医用有机化学第13章 杂环化合物-精品PPT课件
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第13章 杂环化合物
杂环化合物广泛地存在于自然界，是有机化 合物中数目最庞大的一类。邢其毅先生在给花 文廷《杂环化合物》一书的序言中写到：杂环 化合物占有机化合物总数的65%，论文占有机 化学的1／3…..。
生物体内具有重要生理功能的两大色素： 血红素和叶绿素具有杂环；
对生物的生长、繁殖、遗传、变异起决定性 作用的核酸具有杂环。
对于稠杂环则有固定的编号顺序，通常是从一端开始，
依次编号，公用的碳原子一般不编号，并尽可能使杂原
子的编号较小如喹啉、异喹啉和吲哚。值得注意的是嘌 呤，不仅公用碳参与编号，而且编号的顺序很特殊。
5 4 C 3
H
NH 2
6
6
3
1N 5
7
N 2
2
4
N
81
3
C 3 H
N7
8
N
9
H
1 , 4 - 二 甲 基 异 喹 啉 6 - 氨 基 嘌 呤 （ 腺 嘌 呤 ， A ） ( 1 , 4 - d i m e t h y l i s o q u i n o l i n e )( 6 - a m i n o p u r i n e , a d e n i n e )
其中以吡啶和嘧啶最为重要
1、基本杂环结构 稠杂环（苯环与杂环稠合）
54
6
3
7
2
8
N
1
54
6
3
7
N 2
81
4
5
3
6
2
7 N 1
H
喹 啉 异 喹 啉 吲 哚 ( q u i n o l i n e ) ( i s o q u i n o l i n e ) ( i n d o l e )
1、基本杂环结构
2、取代杂环的命名
有时，为了命名的方便，也将杂环作为取代 基，以官能团作为母体来命名。
2-呋喃甲醛(糠醛)
O C2-fH uran formaldeO hyde
COOH N
3-吡啶甲酸 3-pyridine formic acid
二二、、五五元元杂杂环环化化合合物物
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构与性质
亲电取代活性比苯大， 且α位比β位活泼。
137pm
143pm - 0 .0 6
- 0 .1 0 138pm N +0.32
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构与性质 结构特点：
杂原子上的孤对电子，参与闭合的共轭体系。 π电子数为6，具有一定的芳香性，芳香性比 苯差。
芳香性： 苯> 噻吩 > 吡咯 > 呋喃 共振能 150.6 121.3 87.8 66.9 （kJ·mol-1）
亲电取代活性比苯大， 且α位比β位活泼。
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构与性质
第13章 杂环化合物
内容提要: 一、杂环化合物的定义、分类与 命名 二、五元单杂环化合物 三、六元单杂环化合物 四、稠杂环化合物
一、杂环化合物的定义、分类与命名
（一）定义
广义来讲，构成环的原子除了碳原子外，还含有一个 或多个非碳原子(杂原子)的化合物称为杂环化合物 。
常见的杂原子（hetero-atom）：N、O、S 。
2
氮
N
1
吡啶
N
1
嘧啶
咪 唑
4
6
3 1N 5 22 4
N7 和 8嘧
N
1
N
3
N9
啶
H
H
吲哚
喹啉
嘌呤
嘧（啶）咪（唑）稠合是嘌呤。
记 忆 口 诀：
氮五吡咯六吡啶； 间氮咪唑和嘧啶； 吲哚喹啉左并苯； 嘧咪相稠是嘌呤。
指出下列杂环化合物中，各含有哪些杂环 母核？
（1）
NH CH 2
O
N
N
NN H
杂环与杂环的稠合：
6
1N 5
N7
24
8
N N9
3
H
嘌呤
(purine)
89 1
7
2
6
3
5
N
1 0
4
吖 啶
(a c r id in e )
几个重要的含氮杂环化合物
吲4
4
4
3(β) 4 N3 5
3 5 N3
间
哚 喹 啉 左 并 苯
5 2(α) 5 2
N1
N1
吡H咯
H
咪唑
4
5
5
36
6
27
7 N1
8
6
26
五元杂环
五
元
二
杂
噻 唑 吡 唑 咪唑
(th ia z o le )(p yrazole)(imidazole)
1、基本杂环结构
六元杂环：
4
4
5 35 3
54N 35N 43543
6 26 N 26 26 26 2
N
N
N
N
O
1
1
1
1
1
吡 啶 哒 嗪 嘧 啶 吡嗪
吡喃
( p y r i d i n e )(p y r id a z in e )(pyrim idine) (pyrazine) (pyran)
单杂环 五元杂环、六元杂环。
稠杂环 苯环和杂环稠合、杂环和杂环稠合。
（二）杂环化合物的分类和命名
1、基本杂环结构
五 4 3 ( β ) 4 3 ( β )4 3 ( β )
元 一
5 O 1 2 ( α ) 5 S 1 2 ( α ) 5 N 1 2 ( α )
H
杂
呋 喃 噻 吩
吡咯
(fu ran ) (thiophene)(pyrrole)
一、杂环化合物的定义、分类与命名
O
O
N H
O
O
O
O
N
H
wenku.baidu.com
O
环氧乙烷 氮杂环丙烷 γ-丁酸内酯 γ-丁内酰胺 马来酸酐
这些化合物中虽然含有杂原子，但不稳定 易开环，性质类似于开链化合物。习惯上认为 的杂环化合物是：
定义：含有杂原子，具有芳香性或一定程度稳 定性的环状化合物叫杂环化合物。
一、杂环化合物的定义、分类与命名 （二）杂环化合物的分类和命名
激动素（一种植物激素）
（2）
N CH 3
N
Cl
+
CH 2 N
NH 2
S
CH 2CH 2OH
CH 3
维生素 B1（硫胺素）
（1）含嘌呤环和呋喃环 （2）含嘧啶和噻唑环
2、取代杂环的命名
编号的原则：对于单杂环，从杂原子开 始，用阿拉伯数字（或α、β、γ）表示； 若同一环上有多个杂原子，则按O、S、NH （仲氮）和N（叔氮）的顺序编号。
4 3 β
N
5 2 α O 1 C 3 HS
CH 3
H 3C N
N
H
（ 2 α - 甲 - 甲 基 基 呋 呋 喃 喃 ） 5-甲基噻唑 4-甲基咪唑 ( 2 - m e t h y l f u r a n ) 5-methylthiazole 4-methylimidazole
2、取代杂环的命名
Z
Z
N_H
图 2 0 - 1 呋 喃 、 噻 吩 和 吡 咯 的 结 构
Z= O、S、N
π 杂 原 子 均 为 sp 2 杂 化 ， 形 成 的 都 是 5 6
吡咯的结构：
Pyrole is an amine and a conjugated diene, however its chemical properties are not consistent with either of structural features
杂环化合物广泛地存在于自然界，是有机化 合物中数目最庞大的一类。邢其毅先生在给花 文廷《杂环化合物》一书的序言中写到：杂环 化合物占有机化合物总数的65%，论文占有机 化学的1／3…..。
生物体内具有重要生理功能的两大色素： 血红素和叶绿素具有杂环；
对生物的生长、繁殖、遗传、变异起决定性 作用的核酸具有杂环。
对于稠杂环则有固定的编号顺序，通常是从一端开始，
依次编号，公用的碳原子一般不编号，并尽可能使杂原
子的编号较小如喹啉、异喹啉和吲哚。值得注意的是嘌 呤，不仅公用碳参与编号，而且编号的顺序很特殊。
5 4 C 3
H
NH 2
6
6
3
1N 5
7
N 2
2
4
N
81
3
C 3 H
N7
8
N
9
H
1 , 4 - 二 甲 基 异 喹 啉 6 - 氨 基 嘌 呤 （ 腺 嘌 呤 ， A ） ( 1 , 4 - d i m e t h y l i s o q u i n o l i n e )( 6 - a m i n o p u r i n e , a d e n i n e )
其中以吡啶和嘧啶最为重要
1、基本杂环结构 稠杂环（苯环与杂环稠合）
54
6
3
7
2
8
N
1
54
6
3
7
N 2
81
4
5
3
6
2
7 N 1
H
喹 啉 异 喹 啉 吲 哚 ( q u i n o l i n e ) ( i s o q u i n o l i n e ) ( i n d o l e )
1、基本杂环结构
2、取代杂环的命名
有时，为了命名的方便，也将杂环作为取代 基，以官能团作为母体来命名。
2-呋喃甲醛(糠醛)
O C2-fH uran formaldeO hyde
COOH N
3-吡啶甲酸 3-pyridine formic acid
二二、、五五元元杂杂环环化化合合物物
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构与性质
亲电取代活性比苯大， 且α位比β位活泼。
137pm
143pm - 0 .0 6
- 0 .1 0 138pm N +0.32
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构与性质 结构特点：
杂原子上的孤对电子，参与闭合的共轭体系。 π电子数为6，具有一定的芳香性，芳香性比 苯差。
芳香性： 苯> 噻吩 > 吡咯 > 呋喃 共振能 150.6 121.3 87.8 66.9 （kJ·mol-1）
亲电取代活性比苯大， 且α位比β位活泼。
（一）吡咯、呋喃和噻吩的结构与性质
第13章 杂环化合物
内容提要: 一、杂环化合物的定义、分类与 命名 二、五元单杂环化合物 三、六元单杂环化合物 四、稠杂环化合物
一、杂环化合物的定义、分类与命名
（一）定义
广义来讲，构成环的原子除了碳原子外，还含有一个 或多个非碳原子(杂原子)的化合物称为杂环化合物 。
常见的杂原子（hetero-atom）：N、O、S 。
2
氮
N
1
吡啶
N
1
嘧啶
咪 唑
4
6
3 1N 5 22 4
N7 和 8嘧
N
1
N
3
N9
啶
H
H
吲哚
喹啉
嘌呤
嘧（啶）咪（唑）稠合是嘌呤。
记 忆 口 诀：
氮五吡咯六吡啶； 间氮咪唑和嘧啶； 吲哚喹啉左并苯； 嘧咪相稠是嘌呤。
指出下列杂环化合物中，各含有哪些杂环 母核？
（1）
NH CH 2
O
N
N
NN H
杂环与杂环的稠合：
6
1N 5
N7
24
8
N N9
3
H
嘌呤
(purine)
89 1
7
2
6
3
5
N
1 0
4
吖 啶
(a c r id in e )
几个重要的含氮杂环化合物
吲4
4
4
3(β) 4 N3 5
3 5 N3
间
哚 喹 啉 左 并 苯
5 2(α) 5 2
N1
N1
吡H咯
H
咪唑
4
5
5
36
6
27
7 N1
8
6
26
五元杂环
五
元
二
杂
噻 唑 吡 唑 咪唑
(th ia z o le )(p yrazole)(imidazole)
1、基本杂环结构
六元杂环：
4
4
5 35 3
54N 35N 43543
6 26 N 26 26 26 2
N
N
N
N
O
1
1
1
1
1
吡 啶 哒 嗪 嘧 啶 吡嗪
吡喃
( p y r i d i n e )(p y r id a z in e )(pyrim idine) (pyrazine) (pyran)
单杂环 五元杂环、六元杂环。
稠杂环 苯环和杂环稠合、杂环和杂环稠合。
（二）杂环化合物的分类和命名
1、基本杂环结构
五 4 3 ( β ) 4 3 ( β )4 3 ( β )
元 一
5 O 1 2 ( α ) 5 S 1 2 ( α ) 5 N 1 2 ( α )
H
杂
呋 喃 噻 吩
吡咯
(fu ran ) (thiophene)(pyrrole)
一、杂环化合物的定义、分类与命名
O
O
N H
O
O
O
O
N
H
wenku.baidu.com
O
环氧乙烷 氮杂环丙烷 γ-丁酸内酯 γ-丁内酰胺 马来酸酐
这些化合物中虽然含有杂原子，但不稳定 易开环，性质类似于开链化合物。习惯上认为 的杂环化合物是：
定义：含有杂原子，具有芳香性或一定程度稳 定性的环状化合物叫杂环化合物。
一、杂环化合物的定义、分类与命名 （二）杂环化合物的分类和命名
激动素（一种植物激素）
（2）
N CH 3
N
Cl
+
CH 2 N
NH 2
S
CH 2CH 2OH
CH 3
维生素 B1（硫胺素）
（1）含嘌呤环和呋喃环 （2）含嘧啶和噻唑环
2、取代杂环的命名
编号的原则：对于单杂环，从杂原子开 始，用阿拉伯数字（或α、β、γ）表示； 若同一环上有多个杂原子，则按O、S、NH （仲氮）和N（叔氮）的顺序编号。
4 3 β
N
5 2 α O 1 C 3 HS
CH 3
H 3C N
N
H
（ 2 α - 甲 - 甲 基 基 呋 呋 喃 喃 ） 5-甲基噻唑 4-甲基咪唑 ( 2 - m e t h y l f u r a n ) 5-methylthiazole 4-methylimidazole
2、取代杂环的命名
Z
Z
N_H
图 2 0 - 1 呋 喃 、 噻 吩 和 吡 咯 的 结 构
Z= O、S、N
π 杂 原 子 均 为 sp 2 杂 化 ， 形 成 的 都 是 5 6
吡咯的结构：
Pyrole is an amine and a conjugated diene, however its chemical properties are not consistent with either of structural features