化合物的性质与同类的开链化合物类似，因此都并入相应的章节中讨论。
本章将主要讨论的是环系比较稳定、具有一定程度芳香性的杂环化合物，即芳杂环化合物。
杂环化合物的种类繁多，数量庞大，在自然界分布极为广泛，许多天然杂环化合物在动、植物体内起着重要的生理作用。
例如：植物中的叶绿素、动物血液中的血红素、中草药中的有效成分生物碱及部分苷类、部分抗生素和维生素、组成蛋白质的某些氨基酸和核苷酸的碱基等都含有杂环的结构。
在现有的药物中，含杂环结构的约占半数。
因此，杂环化合物在有机化合物（尤其是有机药物）中占有重要地位。
第一节分类和命名一、杂环化合物的分类芳杂环化合物可以按照环的大小分为五元杂环和六元杂环两大类；也可按杂原子的数目分为含一个、两个和多个杂原子的杂环，还可以按环的多少分为单杂环和稠杂环等。
见表14-1。
表14-1有特定名称的杂环的分类、名称和标位类别含一个杂原子的五元杂环含两个杂原子的五元杂环β432杂环母环β51βαα54132βααβ5β4132αNHαOS吡咯呋喃噻吩PyrroleFuranThiopheneβ432Nαβ51βα5413Nβ2βαα5413Nβ2βαα5β4132βα5413Nβ2αNααNHNHOOS吡唑咪唑噁唑异噁唑噻唑PyrazoleImidazoleO某azoleIo某azoleThiazole14-1五元稠杂环含一个杂原子的六元杂环含两个杂原子的六元杂环六元稠杂环4535214352164356278943N1767NH67ONHNH21吲哚苯并呋喃苯并咪唑咔唑IndoleBenzofuranBenzimdazoleCarbazoleγ456132γβα564312γβα4 56132βαNOO吡啶2H-吡喃4H-吡喃Pyridine2H-Pyran4H-Pyran45634563NN456312N12NN12N哒嗪嘧啶吡嗪PyridazinePyrimidinePyrazineN67658413267584132658413N212NN357N8N N7NN4N9H喹啉异喹啉喋啶嘌呤QuinolineIoquinolinePteridinePurine1251087376899N10514239876HN10 5123N46NS4吖啶吩嗪吩噻嗪AcridinePhenazinePhenothiazine二、杂环化合物的命名（一）有特定名称的稠杂环14-2杂环化合物的命名比较复杂。
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天然产物化学是研究动物、植物、昆虫、海洋 生物及微生物等天然产物化学成分的学科，它 甚至包括人与动物体内许多内源性成分的化学 研究。值得一提的是，中国有丰富的中医药宝 库，其中不乏有独特生物活性的产物，以此作 为探针研究它们在生命过程中的作用机制也正 是中国化学家得天独厚、大有作为的领域。
exit
HO
O
O
四氢呋喃
N H 四氢吡咯
O
δ-戊内酯
本章主要讨论具有芳香性的杂环化合物，
这类化合物属于芳香族。 芳香烃 芳香族
苯系芳烃 非苯系芳烃
杂环化合物
§12-1 杂环化合物的分类、命名和结构
一、分类（p311）
五元环
单环
O
六元环 稠环
N N N H N
N
N
二、命名（p312） 1.环的名称 杂环化合物多采用音译命名法，即将其 英文名称译成同音汉字，并用“口”字旁作为 杂环的标志。重要的杂环化合物结构和音译名 列举如下：
三个五元杂环化合物在水中的溶解度均 小于吡啶，这是因为它们的孤电子对参与了 共轭，杂原子的电子密度降低。 二、化学性质（p319） 1.亲电取代反应 (1)卤代
吡咯活性最大，往往形成四取代物。
Br
Br2
Br N H Br
I N H I
乙醇，0℃
Br
N H
I2 NaOH
I I
O
S
Br2 二氧六环, 0℃
O OH OH OH
HO化合物的分类、命名和结构 一、分类 二、命名 三、杂环化合物的结构 §12-2 杂环化合物的性质 一、物理性质 二、化学性质 §12-3 重要杂环化合物
第十二章
杂环化合物
Heterocyclic compound and Alkaloid
杂环化合物：在环状化合物成环的原子中， 除了碳原子外，还有其它杂原子（ O ， N ， S 等）。 前几章讨论过的环醚，内酯，交酯，内酐 等，成环的原子中也有杂原子，但这些化合物 的性质与相应的开链化合物类似，属于脂杂环 化合物。例如：
N H
4-甲基-2-吡啶甲酸
3-吲哚乙酸
三、杂环化合物的结构（p313）
H H H O H
2P2
呋喃 O：sp2
H H H S H
3P2
噻吩 S：sp2
H H H N H H
2P2
吡咯 N：sp2
1.结构与芳香性 (1)五元杂环化合物 以上三种五元杂环化 合物的结构均符合休克尔规则，都有一定程度 的芳香性。
3.命名 类似于芳香烃 (1)以杂环为母体
N3 CH3 N H
5-甲基咪唑
1
H3C
O
CH3
N CH3
1-甲基吡咯
2,5-二甲基呋喃
CH3 HOCH2CH2 S
1
N3
4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑
(2)以杂环为取代基
O
CH3
CHO
O2N
O
CHO
2-呋喃甲醛
5-硝基-2-呋喃甲醛
CH2COOH
N
COOH
O
呋喃 (furan)
S
噻吩 (thiophene)
N H
吡咯 (pyrrole)
N3 N H
1
N3
咪唑 (imidazole)
S
1
噻唑 (thiazole)
N3
N
吡啶 (pyridine)
N
1
O
-吡喃 ( - pyran)
嘧啶 (pyrimidine)
4 5 6 7 3
1
6
N
3
5
N
7 8
H H H H
H N
2P1
吡啶 N：sp2
2.结构与性质 在五元杂环化合物中，由于杂原子2p轨道 上的孤电子对与 4 个碳原子的 2p 轨道形成共轭 体系，电子离域的结果使环上碳原子周围 电 子密度增加，大大超过苯环。 同时， 杂原子的 +C 效应又使共轭体系内 部两个 位（杂原子的邻位）的电子密度高于 两个 位（杂原子的间位），因而亲电取代反 应优先发生在两个位。
4 5
3
2 7
1
O O
O
6 8
O
3.氧化反应 五元杂环＞苯＞吡啶 五元杂环尤其是呋喃和吡咯对氧化剂十分敏 感，例如吡咯在空气中放置，颜色很快变深。 而吡啶只能发生侧链的氧化反应，例如：
CH3 N
KMnO 4 H+,
COOH N
COOH COOH
KMnO 4
N
H+,
N
4.含氮杂环化合物的酸碱性 碱性次序： 脂肪族胺＞氨＞吡啶＞芳香族胺＞吡咯。例：
但由于环上存在电负性较大的杂原子，所 以与苯不同，共轭体系中各原子电子密度不是 平均分布，键长也不是完全相等，只是趋向于 平均化，芳香性比苯小。三种五元杂环化合物 的稳定性次序为： 苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
随着电负性的增大而减小
(2)六元杂环化合物 吡啶的结构也符合休 克尔规则，和以上三种五元杂环化合物类似， 也有一定程度的芳香性。但氮原子上电子的排 布与吡咯不同，孤电子对处于 sp2杂化轨道，没 有参与共轭。
>CH3(CH2)4NH2 > (CH3CH2)2NCH3 N H
NH2 > NH3 > N > > N H
N + HCl
N.HCl
N + SO3
N+→SO3-
KOH(s)
N H
_ N K+
5.吡啶的亲核取代反应
N
+ NaNH2
C6H5N(CH3)2
N
NH2
本章小结
杂环化合物 结构 呋喃，噻吩，吡咯，吡啶等 杂环化合物的结构和芳香性。 物理性质 化学性质 呋喃，噻吩，吡咯，吡 啶等杂环化合物的亲电取代反应、 氧化反应和加成反应的活性，反应 试剂，反应条件，产物及应用； 含氮杂环化合物的酸碱性。
N H
1
2
2
N 4 N9 H
5
嘌呤 (purine)
吲哚(indole)
5 6 7 4
4 3
3
6 7 8 1
8
N
1
2
N2
喹啉(quinoline)
异喹啉(isoquinoline)
2.成环原子的编号 (1) 环上若有一个杂原子，则以杂原子的 位次为最小，在此基础上再使带有取代基的碳 原子位次尽可能小。 (2)环上若有一个以上相同的杂原子，则从 连有取代基或氢原子的杂原子开始编号，并使 所有杂原子的位次总和为最小。 (3)环上若有一个以上不相同的杂原子，则 按O→S→N的次序编号，并使所有杂原子的编 号尽可能小。
Br2
O
S
Br
Br
Br
乙酸，室温
Br2
N
300 ℃
N
(2)硝化 五元杂环化合物进行硝化反应时， 常用的硝化试剂是硝酸乙酰基酯： CH3COONO2
CH3COONO2 -30 ~ -5℃
O
O
NO2
N H
CH3COONO2 , NaOH (CH3CO)2O, 5℃
N H
NO2
S
CH3COONO2 (CH3CO)2O,-10℃
H2SO4
S
室温
+ C5H5N SO3
S
SO 3H
SO 3H
N H
100℃
N H
H2SO4
N
350℃
SO 3H N
(4)酰基化
(CH3CO)2O SnCl4
(CH3CO)2O
O O
O N H CCH3
O
CCH3
N H
(CH3CO)2O SnCl4
O S CCH3
S
由于五元杂环发生亲电取代反应的活性
§12-2
杂环化合物的性质
一、物理性质（p318） 五元和六元杂环结构上的差异，使它们 在物理性质上也有很大的区别。 上述四种化合物中，吡啶的极性最大， 且氮原子没有参与成键的孤电子对不仅能与 水形成氢键，还能与一些金属离子形成配位 键。所以，吡啶与水能以任何比例互溶，又 能溶解大多数极性和非极性有机物（例如乙 醇和乙醚），甚至能溶解某些无机盐类。
很强，很难得到一烷基取代产物，所以傅克
烷基化反应没有实际应用价值。吡啶则不能
发生傅—克烷酰化反应。
2.加成反应
H2/Pd
四氢呋喃
O
O
H2/Pd
四氢吡咯
N H
H2/MoS2
N H
四氢噻吩
S
H2/Pt
S
六氢吡啶
N
N H
芳香性最小的呋喃表现出共轭二烯烃的性 质，能与顺丁烯二酸酐发生D-A反应。
O O + O O
在六元杂环化合物中，由于电负性大的氮 原子的孤电子对没有参与共轭，因而-I效应使 相对而言，氮原子的邻对位电子密度下降的更 为明显，亲电取代反应一般发生在间位（ 位）。 亲电取代反应的活性次序： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 > 吡啶
环上碳原子周围电子密度大大减小，低于苯环。
其次，吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子能发 生质子化，破坏大 键，从而呈现共轭二烯烃 的性质：易被氧化，加成。而吡啶则比苯更难 氧化。 正因为如此，吡咯和呋喃不能直接用强 酸进行硝化、磺化等反应，要采用较温和的非 质子性试剂。 另外，吡啶和吡咯虽然都含有氮原子，但 前者孤电子对没有参与成键，能接受质子而显 碱性，后者的孤电子对参与共轭，不但不能接 受质子，而且表现出一定的弱酸性。
S
NO2
N
HNO 2/H2SO4 300℃
exit
HO
O
O
四氢呋喃
N H 四氢吡咯
O
δ-戊内酯
本章主要讨论具有芳香性的杂环化合物，
这类化合物属于芳香族。 芳香烃 芳香族
苯系芳烃 非苯系芳烃
杂环化合物
§12-1 杂环化合物的分类、命名和结构
一、分类（p311）
五元环
单环
O
六元环 稠环
N N N H N
N
N
二、命名（p312） 1.环的名称 杂环化合物多采用音译命名法，即将其 英文名称译成同音汉字，并用“口”字旁作为 杂环的标志。重要的杂环化合物结构和音译名 列举如下：
三个五元杂环化合物在水中的溶解度均 小于吡啶，这是因为它们的孤电子对参与了 共轭，杂原子的电子密度降低。 二、化学性质（p319） 1.亲电取代反应 (1)卤代
吡咯活性最大，往往形成四取代物。
Br
Br2
Br N H Br
I N H I
乙醇，0℃
Br
N H
I2 NaOH
I I
O
S
Br2 二氧六环, 0℃
O OH OH OH
HO化合物的分类、命名和结构 一、分类 二、命名 三、杂环化合物的结构 §12-2 杂环化合物的性质 一、物理性质 二、化学性质 §12-3 重要杂环化合物
第十二章
杂环化合物
Heterocyclic compound and Alkaloid
杂环化合物：在环状化合物成环的原子中， 除了碳原子外，还有其它杂原子（ O ， N ， S 等）。 前几章讨论过的环醚，内酯，交酯，内酐 等，成环的原子中也有杂原子，但这些化合物 的性质与相应的开链化合物类似，属于脂杂环 化合物。例如：
N H
4-甲基-2-吡啶甲酸
3-吲哚乙酸
三、杂环化合物的结构（p313）
H H H O H
2P2
呋喃 O：sp2
H H H S H
3P2
噻吩 S：sp2
H H H N H H
2P2
吡咯 N：sp2
1.结构与芳香性 (1)五元杂环化合物 以上三种五元杂环化 合物的结构均符合休克尔规则，都有一定程度 的芳香性。
3.命名 类似于芳香烃 (1)以杂环为母体
N3 CH3 N H
5-甲基咪唑
1
H3C
O
CH3
N CH3
1-甲基吡咯
2,5-二甲基呋喃
CH3 HOCH2CH2 S
1
N3
4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑
(2)以杂环为取代基
O
CH3
CHO
O2N
O
CHO
2-呋喃甲醛
5-硝基-2-呋喃甲醛
CH2COOH
N
COOH
O
呋喃 (furan)
S
噻吩 (thiophene)
N H
吡咯 (pyrrole)
N3 N H
1
N3
咪唑 (imidazole)
S
1
噻唑 (thiazole)
N3
N
吡啶 (pyridine)
N
1
O
-吡喃 ( - pyran)
嘧啶 (pyrimidine)
4 5 6 7 3
1
6
N
3
5
N
7 8
H H H H
H N
2P1
吡啶 N：sp2
2.结构与性质 在五元杂环化合物中，由于杂原子2p轨道 上的孤电子对与 4 个碳原子的 2p 轨道形成共轭 体系，电子离域的结果使环上碳原子周围 电 子密度增加，大大超过苯环。 同时， 杂原子的 +C 效应又使共轭体系内 部两个 位（杂原子的邻位）的电子密度高于 两个 位（杂原子的间位），因而亲电取代反 应优先发生在两个位。
4 5
3
2 7
1
O O
O
6 8
O
3.氧化反应 五元杂环＞苯＞吡啶 五元杂环尤其是呋喃和吡咯对氧化剂十分敏 感，例如吡咯在空气中放置，颜色很快变深。 而吡啶只能发生侧链的氧化反应，例如：
CH3 N
KMnO 4 H+,
COOH N
COOH COOH
KMnO 4
N
H+,
N
4.含氮杂环化合物的酸碱性 碱性次序： 脂肪族胺＞氨＞吡啶＞芳香族胺＞吡咯。例：
但由于环上存在电负性较大的杂原子，所 以与苯不同，共轭体系中各原子电子密度不是 平均分布，键长也不是完全相等，只是趋向于 平均化，芳香性比苯小。三种五元杂环化合物 的稳定性次序为： 苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
随着电负性的增大而减小
(2)六元杂环化合物 吡啶的结构也符合休 克尔规则，和以上三种五元杂环化合物类似， 也有一定程度的芳香性。但氮原子上电子的排 布与吡咯不同，孤电子对处于 sp2杂化轨道，没 有参与共轭。
>CH3(CH2)4NH2 > (CH3CH2)2NCH3 N H
NH2 > NH3 > N > > N H
N + HCl
N.HCl
N + SO3
N+→SO3-
KOH(s)
N H
_ N K+
5.吡啶的亲核取代反应
N
+ NaNH2
C6H5N(CH3)2
N
NH2
本章小结
杂环化合物 结构 呋喃，噻吩，吡咯，吡啶等 杂环化合物的结构和芳香性。 物理性质 化学性质 呋喃，噻吩，吡咯，吡 啶等杂环化合物的亲电取代反应、 氧化反应和加成反应的活性，反应 试剂，反应条件，产物及应用； 含氮杂环化合物的酸碱性。
N H
1
2
2
N 4 N9 H
5
嘌呤 (purine)
吲哚(indole)
5 6 7 4
4 3
3
6 7 8 1
8
N
1
2
N2
喹啉(quinoline)
异喹啉(isoquinoline)
2.成环原子的编号 (1) 环上若有一个杂原子，则以杂原子的 位次为最小，在此基础上再使带有取代基的碳 原子位次尽可能小。 (2)环上若有一个以上相同的杂原子，则从 连有取代基或氢原子的杂原子开始编号，并使 所有杂原子的位次总和为最小。 (3)环上若有一个以上不相同的杂原子，则 按O→S→N的次序编号，并使所有杂原子的编 号尽可能小。
Br2
O
S
Br
Br
Br
乙酸，室温
Br2
N
300 ℃
N
(2)硝化 五元杂环化合物进行硝化反应时， 常用的硝化试剂是硝酸乙酰基酯： CH3COONO2
CH3COONO2 -30 ~ -5℃
O
O
NO2
N H
CH3COONO2 , NaOH (CH3CO)2O, 5℃
N H
NO2
S
CH3COONO2 (CH3CO)2O,-10℃
H2SO4
S
室温
+ C5H5N SO3
S
SO 3H
SO 3H
N H
100℃
N H
H2SO4
N
350℃
SO 3H N
(4)酰基化
(CH3CO)2O SnCl4
(CH3CO)2O
O O
O N H CCH3
O
CCH3
N H
(CH3CO)2O SnCl4
O S CCH3
S
由于五元杂环发生亲电取代反应的活性
§12-2
杂环化合物的性质
一、物理性质（p318） 五元和六元杂环结构上的差异，使它们 在物理性质上也有很大的区别。 上述四种化合物中，吡啶的极性最大， 且氮原子没有参与成键的孤电子对不仅能与 水形成氢键，还能与一些金属离子形成配位 键。所以，吡啶与水能以任何比例互溶，又 能溶解大多数极性和非极性有机物（例如乙 醇和乙醚），甚至能溶解某些无机盐类。
很强，很难得到一烷基取代产物，所以傅克
烷基化反应没有实际应用价值。吡啶则不能
发生傅—克烷酰化反应。
2.加成反应
H2/Pd
四氢呋喃
O
O
H2/Pd
四氢吡咯
N H
H2/MoS2
N H
四氢噻吩
S
H2/Pt
S
六氢吡啶
N
N H
芳香性最小的呋喃表现出共轭二烯烃的性 质，能与顺丁烯二酸酐发生D-A反应。
O O + O O
在六元杂环化合物中，由于电负性大的氮 原子的孤电子对没有参与共轭，因而-I效应使 相对而言，氮原子的邻对位电子密度下降的更 为明显，亲电取代反应一般发生在间位（ 位）。 亲电取代反应的活性次序： 吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 > 吡啶
环上碳原子周围电子密度大大减小，低于苯环。
其次，吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子能发 生质子化，破坏大 键，从而呈现共轭二烯烃 的性质：易被氧化，加成。而吡啶则比苯更难 氧化。 正因为如此，吡咯和呋喃不能直接用强 酸进行硝化、磺化等反应，要采用较温和的非 质子性试剂。 另外，吡啶和吡咯虽然都含有氮原子，但 前者孤电子对没有参与成键，能接受质子而显 碱性，后者的孤电子对参与共轭，不但不能接 受质子，而且表现出一定的弱酸性。
S
NO2
N
HNO 2/H2SO4 300℃