第十五章　杂环化合物

THF

顺丁烯二酸酐

戊内酰胺

呋喃

吡啶

喹啉

嘌呤

——芳香杂环化合物

第十五章　杂环化合物

第一节　六元杂环化合物

常见的六元含氮杂环

吡啶

嘧啶

吡嗪

喹啉

异喹啉

哒嗪

单氮六元杂环的命名

3-乙基吡啶

1

2

3

4

5

6

1

6

5

4

3

2

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

β-乙基吡啶

5-乙基吡啶-3-醇

5-氯-3-甲基喹啉

5-羟基异喹啉-8-磺酸

α

β

3-ethylpyridine

5-ethylpyridin-3-ol

5-chloro-3-methylquinoline

5-hydroxyisoquinoline-8-sulfonic acid

杂化化合物命名基本原则

杂环本体
- 通常使用习惯名称呼
环外基团
- -OR、-R、-X、-NO2、-NO等优先级较低基团视作取代基
- 其它基团视作特性基团
编号
- 编号时尽可能使杂原子位次较小，再依次考虑主特性基团、取代基
- 稠合边上原子通常不参与编号

常见的六元含氮杂环

吡啶

嘧啶

吡嗪

喹啉

异喹啉

哒嗪

吡啶的结构

吡啶

N

吡啶型氮原子

经典结构式上存在与其它原子间的双键
单个电子参与共轭
一对电子伸向环外，
具有碱性
吸电子，使芳环上电子云密度下降，类似于硝基对苯环的作用

吡啶的化学性质

N上孤对电子
——碱性与亲核性
芳香环
——亲电取代
缺π芳杂环
——亲核取代
氧化与还原

吡啶的化学性质：碱性

N-磺酸吡啶

苯胺 < 吡啶 < 氨 < 脂肪胺

Sarret试剂

吡啶的化学性质：亲核性

吡啶的碱性与亲核性类同于芳香叔胺

吡啶的化学性质：环的电性反应

α

β

γ

e: β > γ > α

亲电取代：β位

亲核取代：α、γ位

吡啶的化学性质：亲电取代

吡啶的化学性质：亲电取代

吡啶的化学性质：亲核取代

吡啶的化学性质：亲核取代

(Chichibabin反应)

吡啶的化学性质：还原

电子云密度低：易还原

吡啶的化学性质：氧化

电子云密度低：吡啶环难以被氧化

吡啶的化学性质：氧化

特殊氧化条件

N-氧化物

吡啶的化学性质：总结

缺π芳杂环，性质类似硝基苯
- 亲核取代易，亲电取代难
- 还原易，氧化难
吡啶型N原子：有亲核性与碱性

喹啉与异喹啉

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

喹啉

异喹啉

化学性质与吡啶及萘有相当密切的关联

喹啉与异喹啉的化学性质

亲电取代

（发生在富电子苯环类似萘的α-位）

喹啉与异喹啉的化学性质

亲核取代

（易发生在缺电子吡啶N原子α-位）

喹啉与异喹啉的化学性质

氧化：优先氧化富电子苯环
还原：优先还原缺电子吡啶环

喹啉的合成：Skraup法

1o

2o

3o

4o

5o

丙烯醛

β-苯胺丙醛

1,2-二氢喹啉

Skraup法逆合成思路

Skraup法实例

以苯酚和不超过三碳的有机试剂合成

Skraup法实例

以苯酚和不超过三碳的有机试剂合成

含两个氮原子的六元杂环

嘧啶

吡嗪

哒嗪

——二嗪类化合物

二嗪类化合物的命名

4-乙基嘧啶-2-胺

4-甲基哒嗪

吡嗪-2,3-二甲酸

1

2

3

4

5

6

4-methylpyridazine

4-ethylpyrimidin
-2-amine

pyrazine
-2,3-dicarboxylic acid

含两个氮原子的六元杂环

嘧啶

吡嗪

哒嗪

——二嗪类化合物

二嗪类化合物的反应

亲电取代——较困难

二嗪类化合物的反应

亲核取代——较容易

二嗪类化合物的反应

氧化
碱性与亲核性

相当于一元胺

含三个氮原子的六元杂环

1,3,5-三嗪

三聚氰胺

白色晶体，氰氨化钙法或尿素法合成
与甲醛缩合后聚合可得三聚氰胺树脂
用于塑料及涂料工业
也作纺织物防摺、防缩处理剂

含氧六元杂环

吡喃
吡喃衍生物

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

4H-吡喃

2H-吡喃

γ-吡喃酮

α-吡喃酮

香豆酮

色酮

γ-吡喃

α-吡喃

第十五章　杂环化合物

第二节　五元杂环化合物

含单个杂原子的五元杂环
含多个杂原子的五元杂环

常见的五元杂环化合物

呋喃

吡咯

吲哚

噻吩

噁唑

咪唑

噻唑

异噁唑

吡唑

异噻唑

嘌呤

含单个杂原子五元杂环的命名

吡咯位置异构体的命名

4-乙基噻吩-2-甲酸

2-甲基吡咯

2-氨基吲哚-5-醇

2H-吡咯

1H-吡咯

3H-吲哚

1H-吲哚

1

2

3

4

5

6

7

2-methylpyrrole

4-ethylthiophene
-2-carboxylic acid

2-aminoindol-5-ol

含单个杂原子的五元杂环
含多个杂原子的五元杂环

常见的五元杂环化合物

呋喃

吡咯

吲哚

噻吩

噁唑

咪唑

噻唑

异噁唑

吡唑

异噻唑

嘌呤

吡咯的结构

吡咯

吡咯N

“吡咯”型N原子

吡啶N

吡咯型氮原子

一对电子参与共轭，
结构式上与C、H以单键相连
给电子，使芳环上电子云密度升高，类似于氨基对苯环的作用
不具有碱性，相反有一定酸性

吡咯的结构

吡咯

“吡咯”型N原子

吡啶N

吡咯N

吡咯、呋喃、噻吩的化学性质

多π芳杂环
——亲电取代活性高
——易被氧化
——对酸敏感
——易开环
芳香性略差
——易被还原

吡咯等的化学性质：亲电取代

活性高，类似苯胺
吡咯>呋喃>噻吩>苯
需采用温和条件和试剂

邻对位

α位

吡咯等的化学性质：亲电取代

硝化：一般使用温和硝化剂硝乙酐
磺化：同样使用温和磺化剂

吡咯等的化学性质：亲电取代

卤代：反应剧烈，常得多卤代物

吡咯等的化学性质：亲电取代

傅克酰化：使用温和催化剂

吡咯等的化学性质：亲电取代

1. 2. 3.

吡咯等的化学性质：还原

呋喃的双烯加成

呋喃芳香性较差，可体现共轭二烯的性质

吡咯、噻吩一般条件下不发生此类反应

吲哚的化学性质

亲电取代反应性与呋喃类似

注意取代主要发生于3-位

吲哚衍生物的合成

Fischer吲哚合成法
逆合成分析

原羰基碳

原羰基碳

含单个杂原子的五元杂环
含多个杂原子的五元杂环

常见的五元杂环化合物

呋喃

吡咯

吲哚

噻吩

噁唑

咪唑

噻唑

异噁唑

吡唑

异噻唑

嘌呤

唑类化合物

1,3-唑

1,2-唑

唑的命名

编号
- 价数小的原子编号优先，如 S > N
- 价数相同，原子序数小的原子优先，O > S
- 若都相同，连接氢原子较多的杂原子优先
实例

2,5-二乙基噁唑

4-甲氧基咪唑

吡唑与咪唑的互变异构

3H-吡唑

1H-吡唑

5-硝基咪唑

4-硝基咪唑

4(5)-硝基咪唑

含单个杂原子的五元杂环
含多个杂原子的五元杂环

常见的五元杂环化合物

呋喃

吡咯

吲哚

噻吩

噁唑

咪唑

噻唑

异噁唑

吡唑

异噻唑

嘌呤

唑类化合物

1,3-唑

1,2-唑

唑的化学性质

碱性
- - 1,3-唑 > 1,2-唑

>

唑的化学性质

亲电取代活性
　　苯 > 唑 > 吡啶

>

含单个杂原子的五元杂环
含多个杂原子的五元杂环

常见的五元杂环化合物

呋喃

吡咯

吲哚

噻吩

噁唑

咪唑

噻唑

异噁唑

吡唑

异噻唑

嘌呤

1

2

3

4

5

6

7

8

9

9H-嘌呤

7H-嘌呤

6-氯-2-甲基嘌呤-8-胺

第十五章　杂环化合物

第三节　杂环化合物的命名

杂环化合物命名的基本步骤

杂环母核的命名
杂环母核的编号
根据环外基团位置写出名称

杂环母核的命名

习惯上采取俗名（传统名称）
- 单个杂原子的五元单杂环
  　呋喃、噻吩、吡咯、四氢呋喃
- 两个杂原子的五元单杂环
  　咪唑、噁唑、噻唑、吡唑、异噁唑、异噻唑
- 单个杂原子的六元单杂环
  　吡啶、吡喃
- 两个杂原子的六元单杂环
  　哒嗪、嘧啶、吡嗪
- 稠杂环
  　吲哚、喹啉、异喹啉、嘌呤