第十三章杂环化合物

第十三章杂环化合物第一页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

定义：环状化合物，环上除碳，还有杂原子（N,O,S等）环具有芳香结构和一定的稳定性（闭合共轭体系）开链化合物（脂肪族）碳环化合物（脂环和芳香族）杂环化合物※芳香杂环化合物：较稳定的平面环状体系；（4n＋2）π电子；芳香性根据定义，酸酐，环氧，内酯，内酰胺不属杂环化合物第二页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

杂环化合物是一大类有机物，占已知有机物的三分之一。

杂环化合物在自然界分布很广、功用很多。例如，中草药的有效成分生物碱大多是杂环化合物；动植物体内起重要生理作用的血红素、叶绿素、核酸的碱基都是含氮杂环；部分维生素，抗菌素；一些植物色素、植物染料、合成染料都含有杂环。第三页，共二十七页，编辑于2023年，星期一核酸碱基，自然界分布血红素，叶绿素B=生物碱，天然或合成药成分维生素，植物色素，植物染料第四页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

10.1杂环化合物的分类和命名一、分类＊按杂环的骨架分类五元杂环六元杂环（单环、稠环、杂原子个数….)

＊按杂原子上碳原子的电子云密度富电子芳杂环缺电子芳杂环第五页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

二、命名▲音译法要点：

按外文名词音译成带“口”字旁的同音汉字

1、母体

噻吩吡咯吡啶喹啉

第六页，共二十七页，编辑于2023年，星期一五元环含一个杂原子

呋喃吡咯噻吩含两个杂原子噁唑咪唑噻唑异噁唑吡唑异噻唑第七页，共二十七页，编辑于2023年，星期一六元环

含一个杂原子：

吡啶吡喃含两个杂原子：哒嗪嘧啶吡嗪第八页，共二十七页，编辑于2023年，星期一稠杂环

喹啉异喹啉吲哚嘌啉咔唑第九页，共二十七页，编辑于2023年，星期一嘌呤：核酸的碱基中的含氮杂环核酸DNA中的两种碱基第十页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

3－甲基吡啶

2，5－二甲基呋喃2、环上有取代基的化合物杂环为母体，取代基按最低系列原则。取代基的位次从杂原子算起依次用1,2,3,…(或α,β,γ…)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。第十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

环上有官能团时，杂环作取代基

γ－吡啶甲酸α－呋喃甲醛

3、含两个或以上相同杂原子，编号从连有取代基或含氢的杂原子开始，另一杂原子位次尽可能小。4－甲基咪唑4－氨基嘧啶第十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

10.2五元芳杂环

呋喃噻吩吡咯一、结构和芳香性＊结构特点：平面环状环上原子均为sp2

杂化

π电子数6（4n+2）键长一定程度平均化环状大π键——富电子芳杂环第十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

杂原子的电负性：O>N>S(3.5)(3.0)(2.6)

∴芳香性的大小顺序：苯>噻吩>吡咯>呋喃

杂原子电负性比C大，周围电子云密度较大。环上电子云分布不均，芳香性不如苯。O电负性最大，呋喃上电子云最不均匀，芳香性最差。硫原子电负性最小，又在第三周期，原子半径较大，原子核对共轭π电子的吸引力较小，固噻吩环上电子分布较为平均，芳香性较强环的稳定性较强

第十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

呋喃为无色液体，难溶于水而易溶于有机溶剂，

b.p为32℃。存在于松木焦油中。

吡咯为无色油状液体，b.p131℃，微溶于水，易溶于有机溶剂。存在于煤焦油。

噻吩为无色有特殊气味液体，b.p.84.2℃，与苯共存于煤焦油中。第十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

二、重要化学性质

1、亲电取代均易于苯——低温、弱亲电试剂

五元杂环化合物进行亲电取代反应的特点是：

使用较为温和的试剂或反应条件。原因：π56，多电子共轭体系，电子云密度比较大，反应活性太高，环稳定性较差，反应需在极温和条件下进行，否则开环、聚合等,产物复杂。第十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期一亲电取代活性：反应速度以苯为1若以则取代一般发生在α位P-π共轭:邻位电子云密度最大第十七页，共二十七页，编辑于2023年，星期一第十八页，共二十七页，编辑于2023年，星期一第十九页，共二十七页，编辑于2023年，星期一2、加成反应比苯容易催化加氢第二十页，共二十七页，编辑于2023年，星期一※3、呋喃的特性——双烯合成呋喃芳香性较弱，所以呋喃及其衍生物容易进行Diles-Alder第二十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期一碱性极弱，pKb＝13.6※4、吡咯的特性——弱酸性∵N上孤对电子均参与共轭，难以与H+结合，故基本不显碱性∴碱性＜苯胺，由于氮原子的吸电子作用，使得N上的H有酸性，pKa＝15,比醇强。N上氢原子可与强碱反应：第二十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

重要衍生物糠醛(呋喃甲醛)

糠醛的化学性质与苯甲醛类似，可发生Cannizzaro反应、与含α-H的醛或酮的交错缩合反应等。第二十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

重要衍生物

2、吡咯的衍生物：四个吡咯环和四个次甲基(-CH=)交替相连组成的大环化合物其取代物称为卟啉族化合物血红素，叶绿素都是卟啉族化合物。在血红素中卟啉环络合的是Fe，叶绿素卟啉环络合的是Mg。第二十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期一1964年，Woodward用55步合成了叶绿素。1965年接着合成VB12，用11年时间完成了全合成。Woodward一生人工合成了20多种结构复杂的有机化合物，是当之无愧的有机合成大师。维生素B12第二十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

10.3六元芳杂环一、吡啶的结构和芳香性平面环状体系6原子均sp2

杂化6中心6电子环状大π键

环上电子云密度分布不均匀：（“－”—电子云密度＞苯“＋”—电子云密度＜苯）第二十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期一①N的一对未成键电子在SP2杂化轨道上