第十四章芳香杂环化合物

（哌啶）
NH3
（2º胺）
pKa ： 11.2 9.24 5.19
NH2
4.6
0.4
∴ 碱性： 脂肪胺 ＞ 氨 ＞ 吡啶 ＞ 苯胺 ＞ 吡咯
反应：
+ HCl （呈现吡啶的碱性）
+ ClH
+ KOH（S） Δ （呈现吡咯的酸性）
- + H2O K+
例： 比较下列各类N的给电子能力 （碱性）
①
②NH(CH2)3③NHCH3 ③ ＞ ① ＞ ②
① CH3NHCH2CH2 ②
③ ①＞③＞②
CO③NH2
①ห้องสมุดไป่ตู้
②
①＞②＞③
（二）亲电取代反应
反应共性： 芳香性的吡啶环和吡咯环均能发生 亲电取代反应 。
反应活性： 吡咯 ＞ 苯 ＞ 吡啶
∵ 吡啶N：相当于吸电子的致钝基 吡咯N：相当于推电子的致活基
吡啶：主要发生在β-位
反应部位：
（相当于间位）
吡咯：主要发生在α-位 （相当于邻位）
β3
α2 1
4β 5α
吡咯
β3 α2
4β 5α
1
呋喃
43
5
2
1
4
3
5
2
1
吡唑 咪唑
4
3
5
2
1
噻唑
γ
4
β5
3β
γ
4
β5
3β
α6
2α
α6
2α
1
吡啶
1
吡喃
β3 α2
4β 5α
1
噻吩
4
3
5
2
1
噁唑
43
5
2
1
异噁唑
4
5
3
6
2
1
嘧啶
Cl
α-氯代吡咯 2-氯吡咯
CH3 CH3
2,4-二甲基吡啶
OH CH3 1-甲基-2-羟基咪唑
吡啶N：相当于吸电基，使芳环e 吡咯N：相当于推电基，使芳环e
吡啶N：有1对未成键的孤电子对，有给电子能力 （2） 吡咯N：所有价电子均参与成键，无给电子能力
四、杂环化合物的化学性质
——吡啶和吡咯的化学性质
（一）酸碱性：
吡啶： N上存在一对未成键的孤电子对，有给电 子能力，呈现一定的碱性。
吡咯： N上的所有价电子全部参与成键，无给电 子能力，而且由于N对芳环的给电子效应 ，导致N本身缺电子，σN-H键极性进一步 加大，呈现一定的酸性。
芳香杂环化合物
含芳香杂环的药物：
茶碱 （利尿剂） （嘌呤衍生物）
利血平（降压药） （含吲哚环）
异烟肼（治疗结核病） （含吡啶环）
维生素B1（治疗神经痛） （含嘧啶环和噻唑环）
一、杂环化合物的分类：
五元环 1、按环的大小分类： 六元环
2、按环中杂原子数目分类： 含1个杂原子的杂环 含2个或多个杂原子的杂环 单杂环
N：
吡咯： sp2
p
C：
sp2
p
N：
同： 成环的C、N原子均为sp2杂化 异： 吡啶N：孤电子对处于sp2杂化轨道中
吡咯N：孤电子对处于未杂化的p轨道中
2、成键方式： e
吡啶：
● ●
●
●
●
●
N● ● ●
吡咯：
●
e
●
●
●
●●
NH
3、芳香性： 两者均具有芳香性（芳香六隅体）
4、N原子的特点：
（1）对芳环的影响：
3、按分子中所含的环数目分类： 稠杂环
二、杂环化合物的命名：（复杂）
1、母体的命名：（音译法） ——有特定名称杂环化合物的命名
五元单杂环类：
吡咯
呋喃
噻吩
吡唑 咪唑 噻唑 噁唑 异噁唑
六元单杂环类： sp3
吡啶 稠杂环类：
嘧啶
吡喃
（非芳香杂环化合物）
喹啉
异喹啉
吲哚
嘌呤
2、编号原则：
（1）单杂环类化合物编号的基本原则：
① 编号从杂原子开始，并使其它杂原子编号尽 可能小；（一般用阿拉伯数字编号）
② 对于含一个杂原子的单杂环，除用阿拉伯数 字编号外，还可用希腊字母编号；
③ 对于含多个杂原子的单杂环，杂原子编号的 优先次序为： O S N-H -N= 单键氮 双键氮
④ 当侧链复杂时，侧链为母体，杂环为取代基， 但杂环母核的编号原则不变。
第十四章芳香杂环化合 物
2020年7月17日星期五
相关概念：
a. 杂环化合物： 环中含有杂原子的环状化合物 常见杂原子： O、N、S 等
b. 芳香杂环化合物：环稳定，结构上具有芳香性； 化学性能上具有芳香有机化
合物的一般特性。 O
例： O δ-内酯
OO O 丁二酸酐
N
N 嘧啶
O 呋喃
一般杂环化合物
1、卤代反应：
Br2
Br
300℃
Br2 / Fe Br3
Br
55~60℃
Br2 / C2H5OH Br
Br
0℃
Br
Br
2、硝化反应：
HNO3 / H2SO4 300℃
NO2
HNO3 / H2SO4 55~60℃
NO2
HNO3 / Ac2O 5℃
NO2
OO
( HNO3 + (CH3CO)2O
CH3C-O-N O )
（硝酸乙酰基酯） 硝乙酐
3、磺化反应：
发烟 H2SO4 230℃
浓H2SO4 55~60℃
磺化剂 （SO3 /吡啶）
SO3H SO3H SO3H
（三）吡啶的氧化与还原反应
1、氧化反应：
（吡啶环氧化活性低于苯环） 氧化特点：（1）吡啶环比苯环难氧化
（2）与苯类似，吡啶主要是侧链氧化
氧化条件： 吡啶环上存在芳基侧链 或 含α-H的 烷基侧链。
常用还原剂： H2 / Ni ( Pt , Pd )
例：
CH3 H2
Ni
CH3 3-甲基哌啶
低温
H2 Ni 高温
四氢喹啉 十氢喹啉
五、与医学相关的芳香杂环化合物
（一）吡啶衍生物——维生素pp
结构：
COOH
CONH2
CONH2
+
β-吡啶甲酸 （烟酸）
（尼克酸）
β-吡啶甲酰胺 （烟酰胺）
（尼克酰胺）
RNAD（辅酶）
常用氧化剂： KMnO4 /Δ 或 KMnO4 /H2SO4
氧化结果： α-C
-COOH
例：
CH2CH3
KMnO4 Δ
COOH
C(CH3)3
KMnO4 H2SO4
（—）
KMnO4 Δ
COOH COOH
KMnO4 H2SO4
COOH
2、还原反应：（吡啶环还原活性高于苯环）
还原特点： 吡啶环比苯环更易还原
尼克酰胺腺嘌 呤二核苷酸
用途：属于B族维生素。能促进组织的新陈代谢， 体内缺乏时能引起糙皮病。
（二）嘧啶衍生物 NH2
胞嘧啶 HO
NH2
OH 4-氨基-2-羟基嘧啶
（胞嘧啶） （C）
COOH
3-吡啶甲酸 β-吡啶甲酸
（烟酸）
CHO
2-呋喃甲醛 α-呋喃甲醛
（糠醛）
（2）稠杂环类化合物编号的基本原则：
从稠碳原子相邻的第一个原子开始编号， 同时使杂原子编号尽可能小。稠碳原子一般不 参与编号。
（强调：嘌呤的编号例外）
5 6
7 8
4
5
36
27 8
1
4
4
35
26
1
7
31
22 1
喹啉
异喹啉
吲哚
6 5 7
8 49 3
嘌呤
H3C 7-甲基喹啉 Br 3-溴吲哚
Cl C2H5
1-乙基-6-氯异喹啉 OH
H2N
2-氨基-6-羟基嘌呤 （鸟嘌呤）（G）
三、杂环化合物的结构
——吡啶和吡咯的结构特点
1、杂化方式：
吡啶： sp2
p
C：
sp2
p