有机化学课件第13章杂环化合物

第十三章杂环化合物

Heterocycliccompounds

定义：在环状化合物中，参与成环的原子除碳原子外，还含有氧、硫、氮等原子的化合物称为杂环化合物，氧、硫、氮原子叫杂原子。例如：呋喃噻吩吡咯吡啶

前几章讨论过的环醚，内酐，内酯，内酰胺等，成环的原子中也有杂原子，但这些化合物的性质与相应的开链化合物类似，称为脂杂环化合物。环醚内酐内酯内酰胺

本章所讨论的是一类结构上比较稳定，且具有芳香特征的杂环化合物，称为芳杂环化合物。杂环化合物脂杂环化合物芳杂环化合物一、杂环化合物的分类和命名（一）分类

(二)命名

1．译音法

按杂环化合物的外文名称译音，以口字旁同音汉字表示。

2．系统命名法

把杂环看作相应碳环中的碳原子被杂原子取代而生成的化合物，命名时，在相应碳环名称前加上杂原子的名称。3.杂环及环上取代基的编号

(1)含有一个杂原子

①杂原子的编号为“1”，在此基础再使取代基位次尽可能小。②杂原子邻位的碳原子也可依次用α、β、γ…编号。例如：2-呋喃甲醛(糠醛）

5-硝基-2-呋喃甲醛4-甲基-2-吡啶甲酸3-吲哚乙酸(2)含有两个或两个以上相同杂原子

从连有氢或取代基的杂原子开始编号，并且使杂原子位次之和最小。4-甲基咪唑

4-氨基-2-羟基嘧啶（胞嘧啶）2,4-二羟基嘧啶（尿嘧啶）

(3)含有不相同的杂原子按O→S→N的次序编号，并使所有杂原子的位次尽可能小。例如：（4）嘌呤环的编号6-氨基嘌呤（腺嘌呤）2,6,8-三羟基嘌呤（尿酸）按横写的S依次编号

二、杂环化合物的结构

1.五元杂环化合物的结构

以吡咯为例，①参与成环的五个原子处于同一平面，②碳原子和杂原子都是sp2杂化。吡咯

N：sp2孤电子对在p轨道

杂原子上的孤对电子参与共轭，形成共轭体系，其π电子数符合休克尔规则（π电子数=4n+2），所以有芳香性。吡咯是富电子环，取代反应比苯容易。

呋喃

O：sp2呋喃与噻吩有相似的结构。

2．六元杂环化合物的结构

以吡啶为例，①碳原子和氮原子处于同一平面，②每个原子都是sp2杂化。

六元杂环是缺电子环，取代反应比苯难。

吡啶

N：sp2

孤电子对在sp2杂化轨道三.杂环化合物的性质1.酸碱性

原因：N上的未共用电子对参与了环的共轭体系，减弱了与H+的结合能力。

另一方面，吡咯还表现出很弱的酸性（介于酚和醇之间），能与金属钠或钾、固体氢氧化钠或氢氧化钾作用，生成吡咯的盐。

所以吡咯有弱碱性和弱酸性。

原因解释：杂化状态不同，电负性不同。

结论：S成分越多，电负性越大，碱性减弱。

从结构来看吡啶是一个叔胺，但碱性比一般的叔胺弱得多。pKb8.8

4~5吡啶的碱性小于氨大于苯胺碱性次序：脂肪胺（仲胺＞伯胺＞叔胺）＞氨＞吡啶＞芳香胺＞吡咯pKb3.38

4.76

8.809.42

2.取代反应

2-吡咯磺酸3-吡啶磺酸

五元杂环化合物是富电子体系，环上的电子云密度比苯高，其亲电取代反应比苯容易，尤其易发生在α-位。杂原子的存在相当于在环上引入了―NH2、―OH等活化基团。吡啶环是缺电子体系，环上的电子云密度比苯低，亲电取代反应比苯困难，而且反应主要发生在β-位。杂原子的存在当于在环上引入了硝基。

亲电取代反应的活泼顺序是：3．加成反应四氢呋喃(THF)四氢吡咯六氢吡啶烟酸烟酰胺

4．氧化反应

五元杂环化合物容易氧化，六元杂环化合物不容易氧化。

（维生素PP）

烟酸是B族维生素之一（维生素B3），烟酸在人体内转化为烟酰胺。烟酰胺是辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的组成部分，参与体内脂质代谢。

杂环化合物的检验方法

呋喃：盐酸浸渍的松木片→绿色吡咯：盐酸浸渍的松木片→红色噻吩：浓硫酸-靛红→蓝色糠醛：乙酸-苯胺→红色吲哚：盐酸浸渍的松木片→红色四.重要杂环化合物1．嘧啶及其衍生物

嘧啶是缺电子环，取代反应比吡啶还要难，碱性比吡啶弱，pKb=12.7。

嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很广，胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶是核酸的重要组成部分。它们都有互变异构体，结构如下：胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)亚胺醇式酰胺式胞嘧啶

(C)尿嘧啶

(U)胸腺嘧啶

（T)2．嘌呤及其衍生物嘌呤有两种互变异构体：

腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）

鸟嘌呤的互变异构OHNNNNHOH2NH2NHNNNNH五、药物中的杂环化合物举例环丙