杂环化合物

杂环化合物是指环状化合物的环中含有一个或几个非碳原子 (杂原子，常见的为氧、硫、氮 原子)的化合物。在环系比较稳定的杂环化合物中，组成杂环的原子处于同一平面，碳原子为sp2 杂化，各以σ键相连，各有一个p轨道垂直于环平面。根据结构不同，杂环中参与形成共轭体系杂原子的p轨道可能有一对未共用电子，也可能只有一个电子。杂环大多满足4n+2的π电子数，具有一定的芳香性。由于杂原子的电负性与碳不同，因此，芳香杂环化合物的电子云密度平均化程度与苯不同，键长也没有完全平均化。杂环化合物在自然界中分布极广，存在于许多天然产物中，如维生素、生物碱、激素、抗生素等。

六元杂环化合物

吡啶

碱性

吡啶的碱性比脂肪胺、氨均弱，但是比苯胺强。

例如：

这里应认出胺的类型，1为脂肪胺，4为芳香胺，2为吡啶氮，3为吡咯氮原子，吡咯的酸碱性将在后续分析。根据碱性强弱顺序：脂肪胺>氨>吡啶>芳香胺，碱性顺序依次为1>2>4,因此，此题的正确答案为B。因为吡啶显示碱性，所以在有机反应中常作为酸的吸收剂。

亲电取代反应

吡啶是缺“π”的放杂环，换上电子云密度比苯低，因此亲电取代反应的活性比苯低，与硝基苯相当。反应需在较强烈的条件下进行，且产率较低，取代基主要进入吡啶氮原子的β位。

亲核取代反应

由于吡啶环上氮原子的吸电子效应，换上碳原子的电子云密度降低，尤其是在α位和γ位上的电子云密度更低，因而换上的亲核取代反应容易发生，取代反应主要发生在α位和γ位上，反应类似于芳环上的亲核取代反应，将吡啶类比成硝基苯，处于氮原子邻位和对位的卤素易被亲核取代。

• 与NaNH2的反应：齐齐巴宾(Chichibabin)反应

  

• 与芳基锂或烷基锂等亲核取代的反应

  

• α位或γ位有好离去基团: 亲核取代容易

  

氧化和还原

由于吡啶环上的电子云密度较低，故难以失去电子被氧化，通常情况下吡啶环对氧化剂比较稳定。当吡啶环上有烷基或是芳基侧链时，总是侧链优先被氧化。

在特殊的氧化条件下，吡啶可发生类似叔胺的氧化反应生成N-氧化物。例如吡啶与过氧酸或过氧化氢作用时，可得到N-氧化吡啶。N-氧化吡啶再进行亲电取代反应时，硝基可上到吡啶环的对位，然后用三氯化磷或其他方法处理，N-氧化吡啶中的氧很容易被除去，又得到吡啶，可用此法在吡啶环的对位引入硝基。

例如：完成下列反应

反应条件位过氧化氢与醋酸，产物位N-氧化吡啶，所以第一个空应填原料吡啶；然后硝化，硝基应进入吡啶环的对位，后经过还原，将硝基还原为氨基的同时，N-氧化吡啶中的氧也被除去。

吡啶环上的电子云密度较低，使还原比苯容易。

喹啉和异喹啉

喹啉、异喹啉既有苯的性质又有吡啶的性质，也存在着2种体系的相互影响；亲电取代反应主要发生在苯环上，亲核反应主要发生在吡啶环上；苯环比吡啶环易氧化，吡啶环比苯环易还原。异喹啉具有同喹啉类似的性质。

亲核取代和亲电取代反应

亲电取代反应的本质是哪个芳环上的电子云密度大，哪个环优先发生亲电取代。喹啉中苯环与吡啶环相比，苯环的电子云密度要大于吡啶环，因此亲电取代反应优先发生在苯环上。喹啉的化学性质也酮萘有类似的地方，萘发生亲电取代反应时，α-位的反应活性高于β位，因此对于喹啉而言，亲电取代反应，取代基主要进入5位和8位。

亲核取代反应主要发生在电子云密度小的吡啶环上，喹啉主要发生在2位和4位，异喹啉主要发生在1位。

例如：请完成下列反应

第一个反应为喹啉的硝化，为亲电取代反应，优先发生在喹啉的5位和8位，所以产物是5-硝基喹啉和9-硝基喹啉。第二题考察的知识点位亲核取代，亲核取代优先发生在吡啶环上，在2位和4位，所以产物为4-乙氧基喹啉。