第13章 杂环化合物
13.1 基本要求
● 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。
13.2 基本知识点
13.2.1 杂环化合物的概念
由碳原子和非碳原子所构成的环状有机化合物称为杂环化合物，环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有氧、硫、氮等。通常将环系比较稳定，具有一定程度的芳香性，且符合H ückel 规则的杂环化合物称为芳杂环。杂环化合物按环的数目不同，可分为单杂环和稠杂环两大类。单杂环按环的大小不同又可分为五元杂环和六元杂环。稠杂环通常由苯与单杂环或单杂环与单杂环稠合而成。
13.2.2 杂环化合物的命名
杂环化合物的命名比较复杂，目前我国常使用“音译法”，即按英文的读音，用同音汉字加上“口”字旁命名。下面是一些常见杂环化合物的名称及编号：
（1） 五元杂环:
（2） 六元杂环 （3） 稠杂环
环上有取代基的杂环化合物的名称是以杂环为母体，并注明取代基的位置、数目和名称，杂环编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始，顺环编号，环上有不同杂原子时，按O ，S ，
O 5
2
34S 5
2
34N
52
3411
1S 5
2
341
N N 52
341N N 52
341 噻吩thiaphene
吡咯pyrrole
噻吩thiazole 吡咯pyrrole
咪唑imidazole
呋喃furan
N 123
456
N N 23
4
56
1N N 23
4
56
1N N
23
456
1O 12
34
56
吡啶pyridine
哒嗪pyridazine
嘧啶pyrimidine
吡嗪pyrazine
吡喃pyran
N
1
2
34
567
8
喹啉quinoline
N 2
34
5
67
8
异喹啉isoquinoline （编号特殊）
14
7
吲哚indole N N 1
23105
6
78 吖啶 acridine （编号特殊）
N N 12
3
456
7 嘌呤 purine （编号特殊）
N N 8
99
4
NH ，N 的顺序编号；某些杂环可能有互变异构现象，为区别各异构体，需用大写斜体“H ”及其位置编号标明一个或多个氢原子所在的位置。例如：
13.2.3. 五元杂环的性质
1. 吡咯、呋喃、噻吩的结构和性质
吡咯、呋喃和噻吩均为五原子六电子的富电子闭合共轭体系，符合H ǖckel 的4n +2规则，具有芳香性（芳香性的强弱次序为：苯＞噻吩＞吡咯＞呋喃）。由于环上五个原子共用六个电子，环上的电子云密度比苯环大，所以它们易发生亲电取代反应，反应比苯容易进行，取代基多进入α-位，亲电取代的活性顺序为：吡咯＞呋喃＞噻吩＞苯。 此外，吡咯和呋喃还能发生一些特殊的反应。如：
2. 咪唑的结构和性质
咪唑可视为吡咯环上3-位的CH 被氮原子替换，为五原子六电子的闭合共轭体系。它具有一定程度的芳香性，分子间能形成氢键，产生缔合现象，3-位上氮原子具有弱碱性，1-位氮原子上的氢具有弱酸性，存在互变异构现象，亲电取代反应活性比苯低，取代基主要进入4（5）-位，能与重氮盐发生偶联反应，也能发生亲核取代反应，取代基主要进入2-位：
N 1
23CH 3
β
4
56
3-甲基吡啶（β-甲基吡啶）
N N 1234
56
2,4二羟基嘧啶
OH OH
N N 9245
67
2-氨基-6-氧嘌呤
N N O
8H 1H N
O 4
32
6
514H -吡喃O 4
32
6
512H -吡喃
N H H
N H
O
H H
O S
H H
S
H
H
H N H
N +SO HCl
N
H
SO 3H
S
S Br
Br,AcOH O
O
NO 2
CH 3COONO 2
S
S
COCH 3
Ac 2O,H 3PO 4
①
－3,100℃
②N H
PhN 2N H I I
I
I N H N N NPh
CHO O
O
O O
O O O O I 2/NaOH 碘代
CHCl 3/KOH Reimer-Tiemann
+Cl
－偶联反应
Diels-Alder 反应
N N
H H
N
N
H
13.2.4. 六元杂环的结构和性质
1. 吡啶的结构和性质
吡啶为六原子六电子的闭合共轭体系，符合H ückel 的4n +2规则，具有芳香性。吡啶为一弱碱，既可以发生亲电取代反应，又可发生亲核取代反应。由于氮的电负性比碳大，故吡啶环上电子云密度比苯低，其亲电取代反应比苯困难，反应活性与硝基苯相似，吡啶环比苯环难氧化：
2. 嘧啶的结构和性质
嘧啶为六原子六电子的闭合共轭体系，显弱碱性，但其碱性比吡啶弱；由于两个氮原子的强吸电子作用，使嘧啶难以发生亲电取代反应，难氧化，而易发生亲核取代反应；嘧啶环比苯环难氧化，但它很容易被氢化。
N N
H HO 3S N N
H HO 3S
H 2SO 4160℃
N N H
NH 2N N H
N N H
N
N
CH 3N
N CH 3
N N H N N H 磺化
亲核取代偶联
n
烷基化
缔合
酰化
磺
C O PhN 2+
Cl
-
N=NPh
N
H
H
H H
H N
N
Br Br
2300℃
N
NO 2N
SO 3H
N
N
NH 2
N
Ph
浓HNO 3/浓H 2SO 4
370℃
H 2SO 4/HgSO 4
NaNH 2/PhNMe 2
PhLi HCl SO 3
CH 3Br H 2/Pt H 2O 2/HOAc
N +HCl －N + CH 3Br －N +
S O
O
O
－
N N H
O －
+N
N
KMnO 4
COOH COOH
碱性
亲核性
还原反应氧化反应
亲电取代反应亲电取代反应
亲电取代反亲核取代反亲核取代反100℃
230℃碱性N
N N H
H H
H
13.2.5 稠杂环的结构和性质
1. 喹啉的结构和性质
喹啉可看成是吡啶环与苯环稠合而成的化合物，为平面型分子，含有10个电子的芳香大
π键，结构类似于萘和吡啶。它的化学性质类似于吡啶和萘。由于喹啉环上有一个电
负性强的氮原子，环上的电子云密度比萘环低，亲电取代反应比萘难，但比吡啶容易，且易发生在苯环上，取代基多进入5-位和8-位；它也能发生亲核取代反应，反应发生在吡啶环上，比吡啶容易；喹啉中苯环较易氧化，而吡啶环较易被还原。
2. 嘌呤的结构和性质嘌呤由咪唑与嘧啶稠合而成，它的环氮原子和环碳原子上的p 电子也有相当大的离域性，是具有芳香性的稠杂环。嘌呤环中的咪唑部分可发生三原子体系的互变异构现象，有两种互变异构体，它们的结构式如下：
嘌呤主要以9H -嘌呤的形式存在。由于嘌呤环中含有四个电负性大的氮原子，使环碳原子很难与亲电试剂发生反应；同时，由于氮原子的吸电子诱导作用，使咪唑环上9-位N 上的H 容易解离，故，嘌呤的酸性比咪唑强，碱性比咪唑弱，但比嘧啶强。
13.3 典型例题分析
亲电取代反应N N Br
Br 2,PhNO 2亲核取代反应N －Na +N
H
NH 2N
N NaNH 2/NH 3（1）
N N H
Ph Li
Ph
KMnO 4,Me 2CO
PhLi/Et 2O 室温
室温
N
N HCl
MeI/MeOH
Et 2O+BF 4H 2O 2/HOAc
CH 2ClCH 2Cl N +
HCl －
N
碱性
Me
I －
N N
Et I －N N ++Et
2BF 4烷基化反应（亲核性）氧化反应O
－N N +300℃－
N
N
N
NH 2
N
Bu-n N
COOH COOH N H N NaNH 2,二甲苯
100℃
n-BuLi,甲苯
KMnO 4,H 2O
100℃
Sn/HCl 或H 2/Pt/H 2O H 2,Pt/HOAc
40℃
N
N
NO 2（50%）+
N
NO 2（48%）N SO 3H
N
Br
+N Br
（1:1）
N Br
（82%）
浓HNO 3,浓H 2SO 4
浓H 2SO 4,浓HNO 3,浓H 2SO 4
Ag 2SO 4,△
Br,CCl 4,C 5H 5N
△
220℃
0℃N N
N
N
H
N N
N
N H
第12章 杂环化合物 1．解： (1) α-呋喃甲醛 (2) N -甲基-2-乙基吡咯 (3) 2-噻吩磺酸 (4) 3-吡啶甲酸 (5) 2-氨基嘧啶 (6) N -甲基-2-羟基咪唑 (7) 3-硝基-5-羟基吲哚 (8) 8-羟基-5-喹啉磺酸 (9) 4-乙基吡啶-N -氧化物 (10) 咪唑并[4,5-d]噁唑 (11) 咪唑并[2,1-b]噻唑 (12) 6-巯基嘌呤 N N NH 2 CH 3N S O 2N (13) N N H 2N (14) (15)(16) H S (20) (19) H (18) (17)N Br N H 3C CH 3 Br N SO 3 N 2．解： O NO 2 (1) (2) (3) (4) H N SO 3H S Br H N COCH 3 (5) (6) (7) (8) NH 2 N N COOH N Cl OCH 3 N CH 3 H (9)(11) (10) N N C 2H 5 NH 2 3 3 3N N N H 3C CH 3 H 3．解： (2)、(5)和(7)有芳香性。 4．解： (1) 4-甲基吡啶 > 吡啶 > 吡咯 (2) 四氢吡咯 > 氨 > 苯胺 > 吡咯 5．解： (1) 吡啶的未共用电子对在sp 2杂化轨道上，s 成分多，受到核的束缚强，不易给出电子，所以碱性弱。六氢吡啶是仲胺，未共用电子对在sp 3杂化轨道上，s 成分少，离原子核远，受核束缚力小，易给出电子，因而碱性强。 (2) 吡啶氮原子上处于sp 2杂化轨道的未共用电子对不参与形成大π键，能结合氢质子而显碱性。吡咯氮上的孤对电子参与了环的共轭体系，使氮上的电子云密度降低，因而难以与质子结合，碱性极弱，不能与酸形成稳定的盐。相反，由于这种共轭作用，吡咯的N-H 键极
第二十章 杂环化合物 杂环化合物和生物碱广泛存在于自然界中，在动植物体内起着重要的生理作用。本章介绍杂环化合物的分类、命名、结构特点、性质及重要的杂环化合物，生物碱的一般性质、提取方法和重要的生物碱。 环状有机化合物中，构成环的原子除碳原子外还含有其它原子，且这种环具有芳香结构，则这种环状化合物叫做杂环化合物。组成杂环的原子，除碳以外的都叫做杂原子。常见的杂原子有氧、硫、氮等。前面学习过的环醚、内酯、内酐和内酰胺等都含有杂原子，但它们容易开环，性质上又与开链化合物相似，所以不把它们放在杂环化合物中讨论。 杂环化合物种类繁多，在自然界中分布很广。具有生物活性的天然杂环化合物对生物体的生长、发育、遗传和衰亡过程都起着关键性的作用。例如：在动、植物体内起着重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基、中草药的有效成分——生物碱等都是含氮杂环化合物。一部分维生素、抗菌素、植物色素、许多人工合成的药物及合成染料也含有杂环。 杂环化合物的应用范围极其广泛，涉及医药、农药、染料、生物膜材料、超导材料、分子器件、贮能材料等，尤其在生物界，杂环化合物几乎随处可见 第一节 杂环化合物的分类和命名 为了研究方便，根据杂环母体中所含环的数目，将杂环化合物分为单杂环和稠杂环两大类。最常见的单杂环有五元环和六元环。稠杂环有芳环并杂环和杂环并杂环两种。另外，可根据单杂环中杂原子的数目不同分为含一个杂原子的单杂环、含两个杂原子的单杂环等。 杂环化合物的命名在我国有两种方法：一种是译音命名法；另一种是系统命名法。 译音法是根据IUPAC 推荐的通用名，按外文名称的译音来命名，并用带“口”旁的同音汉字来表示环状化合物。例如： 呋喃 咪唑 吡啶 嘌呤 furan imidazole pyridine purine 杂环上有取代基时，以杂环为母体，将环编号以注明取代基的位次，编号一般从杂原子开始。含有两个或两个以上相同杂原子的单杂环编号时，把连有氢原子的杂原子编为1，并使其余杂原子的位次尽可能小；如果环上有多个不同杂原子时，按氧、硫、氮的顺序编号。例如： 2,5-二甲基呋喃 4 –甲基咪唑 4,5–二甲基噻唑 当只有1个杂原子时，也可用希腊字母编号，靠近杂原子的第一个位置是α-位，其次为β-位、γ-位等。例如： O N N N N H N N H N Ｏ Ｈ ３ＣＣ Ｈ３ Ｎ ＮＨ Ｈ ３ＣＮ Ｓ Ｈ３ＣＨ ３Ｃ１ ２ ３ ４ ５ ５ ４ ３ １ ５ ４ ３ ２ １ α β γ α β O CHO N CH 3
第十二章 杂环化合物 一、定义和分类 分子中含有由碳原子和其它原子共同组成的环的化合物称为杂环化合物。杂环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有N 、O 、S 等。象环醚、内酯、环酐及内酰胺等似乎也应属于杂环化合物。但是，由于这些环状化合物容易开环形成脂肪族化合物，其性质又与相应的脂肪族化合物类似，因此，一般不放在杂环化合物中讨论。本章讨论的是环系比较稳定，并且在性质上具有一定芳香性的杂环化合物。 根据环数的多少分为单杂环和多杂环；单杂环又可根据成环原子数的多少分为五元杂环及六元杂环等；多杂环稠杂环、桥杂环及螺杂环，其中以稠杂环较为常见。 二、命名 杂环化合物的名称包括杂环母体及环上取代基两部分。杂环母环的命名有音译法和系统命名法2种。 音译法：是用外文谐音汉字加“口”偏旁表示杂环母环的名称。如呋喃等。 系统命名法：是把杂环看作杂原子转换了相应碳环中的碳原子，命名时以相应的碳环为母体，在碳环名称前加上杂原子的名称，称为“某（杂）某”。如吡啶称为氮（杂）苯，喹啉称为1-氮（杂）萘。 杂环母环的编号规则 （1）含1个杂原子的杂环，从杂原子开始用阿拉伯数字或从靠近杂原子的碳原子开始用希腊字母编号。 （2）如有几个不同的杂原子时，则按O 、S 、-NH-、-N=的先后顺序编号，并使杂原子的编号尽可能小。 （3）有些稠杂环母环有特定的名称和编号原则。 杂环的命名如下： 2-硝基吡咯 4-甲基吡啶 2-甲基-5-苯基噻唑 α-硝基吡咯 γ-甲基吡啶 3-甲基-8-羟基喹啉 1-甲基-7-氯异喹啉 1-甲基-2-巯基咪唑 2-呋喃甲醛（糠醛） 2-噻吩磺酸 3-吡啶甲酰胺 α-呋喃甲醛 α-噻吩磺酸 β-吡啶甲酰胺 N H NO 2N CH 3N S C 6H 5CH 3N CH 3CH 3N Cl N CH 3N SH O CHO S SO 3H N CONH 2
第二十章 杂环化合物 1．写出下列化合物的结构式： N N CH 3 烟碱 尿嘧啶 胞嘧啶胸腺嘧啶 哌啶 N N OH OH N N OH NH 2 N N OH OH CH 3 N H 2．写出吡啶与下列试剂反应的主要产物的结构（若有反应发生） N Br (1) (2) (3) (4) (5) N SO 3H N NO 2 N COCH 3 + [AlCl 4] - N NH 2 (6) (7) (8) (9) N C 6H 5 N + Cl - 不反应N COCH 3 + CH 3COO - (10)不反应 N H (11) (12) (13) N NO 2 O -+ N O -+ 3．试写出下列诸合成路线中所用的试剂和条件或中间产物的结构。 N C O N O CH 3 (1) N COOEt N O CH 3 + 2 5 3+N COCHCH 2CH 2NHCH 3 COOH N COCH 2CH 2CH 2NHCH 3 4 N CHCH 2CH 2CH 2NHCH 3 OH N CHCH 2CH 2CH 2NHCH 3Br + H Br -N N CH 3 （尼古丁） (2) H 3N CH 3 3 CH 3CH 3+I -N CH 3 CH 3CH 3I N(CH 3 )3I -+
(3) +CH 2 CH 2 O 2HOCH 2CH 2N C 2H 5C 2H 5 SOCl 2 ClCH 2CH 2N C 2H 5C 2H 5 NaCH COCH 3CH 3COCHCH 2CH 2N COOEt C 2H 5C 2H 5 CH 3COCH 2CH 2CH 2N C 2H 5C 2H 5 H 2/Pt CH 3CHCH 2CH 2CH 2N C 2H 5C 2H 5 OH PBr 3 CH 3CHCH 2CH 2CH 2N C 2H 5C 2H 5 Br NO 2 NH 2 CH 3O N NO 2 CH 3O Sn/HCl N NH 2 CH 3O Q L M N O P N NH CH 3O CHCH 2CH 2CH 2N C 2H 5C 2H 5 3 CH 3O CH 3O CH 3O CH 3O N (4) Pd/OCH 3 2Cl CH 3O NaCN 2OCH 32CN CH 3O OCH 3CH 2CH 2NH 2 CH 3O OCH 3 2CN CH 3O H 3O + OCH 3CH 2COOH CH 3O 3 OCH 3CH 2COCl CH 3O U V W X Y Z AA V OCH 3 CH 2CONHCH 2CH 2CH 3 O OCH 3 OCH 325 CH 3O N CH 3O CH 3O CH 3O 200 C 。 （一种鸦片生物碱 Papaverine) 4．写出下列杂环合成产物的结构式。 (1)CH 2 COOC 2H 5COOC 2H 5 C O H 2N NH 2 +N N OH OH HO (2) + O O NH 2NH 2 N CH 3 CH 3 H (3) +COOH NH 2 ClCH 2COOH COOH NHCH 2COOH N H COOH O
第十二章杂环化合物 【学习目标】 1、说出杂环化合物的概念； 2、能按照IUPAC（1979）原则对杂环化合物进行命名； 3、掌握简单杂环化合物的结构特点，了解其性质和应用； 4、认识常见的杂环化合物的衍生物，了解它们的应用。 在有机化合物中，除碳、氢以外的其他元素的原子通常被称为杂原子，而在环状化合物中，如果其环中除碳原子外，还含有杂原子，则该环即为杂环，该化合物称为杂环化合物，杂环中所含杂原子一般为氮、氧、硫等。 杂环化合物在自然界中分布广泛，例如，植物中的叶绿素和动物血红蛋白中的血红素同属卟啉类的杂环化合物，由于其结构中心的金属离子不同而显不同颜色，叶绿素为镁卟啉显绿色，血红素为铁卟啉显红色；此外，其他如核酸中含嘌呤、嘧啶等杂环化合物等等。 在现代药物体系中，含杂环结构的药物也占了相当大的比例，例如增强胃动力的多潘立酮（又称吗丁啉）结构中含有两个苯并咪唑杂环，再如人类发现的第一个抗生素——青霉素也含有杂环结构，还有常用于治疗肠道感染的氟哌酸结构中含有喹啉杂环结构，诸如此类含有杂环结构的药物数不胜数。 因此，杂环化合物在有机化合物中占有非常重要的地位，学好本章内容是我们步入药学学科领域的关键一步。 内酯、内酰胺和环醚等化合物都属于杂环化合物，但这些化合物的性质与其同类的开环化合物基本相同，因此，本章不再对其重点介绍，本章着重讨论芳香性杂环化合物，亦称其为芳（香）杂环化合物（aromatic heterocycles）。 第一节分类和命名 一、分类 杂环化合物有多种分类方法，按含杂原子数目分为含一个、两个或多个杂原子的杂环；按环的形式可分为单杂环和稠杂环；还可以按照环的大小分为五元杂环和六元杂环。 二、命名 杂环结构纷繁复杂，其命名亦如是。按照IUPAC（1979）（国际纯粹应用化学联合会）原则的规定，保留45个杂环化合物的俗名并以此作为命名的基础。我国则对这45个俗名进
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 有机化学答案（高占先版）—第13章杂环化合物第 13 章杂环化合物 13-1 命名下列化合物或写出结构式。 （1） 4-甲基-2-乙基噻唑（2） 2-呋喃甲酸（3） N-甲基吡咯（4） 2,3-吡啶二甲酸（5） 3-乙基喹啉（6） 5-异喹啉磺酸（7） 3-吲哚乙酸（8） 6-氨基嘌呤（9） 4-甲基-2-乙基咪唑知识点： 杂环化合物的命名。 13-2 下列化合物是否是极性分子？若是，请标出分子偶极矩的方向。 它们都是极性分子，偶极矩方向如下： NHONHONH2N芳香结构知识点： 偶极矩的判断。 13-3 下列化合物有无芳香性？（1）、（2）、（4）、（5）和（6）有芳香性；（3）无芳香性。 知识点： 杂环化合物的芳香性判据。 13-4 指出下列各组化合物的碱性中心，按碱性由强到弱排列成序。 （1）氮原子为碱性中心， C＞B＞D＞A。 （2） A 的两性氮均为碱性中心； B 氮原子为碱性中心； C 中双键氮为碱性中心。 1 / 7
A＞C＞B， B 由于孤对电子参与芳香性大键，故碱性极弱。 知识点： 含氮化合物碱性比较。 13-5 判断下列化合物中每个氮原子的杂化状态并比较氮原子的碱性强弱。 NClNH CH2CH2CH2CH2N(CH3)2NNCH2CH2NH2HNNCH3CH3CH3OCOH3CHNABCABCABC (1)(2)(3) （1） A． sp3杂化 B. sp2 杂化 C.sp3杂化；碱性： C＞B＞A。 （2） A． sp2杂化 B. sp2 杂化 C.sp3杂化；碱性： C＞A＞B。 （3） A． sp2杂化 B. sp3 杂化 C.sp3杂化；碱性： C＞B＞A。 知识点： 杂化类型判断，碱性判断。 13-6 用简便合理的方法除去下列化合物中的少量杂质。 （1）苯中少量的噻吩（2）甲苯中少量的吡啶（3）吡啶中少量的六氢吡啶解： （1）向混合物中加入浓 H2SO4，振摇、静止，使生成的 2-噻吩磺酸溶于下层的硫酸中得以分离。 （2）用稀 HCl 洗涤，吡啶成盐溶于盐酸中，与甲苯分层得
第十八章 杂环化合物 一 写出下列化合物的构造式: 1.α-呋喃甲醇 2.α,β’-二甲基噻吩 3.溴化N,N-二甲基四氢吡咯 4.2-甲基-5乙烯基吡啶 5.2,5-二氢噻吩 二 命名下列化合物： 1. N 3 C 2H 5 2. S N CH 3 3.N H CH 2COOH 4. N CON(CH 3)2 5.N S C SH 三 将下列化合物按碱性强弱排列成序： 1.N 2.N NH 2 3.N CH 3 4. N CN 四 将下列化合物按碱性强弱排列成序: 1. N H 2. N 3. N F 4. O N H 5. N H 五、完成下列反应式,写出主要反应产物： 1. O COOEt COOEt 2. N 4 KOH H 3O 3. S CH 3O HNO 3 H SO 4 4. S COCH 3 3 H SO 4 5.S NO 2 2 6. 2N CH 2OH
7.N COOH COOH8.N CH3 1)PhCHO,OH 2)H2,Ni 9.N NaNH2 10.N KMnO4 NaOH H3O 11.N HNO3 24 12. NaOH O Cl2浓 EtOH 六 化合物 A. B. O C. N H D.S E.N 1.稳定性顺序是： 2。亲电取代反应活性顺序是：
第二十章杂环化合物答案 一.1.O CH2OH 2.S CH3 CH3 3. N CH3CH3 Br 4.N CH 3 5. S 二.1.N－甲基－α－乙基吡咯 2.5－甲基噻唑 3.β－吲哚乙酸 4.N，N－二甲基烟酰胺 5.2－巯基苯并噻唑 三.2＞3＞1＞4 四.5＞4＞2＞3＞1 五.1. 2.N COOH 3. S O2N OCH3 4. S COCH3 O2N 5.S NO2 Br 6. N H Br CH2OH 7.N COOH 8. N H CH2CH2Ph9.N NH2 10.N COOH COOH 11. N NO2 ， N NO2 12. O Cl CH2OH ， O Cl COOH 六1.E＞A＞D＞C＞B 2.B＞C＞D＞A＞E
杂环化合物和生物碱课后习题参考答案 习题1，各化合物名称或结构式如下： 胞嘧啶；α-噻吩磺酸；β-吲哚乙酸；腺嘌啉；8-羟基喹啉；烟碱（N-甲基-α-吡啶四氢吡咯）； O N H O Br Br N H COOH N N OH N H2 N N N H N H2 OH 习题2，碱性强弱： 六氢吡啶〉甲胺〉氨〉吡啶〉苯胺〉吡咯习题3， 苯苯酚噻吩三氯化铁 紫色 无紫色 苯酚 苯 噻吩 浓硫酸 溶解 不溶解 r.T.苯 噻吩 吡咯四氢吡咯 紫色 蓝色 紫色石蕊 吡咯 四氢吡咯 蓝色 苯甲醛 糠醛 浓盐酸 松木片 无色 糠醛 苯甲醛 习题4，各反应产物如下： （1）N Br N Br NO2 （2） O OH O O OH + （3） N H N 3 （4）N H SO3H (5) S Br S Br O2N 习题6， O O C H3CHO O H- O C H3 CHO Ag+ NH3 O C H3 COOH N CH3KM nO4 N O OH SOCl2 N O Cl AC l3 N O 习题7，喹啉硝化发生在苯环，因为吡啶环的氮原子用一个P-电子共轭，相当于硝基的钝化
吡啶环；吲哚硝化发生在吡咯环，因为氮原子用一对孤对电子共轭，相当于氨基活化吡咯环。 习题8，各杂环互变异构形式如下; N N H N N H NH N N N H NH 2 N N OH N H 2N N H O N H 2 N N OH O H N N H O O H N N OH O H C H 3N N H O O H 习题9，六氢吡啶典型仲胺，N-原子SP 3杂化；而吡啶虽然类似有3个C-C 键的叔胺。但是N-原子SP 2杂化，孤对电子S 成分多，更靠近原子核。且环中的C-C 单键都是SP 2杂化，共用电子对向N-原子偏移程度小，故碱性减弱。 习题10，依分子式知道有4个不饱和度，2个氧原子，可能是五元芳杂环。经氧化成酸后任然为4 个不饱和度，可能换外有醛基，脱羧后成呋喃环，故原物质为呋喃甲醛。
第13章 杂环化合物 13.1 基本要求 ● 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。 13.2 基本知识点 13.2.1 杂环化合物的概念 由碳原子和非碳原子所构成的环状有机化合物称为杂环化合物，环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有氧、硫、氮等。通常将环系比较稳定，具有一定程度的芳香性，且符合H ückel 规则的杂环化合物称为芳杂环。杂环化合物按环的数目不同，可分为单杂环和稠杂环两大类。单杂环按环的大小不同又可分为五元杂环和六元杂环。稠杂环通常由苯与单杂环或单杂环与单杂环稠合而成。 13.2.2 杂环化合物的命名 杂环化合物的命名比较复杂，目前我国常使用“音译法”，即按英文的读音，用同音汉字加上“口”字旁命名。下面是一些常见杂环化合物的名称及编号： （1） 五元杂环: （2） 六元杂环 （3） 稠杂环 环上有取代基的杂环化合物的名称是以杂环为母体，并注明取代基的位置、数目和名称，杂环编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始，顺环编号，环上有不同杂原子时，按O ，S ， O 5 2 34S 5 2 34N 52 3411 1S 5 2 341 N N 52 341N N 52 341 噻吩thiaphene 吡咯pyrrole 噻吩thiazole 吡咯pyrrole 咪唑imidazole 呋喃furan N 123 456 N N 23 4 56 1N N 23 4 56 1N N 23 456 1O 12 34 56 吡啶pyridine 哒嗪pyridazine 嘧啶pyrimidine 吡嗪pyrazine 吡喃pyran N 1 2 34 567 8 喹啉quinoline N 2 34 5 67 8 异喹啉isoquinoline （编号特殊） 14 7 吲哚indole N N 1 23105 6 78 吖啶 acridine （编号特殊） N N 12 3 456 7 嘌呤 purine （编号特殊） N N 8 99 4
第13章 13.1 基本要求 ● 掌握杂环化合物の ● 掌握五元杂环、六元杂环和稠杂环の 13.2 基本知识点 13.2.1 杂环化合物の 由碳原子和非碳原子所构成の环状有机化合物称为杂环化合物，环中の非碳原子称为杂原子，最常见の杂原子有氧、硫、氮等。通常将环系比较稳定，具有一定程度の芳香性，且符合H ückel 规则の杂环化合物称为芳杂环。杂环化合物按环の数目不同，可分为单杂环和稠杂环两 大类。单杂环按环の大小不同又可分为五元杂环和六元杂环。稠杂环通常由苯与单杂环或单杂 13.2.2 杂环化合物の 杂环化合物の命名比较复杂，目前我国常使用“音译法”，即按英文の读音，用同音汉字加上“口”字旁命名。下面是一些常见杂环化合物の （1） 五元杂环: （2） 六元杂环 （3） 稠杂环 环上有取代基の杂环化合物の名称是以杂环为母体，并注明取代基の位置、数目和名称，杂环编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始，顺环编号，环上有不同杂原子时，按O ，S ， O 5 2 34S 5 2 34N 52 3411 1S 5 2 341 N N 52 341N N 52 34H 1 噻吩thiaphene 吡咯pyrrole 噻吩thiazole 吡咯pyrrole 咪唑imidazole 呋喃furan N 123 4 56 N N 23 4 56 1N N 23 4 56 1N N 23 456 1O 12 34 56 吡啶pyridine 哒嗪pyridazine 嘧啶pyrimidine 吡嗪pyrazine 吡喃pyran N 12 34 567 8 喹啉quinoline N 2 34 5 67 异喹啉isoquinoline （编号特殊） 吲哚indole N N 1 23105 6 78 吖啶 acridine （编号特殊） N N 12 3 456 7 嘌呤 purine （编号特殊） N N 8 99 4
第12章 杂环化合物 一、问题参考答案 问题12．1 命名下列各化合物： 答：1,4-甲基-2-氨基嘧啶； 2,4-吡啶甲酸甲酯； 3,8-羟基-7-碘-5-喹啉磺酸。 问题12．2 为什么嘧啶分子中含有两个碱性的氮原子,却为一元碱，且其碱性比吡啶弱得多? 答：嘧啶环上有两个氮原子，一个氮原子质子化后，第二个氮原子对质子化的氮正离子的吸电子诱导效应与共轭效应，使质子化的氮正离子不稳定，质子易于离去，所以碱性较吡啶低；当一个氮原子质子化后，它的吸电性大为增强，使另一个氮原子的电子云密度大为降低，以致不能再接受质子，因此嘧啶为一元碱。 问题12．3 吡啶卤代不使用FeX 3等Lewis 催化剂 , 原因何在? 答：因为吡啶分子中的氮原子上有一对末共用电子对，能与缺电子分子FeX 3等Lewis 催化剂反应，使催化剂失去活性。 问题12-4 写出胞嘧啶和胸腺嘧啶的酮型和烯醇型互变平衡式。 答： 胞嘧啶 胸腺嘧啶 问题12．5 为什么吡咯比苯容易进行亲电取代反应？ 答：因为在吡咯的分子中，五个原子共享6个 电子，环上的电子云密度 比苯大，故它的亲电取代反应比苯容易进行。 问题12．6 试写出喹啉与碘甲烷反应产物的结构式。 答： N I OH SO 3H N COOCH 3 N N NH 2 CH 3 3. 2. 1. I N + CH 3 NH 2 HO NH 2 O N N H N N CH 3 OH HO H O O CH 3 N N N N
问题12．7 试说明嘌呤的酸性比咪唑强，碱性却比咪唑弱的原因？ 答： 嘌呤和咪唑的酸性应表现在=NH 上的氢离解能力，碱性应表现在=N 氮接受质子的能力。由于嘌呤分子中有3个不饱和氮，咪唑分子中只有一个不饱和氮，因此氮原子吸电子作用使嘌呤=NH 电子云密度小于咪唑=NH ，故嘌呤氮上氢比咪唑上的氢易离解，酸性就强。同理可知嘌呤氮接受质子的能力比咪唑弱，故其碱性比咪唑弱。 二、习题参考答案 1．命名下列各杂环化合物： 答： （1）2，3，4，5-四溴呋喃； （2）N-乙基-4-巯基咪唑； （3）2-噻唑甲醛； （4）吡啶乙酸 （5）5-羟基-6-氯嘧啶； （6）7-氨基吲哚； （7）4-喹啉磺酸； （8）9-甲基-2-羟基嘌呤 2．写出下列化合物的结构式： (1) 8-羟基喹啉 (2) 4-羟基-5-氟嘧啶 (3) 噻唑-5-磺酸 (4) 6-巯基嘌呤 (5) β-吡啶甲酰胺 (6) 3-吲哚甲酸乙酯 答： 3．写出下列反应的主要产物： O Br Br Br Br N N C 2H 5 HS S N CHO N CH 2COOH N N Cl HO N 2 N SO 3H N N N N CH 3 HO (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)(8) N N N OH F S N HO 3S N N N N SH N CONH 2 N H COOCH 2CH 3 (1) (2) (3) (4) (5) (6)
1 第13章 杂环化合物 13.1 基本要求 ● 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。 13.2 基本知识点 13.2.1 杂环化合物的概念 由碳原子和非碳原子所构成的环状有机化合物称为杂环化合物，环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有氧、硫、氮等。通常将环系比较稳定，具有一定程度的芳香性，且符合H ückel 规则的杂环化合物称为芳杂环。杂环化合物按环的数目不同，可分为单杂环和稠杂环两大类。单杂环按环的大小不同又可分为五元杂环和六元杂环。稠杂环通常由苯与单杂环或单杂环与单杂环稠合而成。 13.2.2 杂环化合物的命名 杂环化合物的命名比较复杂，目前我国常使用“音译法”，即按英文的读音，用同音汉字加上“口”字旁命名。下面是一些常见杂环化合物的名称及编号： （1） 五元杂环: （2） 六元杂环 （3） 稠杂环 环上有取代基的杂环化合物的名称是以杂环为母体，并注明取代基的位置、数目和名称，杂环编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始，顺环编号，环上有不同杂原子时，按O ，S ， O 5 2 34S 5 2 34N 52 3411 1S 5 2 341 N N 52 341N N 52 341 噻吩thiaphene 吡咯pyrrole 噻吩thiazole 吡咯pyrrole 咪唑imidazole 呋喃furan N 123 456 N N 23 4 56 1N N 23 4 56 1N N 23 456 1O 12 34 56 吡啶pyridine 哒嗪pyridazine 嘧啶pyrimidine 吡嗪pyrazine 吡喃pyran N 1 2 34 567 8 喹啉quinoline N 2 34 5 67 8 异喹啉isoquinoline （编号特殊） 14 7 吲哚indole N N 1 23105 6 78 吖啶 acridine （编号特殊） N N 12 3 456 7 嘌呤 purine （编号特殊） N N 8 99 4
第十七章杂环化合物 基本内容和重点要求 ?杂环化合物的分类和命名； ?杂环化合物的结构和芳香性； ?五元杂环化合物的化学性质； ?六元杂环化合物的化学性质； ?生物碱 重点要求掌握芳香性；五元、六元杂环化合物的化学性质，杂环化合物的亲电取代反应的活性及规律；酸碱性规律。 12.1 杂环化合物的分类和命名 1、分类：杂环大体可分为：单杂环和稠杂环两类。 分子中含有由碳原子和其它原子共同组成的环的化合物称为杂环化合物。杂环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有N、O、S等。象环醚、内酯、环酐及内酰胺等似乎也应属于杂环化合物。但是，由于这些环状化合物容易开环形
成脂肪族化合物，其性质又与相应的脂肪族化合物类似，因此，一般不放在杂环化合物中讨论。本章讨论的是环系比较稳定，并且在性质上具有一定芳香性的杂环化合物。 根据环数的多少分为单杂环和多杂环；单杂环又可根据成环原子数的多少分为五元杂环及六元杂环等；多杂环稠杂环、桥杂环及螺杂环，其中以稠杂环较为常见。 稠杂环是由苯环与单杂环或有两个以上单杂环稠并而成。 2、命名 （1）用音译法 是按外文名称的音译，并加口字旁，表示为环状化合物。如杂环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起用1，2，3，4，5……（或可将杂原子旁的碳原子依次编为α ,β, γ, δ …）来编号。 如杂环上不止一个杂原子时，则从O,S,N 顺序依次编号，编号时杂原子的位次数字之和应最小： （2）系统命名法： 是把杂环看作杂原子转换了相应碳环中的碳原子，命名时以相应的碳环为
母体，在碳环名称前加上杂原子的名称，称为“某（杂）某”。如吡啶称为氮（杂）苯，喹啉称为1-氮（杂）萘。 杂环母环的编号规则 （1）含1个杂原子的杂环，从杂原子开始用阿拉伯数字或从靠近杂原子的碳原子开始用希腊字母编号。 （2）如有几个不同的杂原子时，则按O 、S 、-NH-、-N=的先后顺序编号，并使杂原子的编号尽可能小。 （3）有些稠杂环母环有特定的名称和编号原则。 杂环的命名如下： 2-硝基吡咯 4-甲基吡啶 2-甲基-5-苯基噻唑 α-硝基吡咯 γ-甲基吡啶 3-甲基-8-羟基喹啉 1-甲基-7-氯异喹啉 1-甲基-2-巯基咪唑 2-呋喃甲醛（糠醛） 2-噻吩磺酸 3-吡啶甲酰胺 α-呋喃甲醛 α-噻吩磺酸 β-吡啶甲酰胺 12.2五元杂环化合物 12.2.1 呋喃、噻吩和吡咯的结构 呋喃、噻吩和吡咯组成环的五个原子都位于同一平面上，四个碳原子和一个杂原子都为sp2杂化状态，彼此以σ键相连接；每个碳原子还有一个电子在p 轨道上，杂原子的未共用电子对也是在p 轨道上，这五个p 轨道垂直于环所在的 N H NO 2 N CH 3N S C 6H 5 CH 3 N CH 3 CH 3N Cl N 3N SH O CHO S SO 3H N CONH 2
第13章 杂环化合物 13.1 基本要求 ● 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。 13.2 基本知识点 13.2.1 杂环化合物的概念 由碳原子和非碳原子所构成的环状有机化合物称为杂环化合物，环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有氧、硫、氮等。通常将环系比较稳定，具有一定程度的芳香性，且符合H ückel 规则的杂环化合物称为芳杂环。杂环化合物按环的数目不同，可分为单杂环和稠杂环两大类。单杂环按环的大小不同又可分为五元杂环和六元杂环。稠杂环通常由苯与单杂环或单杂环与单杂环稠合而成。 13.2.2 杂环化合物的命名 杂环化合物的命名比较复杂，目前我国常使用“音译法”，即按英文的读音，用同音汉字加上“口”字旁命名。下面是一些常见杂环化合物的名称及编号： （1） 五元杂环: （2） 六元杂环 （3） 稠杂环 环上有取代基的杂环化合物的名称是以杂环为母体，并注明取代基的位置、数目和名称，杂环编号，除个别稠杂环外，一般从杂原子开始，顺环编号，环上有不同杂原子时，按O ，S ， O 5 2 34S 5 2 34N 52 3411 H 1S 5 2 341 N N 52 34H 1N N 52 34H 1 噻吩thiaphene 吡咯pyrrole 噻吩thiazole 吡咯pyrrole 咪唑im idazole 呋喃furan N 12 34 56 N N 2 34 56 1N N 23 4 56 1N N 23 456 1O 12 34 56 吡啶pyridine 哒嗪pyridazine 嘧啶pyrimidine 吡嗪pyrazine 吡喃pyran N 12 34 567 8 喹啉quinoline N 1 2 34 5 67 8 异喹啉isoquinoline （编号特殊） 6 吲哚indole N H N 1 23106 78 吖啶 acridine （编号特殊） N N 12 34 56 7 嘌呤 purine （编号特殊） N N H 899 4
173 第12章 杂环化合物及生物碱 Heterocyclic Compounds and Natural Bases 重点提示：本章介绍了杂环化合物的分类和命名，分析了五员单杂环和六员单杂环化合物的结构——芳香杂环，重点阐述了五员单杂环化合物呋喃、噻吩和吡咯以及六员单杂环的典型代表吡啶的化学性质——芳香性，介绍了一些重要的、常见的杂环衍生物和生物碱。 12.1 杂环化合物(Heterocyclic Compounds) 分子中由碳原子和氧、硫、氮等其它原子形成的比较稳定的环状结构的化合物称为杂环化合物。杂环中除碳原子以外的其它原子称为杂原子。最常见的杂原子有氧、硫、氮等。例如： S N H N N N O 呋喃 噻吩 吡咯 吡啶 嘧啶 furan thiophene pyrrole pyridine pyrimidine 12.1.1杂环化合物的分类和命名(Classification and Nomenclature) 1.分类 按照杂环的结构，杂环化合物的分类和名称见表12-1。 2.命名 杂环化合物的命名在我国有两种方法：译音命名法和糸统命名法。目前普遍采用译音命名法。 （1）译音命名法 杂环母体的命名：杂环母体的名称是按英文名称音译，选用简单的同音汉字，加上 “口”字旁以表示环状化合物。详情见表12-1。 环上取代基的编号：含一个杂原子的单杂环上有取代基时，环上原子的编号从杂原子开始,并遵循最低糸列规则，使各取代基的位次尽可能小，也可用希腊字母来表示取代基的位次；单杂环上有不同杂原子时，则按氧、硫、氮的顺序编号；如果单杂环上的两个杂原子都是氮，则由连有氢或取代基的氮原子开始编号，并使杂原子的位次尽可能小；稠杂环的编号有特定的编号顺序（见表12-1）。例如： O C HO N C O O H C 2H 5 O N S C H 3 C H 3 1 2 345 4 1 6 2 3 51 2 345 1 2 345 2－呋喃甲醛 3－吡啶甲酸 2－甲基－5－乙基呋喃 5－甲基噻
幻灯片1 第十二章杂环化合物 1、掌握杂环化合物的命名。 2、掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶的结构与芳 香性的关系。 3、掌握呋喃、吡咯、噻吩、吡啶的化学性质 4、了解生物碱的结构、性质和用途。 幻灯片2 12.1 杂环化合物 定义：组成环的原子除碳原子外，还含有其它原子，具有芳香性的环状化合物。最常见的杂原子为O、S、N三种原子 幻灯片3 要点提示
S 噻吩 吡咯 芳杂环化合物：具有不同程度的芳香性，环稳定，性质似苯。 幻灯片4 12.1.1 杂环化合物的分类和命名 N H 1. 杂环化合物的分类 按环数多少分:单杂环和
稠杂环两大类 ●N N N N H N ● ● 呋喃 嘌呤 单杂环化合物又分为五元杂环和六元杂环 幻灯片5 S （1）杂环母环的命名按照英文名称的译音: 呋喃（Furan）、吡咯（Pyrrole）、 噻吩（Thiophene）、吲哚（Indole）一些重要杂环化合物的名称见表12–1。 ●
N ①将杂原子编为1号，与杂原子相邻的碳原子依次为2，3，（α,β） ②当环上含有多个杂原子时，使杂原子的位次数最小； ③当环上有不同的杂原子时，按O →S →N 的次序编号。 幻灯片6 O （2） 环上取代基的编号 噻唑 1 2 3 N S 2,α 3,β N
吡啶 咪唑 H N N 1 2 3 嘌呤 N N N N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 H 喹啉 N 1 2 3 4 5 6 7 8
幻灯片7 （3）母体选择：当杂环上的取代基为—R 、—NO2、—X 、—NH2、—OH 时，杂环为母体； 当取代基为—CHO 、—SO3H 、—COOH 、—CONH2时，杂环为取代基。 吲哚 N 1 2 3 4 5 6 7 N COOH 3 - 吡啶甲酸 β-吡啶甲酸 N H Cl 2-氯吡咯 α-氯吡咯
第十二章 杂环化合物 【目的要求】 1、掌握杂环化合物的分类方法；杂环化合物的命名方法；含一个杂原子的五元杂环化合物的结构和主要化学性质；含一个杂原子的六元杂环化合物的结构和主要化学性质。 2、熟悉特定杂环母核的音译名；特定杂环母核的编号规则；部分氢化杂环的“标氢”规则；含两个杂原子的五元杂环化合物、含两个杂原子的六元杂环化合物和稠杂环化合物的结构特点和主要化学性质。 3、了解含两个杂原子的五元杂环化合物、含两个杂原子的六元杂环化合物和稠杂环化合物的衍生物的结构特点及其应用。 【教学内容】 由碳原子和非碳原子共同参与组成环的环状化合物叫杂环化合物。在杂环化合物中，除碳原子之外组成环的其它原子，称为杂原子。最常见的杂原子是氧、硫、氮。 第一节 杂环化合物的分类和命名 一、分类 （一）、骨架分类法：单杂环类和稠杂环类。 （二）、环碳电子密度分类法：多π-杂环化合物和 缺π-杂环化合物 （三）、按杂环中所含杂原子不同分类法：含氧杂环、含硫杂环和含氮杂环。 二、命名 第二节 五元杂环化合物 一、单杂五元杂环化合物 （一）、呋喃、噻吩和吡咯的结构 （二）、水溶性：均难溶于水。 （三）、环的稳定性 （四）、 酸碱性：噻吩和呋喃为中性化合物。吡咯呈弱酸性。 （五）、化学性质：卤代、磺化、硝化、付-克酰化反应、催化氢化反应。 （六）、衍生物 1、糠醛。 O S N
312 二、五元杂环化合物 （一）、吡唑、咪唑和噻唑的结构 （二）、氢键 （三）、 酸碱性：弱碱性。 （四）、 环的稳定性。 （五）、化学性质 三个化合物的亲电取代反应活性顺序：咪唑＞ 吡唑＞ 噻唑。反应以5位取代产物为主。 （六）、衍生物 1、毛果芸香碱。 2、阿莫西林。 第三节 六元杂环化合物 一、六元杂环化合物 (一)、 吡喃 （二） 、吡啶 1、结构 缺π芳杂环，芳香性比苯要弱，不易发生亲电取代反应。同时氮的存在还改变了苯分子原来正六边型的对称结构，并使吡啶成为较强的偶极分子。 2、性质 （1）、水溶性。 （2）、环的稳定性 （3）、碱性 （4）、亲电取代反应：吡啶很难发生亲电取代反应。其卤代、硝化及磺化反应要在剧烈条件下才能进行，不能发生付-克反应，取代基通常进入环中β-位。 （5）、亲核取代反应:：吡啶容易发生亲核取代反应。这都是由于环碳原子电 N O N N N S N O N N N S