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杂环化合物
杂环化合物
杂环化合物是⼀种含有环的化合物，这个环由⼀种以上原⼦所组成。
⼀般将杂环化合物分为两类：⼀类是脂肪族杂环化合物，另⼀类是具有⽅向性的杂环化合物。杂环化合物在⽇常⽣活中应⽤⼴泛。是合成药物，合成染料，合成材料的重要原料之⼀。是⼀⼤类有机化合物。在理论上和实际中都有⼗分重要意义。
杂环化合物已经成为芳⾹性杂环化合物的代名词。杂环化合物数⽬很多，根据环的⼤⼩，杂原⼦的多少和单环、稠环来分类。最常见的和最稳定的是五元和六元单杂环及其相应的稠杂环，咋换上的编号⼀般是从杂原⼦开始，从阿拉伯数字1、2、3表⽰顺次，如同环中含有不同杂原⼦时，按O\S\N先后顺序排列进⾏编号，若有取代基则要考虑到取代基编号最⼩。五元杂环--
五元杂环中含有两个杂原⼦，其中⼀个必须是N原⼦（称固定氮原⼦）的叫做唑，第⼆个原⼦为氧原⼦的叫恶唑；第⼆个原⼦为硫原⼦的叫噻唑，第⼆个原⼦为氮原⼦的叫咪唑或吡唑，命名时还要标出两个杂原⼦的位置。即为1,2-唑
六元杂环
含有两个杂原⼦的六元环有三种情况：杂原⼦互为邻位、间位、和对位。含有两个氮原⼦的叫⼆嗪。如”吡啶“含⼀个氮原⼦的吡啶
稠杂环
稠杂环是两个以上环稠合⽽成，其中⼀个是基本环，另⼀个是附加环，命名时附加环在前，基本环在后。
单环都可以作为基本环，个别稠杂环是基本环，如吲哚（苯并吡咯），喹啉（苯并吡啶），嘌啉（嘧啶并吡唑)
由芳环与杂环组成的稠杂环。杂环优先（即杂环为基本环），如：苯并呋喃、苯并咪唑，由两个杂环组成的稠杂环，⼤环优先于⼩环。环数相同时，N、O、S杂原⼦顺序确定。如；吡咯并吡啶，噻吩并吡咯。环上杂原⼦数⽬多的优先，杂原⼦数⽬相同时，杂原⼦种类多的优先例如：吡啶并嘧啶、咪唑并恶唑、咪唑并噻唑。环上杂原⼦数⽬及种类都相同时，同环杂原⼦编号低的优先。
（2）稠环共⽤边的标记。附加环按其杂环的编号顺序编号，并以阿拉伯数字1、2、3.。。将各原⼦进⾏标记，苯环上的原⼦不需要编号，命名时在附加环名称的后⾯加⼀个并字。（3）基本环编号标记，基本环按原杂环的编号顺序编号，并以a\b\c\d将各边进⾏标记。稠杂环命名时，在附加环的并字之后和基本环之间加上⽅括号，⽅括号⾥加上阿拉伯数字和abcd等，其间加⼀短横。
含⼀个杂原⼦的五元杂环化合物
呋喃、噻吩、吡咯是最重要的⼀类五元杂环化合物，近代物理研究法表明，这三个化合物都为平⾯结构，环上所有原⼦都是SP2杂化，头头重叠形成西格玛键。每个碳原⼦都有⼀个未杂化的带⼀个电⼦的P轨道，⽽杂原⼦P轨道中有⼀对电⼦。着五个P轨道都垂直于所在平⾯肩并肩交盖，形成闭合的环状共轭体系。体系中派电⼦数为6，复核⼈胡克尔规则，所以这三个杂环都具有芳⾹性
芳⾹性的化学⾏为表现在环上易取代，不宜加成或开环，分⼦能量低⽽稳定。噻吩中氮原⼦体积⼤，环内键⾓张⼒最⼩，稳定性⾼，芳⾹性强。吡咯、呋喃环内张⼒接近，但吡咯中氮原⼦电负性⼩，孤对电⼦想环上离域的程度⾼，因⽽它芳⾹性⼤⼀点，但相⽐苯环，上述三种环的环内张⼒都⼤，其稳定性即芳⾹性都⽐苯⼩。
呋喃、噻吩、吡咯的化学性质
（1）亲电取代反应
由于呋喃、噻吩、吡咯都具有芳⾹性，所以都容易进⾏亲电取代反应，五元杂环中杂原⼦具有供电⼦作⽤，增加环上碳原⼦的电⼦云密度。这个六电⼦体系是五个原⼦，他们都⽐苯活泼，它们的活性同苯酚，苯胺相似。
呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应都是在a位。因为亲电取代反应历程是加成-消去反应，亲电加成⽣成的中间体在a-位要⽐在b位的稳定，⽣成a位的中间体有烯丙位的作⽤，⽽⽣成b位的不存在这种稳定作⽤。，这些化合物由于本⾝活泼性不如苯，所以亲电取代反应需要改变反应条件，采⽤较温和的条件。(1)磺化
吡咯，呋喃磺化不能⽤浓硫酸，通常采⽤吡啶和三氧化硫的配合物
噻吩的稳定性⽐呋喃和吡啶好，反应活性⽐苯⾼，故在常温下⽤浓硫酸就可以使噻吩磺化。实验室也常利⽤这⼀原理洗去苯中的噻吩⽽得到⽆噻吩苯。（2）硝化
为避免HNO3氧化，⼀般采⽤⼄酸酐和硝酸反应⽣成的硝酸⼄酰酯来作为硝化试剂，这样就可以在温和条件下进⾏硝化反应
（3）卤化
由于这些杂环化合物很活泼，氯化、溴化都不需催化剂，为了避免多取代物⽣成，往往采取温和条件，如低温、低浓度进⾏。
（4）酰基化反应
对于呋喃和噻吩进⾏博克酰基化反应时需⽤SnCl4,BF3等较温和的催化剂，对活性较⼤的吡咯可不⽤催化剂，直接⽤酸酐酸化
（5）呋喃的特殊反应
呋喃的芳⾹性差，容易开环，催化氢化⽣成四氢呋喃THF是性能很好的有机溶剂，能溶于⽔。
呋喃的芳⾹性差还表现在⼆烯烃性质，如能和顺丁烯⼆酸酐进⾏四加⼆反应。
（6）吡咯的特殊性质
吡咯为⽆⾊油状液体，沸点131.有微弱的类似苯胺的⽓息。
吡咯的碱性：从表⾯看吡咯是仲胺，实际上他的碱性很弱，这是因为氮原⼦上的孤电⼦对参与环的共轭，不能再与质⼦结合，吡咯氢化后得到的罒氢吡咯却具有很强的碱性，显然是结构上发⽣了变化。
吡咯的碱性⽐苯胺还弱，但却表现出具有弱酸性，其酸性⽐醇强，⽐分弱，它可以与强碱或⾦属作⽤⽣成盐。
（7）吡咯的特殊反应由于吡咯上的电⼦云密度⽐呋喃、噻吩⼤，它能发⽣⼀系列类似苯胺或苯酚的亲电取代反应
重氮盐是很弱的亲电试剂，需要酚和芳胺这类富电⼦的芳⾹环才能与其反应，⽽吡咯能顺利地与其反应。
含两个杂原⼦的五元杂环化合物
唑的另外⼀个氮原⼦与原呋喃、噻吩、吡咯环上的杂原⼦不同。只有⼀个单电⼦占据在P 轨道上，并参与共轭，从⽽组成⼀个5原⼦6派电⼦的环状闭合共轭体系。具有⽅向性⽽⼀对孤对电⼦没有参与成键，具有碱性
唑类化合物的碱性⼀般较弱。其原因有⼆：⼀是这个固定氮原⼦的孤对电⼦占据SP2杂化轨道，⼀般胺分⼦没这么多S成分，它对核外电⼦束缚⼒⼤碱性弱，⼆是由于另⼀个杂原⼦的吸电⼦诱导效应，使碱性更弱，其中恶唑的碱性最弱，咪唑最强。
唑环具有芳⾹性，也能发⽣卤化、硝化、磺化等亲电取代反应。由于固定氮原⼦电负性⽐碳原⼦⼤，在环上的作⽤相当于⼀个吸电⼦基，和呋喃、噻吩、吡咯相⽐其环上电⼦云密度降
低，所以亲电取代反应不如单杂原⼦的五元环
含⼀元杂原⼦的六元环
六元杂环中最重要的是吡啶，吡啶是⼀个具有特殊臭味的⽆⾊液体化合物
吡啶环上的碳氮原⼦都以SP2杂化成键，每个原⼦上⼀个P电⼦参与共轭，形成具有六个P 电⼦的环状闭合的共轭体系，具有芳⾹性。氮原⼦的未成对电⼦对未参与共轭，因此具有碱性，⽐脂肪胺的碱性弱，但⽐吡咯的碱性强
吡啶可与⽆机酸结合成盐，因此吡啶可⽤来吸收反应⽣成的酸。吡啶是⼀个极性化合物，其偶极矩⽐六氢吡啶的⼤，这是因为吡啶环上共轭效应和诱导⽅向⼀。
吡啶的化学性质
（1）由于氮的电负性⽐碳⼤因此氮原⼦的作⽤相当于硝基作⽤
