有机化学第十八章 杂环化合物

杂环 ＞ 苯环 杂环 ＜ 苯环 杂环 ＜ 苯环 杂环 ＞ 苯环
2020/8/13
Organic Chemistry
2020/8/13
化合物
呋喃 噻吩 吡咯
β α
O
β α
N
β α
S
苯
共振能
KJ / mol
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90.4
125.5 152
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HNMR吸收
δ ppm
6.37（β-H） 7.42（α-H）
五元杂环 ＞＞ 苯
（富电子环）
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1. 亲电取代反应
呋喃、噻吩、吡咯能像苯一样发生一系列芳香族化 合物的特征反应，由于它们是富电子杂环，所以比苯更 容易发生亲电取代反应。
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2. 根据相应碳环母核命名
把杂环当作是相应的碳环中碳原子被杂原子置换而形成 的，命名时在碳环母体名称前加“某杂” （杂原子的名称） 两字，以表示其中的杂原子。
氧（杂）O茂 茂（碳环母核）
N 苯（碳环母核） 氮（杂）苯
氮（杂N ）茂
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 轨道互相平行重叠，形成闭合的共轭体系。
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N··
吡咯
五
· ·
·
· N··—Hsp2杂化轨道 · ·· ·N
P 轨道
· 体系中π
中 吡咯的分子结构
电子数：
O··
杂环化合物是一大类有机化合物，在理论和实际中都 有十分重要的意义。
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§18-1 杂环化合物的分类和命名
一 、分类
分类
单杂环 稠杂环
五元杂环 O
六元杂环
N
S
N
H
N
N
二、命名 1. 音译法
N
N
H
——利用国际通用名称译音，加口旁以表示是 杂环化合物。
6.20（β-H） 6.68（α-H）
7.10（β-H） 7.30（α-H）
7.4 +- 1
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呋喃和氨在高温下反应制得吡咯
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O 三、化学性质
+ NH3
Al2O3 430 ℃
芳香性
+ H2O N
苯 噻吩 吡咯 呋喃
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稳定性
反应活性（ 亲电取代和加成反应 ）
编号原则
① 杂原子编号最小（即从杂原子开始编号）； ② 环上含两个以上相同杂原子时，应使杂原子的
编号最小（一般从连有取代基的杂原子开始）； ③ 环上有不同杂原子时，按O、S、N的顺序编号； ④ 尽可能使连有取代基的碳原子编号最小。
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第十八章：杂环化合物
Chapter 18
Heterocycles
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主要内容
§18-1 杂环化合物的分类和命名 §18-2 五元杂环化合物 §18-3 六元杂环化合物 §18-4 稠杂环化合物 §18-5 生物碱简介
5 4 3-βCH3
6 N1 2α
3-甲基吡啶 或β-甲基吡啶
4
5 N3 6 N1 2-NH2
2-氨基嘧啶
5 6
4 3
7
8
OH
N
1
2
8-羟基喹啉
4
CH3-5
N3 S2
1
5-甲基噻唑
CH3-4 N3
4
3
5
2
N1
4-甲基咪唑
5
2
N1
CH3
N-甲基吡咯
4 5
或1-甲基吡咯 β 3-CH2COOH
6 7
N1 2 α
N N 1,3-二氮苯
萘（碳环母核）
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N 氮萘
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这种命 名方法的缺 点是名称太 长，使用不 便。目前一 般都采用音 译名称来命 名。
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环上有取代基时，应以杂环为母体，将杂环母核编号
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三种杂环具有一定程度的芳香性，杂原子电负性大小：
O (3.5) ＞ N (3.0) ＞ S (2.5)
电负性 , 对外层电子吸引力 ,孤电子离域 , 故芳香性 。 芳香性与稳定性:
＞
＞
＞
S
N
O
由于呋喃、噻吩、吡咯都是五中心六电子，属于富电子环
π电子密度： 稳 定 性： 芳 香 性： 反 应 活 性：
3-吲哚乙酸 或β-吲哚乙酸
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§18-2 五元杂环化合物 典型的五元杂环是呋喃、噻吩、吡咯。
一、 呋喃、噻吩、吡咯的结构与芳香性
物理方法证明：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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杂环化合物是指一类环状有机化合物，构成环的原 子除碳外还有其它原子（杂原子）。
通常杂原子有：O 、N 、S 等
这种环状化合物具有芳香结构（闭合共轭体系）和一定
程度的稳定性。
OO 内酯
O NH 内酰胺
O
O
O 环状酸酐
CH2—CH2 O
环氧化合物
从形式上看，它们都是含杂原子的环状化合物，但其性质 与相应的开链化合物相似，不属于杂环化合物讨论的范畴。
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在自然界中杂环化合物分布很广
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如：使植物中成绿色的叶绿素 使血液成红色的血红素 具有遗传作用的核酸
它们都具有重要的生理作用。 许多中草药的有效成分大都含有含氮杂环化合物，部 分维生素和抗菌素以及一些植物色素和植物染料都含有杂 环，不少合成药物和合成染料也含杂环。
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O furan 呋喃
N pyridine
吡啶
S
thiophene 噻吩
N
O pyran 吡喃
N pyrimidine
嘧啶
NH pyrrole 吡咯
这种方法的优点是比较简单，缺点是遇到字音相近的字 比较难译，并且译出的名字与结构没有联系。
心 六 电 子 （
··
·
·· O ··
·
呋喃 富
N原子杂化轨道
4+2=6
· ·· ·O
··
符合休克 尔4n+2
电
呋喃的分子结
S··
子 环 ）
构
·
·
·
·· S·
·
O原子杂化轨道 规则，故
三个杂环
· ·· ·S
··
均具有芳 香性
噻吩
噻吩的分子结构
S原子杂化轨道
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