第十五章芳杂环化合物
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芳香性 (环的稳定性)：苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃
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第十五章芳杂环化合物
2. 化学性质
为富电子芳杂环，亲电取代比苯容易。吡咯的活泼度与 苯胺或苯酚相当，噻吩是三者中活性最差的，然而噻吩的亲 电取代反应活性仍比苯大得多。如在室温及乙酸溶液中，噻 吩与Br2发生取代反应的速度为苯的109倍。
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。
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2
第十五章芳杂环化合物
本章讨论的杂环化合物主要指环系较稳定，包 括杂原子在内的环是平面型，环内有4n+2个π电子处于 环闭共轭体系中，统称为芳(香)杂环化合物。
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第十五章芳杂环化合物
呋喃 环中的杂 原子O (噻吩中为 S) 的 1 个 sp2 杂 化 轨道上有 一对未共 用电子对。
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环状离域的大π 键, 5个原子共用 6个电子,为 富π电子体系。
4
N3
51 2
O
噁唑
8
第十五章芳杂环化合物
3. 有特定名称的稠杂环母环的编号，大都按照稠芳环 规则编号，但个别的另有编号顺序（如嘌呤）。
5 6
7
4 3
2
81
萘
5 6
7
4
5
36
27
4 3
2
81
OH 8-羟基喹啉
81
异喹啉
4 5
4 35
3 CO2H
6
12 6
12
7
Br 7
茚
6-溴吲哚 -3-羧酸
NH2
吡唑 pyroz5 ole
噁唑 oxazole 第十五章芳杂环化合物
环六 元 杂
5
3
6
2
1
吡啶 pyridine
5
3
6
2
1
嘧啶 pyrimidine
5
3
6
2
1
哒嗪 pyridazine
5
3
6
2
1
吡喃 pyran
稠杂环
5 6 7
8
4
5
36
27
1
8
4
4
35
26
1
7
6 157 3 1 22 49 8
3
喹啉
S
11
sp2
第十五章芳杂环化合物
吡咯环 N 的1个sp2杂 化轨道上有1个电子 与 H 的1s电子配对 形成N—H σ 键。
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第十五章芳杂环化合物
杂环中的π电子云分布不象苯环那样均匀，环 的稳定性因而不如苯。O的电负性(3.5)较大，故呋 喃环π电子共轭程度较弱，芳香性最小。S的电负性 (2.5)在三者中为最小，且S为第三周期元素，原子半 径较大，原子核对共轭π电子的吸引力较小，故噻吩 环π电子共轭程度较大，芳香性在三者中是最大的。 N的电负性(3.0)在O、S之间，故吡咯的芳香性介于 呋喃与噻吩之间。
(1) 亲电取代 溴代：Br2
二噁烷(稀释)/0℃
O Br (80%)
O 呋喃
氯代：Cl2 -40℃
O Cl Cl O Cl
产率变迁不定
硝化：CH3CO2NO2 (硝基乙酰酯) -5~-30℃
O NO2 (35%)
2-硝基呋喃
磺化：吡啶.SO3
ClCH2CH2Cl/室温
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4
N S
第十五章芳杂环化合物
二、命名
命名原则：译音＋“口”旁
4
3(b)
4
3
4
5 1 2(a)
5 12
5
O
S
3 12
4
N3
512
S
呋喃
环五 furan
元
3
4
杂
2 15
噻吩
吡咯
thiophene pirrole
4
3
5 12
噻唑 thiazole
4
N3
512
O
咪唑 Imidazole http://www.organic.sjtu.edu.cn
15
O SO3H (41%)
呋喃-2-磺酸 第十五章芳杂环化合物
溴代：Br2 乙酸/室温
1 65
7
2 49 8
3
6-氨基 嘌呤
第二节 五元杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯
1. 结构
O 呋喃
S 噻吩
吡咯
所有成环原子都以sp2杂化轨道重叠形成σ键；碳原子 未参加杂化的p轨道有1个电子，杂原子则有2个p电子，p 轨道互相平行重叠形成6电子环状共轭大π键。 与苯环的6 原子共6π电子比，呋喃、噻吩、吡咯为5原子共用6个π电子， 故环上π电子密度比苯环大，属于“富π芳杂环”。
S
吡啶
呋喃
噻吩 吡咯
哌啶
四氢呋喃
其它不具芳香性的杂环化合物，统称为非芳 香杂环化合物或杂脂环化合物。
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3
第十五章芳杂环化合物
第一节 分类和命名
一、分类
五元杂环：
O 单杂环
六元杂环：
杂环
苯稠杂环：
稠杂环
杂稠杂环：
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异喹啉
吲哚
嘌呤
quinoline
isoquinoline indole
purine
杂环的编号规则：
1. 单杂环的编号从杂原子开始。
4
3(b)
4(g)
5
3(b)
5 1 2(a)
O
呋喃
6 1 2(a)
吡啶
O
Br CHO
呋喃-2-甲醛 α-呋喃甲醛
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第十五章 芳杂环化合物
掌握杂环化合物的命名； 掌握五元杂环、六元杂环
和稠杂环的结构和性质
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1
第十五章芳杂环化合物
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。
3-溴吡啶 β-溴吡啶
7
4
3(b)
5 1 2(a)
吡咯
N CH3
1-甲基吡咯
第十五章芳杂环化合物
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2. 有多个杂原子时，按O、S、N-R、NH、N 顺序编号.
4
3
4
Cl 5 1 2SH 5
3 12
CH3
5 6
1
3 2
C2H5
2-巯基-5-氯咪唑 1-甲基吡唑
2-乙基嘧啶
4
N3
51 2
S
噻唑
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亲电取代活性：呋喃、吡咯 > 噻吩 > 苯
亲电取代反应主要在2-位发生；若2、5两个 位置已有基团存在，则亲电取代在β位发生。
-0.06 -0.10 +0.32
这些杂环进行亲电取代反应时， 须用缓和的试剂在温和的条件下进行。
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第十五章芳杂环化合物
2. 化学性质
为富电子芳杂环，亲电取代比苯容易。吡咯的活泼度与 苯胺或苯酚相当，噻吩是三者中活性最差的，然而噻吩的亲 电取代反应活性仍比苯大得多。如在室温及乙酸溶液中，噻 吩与Br2发生取代反应的速度为苯的109倍。
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。
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2
第十五章芳杂环化合物
本章讨论的杂环化合物主要指环系较稳定，包 括杂原子在内的环是平面型，环内有4n+2个π电子处于 环闭共轭体系中，统称为芳(香)杂环化合物。
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第十五章芳杂环化合物
呋喃 环中的杂 原子O (噻吩中为 S) 的 1 个 sp2 杂 化 轨道上有 一对未共 用电子对。
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环状离域的大π 键, 5个原子共用 6个电子,为 富π电子体系。
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N3
51 2
O
噁唑
8
第十五章芳杂环化合物
3. 有特定名称的稠杂环母环的编号，大都按照稠芳环 规则编号，但个别的另有编号顺序（如嘌呤）。
5 6
7
4 3
2
81
萘
5 6
7
4
5
36
27
4 3
2
81
OH 8-羟基喹啉
81
异喹啉
4 5
4 35
3 CO2H
6
12 6
12
7
Br 7
茚
6-溴吲哚 -3-羧酸
NH2
吡唑 pyroz5 ole
噁唑 oxazole 第十五章芳杂环化合物
环六 元 杂
5
3
6
2
1
吡啶 pyridine
5
3
6
2
1
嘧啶 pyrimidine
5
3
6
2
1
哒嗪 pyridazine
5
3
6
2
1
吡喃 pyran
稠杂环
5 6 7
8
4
5
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27
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8
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26
1
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6 157 3 1 22 49 8
3
喹啉
S
11
sp2
第十五章芳杂环化合物
吡咯环 N 的1个sp2杂 化轨道上有1个电子 与 H 的1s电子配对 形成N—H σ 键。
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第十五章芳杂环化合物
杂环中的π电子云分布不象苯环那样均匀，环 的稳定性因而不如苯。O的电负性(3.5)较大，故呋 喃环π电子共轭程度较弱，芳香性最小。S的电负性 (2.5)在三者中为最小，且S为第三周期元素，原子半 径较大，原子核对共轭π电子的吸引力较小，故噻吩 环π电子共轭程度较大，芳香性在三者中是最大的。 N的电负性(3.0)在O、S之间，故吡咯的芳香性介于 呋喃与噻吩之间。
(1) 亲电取代 溴代：Br2
二噁烷(稀释)/0℃
O Br (80%)
O 呋喃
氯代：Cl2 -40℃
O Cl Cl O Cl
产率变迁不定
硝化：CH3CO2NO2 (硝基乙酰酯) -5~-30℃
O NO2 (35%)
2-硝基呋喃
磺化：吡啶.SO3
ClCH2CH2Cl/室温
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N S
第十五章芳杂环化合物
二、命名
命名原则：译音＋“口”旁
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3(b)
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5 1 2(a)
5 12
5
O
S
3 12
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N3
512
S
呋喃
环五 furan
元
3
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杂
2 15
噻吩
吡咯
thiophene pirrole
4
3
5 12
噻唑 thiazole
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N3
512
O
咪唑 Imidazole http://www.organic.sjtu.edu.cn
15
O SO3H (41%)
呋喃-2-磺酸 第十五章芳杂环化合物
溴代：Br2 乙酸/室温
1 65
7
2 49 8
3
6-氨基 嘌呤
第二节 五元杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯
1. 结构
O 呋喃
S 噻吩
吡咯
所有成环原子都以sp2杂化轨道重叠形成σ键；碳原子 未参加杂化的p轨道有1个电子，杂原子则有2个p电子，p 轨道互相平行重叠形成6电子环状共轭大π键。 与苯环的6 原子共6π电子比，呋喃、噻吩、吡咯为5原子共用6个π电子， 故环上π电子密度比苯环大，属于“富π芳杂环”。
S
吡啶
呋喃
噻吩 吡咯
哌啶
四氢呋喃
其它不具芳香性的杂环化合物，统称为非芳 香杂环化合物或杂脂环化合物。
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第十五章芳杂环化合物
第一节 分类和命名
一、分类
五元杂环：
O 单杂环
六元杂环：
杂环
苯稠杂环：
稠杂环
杂稠杂环：
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异喹啉
吲哚
嘌呤
quinoline
isoquinoline indole
purine
杂环的编号规则：
1. 单杂环的编号从杂原子开始。
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3(b)
4(g)
5
3(b)
5 1 2(a)
O
呋喃
6 1 2(a)
吡啶
O
Br CHO
呋喃-2-甲醛 α-呋喃甲醛
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第十五章 芳杂环化合物
掌握杂环化合物的命名； 掌握五元杂环、六元杂环
和稠杂环的结构和性质
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1
第十五章芳杂环化合物
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。
3-溴吡啶 β-溴吡啶
7
4
3(b)
5 1 2(a)
吡咯
N CH3
1-甲基吡咯
第十五章芳杂环化合物
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2. 有多个杂原子时，按O、S、N-R、NH、N 顺序编号.
4
3
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Cl 5 1 2SH 5
3 12
CH3
5 6
1
3 2
C2H5
2-巯基-5-氯咪唑 1-甲基吡唑
2-乙基嘧啶
4
N3
51 2
S
噻唑
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亲电取代活性：呋喃、吡咯 > 噻吩 > 苯
亲电取代反应主要在2-位发生；若2、5两个 位置已有基团存在，则亲电取代在β位发生。
-0.06 -0.10 +0.32
这些杂环进行亲电取代反应时， 须用缓和的试剂在温和的条件下进行。
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第十五章芳杂环化合物