第十四章 杂环化合物

2-氨基嘧啶 2-aminopyrimidine
2,4-二氨基嘧啶 2,4-diaminopyrimidine
(5) 五元及六元稠杂环（有特定名称）
5 6 7 8
4 3 N 1 2 6 7
5
4 3 N2
8
异喹啉
1
喹啉 quinoline
isoquinoline
(5) 五元及六元稠杂环（有特定名称）
1 N 2 6 7 5 N 1 N 2 6 H 5 N7
8 N 4 N9 H 3
8 N 4 N9 3
9H-嘌呤 9H-purine
7H-嘌呤 7H-purine
(6) 标氢
4 5 3 N H1 N2 H3C 4 3 N 2 5 1 NH
H3C
5-甲基吡唑 5-methylpyrazole
3-甲基吡唑 3-methylpyrazole
4 3β 2α N1 H 1 N 2 6 7 5 N
5 6
7
8 N 4 N9 H 3
吲哚 indole
嘌呤 purine
(5) 五元及六元稠杂环（有特定名称） Ø 母核确定后，编号从一端开始，共用碳原子一般 不编号（嘌呤除外）；
Ø 编号时注意使杂原子编号尽可能小，并遵守杂原 子优先次序 (-O- > -S- > -NH- > -N=)； Ø 在此基础上，若有取代基，使其位次尽可能小。
(1) 碱性和成盐反应 a. 吡啶的碱性：与路易斯酸的反应
N-磺酸吡啶
一种温和的非质子性磺化试剂
CrO3 CrO3CrO3
N-铬酸吡啶
一种温和的非质子性氧化剂
(1) 碱性和成盐反应 a. 吡啶的碱性：合成上作为有机碱催化剂
(1) 碱性和成盐反应 b. 成盐反应
吡啶盐酸盐
(2) 与卤代烷、酰卤和酸酐的反应（亲核性） 碘化N-甲基吡啶
1、特定杂环的命名规则： (1) 含一个杂原子的五元单杂环
呋喃 furan
噻吩 thiophene
吡咯 prrrole
四氢呋喃 tetrahrdron furan
(1) 含一个杂原子的五元单杂环 Ø 母核确定后，从杂原子开始，沿着环编号； Ø 当环上有取代基时，使取代基位次尽可能小； Ø 若环上只有一个杂原子，也可把靠近杂原子的碳 用α、β、γ 进行编号。
(5) 五元及六元稠杂环（有特定名称） Ø 例：
2-吲哚乙酸 2-indoleacetic acid
(5) 五元及六元稠杂环（有特定名称） Ø 例：
4 5 PhCO 6 7
3 N
2
N H1
NH2
5-苯甲酰基-2-氨基苯并咪唑 2-amino-5-benzoylbenzimidazole
(5) 五元及六元稠杂环（有特定名称） Ø 例：
.
Ø C和N: 呈sp2 杂化； Ø 吡啶分子与苯 类似，具有芳 香性。
Ø 吡啶分子中电子几率密度：
Ø 氮原子的电负性较强，使环上电子云不是完全平均化， Ø 靠近氮周围电子云密度较强； Ø 芳香性比苯小，“缺π”芳杂环 。
Ø 吡啶分子的共振极限式：
N
两性离子结构
2、吡啶的物理性质（自学） 3、吡啶的化学性质
2H-吡喃 2H-pyran Or α-吡喃 α-pyran
4H-吡喃 4H-pyran Or γ-吡喃 γ-pyran
(3) 含一个杂原子的六元单杂环
4γ β5 α6 O 1 3β 2α O 4γ β5 α6 O 3β O 1 2α
α-吡喃酮 α-pyrone
γ-吡喃酮 γ-pyrone
(3) 含一个杂原子的六元单杂环 Ø 例：
异噁唑 isoxazole
(2) 含两个杂原子的五元单杂环
噻唑 thiazole
异噻唑 isothiazole
(2) 含两个杂原子的五元单杂环 Ø 母核确定后，编号从杂原子开始，选择杂原子顺 序为：
-O- > -S- > -NH- > -N=
Ø 同时使其他杂原子编号位次尽可能小; Ø 在此基础上，若有取代基，使其位次尽可能小。
Ø 具有生物活性的杂环骨架化合物：
一、杂环化合物的分类和命名 （一）杂环化合物的分类 1、根据环的大小： 五元杂环和六元杂环
N
吡啶
O
呋喃
2、根据环中所含杂原子种类：N、O、S
O
呋喃
N H
吡咯
S
噻吩
3、根据环中所含杂原子数目：
N N
吡啶
N
嘧啶
4、根据成环方式：单杂环和稠杂环
N H
吡咯 吲哚
(1) 含一个杂原子的五元单杂环 Ø 例：
5-硝基-2-呋喃甲醛 5-nitro-2-furaldehyde
噻吩-2-磺酸 thiophene-2-sulfonic acid
(2) 含两个杂原子的五元单杂环
吡唑 pyrazole
咪唑 imidazole
(2) 含两个杂原子的五元单杂环
噁唑 oxazole
(2) 含两个杂原子的五元单杂环 Ø 例：
2-乙基噻唑 2-ethylthiazole
5-硝基咪唑 5-nitroimidazole
(3) 含一个杂原子的六元单杂环
4γ β5 α6 N 1 3β 2α β5 α6 O 1 4γ 3β 2α β5 α6 O 1 4γ 3β 2α
吡啶 pyridine
1,3,7-三甲基嘌呤-2,6-二酮 1,3,7-trimethylpurine-2,6-dione
O
6
Ø 小结：母环的编号
1. 单杂环：编号从杂原子开始； 2. 同一环上有多个杂原子，选择杂原子的顺序为：O> -S- > -NH- > -N=； 3. 稠杂环： a. 按相应稠环芳烃的母环编号； b. 从一端开始编号，使杂原子编号尽可能小（按 杂原子优先次序）； c. 特殊规定的编号。
吡咯并吡啶
d. 环大小相同时，选择杂原子数目及种类较多的作为 基本环。
吡啶并嘧啶
吡唑并噁唑
e. 如果环大小相同，杂原子数目和种类也相同时，则 选择稠合前杂原子编号较低者为基本环。
N N
N N
吡嗪并哒嗪
(2) 稠合边的表示方法
Ø 稠杂环的稠合边（即共用边）是用附加环和基本环两组分的 位号来表示。 Ø 基本环：用英文字母a、b、c … 表示各边（1、2原子之间为a 边，2、3原子之间为b边……）; Ø 附加环：用阿拉伯数字1、2、3 … 标注各原子； Ø 当有选择时，应使稠合边位号尽可能较小； Ø 将稠合的原子和稠合边外加方括号，置于“并”字之后； Ø 命名时，阿拉伯数字在前，英文字母在后；数字走向要与基 本环边的走向一致； Ø 芳碳环的稠合边无需标注。
(3) 亲电取代反应 --- 取代基主要进入 3 (β)-位
F-C反应不发生
(3) 亲电取代反应 --- 反应取向解释
Ø 正电荷在电负性大的原子上不稳定！
(3) 亲电取代反应 给电子基团能增强吡啶反应活性
N H
5、根据杂环中碳原子电子云密度： 富π电子杂芳环和缺π电子杂芳环 Ø 五元杂芳环富电子 Ø 六元含氮杂芳环缺电子
N
吡啶
O
呋喃
（二）杂环化合物的命名 命名原则： 按IUPAC命名原则规定，保留特定45个杂环化合物的 俗名和半俗名并作为命名的基础。以此原则为准，我 国多采用“音译法”，即按英文名称的读音，选用同 音口字旁的汉字（“口”字旁表示为杂环），对杂环 化合物进行命名。 注意：命名时需要记住母环名称，编号时不同的母环 有不同的编号方法。
6 7 H3C SO3H 5 4 N 1 3 2
8 OH
7-甲基-8-羟基喹啉-5-磺酸 8-hydroxy-7-methylquinoline-5-sulfonic acid
(5) 五元及六元稠杂环（有特定名称） Ø 例：嘌呤是个特例
CH3 5 N 7 H3C 1 N 2 8 O 3N 4 N 9 H CH3
Ø 例：
CH3 11 10 9 8
16 5 1 2 3 4 c
2 N
3 4
b 5 a 6
N7 H
11-甲基-7H-吡啶并[4,3-c]咔唑 11-methyl-7H-pyrido[4,3-c]carbazole
二、六元杂环化合物 （一）吡啶 1、吡啶的电子结构和芳香性
.
N ..
. .
. .
Ø 例：
S
O
称作：噻吩并[2,3-b]呋喃
附加环
附加环编号
基本环编号
基本环
4 5 S 1
3 2
b
c e
aO d
(1) 基本环的选择原则 a. 芳环和杂环组成的稠杂环，选杂环为基本环。
苯并呋喃
b. 杂环和杂环组成的稠杂环，按 N > O > S 优先次序 选择基本环。
噻吩并吡咯
c. 大小不同的两个杂环组成的稠杂环，选择大环作为 基本环。
(6) 标氢
OH 3 4 5 N 2 6 N HO 1 3 HN O 4 5 6
O 2 N H1
2,4-二羟基嘧啶 2,4-dihydroxypyrimidine
嘧啶-2,4-二酮 pyrimidine-2,4-dione
2、无特定名称的稠杂环母环的命名规则： Ø 通常把稠杂环看作是两个单杂环并合在一起； Ø 选其中一个环为基本环（或母体），其名称作为 “词尾”； Ø 另一个环则为附加环（或取代环），其名称作为 “词首”； Ø 两者中间加一个“并”字。
吡啶-4-甲酸 2-甲基吡啶 2-methylpyridine pyridine-4-carboxylic acid γ-吡啶甲酸 γ-pyridinecarboxylic acid
(4) 含两个杂原子的六元单杂环
哒嗪 pyridazime
嘧啶 pyrimidine
吡嗪 pyrazine
(4) 含两个杂原子的六元单杂环 Ø 例：
第十四章 杂环化合物 Heterocyclic Compounds
杂环化合物 (Heterocyclic Compounds)： 是指构成环的原子除了碳原子之外还有其它原子的环
状化合物。杂环中除碳原子以外的原子都叫做杂原子。 最常见的杂原子是氮、氧和硫。 Ø 常见杂环化合物：
内酯
内酰胺
环状酸酐
酰亚胺
4 3 O 1 2 4 3 O 1 2
5 6
5 6
2H-吡喃 2H-pyran
4H-吡喃 4H-pyran
(6) 标氢
4 3 2 N1 H 5 6 7 4 3 2 N1
5 6
7
1H-吲哚 1H-indole
3H-吲哚 3H-indole
(6) 标氢
含活泼氢的杂环及其衍生物，可能存在互变异构体， 命名时需要标明其两种可能的位号。
(1) 氮原子：孤对电子 Ø 碱性和亲核性； Ø 氧化。 (2) 环上：芳香性、不饱和性 Ø 芳香亲电取代； Ø 芳香亲核取代； Ø 还原。
N ..
(1) 碱性和成盐反应 a. 吡啶的碱性
苯胺 < 吡啶 < 氨 < 脂肪胺 （哌啶）
Ø 取代基对吡啶碱性的影响规律同取代基对苯胺碱性的 影响。
Ø 例：
N S
3 c b a S 2 O 1
噻吩并[2,3-b]呋喃 thieno[2,3-b]furan
苯并[d]噻唑 benzo[d]thiazole
H 3 Na b c2 S 1
噻吩并[3,2-b]吡咯 thieno[3,2-b]pyrrole
(3) 周边编号方法
Ø 稠杂环命名在选择基本环并对稠合边进行表示后，需 对整个稠杂环周边进行编号，以标明取代基或标氢的 位置。 Ø 周边编号的原则与芳稠环编号原则相似，共用碳原子 不编号，共用杂原子要编号； Ø 综上，稠杂环命名有两种编号：一种表示取代基位置 （周边编号）；另一种是标明稠合位置（公共边）的 编号。
(6) 标氢 有的环有两种或多种异构体，为了区别，还必须标明 环上一个或多个氢原子所在的位置，即在名称前面加 上标位的阿拉伯数字及斜体大写的“H ”。这种氢则 称为“指示氢”或“标氢”。
4 5
3 N1 H 2
4 5
3 N1 2
1H-吡咯 1H-prrrole
2H-吡咯 2H-prrrole
(6) 标氢
环醚
本章主要讨论：比较稳定、具有一定程度芳香性（π键 电子数：4n＋2）的杂环化合物，这类化合物具有芳香 性，通称为芳香杂环化合物 (aromatic heterocycles) 。
N
O
N H
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S
苯
吡啶
呋喃
吡咯
噻吩
Ø 杂环化合物广泛存在于自然界中，许多具有生物 活性的天然产物和药物活性分子中都含有杂环化 合物骨架：
Ø 例：
Ph 3 4 N c 1 6 b a S 7 N3 2 1 5
2
5-苯基咪唑并[2,1-b]噻唑 5-phenylimidazolo[2,1-b]thiazole
Ø 例：
3 N 2 c 4 3 4 2 N5 1 N6 H
b d a e 5 1O
6H-吡唑并[4,5-d]噁唑 6H-pyrazole[4,5-d]oxazole