第十二章 杂环化合物
教学目的要求：
1、掌握杂环化合物的含义，分类和简单杂环化合物的命名；
2、掌握呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、喹啉（包括喹啉的合成法-Skraup法）的结构和性质；
3、掌握糠醛的性质和用途；
4、了解喹啉、噻唑及其衍生物，吡啶、嘧啶衍生物；吲哚、嘌啉及其衍生物的结构、性质；
5、了解生物碱的一般知识。
重点：五员杂环和六员杂环的亲电取代反应和亲核取代反应，糠醛、喹啉的合成及性质用途。
难点：对呋喃、噻吩、吡咯、吡啶的结构与芳香性和亲电取代活性的影响等知识的理解。
杂环化合物是指构成环系的原子除碳以外还有其他杂原子，如O、S、N、P、Sn、As、B、Cu等，这类化合物广泛存在于自然界。许多天然杂环化合物在动植物体内起着非常重要的生理作用。如血红素、叶绿素、核酸和某些维生素、生物碱等。许多合成药物也是杂环化合物。近年来，随着对工业有机物的深入研究与合成，又不断地发现新的特殊的杂环体系。杂环化合物种类之多、数目之大，是有机物种数目最庞大的，约占有机物总数的一半以上。前已叙及的环状酸酐、亚胺、内酯、环状缩醛、环氧化物等都是含杂原子的杂环体系。但由于其易开环，性质和开链烃相似，故不属于杂环讨论的范畴。杂环在此是指含有杂原子的具有芳香结构和一定稳定性的环状化合物。其成环规律和碳环相同，最稳定的为五、六元环，常见的杂原子有N，O，S。
12.1 杂环化合物的分类与命名
一、分类
根据杂环化合物的性质分为脂杂环和芳香杂环
脂杂环——没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。
芳杂环——具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环。本章主要讨论芳杂环。
芳杂环： 单环： 成环原子数 （五元杂环、六元杂环）
稠杂环： 苯环+单杂环 或 单杂环+单杂环
OSNH NONSNNHNNH
呋喃 噻吩 吡咯 噁唑 噻唑 咪唑 吡唑
六元杂环：NNNO
第⼗⼆章杂环化合物
第⼗⼆章杂环化合物
【学习⽬标】1、说出杂环化合物的概念；
2、能按照IUPAC（1979）原则对杂环化合物进⾏命名；
3、掌握简单杂环化合物的结构特点，了解其性质和应⽤；
4、认识常见的杂环化合物的衍⽣物，了解它们的应⽤。
在有机化合物中，除碳、氢以外的其他元素的原⼦通常被称为杂原⼦，⽽在环状化合物中，如果其环中除碳原⼦外，还含有杂原⼦，则该环即为杂环，该化合物称为杂环化合物，杂环中所含杂原⼦⼀般为氮、氧、硫等。
杂环化合物在⾃然界中分布⼴泛，例如，植物中的叶绿素和动物⾎红蛋⽩中的⾎红素同属卟啉类的杂环化合物，由于其结构中⼼的⾦属离⼦不同⽽显不同颜⾊，叶绿素为镁卟啉显绿⾊，⾎红素为铁卟啉显红⾊；此外，其他如核酸中含嘌呤、嘧啶等杂环化合物等等。
在现代药物体系中，含杂环结构的药物也占了相当⼤的⽐例，例如增强胃动⼒的多潘⽴酮（⼜称吗丁啉）结构中含有两个苯并咪唑杂环，再如⼈类发现的第⼀个抗⽣素——青霉素也含有杂环结构，还有常⽤于治疗肠道感染的氟哌酸结构中含有喹啉杂环结构，诸如此类含有杂环结构的药物数不胜数。
因此，杂环化合物在有机化合物中占有⾮常重要的地位，学好本章内容是我们步⼊药学学科领域的关键⼀步。
内酯、内酰胺和环醚等化合物都属于杂环化合物，但这些化合物的性质与其同类的开环化合物基本相同，因此，本章不再对其重点介绍，本章着重讨论芳⾹性杂环化合物，亦称其为芳（⾹）杂环化合物（aromatic heterocycles）。
第⼀节分类和命名
⼀、分类
杂环化合物有多种分类⽅法，按含杂原⼦数⽬分为含⼀个、两个或多个杂原⼦的杂环；按环的形式可分为单杂环和稠杂环；还可以按照环的⼤⼩分为五元杂环和六元杂环。
⼆、命名
杂环结构纷繁复杂，其命名亦如是。按照IUPAC（1979）（国际纯粹应⽤化学联合会）原则的规定，保留45个杂环化合物的俗名并以此作为命名的基础。我国则对这45个俗名进
⾏⾳译，并以此为基础对其他的杂环化合物进⾏命名。这些被保留下来的俗名主要有：
1 第18章 杂环化合物
成环原子中含有杂原子，具有一定程度芳香性的环状有机物及其衍生物称为杂环化合物。
杂原子是指除了C、H以外的其它原子，多指O、S、N„等非金属元素的原子。
过去见过的下列化合物均不属于杂环化合物：
杂环化合物的数量很大，是最大的一类有机物，它们广泛存在于自然界。
第一节 分类与命名
一、分类
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3 在我们的教材（P.203）及其它一些教材中，嘌呤、腺嘌呤、鸟嘌呤的结构被写成：
二、命名 有二种方法
1. 音译法 母核名称的汉字加“口”字旁
2. 以相应的C环母核命名 称为某杂某
单杂环的编号：总是从杂原子开始，含有二个以上杂原子时，按O→S→N的顺序编号。
稠杂环的编号：一般是固定的。
4 第二节 五员杂环化合物
一、呋喃、噻吩、吡咯的结构及芳香性的比较
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二、化学性质
呋喃、吡咯、噻吩均为无色液体。
1. 鉴定反应
松木片试验：用被盐酸浸湿的松木片做试验。
呋喃显绿色
吡咯显红色
吲哚醌试验：用吲哚醌的浓H2SO4溶液做试验。
噻吩使溶液显蓝色。
6 2. 取代反应（亲电取代、芳香取代） 芳香性特征
这三个芳杂环，都是6个 电子分布在由5个原子构成的环体系中，环上 电子云的密度都比苯的大，属于富电子芳环，因此亲电取代的活性都比苯的大。
（1）卤代
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注意:上面三个杂环的卤代都不用FeX3催化,类似于苯胺和苯酚的卤化,足见其亲电取代的容易。
（2）硝化
吡咯、呋喃、噻吩很易被氧化，甚至能被空气氧化。因此一般不用硝酸直接硝化（但也可以），而是用比较温和的非质子性硝化剂——硝酸乙酰酯。
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练习题: 写出下列反应的一取代产物。
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C07D 杂环化合物〔2〕
附注
(1) 此小类不包括含糖基类化合物(糖基类的概念，见C07H小类题目下的附注(3))。糖基类化合物包括在C07H小类中。〔2〕
(2) 在此小类中，凡化合物中含有一个包括在295/00组内的杂环和至少一个别的杂环，则将包括在295/00组内的杂环看成为一个含氮原子的无环链。〔3〕
(3) 在此小类中，利用下列的术语或概念，其含义表示：
——“杂环”是一个至少有一个卤素、氮、氧、硫、硒或碲原子作为环原子的环；〔2〕
——“桥”表示至少存在一个不同于邻、迫或螺的键合；〔2〕
——若是两个环至少共有一个环原子，则它们是“稠合”的，即“螺”和“桥”是稠合的；〔2〕
——“稠环系”是指其中所有的环彼其间都稠合的环系；〔2〕
——稠环系中“相关环数”相等于将此环系变成一个无环链所需的剪断数；〔2〕
——稠环系中的“相关环”，即被选定的用来描述环系的每一个原子间的所有连接的环，按下列顺序依次选择：
(a) 环原子的最低数；
(b) 作为环原子的杂原子的最高数；
(c) 与其它环共有原子的最低数；
(d) 分类表中最后位置。〔2〕
(4) 化合物的医治活性进一步分类入A61P小类。〔7〕
(5) 在此小类中，如无其它相反的指示时：
(a) 只有一个杂环的化合物分类入203/00至347/00组中的最后适当位置。这一点一样适用于有多个包括在同一大组中的有多个杂环的化合物，这些杂环彼此之间既不稠合，也不与一个一路的碳环系稠合；〔2〕
(b) 含有两个或更多包括在不同大组中的杂环、杂环彼此之间既不稠合、也不与一个一路的碳环系稠合的化合物，分类入401/00至421/00组中的最后适当位置；〔2〕
(c) 含有包括在同一大组或不同大组中的两个或多个相关杂环、杂环之间彼此稠合、或与一个一路的碳环系稠合的化合物，分类入451/00至519/00组中的最后适当位置。
