Heterocyclic compounds 有机化学 第十六章 杂环化合物 Heterocyclic compounds
环状化合物，环上除碳，还有杂原子（N、O、S等） 环具有芳香结构和一定的稳定性（闭合共轭体系） 根据以上定义，酸酐、环氧、内酯、内酰胺不属杂环化合物 核酸碱基 ： B= 自然界分布 血红素、叶绿素 生物碱、天然或合成药成分 维生素、植物色素、植物染料
一 、杂环化合物的分类和命名 含一个杂原子 单环 呋喃 吡咯 噻吩 五元环 噁唑 咪唑 噻唑 含两个杂原子 异噁唑 吡唑 异噻唑
含一个杂原子： 吡啶 吡喃 六元环 含两个杂原子： 哒嗪 嘧啶 吡嗪
喹啉 异喹啉 蝶啶 吖啶 稠杂环 吲哚 嘌啉 咔唑
命名： 1. 音译名 （同音汉字加“口”字旁） 2. 当作碳环芳香化合物的衍生, 如： 3. 环上原子的编号顺序 1. 音译名 （同音汉字加“口”字旁） 2. 当作碳环芳香化合物的衍生, 如： 3. 环上原子的编号顺序 ① 从杂原子开始 1，2，3，4…… ② 不止一个杂原子，按O，S，N顺序编号 ③ 取代基位次之和最小原则
二、一杂五元杂环化合物 1. 结构特点 a. 杂原子p轨道上一对未共用电子参与环上共轭——π56
杂原子电负性比C大，周围电子云密度较大。 环上电子云分布不均，芳香性不如苯。 O电负性最大，呋喃芳香性最差 b. 芳香性顺序： 电负性 O N S 3.5 3.0 2.5 杂原子电负性比C大，周围电子云密度较大。 环上电子云分布不均，芳香性不如苯。 O电负性最大，呋喃芳香性最差
芳香性证据： ① NMR 化学位移低 环电流的存在，各向异性去屏蔽 ②偶极矩：
芳香性不如苯： 键长不完全平均化 电子云密度分布不均 c. 环上电子云密度比苯大， 亲电取代反应的活性大于苯
反应活性太高，环稳定性差， 需在温和条件下进行，否则产物复杂 2. 呋喃、噻吩、吡咯的反应 a. 亲电取代活性： ，反应速度以苯为1 则 以若 反应活性太高，环稳定性差， 需在温和条件下进行，否则产物复杂
取代一般发生在α-位
b. 亲电取代的定位规则 i. 杂原子的定位效应——邻位定位效应 p-π 共轭——邻位电子云密度最大 生成的中间体正离子稳定性大小 α-位取代： β-位 取代：
ii. 当环上已有一个取代基 β- 取代： α- 取代：
c. Diels-Alder反应
d. 加氢还原
e. 吡咯的酸碱性 p-π 共轭，碱性极弱，pKb＝13.6 N上的H有酸性，pKa＝15
吡咯特有的反应 与重氮盐的反应
三、含一个杂原子的六元环化合物 1. 吡啶的结构 5C、1N共面，都是sp 杂化， 6个p轨道侧面交叠形成闭合大π 键。 2
N的电负性>C，吸电子使环上电子云密度降低（性质与硝基苯相似） ① N上一对未成键电子在sp2杂化轨道上， 未参与形成环上共轭体系，可接受H＋——碱性 N的电负性>C，吸电子使环上电子云密度降低（性质与硝基苯相似） ② 可发生亲电取代，活性不如苯，主要在间位 ③ 邻对位可发生亲核取代 ④ 邻对位的侧链α-H有酸性 ⑤ 比苯难氧化，但易还原
2. 吡啶的化学反应 a. 碱性 b. 亲电取代
c. 亲核取代 d. 氧化还原反应 N吸电子，使环稳定性 增加，氧化主要发生在 侧链，异环或N原子上
还原比苯易 e. 侧链α-H的反应性： 2,4,6-位有烷基取代，其α -H有酸性
四、含两个杂原子的杂环化合物 1. 五元双杂环化合物 a. 物理性质 分子间形成氢键，b.p.(m.p.)高
b. 结构与反应性 ①电负性较大，吸电子，环上电子 云密度降低，亲电取代变难，主要 发生在该N的间位 ② 引入的N，电子结构与吡啶中相 引 同未共用电子对在sp2杂化轨道上不 参与环的共轭，也有碱性 ③ 环上电子云密度降低，对酸、 氧化剂的稳定性增大 引 入 一 个 N 以咪唑为例：
跟引入的N原子与另一杂原子的相对位置和性质有关： i. 碱性 跟引入的N原子与另一杂原子的相对位置和性质有关： 1,3-唑：另一杂原子在间位，诱导吸电子弱，碱性较强。 1,2-唑：另一杂原子在邻位，诱导吸电子大得多， 碱性较1,3-唑弱，但比吡咯强。
ii. 亲电取代反应 活性比相应的但杂化合物差。反应条件要求比较剧烈。 1,3唑5位， 唑的间位定位效应。 1,2唑4位， 1,2唑： 1,3唑：
iii. 侧链的氧化（环的稳定性） iv. 互变异构的现象 含两个N原子的杂环化合物，这两个杂原子的电子结构 不同，在一定的条件下可以互变：
2. 双杂六元杂环化合物 食用香精20多种 ……
结构与反应性 环上引入第二个N原子， 相当于一个NO2的吸电子效应。 使 另一个N上的电子云密度降低碱性变弱 环上电子云密度降低亲电取代变难 （不能发生硝化、磺化，只发生卤代） 使
pKb＝12.7 亲核取代变易： 稳定性增加: （嘧啶空气中不氧化，而吡啶则变色）
五、稠杂环化合物和生物碱 1. 吲哚
吲哚的制备 ——Ficher合成法
要制备吲哚本身：
2. 喹啉 pKb=9.06 性质与 相似 pKb=8.8 亲电取代较难：主要发生在异环α -位 也能发生邻、对位的亲核取代：
喹啉的制备——Skraup 合成法 历程：
3. 嘌呤 核酸DNA中的 两种碱基
合成方法：陶贝（Traube）合成方法
五元单杂化合物的合成：
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