第十八章雜環化合物exit雜環化合物是指組成環的原子中含有除碳以外的原子(雜原子——常見的是N、O、S等)的環狀化合物。

雜環化合物不包括極易開環的含雜原子的環狀化合物，例如：雜環化合物是一大類有機物，占已知有機物的三分之一。雜環化合物在自然界分布很廣、功用很多。例如，中草藥的有效成分生物堿大多是雜環化合物；動植物體內起重要生理作用的血紅素、葉綠素、核酸的堿基都是含氮雜環；部分維生素，抗菌素；一些植物色素、植物染料、合成染料都含有雜環。第一節雜環化合物的分類和命名第二節五元雜環化合物第三節六元雜環化合物第四節

稠雜環化合物第五節生物堿（自學）

本章提綱第一節雜環化合物的分類和命名一、分類雜環化合物可按雜環的骨架分為單雜環和稠雜環。單雜環又按環的大小分為五元雜環和六元雜環；稠雜環按其稠合環形式分為苯稠雜環和稠雜環。二、命名

1、雜環的命名常用音譯法，是按外文名詞音譯成帶“口”字旁的同音漢字。五元雜環五元雜環苯并體系呋喃(furan)噻吩(thiophene)吡咯(pyrrole)苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯吲哚(indole)異噻唑(isothiazole)吡唑(pyrazole)異噁唑(isoxazole)1,2-唑噁唑(oxazole)噻唑(thiazole)咪唑(inidazole)1,3-唑六元雜環吡啶(pyridine)吡喃(pyran)γ-吡喃酮(γ-pyrone)α-吡喃酮(α-pyrone)噠嗪(pyridazine)嘧啶(pyrimidine)吡嗪(pyrazine)雜環并雜環喹啉(quinoline)異喹啉(isoquinoline)苯并吡喃(benzopyran)苯并--吡喃酮(benzo--pyrone)嘌呤(purine)六元雜環苯并環系外文譯音法是根據國際通用名稱譯音的，使用方便，缺點是名稱和結構之間沒有。2、單雜環A、當環上有取代基時，取代基的位次從雜原子算起依次用1,2,3,…(或α,β,γ…)編號(一個雜原子時)。B、當雜環上不止一個雜原子，相同時，則以連有氫原子或取代基的雜原子優先編號；不相同時，則從O、S、N順序依次編號。編號時雜原子的位次數字之和應最小。C、環上連有不同取代基，編號時根據順序規則4、單雜環為取代基3、稠雜環—編號一般從單雜環上雜原子開始（異喹啉除外）

。呋喃、噻吩、吡咯在結構上具有共同點，即構成環的五個原子都為sp2雜化，故成環的五個原子處在同一平面，雜原子上的孤對電子參與共軛形成共軛體系，其π電子數符合休克爾規則（π電子數=4n+2），所以，它們都具有芳香性。一呋喃、噻吩、吡咯的結構第二節五元雜環化合物結構特點：1、具有芳香性。2、形成五中心6電子的結構。

由于共軛體系中的6個π電子分散在5個原子上，使整個環的π電子云密度較苯大，富電子芳環，比苯容易發生取代。同時，α位上的電子云密度較大，因而親電取代反應一般發生在此位置上，如果α位已有取代基，則發生在β位。似苯酚或苯胺的性質，易發生親最取代反應。。3、于O、N、S三個原子電負性較大，與苯比較，雜環化合物的芳香穩定性不如苯環，電子云密度分布也不完全平均化。4、電子云分布不均勻化導致鍵長不平均化，在一定程度上具有不飽和化合物的性質，易加成反應和在酸性條件下易聚合等，甚致具有共軛二烯的性質如呋喃易發生Diels-Alder反應。還存在一對孤對電子，吡咯具有一定的弱堿性。吡咯的結構孤電子對在p軌道上。吡咯結構：吡咯N是sp2雜化，孤電子對參與共軛。反應：堿性較弱，環易發生親電取代反應，環上相當有一個鄰對位定位基。共軛效應是給電子的。誘導效應是吸電子的。二呋喃、噻吩、吡咯的制備1、工業制備（略）2、實驗室制備（了解）(1)帕爾-諾爾(Paal,C.-Knorr,L.)合成法三種化合物的相互轉化(有氧化鋁存在的情況下)（2）諾爾合成法氨基酮酸酯三呋喃、噻吩、吡咯的性質2、光譜性質1、存在與物理性質

P205⑴鑒別反應：松木片反應：遇鹽酸浸濕的松木片呈綠色的為呋喃、呈紅色的為吡咯；噻吩和吲哚醌在硫酸作用下發生藍色反應，利用它來檢驗苯中的噻吩。⑵苯中含有噻吩去除：加硫酸洗滌。⑴IR——似芳環結構①C-H伸縮振動——3037～3003cm-1②N-H伸縮振動——3500～3200cm-1③環伸縮振動——1600～1300cm-1⑵/H-NMR呋喃、噻吩和吡咯環上的氫受π電子環流的影響，它們的NMR信號都出現在低場7ppm左右，與苯相似，這是芳香性的一個重要標志。由于雜原子的吸電子誘導效應，α-H（6.68)的化學位移較β-H（6.22)大，在（8.0)

出現N-H的信號。3、呋喃、噻吩、吡咯的親電取代反應*1親電取代反應的活性順序為：吸電子誘導：O(3.5)>N(3.0)>S(2.6)給電子共軛：N>O>S綜合：N貢獻電子最多，O其次，S最少①電子密度

②σ-絡合物八隅體結構最穩定無最穩定結構⑴概述*2取代反應主要發生在α-C上；*3吡咯、呋喃對酸及氧化劑比較敏感，選擇試劑時需要注意；*4

噻吩、吡咯的芳香性較強，所以易取代而不易加成；呋喃的芳香性較弱，雖然也能與大多數親電試劑發生親電取代，但在強親核試劑存在下，能發生親核加成。鹵代反應不需要催化劑，要在較低溫度和進行。硝化反應不能用混酸硝化，一般是用乙?；跛狨?CH3COONO2)

作硝化試劑，在低溫下進行。磺化反應呋喃、吡咯不能用濃硫酸磺化，要用特殊的磺化試劑——

吡啶三氧化硫的絡合物，噻吩可直接用濃硫酸磺化。⑵親電取代鹵化反應反應強烈，易得多鹵取代物。為了得一鹵代(Cl,Br)產物，要采用低溫、溶劑稀釋等溫和條件。碘不活潑，要用催化劑才能發生一元取代硝化反應呋喃,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化;通常用比較溫和的非質子硝化試劑，如：硝酸乙酰酯。反應在低溫下進行?；腔磻量?、呋喃不太穩定，所以須用溫和的磺化試劑磺化。常用的溫和的非質子的磺化試劑有：吡啶與三氧化硫的加合化合物。噻吩比較穩定，既可以直接磺化（產率稍低），也可以用溫和的磺化試劑磺化。(固體，含量90%)S+

NSO3ClCH2CH2Clr.

t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+傅氏?；磻狤g1Eg4Eg3Eg24、呋喃、吡咯、噻吩的加成反應（1）加氫反應

（2）Diels-Alder反應呋喃最易發生Diels-Alder反應AlCl3NHCCH3H3CCOOCHCOOCHOCH333噻吩基本上不發生雙烯加成，即使在個別情況下生成也是一個不穩定的中間體，直接失硫轉化為別的產物。5、吡咯的弱酸性和弱堿性

吡咯具有弱酸性，其酸性介與乙醇和苯酚之間。吡咯成鹽后，使環上電荷密度增高，親電取代反應更易進行。吡咯雖然是一個仲胺，但堿性很弱，比苯胺弱。HCON(CH3)2

POCl3CHCl325%NaOH(NH4)2CO3

130oCC6H5N2+X-

C2H5OH-H2OAcONaRMgX1CO22H2OCO2

加熱加壓RCOClRX吡咯衍生物的合成四、重要的五元雜環衍生物（一）、糠醛（α—呋喃甲醛）1．制備由農副產品如甘蔗雜渣、花生殼、高粱桿、棉子殼……用稀酸加熱蒸煮制取。2．糠醛的性質同有α-H的醛的一般性質。（1）氧化還原反應（2）歧化反應（3）羥醛縮合反應（4）安息香縮合反應3．糠醛的用途糠醛是良好的溶劑，常用作精練石油的溶劑，以溶解含硫物質及環烷烴等?？捎糜诰扑上?，脫出色素，溶解硝酸纖維素等?？啡V泛用于油漆及樹脂工業。卟啉族化合物廣泛分布與自然界。血紅素，葉綠素都是含吡咯環的卟啉族化合物。在血紅素中吡咯環絡合的是Fe，葉綠素吡咯環絡合的是Mg。

1964年，Woodward用55步合成了葉綠素。1965年接著合成VB12，用11年時間完成了全合成。Woodward一生人工合成了20多種結構復雜的有機化合物，是當之無愧的有機合成大師。Woodward20歲獲博士學位，30歲當教授，48歲時（1965年）獲諾貝爾化學獎。（二）吡咯的重要衍生物（了解）五、噻唑和咪唑（了解）1、噻唑噻唑是含一個硫原子和一個氮原子的五元雜環，無色，有吡啶臭味的液體，沸點117℃，與水互溶，有弱堿性。是穩定的化合物。一些重要的天然產物幾合成藥物含有噻唑結構，如青霉素、維生素B1等。青霉素是一類抗菌素的總稱，已知的青霉素大一百多種，它們的結構很相似，均具有稠合在一起的四氫噻唑環和β-內酰胺環。青霉素噻唑環青霉素是噻唑的衍生物。青霉素G療效最好。維生素B1（VB1）2、咪唑（P212）咪唑是含二個氮原子的五元雜環，無色固體，溶點90℃，易溶于水，有弱堿性（比噻唑強）。第三節六元雜環化合物一、吡啶吡啶存在于煤焦油頁巖油和骨焦油中，吡啶衍生物廣泛存在于自然界，例如，植物所含的生物堿不少都具有吡啶環結構，維生素PP、維生素B6、輔酶Ⅰ及輔酶Ⅱ也含有吡啶環。吡啶是重要的有機合成原料（如合成藥物）、良好的有機溶劑和有機合成催化劑。吡啶為有特殊臭味的無色液體，沸點115.5℃，相對密度0.982，可與水、乙醇、乙醚等任意混和。吡啶的工業制法可由糠醇與氨共熱（500℃）制得，也可從乙炔制備。

(一)、來源、制法和應用

（二）、吡啶的結構共軛效應和誘導效應都是吸電子的孤電子對在sp2雜化軌道上。吡啶結構：吡啶N是sp2雜化，孤電子對不參與共軛。反應：堿性較強。環不易發生親電取代反應但易發生親核取代反應。發生親電取代反應時，環上N起間位定位基的作用。發生親核取代反應時，環上N起鄰對位定位基的作用。=2.20D=1.17D（三）吡啶的性質1、堿性與成鹽吡啶的環外有一對未作用的孤對電子，具有堿性，易接受親電試劑而成鹽。吡啶的堿性小于氨大于苯胺。吡啶易與酸和活潑的鹵代物成鹽。2、親電取代反應吡啶環上氮原子為吸電子基，故吡啶環屬于缺電子的芳雜環，和硝基苯相似。其親電取代反應很不活潑，反應條件要求很高，不起傅-克烷基化和酰基化反應。親電取代反應主要在β-位上。3、氧化還原反應（1）氧化反應吡啶環對氧化劑穩定，一般不被酸性高錳酸鉀、酸性重鉻酸鉀氧化，通常是側鏈烴基被氧化成羧酸。吡啶易被過氧化物（過氧乙酸、過氧化氫等）氧化生成氧化吡啶。氧化吡啶在有機合成中用于合成4-取代吡啶化合物。（2）還原反應吡啶比苯易還原，用鈉加乙醇、催化加氫均使吡啶還原為六氫吡啶（即胡椒啶）

4、親核取代由于吡啶環上的電荷密度降低，且分布不均，故可發生親核取代反應。例如：齊齊巴賓(Chichibabin,A.E.)反應掌握2-氨基吡啶、3-氨基吡啶、4-氨基吡啶等合成方法。二、嘧啶及其衍生物（了解）嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很廣，脲嘧啶、胞嘧啶、胸腺嘧啶是遺傳物質核酸的重要組成部分，微生素B1也含有嘧啶環。合成藥物的磺胺嘧啶也含這種結構。名稱結構用途巴比妥(佛羅拿)苯巴比妥(魯米那)異戊巴比妥(阿米妥)西可巴比妥鈉硫噴妥鈉長時間作用的鎮靜催眠藥長時間作用的鎮靜催眠藥，又有抗癲癇作用中時間作用的催眠藥短時間作用的鎮靜催眠藥超短時間的靜脈麻醉藥，可用于麻醉前給藥第四節稠雜環化合物稠雜環化合物是指苯環與雜環稠合或雜環與雜環稠合在一起的化合物。常見的有喹啉、吲哚和嘌呤。

一、吲哚（了解）

吲哚是白色結晶，熔點52.5℃。極稀溶液有香味，可用作香料，濃的吲哚溶液有糞臭味。素馨花、柑桔花中含有吲哚。吲哚環的衍生物廣泛存在于動植物體內，與人類的生命、生活有密切的關系。吲哚的性質與吡咯相似，也可發生親電取代反應，取代基進入