有机化学 第十七章杂环化合物

第十七章杂环化合物(heterocyclic compounds)
在环状化合物的环中含有碳以外的杂原子，这类化合物统称为杂环化合物。

常见的杂原子是: O, N, S
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芳杂环的数目很多，可根据环的大小、杂
原子的多少以及单环和稠环来分类。

•常见的杂环为五元、六元单杂环及稠杂环。

稠杂环是由苯环及一个或多个单杂环稠合
而成的。

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17.2 杂环化合物的命名
杂环化合物的命名采用外文名的译音，用带“口”字旁的同音汉字表示。

编号从杂原子开始，用阿拉伯数字(1,2,…) 表示顺序，也可以将杂原子旁的碳原子依次用α、β、γ表示。

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17.3 结构和芳香性
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。

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。

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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 轨道相互平行重叠，形成闭合的共轭体系,具有芳香性。

下表中给出的1H NMR数据可证实这一点，环上质子的化学位移在7ppm左右与苯类似。

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表17-1 五元芳杂环的物理性质
分别存在于木焦油、煤焦油和骨焦油中
α
βαβαβ
17.4 五元杂环化合物
4.1 五元杂环化合物的化学性质
呋喃、噻吩、吡咯具有芳香性，容易进行亲电取代反应。

杂原子的大小及电负性不同，它们的活性有差异，但它们的活性都比苯大，顺序为：吡咯> 呋喃> 噻吩> 苯
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（丙）吡咯和吲哚
•吡咯的物理性质和鉴定
•无色油状液体，沸点131℃，微溶于水，易溶于有机溶剂。

•吡咯蒸气遇浸过盐酸的松木片呈红色，可用来检验吡咯。

•吡咯环不如苯环稳定，易被氧化呈褐色并发生树脂化。

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17.5 六元杂环化合物
5.1 吡啶和嘧啶
吡啶存在于煤焦油和骨焦油中，工业上用无机酸从煤焦油的轻油部分中提取。

吡啶的衍生物广泛存在于自然界中，许多药物也含有吡啶环。

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一、吡啶的物理性质及结构
吡啶是一个无色有恶臭的液体
b.p. 115.5℃，m.p.-42℃，d: 0.9819与水及许多有机溶剂如乙醇，乙醚等混溶它是良好的溶剂
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吡啶的结构与苯的相似
吡啶环上的氮以sp2
杂化成键，一个p电子参与共轭，形成具有6个p电子的闭合的共轭体系，具有芳香性。

吡啶
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比脂肪胺弱，但比芳香胺强，它是广泛使用的水溶性碱。

与吡咯不同，吡啶氮原子上的未共用电子对不参与π共轭体系，这对电子可与质子结合，因此吡啶具有碱性(pK b =8.8)，且较吡咯碱性强。

二、吡啶的化学性质
吡啶的化学性质体现在芳环的取代反应(包括亲核、亲电)及氮上未成键电子对的碱性及亲核性上。

1)亲电取代反应
从上面的叙述可知，吡啶性质类似硝基苯，它不能进行傅氏酰基化和烷基化反应，亲电取代时条件剧烈，一般需250~350℃的高温，且主要发生在β位
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本章主要内容
•1. 几种代表性五元杂环和六元杂环的结构和命名；
•2. 杂环化合物的芳香性；
•3. 吡咯和四氢吡咯的酸碱性。

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