有机化学理论篇第14章 杂环化合物

N
7
N9 N N 44 N 9 3 3 H H
HO
N
3
8 4 N N9 OH N9 3
H
9-H 嘌呤 嘌呤
2,6,8-三羟基嘌呤
7-H嘌呤
11
第14章 杂环化合物
有机化学(理论篇)
2. 系统命名法 系统命名法是以相应的碳环为母体来命名，把杂环化合物看 作相应碳环中的碳原子被杂原子取代后的产物。命名时，化学介 词为“杂”字，称为“某杂某”。“杂”字一般可以省略。例如， 五元杂环相应的碳环定名为“茂”，茂中的“戊”表示五元环， 草头表示具有芳香性。
构的关系；
了解主要杂环化合物在自然界中的存在方式与应用。
3
第14章 杂环化合物
有机化学(理论篇)
前面学过的环状化合物，它们的环都是由碳原子组成的。 在环状化合物中，组成环的原子除碳原子外，还有其他原子时， 这类化合物通常称为杂环化合物。碳原子以外的其它原子叫杂 原子，最常见的杂原子有氧、硫、氮。例如：
5
第14章 杂环化合物
14.1 杂环化合物的分类和命名
14.1.1杂环化合物的分类
有机化学(理论篇)
6
第14章 杂环化合物
14.1.2 杂 环 化 合 物 的 命名 1.译音法 杂环化合物的命名 比较复杂，各国多用习 惯名称，我国目前一般 习惯采用译音法，即按 英文名称译音，选用同 音汉字，并以“口”字旁 表示为杂环化合物。杂 环的分类和命名见表 14-1。
第14章 杂环化合物
14.1 杂化化合物的分类和命名
14.1.1 14.1.2 杂环化合物的分类 杂环化合物的命名
有机化学(理论篇)
14.2 杂环化合物的结构与芳香性
14.2.1 五元杂环化合物的结构 14.2.2 六元杂环化合物的结构
1
第14章 杂环化合物
14.3 五元杂环化合物
14.3.1 呋喃
茂 (环戊二烯)
N
N H
O
S
氮茂
氧茂
N
硫茂
苯
苯
氮杂苯
N
N
N
氮苯
源自文库
萘
1,3-二氮苯
1-氮杂萘
12
第14章 杂环化合物
14.2 杂环化合物的结构与芳香性
有机化学(理论篇)
14.2.1 五元杂环化合物的结构 五元杂环化合物如呋喃、噻吩、吡咯在结构上有共同点：即 五元环的五个原子都位于同一平面上，彼此以 σ 键相连接；每一 碳原子还有一个电子在 p轨道上，杂原子有两个电子在p轨道上， 这五个 p轨道垂直于环所在的平面相互交盖形成一个闭合的共轭 体系。因此五元杂环化合物如呋喃、噻吩及吡咯在环上都有六个 π电子，符合休克尔规则，所以都具有芳香性。如图14-1所示。
8
第14章 杂环化合物
有机化学(理论篇)
当环上只有一个杂原子时，有时也把靠近杂原子的位置
叫做α-位，其次是 β-位，再其次是 γ-位。在五元杂环中只有 α和β-位，六元杂环则有α-、β-和γ-位。
9
第14章 杂环化合物
有机化学(理论篇)
当环上连有不同 取代基时， 编号根据
顺序规则及最低系列
原则。 结构复杂的杂 环化合物是将杂环当 作取代基来命名。
O
S
N H
N
环中可以含有一个、两个或更多个杂原子，环可以是三元 环、四元环、五元环、六元环或更大的环，也可以是各种稠合 的环。
4
第14章 杂环化合物
有机化学(理论篇)
由于组成杂环的杂原子的种类和数量不同，环的大小及稠 合的方式不同，因此杂环化合物的种类繁多，数目可观，约占 全部已知的有机化合物的三分之一。近年来，在有机化学领域 内，有关杂环化合物的研究工作占了相当大的比重。杂环化合 物广泛存在于自然界中，如植物中的叶绿素和动物中的血红素 都含有杂环结构，石油、煤焦油中有含硫、含氮及含氧的杂环 化合物；许多药物如止痛的吗啡、抗菌消炎的黄连素、抗结核 的异烟肼、抗癌的喜树碱和不少维生素、抗菌素、染料等都是 杂环化合物。许多杂环化合物的结构相当复杂，而且不少具有 重要的生理作用，因此，杂环化合物无论在理论研究或实际应 用方面都很重要。
10
第14章 杂环化合物
4 5 6 7 3
有机化学(理论篇)
5 6 4 3
1N
稠杂环的编号
H
N1
2
7
8 1
N2
异喹啉
2
一般和稠环芳烃相
6 同，但有少数稠杂 5 6 4 1 N1 6 环有特殊的编号顺 3 N
吲哚
5
OH
5
N7 7 N
8 8
6 1N 2
5 4
1N 2
6
5
7
序。例如： N2
8 1
2
2
N7
14
第14章 杂环化合物
14.2.2 六元杂环化合物的结构
有机化学(理论篇)
六元杂环化合物的结构可以用吡啶为例来说明。吡啶环与苯 环很相似，氮原子与碳原子处在同一平面上，原子间是以 sp2 杂 化轨道相互交盖形成六个σ键，键角为120°。环上每一原子还有 一个电子在 p 轨道上， p 轨道与环平面垂直，相互交盖形成包括 六个原子在内的分子轨道，π电子分布在环的上方和下方。每个 碳原子的第三个 sp2 杂化轨道与氢原子的 s 轨道交盖形成 σ 键。氮 原子的第三个sp2杂化轨道上有一对未共用电子对。
有机化学(理论篇)
7
第14章 杂环化合物
有机化学(理论篇)
环上有取代基的杂环化合物，若取代基是烃基、硝基、卤 素、氨基、羟基等，则以杂环为母体；若取代基是磺酸基、醛 基、羧基等，则以杂环当作取代基。 杂环上原子的编号，一般从杂原子开始，顺着环编号。当 环上含有两个及两个以上相同的杂原子时 ，应从连有取代基 （或氢原子）的那个杂原子开始编号，并使另一杂原子的位次 保持最小。环上有不同的杂原子时，按O、S、N的次序编号。
有机化学(理论篇)
14.3.2
14.3.3 14.3.4
糠醛
噻吩 吡咯
14.3.5
14.3.6
噻唑、吡唑、咪唑及其衍生物
吲哚
14.4 六元杂环化合物
14.4.1
14.4.2
吡啶
喹啉和异喹啉
2
第14章 杂环化合物
【学习目标】
有机化学(理论篇)
掌握杂环化合物的概念及一些主要杂环化合物的命名； 初步掌握主要杂环化合物的化学反应； 了解杂环化合物的结构，各类杂环化合物的芳香性与结
图14-1 呋喃、噻吩、吡咯的原子轨道示意图
13
第14章 杂环化合物
有机化学(理论篇)
呋喃、噻吩、吡咯分子中，由于杂原子不同，因此它们的
芳香性在程度上也不完全一致，键长的平均化程度也不一样。
芳香性强弱顺序如下：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃。
由于呋喃、噻吩、吡咯环中的杂原子上的未共用电子对参
与了环的共轭体系，使环上的电子云密度增大，故它们都比苯 容易发生亲电取代反应，取代通常发生在α-位上。