杂环化合物

呋喃 66.9
✓具有共轭二烯烃结构，呋喃可以进行双烯合成反应。
二、呋喃、吡咯、噻吩的性质 (一) 物理性质
呋喃、噻吩、吡咯分别存在于木焦油、煤焦油和骨焦 油中，它们都是无色的液体。
鉴别方法：
✓呋喃：与盐酸浸过的松木片反应，显绿色。 ✓吡咯：与盐酸浸过的松木片反应，显红色。
✓噻吩：在硫酸存在下和吲哚醌作用，显蓝色。
非极性稀溶液中在3495cm-1有一尖锐的峰， 浓溶液中在3400cm-1出现一宽峰。 ✓环伸缩振动(骨架振动): 1600~1300cm-1处出现2~4个峰。
✓呋喃的红外光谱：
C-H伸缩振动：3160cm-1 环伸缩振动：1692、1663、1485、1380 cm-1
✓吡咯的红外光谱：
N-H伸缩振动: 3400cm-1 C-H伸缩振动: 3100cm-1 环伸缩振动: 1630、1580、1470、1420 cm-1
✓噻吩的红外光谱：
C-H伸缩振动: 3100cm-1 环伸缩振动: 1690、1666、1410 cm-1
(二)、呋喃、噻吩、吡咯的反应
1. 呋喃、噻吩、吡咯的质子化反应 2. 呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应 3. 呋喃、噻吩、吡咯的加成反应
第十八章 杂环化合物
杂环化合物的分类和命名； 五元、六元杂环化合物的结构和性质； 稠杂环化合物，喹啉的制法； 了解生物碱、毒品的种类与危害。
呋喃、吡咯、噻吩的结构和性质； 吡啶、喹啉的结构和性质。
在有机化学中，将非碳原子统称为杂原子 (heteroatom)，最常见的杂原子是氮原子、硫原子和氧原子。环 上含有杂原子的有机物称为杂环化合物 (heterocyclic compound)。它们是数目最庞大的一类有机物。这类化 合物有的是饱和的，有的是不饱和的，有的具有芳香结 构。本章我们主要介绍的是具有一定程度的芳香性的杂 环化合物。
一、呋喃、吡咯、噻吩的结构
sp2杂化
结构特点：
① 杂原子共轭效应是供电子的，诱导效应是吸电子的。 ② 杂原子是sp2杂化，未成键电子对在2p轨道上，参与共轭。
环上相当于有一个邻对位定位基。
✓芳香性顺序： 苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃 电负性： S 2.6 N 3.0 O 3.5
离域能/kJ·mol-1： 苯 噻吩 吡咯 150.3 121.3 87.8
N
吡啶 (pyridine)
N
N
嘧啶 (pyrimidine)
最稳定、最常见的杂环是五元和六元的杂环化合物
(2) 稠杂环
稠杂环是由苯环与单杂环或两个或多个单杂环稠并而 成的。
N
喹啉 (quinoline)
N H
吲哚 (indole)
N
N
NN H
嘌呤 (purine)
N
吖啶 (acridine)
N H
4 3
2 N 1
喹啉 (quinoline)
5 6
7 8
4 3
N2 1
异喹啉 (isoquinoline)
54
O
6
3
7
2
O
81
O
苯并吡喃
苯并--吡喃酮
(benzopyran) (benzo--pyrone)
杂环并杂环:
6 5
1N
2 N4 3
7 N
8
N H
9
嘌呤(purine)
§18-2 五元杂环化合物
O
NO H
吲哚醌
核磁共振：化学位移一般在7.0左右
化合物 呋喃 噻吩 吡咯
沸点/℃ 31.36 84.16 130~131
1H NMR (, ppm)
6.37 (-H) 7.42 (-H)
7.10 (-H) 7.30 (-H)
6.22 (-H) 6.68 (-H) 8.0 (N-H)
红外光谱：
✓呋喃、吡咯、噻吩的C-H伸缩振动: 3077~3303cm-1 ✓吡咯的N-H伸缩振动: 3500~3200cm-1
§18-1 杂环化合物的分类和命名
一、分类
杂环化合物可分为脂杂环和芳香杂环两大类。
1. 脂杂环化合物: 没有芳香特征的杂环化合物
三元杂环:
O (环氧乙烷)
H N (氮杂环丙烷)
四元杂环: 五元杂环: 六元杂环:
O
( -丙内酯)
O O
O (顺丁烯二酸酐)
O
(-丙内酰胺)
NH
OO
(-丁内酯)
O
O
NH (己内酰胺)
咔唑 (carbazole)
二、命名
杂环的命名常用音译法，是按外文名称音译，用带“口” 字旁的同音汉字。
命名时的编号原则是： (1) 让杂原子的位号尽可能小； (2) 当两个杂原子不相同时，编号的次序是：价数小的在 前，大的在后；
(3) 价数相等时，原子序数小的在前，大的在后。
O、S、N的 次序如左：
γ 4
5
3β
6 O 2α 1
吡喃(pyran)
O
4
5
3
6O 2 1
-吡喃酮 (-pyrone)
4
5
3
6
2
OO
1
-吡喃酮
(-pyrone)
4
5
3
6
N2
N
1
哒嗪(pyridazine)
4
5
N3
6
2
N
1
嘧啶(pyrimidine)
4 5N3
6
2
N
1
吡嗪(pyrazine)
(2) 六元杂环苯并环系
5 6
7 8
43
5
N2
S1
异噻唑(isothiazole)
43
5
N H
N 1
2
吡唑(pyrazole)
1,3-唑:
4 N3
5
2
O1
噁唑(oxazole)
4 N3
5
2
S1
噻唑(thiazole)
4 N3
5
2
N H
1
咪唑(imidazole)
2. 六元杂环化合物的命名
(1) 六元杂环
γ 4
5
3β
6 N 2α 1
吡啶(pyridine)
NH (六氢吡啶)
七元杂环:
(氧杂 )
O
(1H-氮杂 )
N H
2. 芳杂环化合物: 具有芳香特征的杂环化合物，包 括单杂环和稠杂环两大类。
(1) 单杂环
O 呋喃 (furan)
N H
吡咯 (pyrrole)
S 噻吩 (thiophene)
N
S
噻唑 (thiazole)
N
N H
咪唑 (imidazole)
OS
2价 原子序数小
N
3价 原子序数大
当母核上有两个或多个杂原子同时还有取代基时，首先要 使杂原子编号尽可能小，然后再按最低系列原则考虑取代 基的编号。
1. 五元杂环化合物的命名 五元杂环
4
3β
5
2α
O
1
呋喃(furan)
4
3β
5 S 2α 1
噻吩(thiophene)
五元杂环苯并体系
4
5
3
6
2
O
7
1
苯并呋喃
(benzofuran)
4
5
3
6 7
2 S
1
苯并噻吩
(benzothiophene)
4Βιβλιοθήκη Baidu
3β
5
1
N H
2α
吡咯(pyrrole)
4
5
3
6
2
7
N H
1
苯并吡咯 吲哚 (indole)
含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂原子是氮， 则该杂环化合物称为唑。
1,2-唑:
43
5
N2
O1
异噁唑(isoxazole)