吡啶环上的碳原子和氮原子均以sp2杂化轨道相互重叠形成σ键

吡啶环上原子杂化类型为吡啶是一种含氮杂环化合物，具有嗅爆性气味，是许多重要药物和农药的基础结构单元。

吡啶环上原子的杂化类型可以通过量子化学的理论来解释和描述。

以下是相关参考内容，详细介绍了吡啶环上原子的杂化类型。

吡啶的化学式为C5H5N，它是一种六元杂环，由五个碳原子和一个氮原子组成。

吡啶环上的碳原子和氮原子通过形成共价键与周围原子连接。

吡啶环的拓扑结构使得其中的碳原子杂化类型存在一定的变化。

在吡啶环上，氮原子的杂化类型是sp2杂化。

氮原子有三个单电子对，它们分别与三个sp2杂化的轨道形成σ键。

由于氮原子有一个孤对电子，这个孤对电子被认为是一个p轨道，它处于垂直于吡啶平面的位置。

吡啶环上碳原子的杂化类型则分为两种。

一种是sp2杂化，碳原子通过sp2杂化形成σ键和氮原子形成共价键。

在吡啶环的正上方，有一个在平面内的孤对电子。

这个孤对电子使得碳原子处于sp2杂化状态。

另一种是sp3杂化，碳原子通过sp3杂化形成σ键和邻近的碳原子之间形成共价键。

这种杂化类型存在于吡啶环上离氮原子较近的位置。

吡啶环上的sp3杂化碳原子通常被称为α-碳。

由于α-碳处于吡啶平面内，它的杂化类型与sp2杂化的碳原子有所不同。

吡啶环上碳原子的杂化类型可以通过以下几种实验数据来推断和验证：1. 碳原子的化学位移：NMR技术可以测定吡啶环上碳原子的化学位移。

通过对不同位置的化学位移进行分析，可以推断出杂化类型的变化。

2. 结构分析：通过X射线晶体衍射等结构分析方法，可以确定吡啶分子的三维结构，进而推断出碳原子的杂化类型。

3. 能级计算和分子模拟：通过量子化学计算方法，如密度泛函理论（DFT）等，可以模拟吡啶分子的电子结构和能级分布，从而推断碳原子的杂化类型。

总之，吡啶环上原子的杂化类型是由氮原子的sp2杂化和碳原子的sp2杂化、sp3杂化共同决定的。

这种杂化类型的特殊性使得吡啶具有一系列重要的化学和生物活性。

通过对吡啶杂化类型的研究，可以更好地理解吡啶的结构和性质，进一步应用于药物研发和其他领域的应用。

Pyridines: from lab to production, ed. Eric F. V . Scriven,2013, pp. 19-411.Modern Heterocyclic Chemistry (4 volume set), ed. JulioAlvarez-Builla, 2011, pp. 1443-1537.Comprehensive Heterocyclic Chemistry, 2008, pp. 1-306.参考书目吡啶化学：性质、反应与合成 以机理学杂环（一）PYRIDINE Summarized by CDS吡啶的性质2 吡啶的反应3 吡啶的合成4 吡 啶 药 物1 2-CDS3-CDS 吡啶药物★1840s Anderson首次发现吡啶；★1877年William Ramsey首次用化学的方法合成了吡啶；★1882年Hantzsch 吡啶合成法出现；★1906年Chichibabin吡啶合成法出现；★具独立吡啶结构的天然产物不多见，但吡啶衍生物如喹啉、异喹啉以及氢化吡啶等在天然产物中却大量存在；★具独立吡啶结构的药物广泛存在。

吡 啶 药 物★ 2014年全球销售额TOP25的药物中，具吡啶结构的药物有两个，分别为 诺华公司的甲磺酸伊马替尼和阿斯利康公司的埃索美拉唑。

4-CDS5-CDS 吡啶药物★08年上市新药吡 啶 药 物★ 09年上市新药★ 10年上市新药6-CDS★11年上市新药★12年上市新药★13年上市新药★14年上市新药吡啶药物★15年上市新药(截止到6月份）10-CDS￭ 吡啶N 原子sp2杂化轨道上有一对 未成键的孤对电子，故具有一定的亲核性和碱性，可与酸、烷化剂、酰化剂以及金属离子等相互作用。

￭ 吡啶N 原子与环上的C 原子均以sp2杂化，其轨道相互重叠形成 σ键，构成一个平面六元环。

￭ N 原子和C 原子均有一个未参与杂化的p 轨道，该轨道垂直于环平面，含一个电子，它们侧面重叠形成一个封闭的大π键，π电子数目为6，符合 4n+2规则，与苯环类似。

用杂化轨道理论解释杂环化合物和重氮化合物的结构作者：陶玉霞王秀敏来源：《化学教学》2007年第07期文章编号：1005－6629(2007)07－0070－02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B有机化合物的结构决定其性质，所以明确有机化合物的结构是掌握有机化合物性质的关键。

但许多有机化学教科书对杂环化合物及重氮化合物结构只是简略介绍，不利于学生对其性质的理解，笔者对杂环化合物及重氮化合物结构给以详细归纳，供同仁参考。

1用杂化轨道理论解释杂环化合物的结构杂环化合物的基本母环分为五元环和六元环，分别加以说明：1.1 五元环五元环的典型代表是吡咯、呋喃和噻吩，碳原子和杂原子都是以sp2杂化轨道与相邻的原子彼此以σ键构成五元环，成环的5个原子处于同一平面上。

每个碳原子及杂原子都有1个垂直于该平面的未杂化的p轨道，碳原子的p轨道中各有1个电子，杂原子的p轨道中有2个杂原子，这些p轨道相互平行，从侧面重叠形成了5个原子和6个电子的环状闭合大π键。

用轨道表示式可表如下：在氧和硫杂化轨道中，除了所成两个σ键外，还有一对未共用电子，因为氧的这对电子也参与了环的共轭，所以接受质子的能力大大减弱，而失去了醚的弱碱性，不易与无机强酸反应。

硫原子不能与质子结合，所以也无碱性。

在这些五元杂环中，因为5个p轨道上分布着6个电子，所以杂环上碳原子的电子云密度比苯环上碳原子的电子云密度高，因此这类杂环是多电子共轭体系，比苯更容易发生亲电取代反应。

其活性顺序随着杂原子的电负性的增大而增大：呋喃>吡咯>噻吩>苯1.2 六元环六元环的典型代表是吡啶，吡啶分子中的5个碳原子和1个氮原子都以sp2杂化轨道相互重叠，形成了以σ键相连的环平面。

环上6个原子都有1个垂直于该平面的未杂化的p轨道（p轨道中各有1个电子），这些p轨道相互平行，从侧面重叠，形成了1个闭合大π键。

所以吡啶具有芳香性。

用轨道表示式可表示如下：由于氮原子的电负性比碳原子大，产生了吸电子的共轭效应，使环上碳原子的电子云密度降低，因此吡啶是缺电子共轭体系，在缺电子体系中，氮原子的未共用电子不能参与共轭，所以与氢质子结合能力较强，从而显碱性；由于氮原子吸电子的共轭效应而导致的环上电子云密度比苯环低，所以吡啶比苯难以发生亲电取代反应。

1095 20211单项选择题1、命名下列化合物（）1.苯甲腈2.苯乙腈3.乙腈4.甲腈2、在合成多肽时，一些侧链的基团需要保护起来，特别是巯基，很容易发生氧化还原反应，一般是用______将1.二氢吡喃2.1,2-乙二醇3.Fmoc4.苯甲基3、选择保护基时须考虑（）。

1.保护基在随后的反应和后处理中具有较高的容忍性2.A,B and C3.保护基的来源以及经济性4.保护基必须能很容易高产率地进行保护反应，也能被选择性和高效率地除去4、樟脑是一个二环系的（）化合物。

1.甾族2.萜类3.糖类4.生物碱5、在多肽的合成中，羧基可以通过将其变成苄酯来进行保护，接肽完成后，由于酯比酰胺易于水解，苄酯可以1.温和酸性水解法2.强酸水解法3.催化氢解法4.稀碱水解法6、1.2.3.4.7、1.2.3.4.8、苯胺制对溴苯胺应在（）介质中进行。

1.强碱2.弱酸3.强酸4.弱碱9、1.2.3.4.10、1.2.3.4.11、葡萄糖是典型的醛糖，可被（）氧化。

1.溴水2.硝酸3.Fehling试剂4. A , B and C12、1. F.2.3.4.13、下列化合物中，（）不能用于保护氨基。

1.氯代甲酸三级丁酯2.1,2-乙二醇3.氯代甲酸苯甲酯4.FmocCl14、1.2.3.4.15、1.2.3.4.16、下列化合物中，（）是常见的羰基保护基。

1.1,2-乙二醇2.1,2-二硫醇3. A and B4.硅保护基17、下列方法中，（）可以使糖的碳链增长。

1.佛尔递降法2.芦福递降法3.克利安尼氰化增碳法4.碳二亚胺法18、1.2.3.4.19、下列化合物中，（）不能与水形成氢键。

1.甲胺2.二甲胺3.甲烷4.三甲胺20、1.2.3.4.21、下面四个β-二羰基化合物酸性最强的是（）。

1.2.3.4.22、Edman方法中，用______和N端的氨基反应，生成苯氨基硫代甲酸衍生物。

1.茚三酮2.异硫氰酸苯酯3.2,4-二硝基氟苯4.碘23、下列氨基酸中，（）属于碱性氨基酸。

第十二章 杂环化合物一、定义和分类分子中含有由碳原子和其它原子共同组成的环的化合物称为杂环化合物。

杂环中的非碳原子称为杂原子，最常见的杂原子有N 、O 、S 等。

象环醚、内酯、环酐及内酰胺等似乎也应属于杂环化合物。

但是，由于这些环状化合物容易开环形成脂肪族化合物，其性质又与相应的脂肪族化合物类似，因此，一般不放在杂环化合物中讨论。

本章讨论的是环系比较稳定，并且在性质上具有一定芳香性的杂环化合物。

根据环数的多少分为单杂环和多杂环；单杂环又可根据成环原子数的多少分为五元杂环及六元杂环等；多杂环稠杂环、桥杂环及螺杂环，其中以稠杂环较为常见。

二、命名杂环化合物的名称包括杂环母体及环上取代基两部分。

杂环母环的命名有音译法和系统命名法2种。

音译法：是用外文谐音汉字加“口”偏旁表示杂环母环的名称。

如呋喃等。

系统命名法：是把杂环看作杂原子转换了相应碳环中的碳原子，命名时以相应的碳环为母体，在碳环名称前加上杂原子的名称，称为“某（杂）某”。

如吡啶称为氮（杂）苯，喹啉称为1-氮（杂）萘。

杂环母环的编号规则（1）含1个杂原子的杂环，从杂原子开始用阿拉伯数字或从靠近杂原子的碳原子开始用希腊字母编号。

（2）如有几个不同的杂原子时，则按O 、S 、-NH-、-N=的先后顺序编号，并使杂原子的编号尽可能小。

（3）有些稠杂环母环有特定的名称和编号原则。

杂环的命名如下：2-硝基吡咯 4-甲基吡啶 2-甲基-5-苯基噻唑 α-硝基吡咯 γ-甲基吡啶3-甲基-8-羟基喹啉 1-甲基-7-氯异喹啉 1-甲基-2-巯基咪唑 2-呋喃甲醛（糠醛） 2-噻吩磺酸 3-吡啶甲酰胺α-呋喃甲醛 α-噻吩磺酸 β-吡啶甲酰胺N H NO 2N CH 3N S C 6H 5CH 3N CH 3CH 3N Cl N CH 3N SH O CHO S SO 3H N CONH 2三、五元杂环化合物（一）吡咯、呋喃和噻吩1、结构与芳香性吡咯环的4个碳原子和1个氮原子都以SP 2杂化轨道成键。

西南大学网络与继续教育学院课程代码： 1095 学年学季：20192单项选择题1、命名下列化合物（）.苯甲腈.苯乙腈.乙腈.甲腈2、....3、如何除去苯中含有的少量杂质吡咯（）。

.用浓硫酸处理反应体系，吡咯会因为聚合而被破坏，聚合物可以通过过滤除去.用稀硫酸处理反应体系，吡咯会因为聚合而被破坏，聚合物可以通过过滤除去.用浓硫酸处理反应体系，吡咯很容易与浓硫酸发生磺化反应而溶解在浓硫酸中，从苯中离出去。

.用稀硫酸处理反应体系，吡咯很容易与稀硫酸发生磺化反应而溶解在稀硫酸中，从苯中离出去。

4、........5、（）是最常用的淀粉鉴定试剂。

.茚三酮. 2,4-二硝基氟苯.碘.异硫氰酸苯酯6、命名下列化合物（）.戊二酸酐.反丁烯二酸酐.丁二酸酐.顺丁烯二酸酐7、下列化合物中，碱性最强的是（）。

....8、下列化合物中，（）可以用作化学合成染料。

....9、蛋白质的基本组成单位是（）。

.氨基酸.脱氧核糖核酸.核糖核酸.葡萄糖10、（）是一切糖类甜味剂中甜味最大的单糖。

. D-木糖. D-半乳糖.D-果糖. D-葡萄糖11、....12、....13、....14、下列化合物中，（）不能与水形成氢键。

.甲胺.二甲胺.甲烷.三甲胺15、....16、命名下列化合物（）. 2-甲基呋喃. 1-甲基四氢呋喃. 2-甲基四氢呋喃. 1-甲基呋喃17、....18、写出对氨基苯乙酮的结构（）....19、....20、....21、....22、（）和亚硝酸或亚硝酸盐及过量的酸在低温下反应可生成芳香重氮盐。

.芳香铵盐.芳香三级胺.芳香一级胺.芳香二级胺23、为何酰胺熔沸点比分子量相近的酯高（）。

.范德华力. A and B.分子间氢键作用.分子间静电作用24、下列氨基酸中，（）不属于必需氨基酸。

.蛋氨酸.异亮氨酸.精氨酸.赖氨酸25、两个或两个以上的异戊二烯分子以头尾相连的方式结合起来的化合物称为______。

.生物碱.甾体化合物.萜类化合物.蛋白质26、....27、....28、下列基团中____不能用来保护羟基. THP（四氢吡喃基）.对甲氧基苄氧基甲基p-MeOC6H4CH2OCH2―简写为PMBM .硅保护基，例如三乙基硅基（TES）.苄基29、下列反应中，（）不属于周环反应。

1095 20192单项选择题1、命名下列化合物（）1.苯甲腈2.苯乙腈3.乙腈4.甲腈2、1.2.3.4.3、如何除去苯中含有的少量杂质吡咯（）。

1.用浓硫酸处理反应体系，吡咯会因为聚合而被破坏，聚合物可以通过过滤除去2.用稀硫酸处理反应体系，吡咯会因为聚合而被破坏，聚合物可以通过过滤除去3.用浓硫酸处理反应体系，吡咯很容易与浓硫酸发生磺化反应而溶解在浓硫酸中，从苯离出去。

4.用稀硫酸处理反应体系，吡咯很容易与稀硫酸发生磺化反应而溶解在稀硫酸中，从苯离出去。

4、1.2.3.4.5.6.7.8.5、（）是最常用的淀粉鉴定试剂。

1.茚三酮2.2,4-二硝基氟苯3.碘4.异硫氰酸苯酯6、命名下列化合物（）1.戊二酸酐2.反丁烯二酸酐3.丁二酸酐4.顺丁烯二酸酐7、下列化合物中，碱性最强的是（）。

1.2.3.4.8、下列化合物中，（）可以用作化学合成染料。

1.2.3.4.9、蛋白质的基本组成单位是（）。

1.氨基酸2.脱氧核糖核酸3.核糖核酸4.葡萄糖10、（）是一切糖类甜味剂中甜味最大的单糖。

1.D-木糖2.D-半乳糖3.D-果糖4.D-葡萄糖11、1.2.3.4.12、1.2.3.4.13、1.2.3.4.14、下列化合物中，（）不能与水形成氢键。

1.甲胺2.二甲胺3.甲烷4.三甲胺15、1.2.3.4.16、命名下列化合物（）1.2-甲基呋喃2.1-甲基四氢呋喃3.2-甲基四氢呋喃4.1-甲基呋喃17、1.2.3.4.18、写出对氨基苯乙酮的结构（）1.2.3.4.19、1.2.3.4.20、1.2.3.4.21、1.2.3.4.22、（）和亚硝酸或亚硝酸盐及过量的酸在低温下反应可生成芳香重氮盐。

1.芳香铵盐2.芳香三级胺3.芳香一级胺4.芳香二级胺23、为何酰胺熔沸点比分子量相近的酯高（）。

1.范德华力2. A and B3.分子间氢键作用4.分子间静电作用24、下列氨基酸中，（）不属于必需氨基酸。

史上最全吡啶化学总结以机理学杂环（一）Summarized by CDPYRIDINE吡啶化学：性质、反应与合成参考书目➢Pyridines:from lab to production,ed.Eric F.V.S criven,2013,pp.19-411.➢Modern Heterocyclic Chemistry(4volume set),ed.J ulioAlvarez-Builla,2011,pp.1443-1537.➢Comprehensive Heterocyclic Chemistry,2008,pp.1-306.PYRIDINE2-CDS 1吡啶药物2吡啶的性质3吡啶的反应4吡啶的合成PYRIDINE吡啶药物★1840s Anderson首次发现吡啶；★1877年William Ramsey首次用化学的方法合成了吡啶；★1882年Hantzsch吡啶合成法出现；★1906年Chichibabin吡啶合成法出现；★具独立吡啶结构的天然产物不多见，但吡啶衍生物如喹啉、异喹啉以及氢化吡啶等在天然产物中却大量存在；★具独立吡啶结构的药物广泛存在。

PYRIDINE★2014年全球销售额TOP25的药物中，具吡啶结构的药物有两个，分别为诺华公司的甲磺酸伊马替尼和阿斯利康公司的埃索美拉唑。

PYRIDINEPYRIDINE★10年上市新药PYRIDINEPYRIDINEPYRIDINE9-CDS 吡啶药物★13年上市新药★14年上市新药★15年上市新药(截止到6月份）￭吡啶N原子与环上的C原子均以sp2杂化，其轨道相互重叠形成σ键，构成一个平面六元环。

￭N原子和C原子均有一个未参与杂化的p轨道，该轨道垂直于环平面，含一个电子，它们侧面重叠形成一个封闭的大π键，π电子数目为6，符合4n+2规则，与苯环类似。

因此，吡啶具有一定的芳香性。

￭吡啶N原子sp2杂化轨道上有一对未成键的孤对电子，故具有一定的亲核性和碱性，可与酸、烷化剂、酰化剂以及金属离子等相互作用。

杂环化合物杂环化合物是由碳原子和非碳原子共同组成环状骨架结构的一类化合物。

这些非碳原子统称为杂原子，常见的杂原子为氮、氧、硫等。

前面已经学过的内酯、内酰胺、环醚等化合物都是杂环化合物，但是这些化合物的性质与同类的开链化合物类似，因此都并入相应的章节中讨论。

本章将主要讨论的是环系比较稳定、具有一定程度芳香性的杂环化合物，即芳杂环化合物。

杂环化合物的种类繁多，数量庞大，在自然界分布极为广泛，许多天然杂环化合物在动、植物体内起着重要的生理作用。

例如：植物中的叶绿素、动物血液中的血红素、中草药中的有效成分生物碱及部分苷类、部分抗生素和维生素、组成蛋白质的某些氨基酸和核苷酸的碱基等都含有杂环的结构。

在现有的药物中，含杂环结构的约占半数。

因此，杂环化合物在有机化合物（尤其是有机药物）中占有重要地位。

第一节分类和命名一、杂环化合物的分类芳杂环化合物可以按照环的大小分为五元杂环和六元杂环两大类；也可按杂原子的数目分为含一个、两个和多个杂原子的杂环，还可以按环的多少分为单杂环和稠杂环等。

见表14-1。

表14-1 有特定名称的杂环的分类、名称和标位二、杂环化合物的命名杂环化合物的命名比较复杂。

现广泛应用的是按IUPAC（1979）命名原则规定，保留特定的45个杂环化合物的俗名和半俗名，并以此为命名的基础。

我国采用“音译法”，按照英文名称的读音，选用同音汉字加“口”旁组成音译名，其中“口”代表环的结构。

见表14-1。

（二）杂环母环的编号规则当杂环上连有取代基时，为了标明取代基的位置，必须将杂环母体编号。

杂环母体的编号原则是：1．含一个杂原子的杂环含一个杂原子的杂环从杂原子开始编号。

见表14-1中吡咯、吡啶等编号。

2．含两个或多个杂原子的杂环含两个或多个杂原子的杂环编号时应使杂原子位次尽可能小，并按O、S、NH、N 的优先顺序决定优先的杂原子，见表14-1中咪唑、噻唑的编号。

3．有特定名称的稠杂环的编号有其特定的顺序有特定名称的稠杂环的编号有几种情况。