1、第十四章第十四章 芳香杂环化合物芳香杂环化合物（aromatic heterocycles)【内容提要】【内容提要】第一节第一节 芳香杂环化合物的分类与命名芳香杂环化合物的分类与命名第二节第二节 芳香六元杂环芳香六元杂环 一、吡啶的结构一、吡啶的结构 二、吡啶的性质二、吡啶的性质 三、嘧啶及其衍生物三、嘧啶及其衍生物 四、咪唑的结构四、咪唑的结构第四节第四节 稠杂环化合物稠杂环化合物第三节第三节 芳香五元杂环芳香五元杂环 一、吡咯、呋喃和噻吩的结构一、吡咯、呋喃和噻吩的结构 二、吡咯、呋喃和噻吩的性质二、吡咯、呋喃和噻吩的性质 三、吡咯衍生物三、吡咯衍生物 前几章所学的内酰胺、内酯、环醚等，前
2、几章所学的内酰胺、内酯、环醚等，它们易发生开环反应，其理化性质与链状化它们易发生开环反应，其理化性质与链状化合物相似，不列入杂环化合物。本章主要讨合物相似，不列入杂环化合物。本章主要讨论的是环较为稳定，且具有芳香性的杂环化论的是环较为稳定，且具有芳香性的杂环化合物。合物。前言：前言：在环状有机化合物中，成环的原子除了在环状有机化合物中，成环的原子除了碳原子之外，还含有杂原子的化合物称为杂碳原子之外，还含有杂原子的化合物称为杂环化合物环化合物(heterocyclic compounds)。第一节第一节 芳香杂环化合物的分类与命名芳香杂环化合物的分类与命名1 1、杂环化合物的、杂环化合物的分类分
3、类 按按杂原子数目分为一个、两个或多个杂杂原子数目分为一个、两个或多个杂原子的杂环；按环的形式分为单环和稠环两原子的杂环；按环的形式分为单环和稠环两类，单环又可分为五元杂环和六元杂环。类，单环又可分为五元杂环和六元杂环。五元单杂环五元单杂环六元单杂环六元单杂环稠环稠环ONNHN2 2、杂环化合物的、杂环化合物的命名命名（1 1）命名较复杂，常采用音译法：）命名较复杂，常采用音译法：在同音汉字左边在同音汉字左边 +口字。口字。吲哚吲哚ONNNNHNNNNHpyranpyridine pyrimidineindolepurine吡喃吡喃吡啶吡啶嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤OSNHNSNNHfuranpyrro
4、lethiopheneimidazole呋喃呋喃吡咯吡咯噻吩噻吩thiazole咪唑咪唑噻唑噻唑（2 2）杂环及环上取代基的编号：）杂环及环上取代基的编号：A、母体杂环的编号：母体杂环的编号：杂原子的编号为杂原子的编号为“1”。杂杂原子邻位的碳原子也可依次用原子邻位的碳原子也可依次用、编号。编号。12NHOCH3CHO2-甲基吡咯2-呋喃甲醛-甲基吡咯-呋喃甲醛SCOOH3-噻吩甲酸NCOOHCOOH2,3-吡啶二甲酸-噻吩甲酸,-吡啶二甲酸132NNHNO5-甲基咪唑4-硝基f唑321CH3O2N54B、当环上有两个或两个以上、当环上有两个或两个以上相同杂原子相同杂原子，要使杂要使杂原子编号
5、最小；原子编号最小；含含不同杂原子时，不同杂原子时，按按OSN的次的次序序编号。编号。从含有氢的杂原子开始编号。从含有氢的杂原子开始编号。NS4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑321HOCH2CH254CH3v 稠杂环的编号一般与稠环芳烃相同，但有稠杂环的编号一般与稠环芳烃相同，但有 例外，如例外，如OO2NCHONC-N(C2H5)2ONNHNH2CH3CON12345678N123456789NNNNH1234567810异喹啉异喹啉嘌呤嘌呤吖啶吖啶 第二节第二节 芳香六元杂环芳香六元杂环一、吡啶的结构一、吡啶的结构 环中的五个碳原子和一个氮原子均以环中的五个碳原子和一个氮原子均以sp2杂化
6、杂化轨道相互重叠形成轨道相互重叠形成键，每个原子提供一个键，每个原子提供一个p轨道轨道相互平行形成大相互平行形成大键。键。符合符合Hckel规则，具有芳香性。由于规则，具有芳香性。由于N的电负的电负性较强，电子云密度分布不均匀。性较强，电子云密度分布不均匀。二、吡啶的性质二、吡啶的性质1 1、水溶性、水溶性 与水互溶，与水互溶，引入的羟基或氨基的数目越多引入的羟基或氨基的数目越多水溶性越低。水溶性越低。（氢键缔合）（氢键缔合）2 2、碱性、碱性 较苯胺强，比氨和脂肪氨弱，较苯胺强，比氨和脂肪氨弱，与无机酸与无机酸生成盐。生成盐。N+HClNH+Cl-3 3、亲电取代与亲核取代反应、亲电取代与亲
7、核取代反应 吡啶环上碳原子的电子云密度较苯低，吡啶环上碳原子的电子云密度较苯低，亲电取代反应较难，主要进入亲电取代反应较难，主要进入位。位。NNHNO3+H2SO4NO2Fe,300 CO 较易进行较易进行亲核取代反应，主要生成亲核取代反应，主要生成位位取代产物取代产物。NNHNa+NNaNH2100 CONNH2H2ONCl+2NH3CO180200NNH2 环上有较易离去的基团，弱亲核试剂就能反应。环上有较易离去的基团，弱亲核试剂就能反应。4 4、吡啶类化合物侧链氧化反应、吡啶类化合物侧链氧化反应 环上连有烷基侧链时，环上连有烷基侧链时，侧链可被氧化成羧酸。侧链可被氧化成羧酸。NCOOHN
8、CH3KMnO45 5、还原反应、还原反应NNa+C2H5OH或H2/PtN（六氢吡啶）（六氢吡啶）六氢吡啶又称哌啶，性质与脂肪族伯胺相似，六氢吡啶又称哌啶，性质与脂肪族伯胺相似，碱性较吡啶强，与水互溶。碱性较吡啶强，与水互溶。三、嘧啶及其衍生物三、嘧啶及其衍生物 嘧啶是无色固体，熔点嘧啶是无色固体，熔点2222，易溶于水，具，易溶于水，具有弱碱性（比苯胺还弱）。有弱碱性（比苯胺还弱）。环上电子云密度比吡啶还低，亲电取代反应环上电子云密度比吡啶还低，亲电取代反应更困难。更困难。NN结构：结构：pKb=11.30衍生物：衍生物：NNONH2HHNNHOOHNNHOOCH3胞嘧啶胞嘧啶(cytos
9、ine)尿嘧啶尿嘧啶(uracil)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine)第三节第三节 芳香五元杂环芳香五元杂环一、吡咯、呋喃和噻吩的结构一、吡咯、呋喃和噻吩的结构 每个原子都是每个原子都是sp2杂化，杂原子提供两个杂化，杂原子提供两个电子形成六电子大电子形成六电子大键，符合键，符合Hckel规则，具规则，具有芳香性，但比苯弱。（由于杂原子有芳香性，但比苯弱。（由于杂原子N、O、S电负性比碳大，环上电子云密度不均匀）电负性比碳大，环上电子云密度不均匀）NHOS 杂环上的电子密度比苯环大，容易进行亲杂环上的电子密度比苯环大，容易进行亲电取代。电取代。二、吡咯、呋喃和噻吩的性质二、吡咯、呋喃和噻吩的性
10、质1 1、吡咯的酸碱性、吡咯的酸碱性 吡咯氮上的孤电子对参与共轭，故碱性极吡咯氮上的孤电子对参与共轭，故碱性极弱，表现出弱酸性。弱，表现出弱酸性。NH+KOHN-K+H2O2 2、亲电取代反应、亲电取代反应 是吡咯、呋喃和噻吩的典型反应，主要发是吡咯、呋喃和噻吩的典型反应，主要发生在生在位。位。NH+Ac2ONHCOCH3 吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子质子化，使大吡咯和呋喃遇强酸时，杂原子质子化，使大键破坏，因此键破坏，因此硝化和磺化时需用较温和的非质子硝化和磺化时需用较温和的非质子型试剂。型试剂。NHCH3CONO2ONHNO2NHNO2+Ac2OCO5三、吡咯衍生物三、吡咯衍生物(生物活性生
11、物活性)NHNNHN卟吩卟吩NNNNH3CCH=CH2CH3CH=CH2CH3H3CHOOCH2CH2CCH2CH2COOHFe血红素血红素三、咪唑的结构三、咪唑的结构 咪唑咪唑1 1位氮提供两个电子，位氮提供两个电子，3 3位氮提供一个位氮提供一个电子，电子，形成形成形成六电子大形成六电子大键，符合键，符合Hckel规规则，具有芳香性。则，具有芳香性。碱性比吡咯强碱性比吡咯强（3 3位氮的孤电子对未参加位氮的孤电子对未参加共轭），水溶度也较吡咯大。共轭），水溶度也较吡咯大。咪唑存在互变异构。咪唑存在互变异构。NHNCH3NNHCH35-5-甲基咪唑甲基咪唑4-4-甲基咪唑甲基咪唑既是质既是质
12、子供体子供体又是受又是受体体第四节第四节 稠杂环化合物稠杂环化合物 嘌呤为白色固体，熔点嘌呤为白色固体，熔点216216217217，易溶，易溶于水，水溶液呈中性，能分别与酸或碱生成盐。于水，水溶液呈中性，能分别与酸或碱生成盐。NNHNNNNNHN9H-嘌呤嘌呤7H-嘌呤嘌呤 存在互变异构现象。存在互变异构现象。腺嘌呤腺嘌呤(adenine)NNHNNNH2NNHNNOHH2N鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine)腺、鸟嘌呤代谢产物：腺、鸟嘌呤代谢产物：HNNHNNOHNNHNNHOOOHNNHNNHOO次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸 尿酸：尿酸：白色晶体，难溶于水，弱酸性，白色晶体，难溶于水，弱酸性，可与强碱成盐。存在酮式和烯醇式两种互变可与强碱成盐。存在酮式和烯醇式两种互变异构体。异构体。
