吡咯,呋喃,噻吩

/yjhx/16/right4_11.htm呋喃、噻吩和吡咯→ 结构与芳香性呋喃、噻吩与吡咯结构相似，都是由一个杂原子和四个碳原子结合构成的化合物。

从结构上它们可以看做是由O、S、NH分别取代了1，3-环戊二烯（也称为茂）分子中的CH后得到的化合物。

但从化学性质上看，它们与环戊二烯并无多少相似之处，倒是与苯非常类似。

例如，呋喃、噻吩、吡咯这三个化合物都非常容易在环上发生亲电取代反应，而不太容易发生加成反应。

这说明用上述三个结构来代表这三个化合物存在着某种片面性。

按照杂化理论的观点，呋喃、噻吩、吡咯分子中四个碳原子和一个杂原子间都以sp杂化轨道形成σ键，并处于同一平面上，每一个原子都剩一个未参与杂化的p轨道（其中碳原子的p轨道上各有一个电子，杂原子的p轨道上有两个电子）。

这五个p轨道彼此平行，并相互侧面重叠形成一个五轨道六电子的环状共轭大π键，π电子云分布于环平面的上方与下方（见图16-1），其π电子数符合休克尔的4n+2规则（n=1）。

这三个化合物所形成的共轭体系与苯非常相似，所以它们都具有类似的芳香性。

但是，这三个化合物所形成的共轭体系与苯并不完全一样，主要表现在以下两处：（1）键长平均化程度不一样。

苯的成环原子种类相同，电负性一样，键长完全平均化（六个碳碳键的键长均为140pm），其电子离域程度大，π电子在环上的分布也是完全均匀的。

这三个化合物都有杂原子参与成环，由于成环原子电负性的差异，使得它们分子键长平均化的程度不如苯，电子离域的程度也比苯小，π电子在各杂环上的分布也不是很均匀，所以呋喃、噻吩、吡咯的芳香性都比苯弱。

三种杂环分子中共价键的长度如下：另外，由于这三个杂环所含杂原子的电负性也各不相同，各环系中电子云密度的分布也不一样，所以它们之间的芳香性有差异。

氧是三个杂原子中电负性最大的，呋喃环π电子的离域程度相对较小，所以其芳香性最差；硫的电负性小于氧和氮，与碳接近，噻吩环上的电子云分布比较均匀，π电子离域程度较大，因此其芳香性最强，与苯差不多；氮的电负性介于氧和硫之间，吡咯环的芳香性也介于呋喃和噻吩之间。

一必选题目1.讲解杂化化合物的命名规则,并列举呋喃噻收咯,毗杂环化合物种类繁多，书上列举了一系列具有特定名称的杂环，大家一定要记住它们的名称与结构。

标氢则是又一个需要掌握的知识点，要知道标氢的标氢的来源，以及表示方法：H。

六元杂环化合物一、含一个杂原子的六元杂环1、吡啶（1）结构与物理性质①吡啶环上N原子为sp2杂化，孤对电子不参与共轭而是存在于sp2杂化轨道上，因此吡啶具有一定的碱性。

②吡啶环上的氮原子电负性较大，它类似于硝基而产生吸电诱导与吸电共轭作用，邻对位碳原子电子云密度较低。

③吡啶不易发生亲电取代反应但易发生亲核取代反应，亲电取代反应以进攻N间位为主，亲核取代反应以进攻N邻、对位为主。

④吡啶的偶极矩较大。

⑤吡啶可以与水以任意比例互溶，且可以溶解极性、非极性有机化合物或者无机盐（这块书上有吡啶具有较大溶解性的原因，留意一下）。

（2）化学性质①碱性与成盐碱性顺序比较：芳胺﹤吡啶﹤氨﹤脂肪胺；吡啶可与质子酸或者路易斯酸成盐，其中，吡啶三氧化硫为一个好的磺化试剂。

②亲电取代反应由于吡啶环上氮原子的存在，使得环上电子云密度比苯低，发生亲电取代反应较困难，取代基主要进攻3位C。

③亲核取代反应由于氮原子的吸电子作用使环上电子云密度下降，亲核取代反应更容易进行，反应主要发生在2、4位C。

这里还有一个齐齐巴宾反应，简单看下即可。

④氧化还原反应吡啶环带有侧链时，在强氧化剂（如酸性高锰酸钾溶液）作用下发生侧链氧化，而在过氧酸或环氧化氢存在下生成吡啶-N-氧化物。

生成的吡啶-N-氧化物提高了环上的电子云密度，尤其2、4位显著升高，使亲电取代反应更容易发生；又由于此时N上带有正电荷，使得2、4位电子云密度降低，亲核取代反应也容易发生。

生成的吡啶-N-氧化物又可经过还原或三氯化磷脱去氧。

⑤环上取代基对水溶性与碱性的影响A、环上连有氨基、羟基时，吡啶环上氮原子它们当中的氢形成氢键从而阻碍了与水分子的缔合，使溶解度下降。

药化基础结构五元杂环口诀：五元单子氮氧硫，吡咯呋喃和噻吩。

五元双子都叫唑，氧噁硫噻氮咪唑。

二氮比邻间咪唑，三个四个差不多。

解释：五元杂环含双健中只有一个原子的，含氮的叫吡咯，含氧叫呋喃，含硫叫噻吩；五元杂环中有两个原子的都叫什么唑，其中氮是固定原子，含有氮氧的叫噁唑，含有氮硫的叫噻唑，含有双氮其中氮和氮相邻的叫吡唑，相间位置的叫咪唑；含有三个氮个四个氮的叫三氮唑和四氮唑。

六元杂环口诀：双健单子氧和氮，吡喃吡啶对着看。

不含双健氧和氮，加氢哌啶多记现。

氮氧相对氢不少，吗啉抗毒记得牢。

双子含氮又少氢，对氧对硫噁噻嗪。

氮氮相间称嘧啶，对头相望叫吡嗪。

尿有双酮是基础，胸腺荷包要分清。

解释：六元杂环含双健的，只有一个氧原子的叫吡喃，只有一个氮原子的叫吡啶；饱和六元环中含有氮原子的叫哌啶，含有氧原子的叫四氢吡喃；氧和氮对位饱和环的叫吗啉，吗啉呱主要是抗病毒用的；六元环中含有氮又不饱和，其中对位是氧叫噁嗪，对位是硫叫噻嗪；六元环不饱和中含有两个氮原子，对位叫吡嗪；尿嘧啶中含有两个碳氮双健（叫酮），胸腺嘧啶和胞嘧啶要一起记。

稠合杂环口诀：六五含氮叫吲哚，主要消炎和退热。

六六含氮喹啉底，氮跑对角称为异。

六六双氮都在底，萘啶喹啉好好比。

硫氮对中三个苯，精神失常吩噻嗪。

七环氮氮相差二，加苯称卓抗失眠。

甾体复杂应好记，雌雄孕甾曾比记。

解释：六元环加五元环含有一个氮，氮在五元环底部，叫吲哚，吲哚美新辛主要是作用是消炎解热；两个苯环相连，一个氮原子在苯环最下边，叫做喹啉，如果氮原子在斜下角，叫做异喹啉；两个苯相连，两个氮原子分别在两个苯环最下角，叫做萘啶；三个苯环相连，其中中间那个苯环被氧氮取代，氧氮又是对位，叫做吩噻嗪，精神失常药的主体结构；七元杂环中含有两个氮，两个氮的位置相差两个碳，加上一个苯环，叫做苯并二氮卓，主要是镇静催眠药的主体；甾体结构比较复杂，只要记着雌雄孕甾的取代一个比一个多就行了。

吡啶吡咯呋喃噻吩结构式概述及解释说明1. 引言1.1 概述吡啶吡咯呋喃噻吩是一类重要的有机化合物，其结构式中包含了吡啶、吡咯、呋喃和噻吩等环状结构。

这些化合物具有许多特殊的性质和广泛的应用领域，因此引起了化学界的广泛关注。

1.2 文章结构本文将首先介绍吡啶、吡咯、呋喃和噻吩各自的结构式，然后概述了吡啶吡咯呋喃噻吩化合物的一般特点和重要性。

接着，我们将详细解释该类化合物的特殊性质，包括共轭体系及电子能级分析、光学性质和荧光特征，以及生物活性及医药领域中的应用展望。

最后，在结论部分总结了文章内容，并提出对未来研究方向的建议。

1.3 目的本文旨在全面介绍并深入解释吡啶吡咯呋喃噻吩化合物的结构式、特点和应用，以增进读者对于这类化合物在有机合成和相关领域中的重要性的理解。

同时，通过对其特殊性质的探讨，希望能为未来的研究提供启示，并为该类化合物在医药领域的应用提供有益信息。

2. 吡啶吡咯呋喃噻吩的结构式：2.1 吡啶的结构式吡啶是一种六元杂环化合物，由一个氮原子和五个碳原子组成。

其结构式通常用希腊字母"π"来表示芳香性，带有三个双键（共轭体系）。

吡啶的结构式如下所示：︿←N／＼H - C C - H ←带有π电子的环2.2 吡咯的结构式吡咯也是一种六元杂环化合物，由两个氮原子和四个碳原子组成。

它可以看作是从吡啶中去除一个碳原子而得到的。

由于存在两个氮原子，吡咯具有比较特殊的性质和反应活性。

其结构式如下所示：︿／＼H - C N ←环上带有π电子键│H - C H2.3 呋喃的结构式呋喃是一种五元杂环化合物，由一个氧原子和四个碳原子组成。

它具有较高的稳定性，并且在许多天然产物和药物中被广泛应用。

其结构式如下所示：︿／＼H - C O ←带有π电子的环│H - C H2.4 噻吩的结构式噻吩是一种五元杂环化合物，由一个硫原子和四个碳原子组成。

类似于呋喃，噻吩也在天然产物和药物中具有重要作用。

五元含氮杂环天然产物
含氮杂环天然产物是一类具有氮元素构建的环结构的天然有机化合物。

以下是一些常见的五元含氮杂环天然产物的代表性例子：
1.吡咯和噻吩类：
•吡咯（Pyrrole）: 吡咯是一种五元杂环，存在于许多生物分子中，如色素、生物碱等。

•噻吩（Thiophene）: 噻吩也是一种含氮的五元杂环，存在于一些天然化合物中，例如生物碱和一些含硫的生物分子。

2.吡嗪类：
•吡啶（Pyridine）: 吡啶是一种六元杂环，但其氮原子构建了一个五元的含氮杂环。

它在天然产物中常见，如尼古丁等。

3.嘧啶类：
•嘧啶（Purine）: 嘧啶是一种含有两个氮原子的六元杂环，但在生物学上，嘧啶和嘌呤经常与五元环的含氮杂环类似物一起讨论。

嘧啶是DNA和RNA的组成部分。

4.吲哚类：
•吲哚（Indole）: 吲哚是一种具有含氮的五元环结构，常见于天然产物中，如色氨酸和多种生物碱。

5.异唑类：
•咪唑（Imidazole）: 咪唑是一种含氮的五元环，存在于一些生物活性分子中。

例如，组氨酸脱羧酶的辅酶部分就含有咪唑结构。

这些含氮杂环在天然产物中发挥着重要的生物学功能，包括作为药物、生物碱、色素等。

它们的多样性和生物活性使得它们成为天然产物化学和药物发现研究的重要对象。

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五元单杂环化合物芳香性和反应活性讨组员分工：总结和演讲：曹朋成收集资料：尹文，晏杭，冯柏塨，周英杰，卓帅整理资料：龙贤哲，冉天飞PPT制作：刘泽宇五元单杂环化合物，呋喃、吡咯、噻吩中各原子在同一平面上，碳原子与杂原子（氧，硫，氮）都是sp2杂化。

每个碳原子剩下一个未杂化P轨道，其中填充有一个P电子。

杂原子的P轨道上填充有一对未共用的电子，组成一个五原子，六电子的环状共轭体系，符合休克尔规则，具有杂芳香呋喃、>吡咯>呋喃。

另外从呋喃、吡咯、噻吩的共轭能也证明了这个芳香性大小次序。

共轭能高，说明环共轭体系稳定性高，芳香性大。

共轭能低，环共轭体系稳定性低，芳香性小。

根据上表数据可见，噻吩的共轭能高、芳香性大，呋喃的共轭能低、芳香性小，吡咯介于噻吩、呋喃之间。

2.加成反应与芳香性加成反应与芳香性的标志之一是不易进行加成反应。

那么，如果容易进行加成反应，则芳香性小，甚至无芳香性。

所以，可以从吡咯、呋喃、噻吩加成反应的难易来分析它们芳香性的大小。

呋喃、吡咯、噻吩有芳香性，也能进行加成反应。

例如，呋喃、吡咯、噻吩都能催化氢化，呋喃较易加氢，并很快生成四氢呋喃。

吡咯、噻吩相对加成较慢，特别是噻吩，加氢时硫可以使催化剂(Pd、Pt、Ni)>吡咯>这可能杂原子是噻的稳定件大于呋喃，这样噻吩的亲电取代反应活性小于呋喃。

4.结果讨论五元杂环化合物呋喃、吡咯、噻吩都有芳香性，芳香性大小是，噻吩>吡咯>呋喃。

都易进行亲电取代反应，反应活性次序是吡咯>呋喃>噻吩。

芳香性和亲电反应活性看似没有规律性联系，这是二者考虑问题的角度不同，芳香性考虑是键长、电子密度平均化程度、环的稳定性等。

亲电取代反应活性考虑环上电子密度大小。

电子密度大的易进行亲电取代，电子密度小不易进行亲电取代。

虽然如此，二者还是有联系的。

例如噻吩，芳香性在三个单杂环化合物中是最大的，在亲电取代反应中是最不活泼的。

这是因为，对富电子的芳香杂环化合物，电子云平均化程度越大，芳香性越大，亲电取代反应活性越小，噻吩就是如此。

/yjhx/16/right4_11.htm呋喃、噻吩和吡咯→ 结构与芳香性呋喃、噻吩与吡咯结构相似，都是由一个杂原子和四个碳原子结合构成的化合物。

从结构上它们可以看做是由O、S、NH分别取代了1，3-环戊二烯（也称为茂）分子中的CH后得到的化合物。

但从化学性质上看，它们与环戊二烯并无多少相似之处，倒是与苯非常类似。

例如，呋喃、噻吩、吡咯这三个化合物都非常容易在环上发生亲电取代反应，而不太容易发生加成反应。

这说明用上述三个结构来代表这三个化合物存在着某种片面性。

按照杂化理论的观点，呋喃、噻吩、吡咯分子中四个碳原子和一个杂原子间都以sp杂化轨道形成σ键，并处于同一平面上，每一个原子都剩一个未参与杂化的p轨道（其中碳原子的p轨道上各有一个电子，杂原子的p轨道上有两个电子）。

这五个p轨道彼此平行，并相互侧面重叠形成一个五轨道六电子的环状共轭大π键，π电子云分布于环平面的上方与下方（见图16-1），其π电子数符合休克尔的4n+2规则（n=1）。

这三个化合物所形成的共轭体系与苯非常相似，所以它们都具有类似的芳香性。

但是，这三个化合物所形成的共轭体系与苯并不完全一样，主要表现在以下两处：（1）键长平均化程度不一样。

苯的成环原子种类相同，电负性一样，键长完全平均化（六个碳碳键的键长均为140pm），其电子离域程度大，π电子在环上的分布也是完全均匀的。

这三个化合物都有杂原子参与成环，由于成环原子电负性的差异，使得它们分子键长平均化的程度不如苯，电子离域的程度也比苯小，π电子在各杂环上的分布也不是很均匀，所以呋喃、噻吩、吡咯的芳香性都比苯弱。

三种杂环分子中共价键的长度如下：另外，由于这三个杂环所含杂原子的电负性也各不相同，各环系中电子云密度的分布也不一样，所以它们之间的芳香性有差异。

氧是三个杂原子中电负性最大的，呋喃环π电子的离域程度相对较小，所以其芳香性最差；硫的电负性小于氧和氮，与碳接近，噻吩环上的电子云分布比较均匀，π电子离域程度较大，因此其芳香性最强，与苯差不多；氮的电负性介于氧和硫之间，吡咯环的芳香性也介于呋喃和噻吩之间。

单杂环化合物的化学性质一、五元单杂环的化学性质（呋喃，噻吩，吡咯） （一）酸碱性1、吡咯N 的孤e 参与共轭，碱性↓↓，显弱酸性，可与强碱成盐：+ KOH (S)N K -++ H 2ON H2、吡咯的酸性介于醇酚间：醇＜吡咯＜酚：N HOHK a =×1.3 10-101 10-181 10-15××CH 3CH 2OH3、吡咯与前面所学各类含氮化合物碱性的比较：季铵碱 > 脂肪胺 > 氨 > 苯胺 > 尿素 > 酰胺 > 吡咯 > 酰亚胺例题：NHN HNH 2三者碱性强弱排序？解：吡咯中N 的孤对电子完全参与共轭；苯胺中N 的孤对电子不完全参与共轭（N 是接近于sp2的sp3杂化）；四氢吡咯属于环状仲胺，拥有孤对电子。

因此有碱性顺序：N HNH NH 2<<(K b =×3.8 10-10 2 10-4)2.5 10-14××（二）亲电取代N H O（四溴吡咯）N H Br 2BrBr Br Br, 0℃EtOH Br 2OBrS Br 2HOAcSBr, 0℃,1、呋喃、噻吩、吡咯均为富e 体系，亲电活性>苯，且进入α位；2、硝/磺化时：不可用强酸（了解，不要求掌握）：因杂原子遇强酸能质子化，破坏大π键显示共轭二烯性质，易聚合、氧化 ；可改用非质子性试剂。

3、亲电取代反应活性：吡咯>呋喃>噻吩>苯： 分析：（1）五元单杂环是富电子体系，电荷密度高于苯，因此苯的反应活性最小；（2）噻吩中S 的轨道匹配性最差，给电子能力在三个单杂环中最弱；（3）O 的电负性比N 大，因此呋喃环的电荷密度小于吡咯，活性比吡咯小。

（三）加成1、呋喃、噻吩、吡咯芳香性<苯，因此较苯易加成；2、产物失去芳香性，性质类似脂杂环。

N S OHH 2N HH 2H 2H 2H 2N HOS SMoS 2（噻吩能使Pd 中毒）二、六元单杂环的化学性质（吡啶） （一）碱性1、吡啶N 孤e 不参与共轭，因此显碱性：NH Cl -N ++ HCl2、N 孤e 处于sp2杂化轨道，因而碱性↓，碱性介于氨和苯胺之间：CH 3NH 2NH 3NNH 2pK b3.384.768.809.423、与各类含氮化合物碱性比较：季铵碱> 脂胺>氨>吡啶>苯胺>尿素>酰胺>吡咯>酰亚胺（二）亲电取代吡啶属于缺电子体系，环上ρe ↓，因此亲电活性↓，<苯，进入β位：NNBrNO 24SO 3H NN20%71%33%（三）加成（还原）吡啶芳香性<苯，因此比苯易加成（还原），产物为环状仲胺，碱性↑。