第十七章杂环化合物

第十七章杂环化合物

(一)杂环的分类、命名和结构(二)五元杂环（呋喃、噻吩、吡咯）(三)六元杂环(吡啶）

(四)稠杂环（喹啉）杂环化合物种类很多，广泛存在于自然界中，与动植物的生理作用及药物、染料等关系密切。(1)分类和命名

杂环化合物是指含环上有杂原子、有一定芳香性的环状化合物。根据有无芳香性，可将杂环化合物分为非芳香性杂环和芳香性杂环。非芳香性杂环化合物具有与相应脂肪族化合物相类似的性质,不在讨论之列。

(一)杂环的分类、命名和结构

五元杂环化合物：呋喃Furan

噻吩

Thiophene

吡咯Pyrrole

吡唑Pyrazole

咪唑

Idmiazole

噁唑Oxazole

噻唑Thiazole

甲、常见的杂环化合物如下：五元稠杂环化合物：

苯并呋喃Benzofuran

苯并噻吩Thionaphene

吲哚（苯并吡咯）

Indole

吡啶Pyridine

喹啉Quinoline

六元（稠）杂环化合物：乙、命名：杂环化合物的命名常用音译法。例如：5（以OSN为序！）OCHO呋喃甲醛a-糠醛imidazole咪唑NN1234(2)结构和芳香性

(甲)五元杂环的结构

呋喃、噻吩、吡咯分子中所有的原子共平面，具有与苯环类似的结构。吡咯()：呋喃()：噻吩()具有与呋喃相似的结构。

杂原子上的一对p电子与σ平面垂直，与未参与杂化的p轨道平行，形成π56的大π键，这种大π键符合休克尔4n+2规则的要求，它们具有一定的芳香性；由于环上的5个原子共享6个π电子，电子云密度比苯环大，发生亲电取代反应的速度也比苯快得多。下列实验事实都说明呋喃、噻吩、吡咯具有芳香性：①键长数据呋喃、噻吩、吡咯都具有一定程度的键长平均化：注：普通C＝C键长0.133nm；普通C－C键长0.154nm。②环流效应：它们的核磁共振吸收均出现在低场：③离域能数据以上的数据或实验事实说明芳香性：(乙)六元杂环的结构吡啶中氮原子采取不等性sp2杂化：①由于吡啶环中有6中心6电子的大π键，符合休克尔4n+2规则，所以吡啶环亦有芳香性。但由于键长未完全平均化，其芳香性不及苯。吡啶分子的偶极矩数据(D＝7.4×10-30C•m)也表明吡啶分子中电子去不是完全平均分布的。④吡啶环也有环流效应，说明吡啶有芳香性：②由于吡啶环中氮原子上的一对孤对电子与苯环共平面（填入sp2轨道中），不参与环状共轭体系，所以这一对孤对电子很容易给出，从而表现出碱性。③吡啶的结构可用共振论表示为：(二)五元杂环（呋喃、噻吩、吡咯）(1)亲电取代

比苯快，新引入基上α－位。1.通用化学性质说明：①噻吩环芳性比呋喃环和吡咯环强，较稳定；②噻吩环上电子云密度比苯环大，更容易磺化。利用磺化反应可分离苯和噻吩：付氏酰基化：(2)加成

(3)颜色反应2.吡咯的特殊性质吡咯分子中氮原子上虽然带有孤对电子，但是由于其参与了环状π56的共轭，为整个环状共轭体系所共享，从而使氮上电子云密度降低，孤对电子难以表现碱性。所以，吡咯的碱性弱于苯胺的碱性。吡咯（pKa=17）的酸性远远小于酚(pKa=10)。碱性：苯胺>>吡咯能与强酸成盐不能与强酸成盐，遇酸分解3.糠醛（α－呋喃甲醛）的特殊性质最初由米糠与稀酸共热而得，故名糠醛。糠醛具有典型的无α－H的醛的性质：(三)六元杂环化合物（吡啶）由于氮上孤对电子与苯环共面，不参与环体系的共轭，所以吡啶有碱性和亲核性，且碱性大于苯胺：(1)碱性与亲核性

碱性：R3NNNH2Kb6.2105-2.3109-3.91010-:吡啶的化学性质(2)亲电取代

似硝基苯，新引入基上β－。①氮原子上电子云密度大，吡啶环上电子云密度小；吡啶不易发生芳环上的亲电取代反应②N的m-电子云密度比o-、p-大。如果发生芳环上的亲电取代反应，新引入基上m-位。

(3)亲核取代

(4)氧化与还原

吡啶在是一种常用的溶剂，它能溶解许多有机化合物和部分无机盐；吡啶及其衍生物在自然界分布较广，在药物中常见吡啶及其衍生物：

NCH2OHCH2OHHOH3CNNCH3NCONHNH2NCH3COCHC6H5CH2OHO维生素B6烟碱异烟肼抗结核药阿托品解毒药）（（）尼古丁，杀虫剂（）用途(四)稠杂环化合物吲哚在自然界中广泛存在；（如天然精油及动物粪便中）喹啉是一种治疗“打摆子”的特效药；8－羟基喹啉是一种常用的金属离子络合剂，可与“较硬的”离子如Al3+、Mg2+等络合。NOH1234578NN7654321H吲哚喹啉羟基喹啉8-6(1)喹啉的化学性质①喹啉的碱性与吡啶相当②亲电取代在苯环，亲核取代在吡啶环：③苯环比吡啶环更稳定，加氢还原在吡啶环：(2)喹啉及其衍生物的制法——Skraup合成法

历程(以喹啉