第十七章 杂环化合物教材,徐寿昌 主编 高等教育出版社有机化学 Organic Chemistry
作业（ P429）
5、
7、
8、
10、
11。
第十七章 杂环化合物
一般把除 碳 以外的成环原子叫 杂原子,常见的杂原子有氧,硫和氮：
环系中可含一个,两个或多个相同或不同的杂原子 。
环可以有三元环,四元环,五元环,六元环或更大,
可以是稠合的环 。
第十七章 杂环化合物
杂环化合物种类繁多，约占全部已知有机化合物的三分之一 。
这些化合物的性质与相应的脂肪族化合物相近 。
本章介绍的是具有不同 芳香性 的杂环化合物
（ 简称芳杂化合物 ） 。
已经学过的杂环化合物：
按骨架分类,五元杂环、六元杂环 ;单杂环和稠杂环等。
命名 ——按英文音译。常见的杂环有：
17.1 杂环化合物的分类和命名喹啉呋喃 噻吩 吡咯 吡啶吲哚噻唑 嘧啶
命名 1：带有取代基的杂环化合物,以杂环为母体,
从杂原子开始顺着环编号；当环上含有两个或以上相同的杂原子时,应使杂原子所在位次的数字最小；环上有不同杂原子时,按 O,S,N的次序编号,
命名 2：环上只有一个杂原子时,有时也把靠近杂原子的位置叫?位,其次为?位,再次为?位：
含有两个或以上的相同杂原子的单杂环衍生物,编号从连有取代基 （ 或氢原子 ） 的那个杂原子开始,顺序定位,使另一个杂原子的位次保持最小：
命名 3：根据相应的碳环来命名 。 把杂环看作相应碳环中的碳原子被杂原子取代而形成的化合物,命名时在相应的碳环名称前加上杂原子的名称：
在没有误会的情况下，“杂”字可以省去。
（ 1）五元杂环化合物 ——呋喃、噻吩、吡咯的结构
五个原子处于同一平面；有一个闭合的共轭体系 。
杂原子的未共用电子对参加了芳香性的六?电子体系的形成 。 体系符合 4n+2休克尔规则 。
17.2 杂环化合物的结构与芳香性杂原子均以
sp2 杂化 （
未杂化的 P
上有 2个电子参加成环
） p(2),sp2(1,1,1)p(2),sp2(1,1,2)
p(2),sp2(1,1,2)
呋喃,吡咯,噻吩环中的杂原子上的未共用电子对参与了环的共轭体系,使环上的电子云密度增大,故比苯容易发生 亲电取代 反应,取代通常发生在?-位 。
芳香性程度的比较：
芳香性强弱的次序
苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃取代反应活性的次序
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯离域能,152 117 88 67 KJ/mol
-0.10 -0.03 -0.06 0 (不一致 )?位电子云密度
氮原子与碳原子处在同一平面。
吡啶的结构与苯相似，符合休克尔规则，具有芳香性
吡啶在发生 亲电取代反应 较苯困难,主要发生在?位 。
相对来说,吡啶较易发生 亲核取代反应,取代基往往进入?位 。
（ 2）六元杂环化合物 ——吡啶杂原子均以
sp2 杂化 （
未杂化的 P
上有 1电子参加成环 ）
P(1),Sp2(1,1,2)
由于芳杂环中电子的离域作用，环中的单、双键与孤立的单、双键不同，因此，可用下列式子表示：
也可用共振式的叠加来表示，如吡咯：
芳香族化合物的电荷分布：
环上碳原子电荷密度比苯大的称为 多?芳杂环,通常为五元芳杂环；比苯小的,称为 缺?芳杂环,六元杂环 。
电子数 =6?电子数 =8?电子数 =6
非共轭体系?电子数 =6?电子数 =6
N有 3个?键的,如 -NH-,则 N为 SP2（ 1,1,1）,剩余 P=2电子 (?电子 )
N有 2个?键的,如 -N=,则 N为 SP2（ 1,1,2）,剩余 P=1电子 (?电子 )
作业第 8题,下列化合物哪些具有芳香性？
有芳香性 有芳香性有芳香性有芳香性反芳香性无芳香性
存在于松木焦油中,为无色液体,难溶于水,易溶于有机溶剂 。 其蒸汽遇有被盐酸浸过的松木时,即呈绿色 （ 叫 松木反应,鉴别呋喃的存在 ） 。
工业上用糠醛 （?-呋喃甲醛 ） 制备：
实验室采用糠酸加热脱羧制得：
17.3 五元杂环化合物
17.3.1 呋喃
（ 1）呋喃的制备
呋喃具有芳香性,较苯活泼,容易发生取代反应；还有一定程度的不饱和化合物的性质 (发生加成反应 )。
溴代,
硝化 （缓和试剂）：
磺化 （缓和试剂）：
吡啶与 SO3的络合物
（ 2）化学性质
（ A）取代反应 ——?位取代
（使用缓和路易斯酸催化剂）
呋喃具有共轭双键的性质 (双烯合成 )
在催化剂作用下,呋喃加氢生成 四氢呋喃 (优良的溶剂和有机原料 ):
傅 -克酰基化反应四氢呋喃
（ B）加成反应无芳香性
学名,?-呋喃甲醛 。制造糠醛树脂等。
（ 1）糠醛的制法 （麦杆、花生壳、甘蔗渣等含多缩戊糖的物质）：
17.3.2 糠醛
糠醛在醋酸存在下与苯胺作用显红色 —检验糠醛 ；
糠醛具有一般醛基的性质：
（ 2）性质和用途
糠醛可发生 银镜反应 ；
糠醛为没有?-氢的醛，其性质与苯甲醛或甲醛相似,
B：生成?-呋喃丙烯酸
A：坎尼扎罗反应（歧化反应）
普尔金反应
（ Perkin）
噻吩存在于煤焦油的粗苯中,约为粗苯含量的 0.5%
在石油和页岩油中也含有噻吩及其同系物 。
噻吩的结构：
（ 1） 噻吩的制法
17.3.3 噻吩丁烷、丁烯和丁二烯方法 1
方法 3——实验室制法方法 2
（ 2） 噻吩的性质 亲电取代发生在?位傅 -克反应
17.3.4 吡咯 (N的未共用电子参与共轭体系,碱性极弱 )
吡咯的制备
（ A）弱酸性
（ B）取代反应
偶合反应四碘吡咯 常用来代替碘仿作伤口消毒剂,
17.3.5 吲哚
吲哚的结构
异吲哚的结构
——苯并吡咯
N
H
N H
（ 1）存在和制取 ——存在于煤焦油和页岩油中。
（ 2）性质
（ A）碱性 —吡啶环上氮原子有一对未共用电子没参加环上的共轭体系，因此能与质子结合，具有弱碱性：
吡啶容易和 SO3 结合生成 N-磺酸吡啶,
作为缓和的磺化剂 。
17.4 六元杂环化合物
17.4.1 吡啶
吡啶 与叔胺相似，可与 卤烷 结合生成相当于季铵盐的产物，受热则发生分子重排而生成吡啶的 同系物,
吡啶与酰氯作用生成盐，是良好的酰化剂：
（ B）取代反应 —亲电取代反应与硝基苯类似，发生在?位 ；较苯难磺化、硝化和卤化。
吡啶不能起傅 -克反应?
亲电取代
位取代
与硝基苯相似：吡啶与强的亲核试剂起 亲核取代 反应，主要生成?取代产物（ 齐齐巴宾反应 ）：
与 2-硝基氯苯相似,2-氯吡啶与碱或氨等亲核试剂作用，可生成相应的 羟基吡啶 或 氨基吡啶,
强的亲核试剂亲核取代
取代产物
（ C）氧化与还原 ——吡啶比苯稳定，不易被氧化剂氧化。吡啶的同系物被氧化时总是侧链先氧化而芳杂环不破坏，生成相应的吡啶甲酸：
吡啶用过氧羧酸氧化（或 30%的 H2O2和 CH3COOH
作用）时，生成 吡啶 N-氧化物 或称 氧化吡啶,
吡啶经催化氢化或用乙醇和钠还原，得 六氢吡啶 (哌啶 )
作业 5(3)
湿 AgOH,Δ？
尼古丁吡啶和哌啶的衍生物
17.4.2 喹啉和异喹啉喹啉的制备喹啉的化学反应
亲电取代，进入苯环的 5,8-位（ 异环 ）
亲核取代，进入吡啶环的 α-位（ 同环 ）
苯环的破裂吡啶环的氢化苯环和吡啶环均氢化
（ 2）异喹啉
异喹啉比较重要的衍生物 ——罂粟碱、黄连素罂粟花
17.5 嘧啶、嘌呤及其衍生物
（ 1）嘧啶的衍生物 ——广泛存在于生物体内。
是核酸的重要组成部分
（ 2）嘌呤及其衍生物
嘌呤的结构
是核酸的重要组成部分
嘌呤的衍生物（ 1）
嘌呤的衍生物（ 2）
尿酸 咖啡碱有机化合物和合成方法资料：
* 1900-2000年的 100年中,化学合成和分离了 2285
万种化合物 （ 包括天然产物,药物,材料等 ） 。
其中大部分都是有机合成的产物 。
* 许多天然存在的有机化合物,包括复杂的天然产物,都可以用有机合成方法制得 。
* 生命科学,生物大分子，生物活性分子，生化分析试剂等
* 医药学,药物，药理、病理分析试剂等
* 农业,农药、农用化学品等
* 石油,石油化工产品等
* 材料科学,高分子化合物，功能材料等
* 食品,食品添加剂等
* 日用化工,染料，涂料，化装品等有机合成是有机化学中永不枯竭的研究资源有机合成 ——是从容易得到的简单工业原料（有机或无机试剂），通过一步或多步反应来制备所需的化合物。
通常有机合成的方法有两种：
（ 1） 从已给的原料出发,通过有机反应逐步转变为所需要的化合物 （ 目标化合物 ） 。 这种方法一般是目标化合物比较简单,反应步骤少；
（ 2） 逆向分析法 ——从目标化合物开始,通过,切断,
和倒推,以得到简单的起始原料 。 （ 反合成分析 ） 。
目标分子 ——即打算加以合成的分子,以 TM表示 。
切断 ——用于合成上的一种方法,即将分子的一个键切断,使分子转变成一种以上的可能原料,这是化学反应中的逆过程 。
合成子 ——在切断时所得出的概念性的分子碎片,
通常是离子 。
合成步骤设计
——合成一种目标分子应尽可能考虑以下几点：
1,步骤少 (多则总产率低、时间、原材料消耗多 )；
2,产率高 (副反应少，分离能化简 )；
3,原料便宜易得 （还要加上无毒、少毒） 反应条件、
设备易于实现 ；还应加上 绿色化学 的考虑,(“原子经济性”，污染尽可能少 )。
在设计一种合成法时,应主要考虑基本 骨架 的构成,官能团 的引入,基团的保护与去除 及 立体化学 等因素 。
,有机化学,最后三章的学习
第十八章 碳水化合物
第十九章 氨基酸 蛋白质 核酸
第二十章 元素有机化合物
提供多媒体课件（已经做好，可以拷贝）；
希望同学在假期里自学这三章；
准备考研究生的同学，请一定自己看看，可随时和我讨论。
,物理化学,简介主讲教师,邹立壮 教授
多年的教学经验
界面化学的专家物理化学学习的特点,
重要的基础课程
概念抽象
难度较大（需要配合必要的课外习题练习）
作业（ P429）
5、
7、
8、
10、
11。
第十七章 杂环化合物
一般把除 碳 以外的成环原子叫 杂原子,常见的杂原子有氧,硫和氮：
环系中可含一个,两个或多个相同或不同的杂原子 。
环可以有三元环,四元环,五元环,六元环或更大,
可以是稠合的环 。
第十七章 杂环化合物
杂环化合物种类繁多，约占全部已知有机化合物的三分之一 。
这些化合物的性质与相应的脂肪族化合物相近 。
本章介绍的是具有不同 芳香性 的杂环化合物
（ 简称芳杂化合物 ） 。
已经学过的杂环化合物：
按骨架分类,五元杂环、六元杂环 ;单杂环和稠杂环等。
命名 ——按英文音译。常见的杂环有：
17.1 杂环化合物的分类和命名喹啉呋喃 噻吩 吡咯 吡啶吲哚噻唑 嘧啶
命名 1：带有取代基的杂环化合物,以杂环为母体,
从杂原子开始顺着环编号；当环上含有两个或以上相同的杂原子时,应使杂原子所在位次的数字最小；环上有不同杂原子时,按 O,S,N的次序编号,
命名 2：环上只有一个杂原子时,有时也把靠近杂原子的位置叫?位,其次为?位,再次为?位：
含有两个或以上的相同杂原子的单杂环衍生物,编号从连有取代基 （ 或氢原子 ） 的那个杂原子开始,顺序定位,使另一个杂原子的位次保持最小：
命名 3：根据相应的碳环来命名 。 把杂环看作相应碳环中的碳原子被杂原子取代而形成的化合物,命名时在相应的碳环名称前加上杂原子的名称：
在没有误会的情况下，“杂”字可以省去。
（ 1）五元杂环化合物 ——呋喃、噻吩、吡咯的结构
五个原子处于同一平面；有一个闭合的共轭体系 。
杂原子的未共用电子对参加了芳香性的六?电子体系的形成 。 体系符合 4n+2休克尔规则 。
17.2 杂环化合物的结构与芳香性杂原子均以
sp2 杂化 （
未杂化的 P
上有 2个电子参加成环
） p(2),sp2(1,1,1)p(2),sp2(1,1,2)
p(2),sp2(1,1,2)
呋喃,吡咯,噻吩环中的杂原子上的未共用电子对参与了环的共轭体系,使环上的电子云密度增大,故比苯容易发生 亲电取代 反应,取代通常发生在?-位 。
芳香性程度的比较：
芳香性强弱的次序
苯 > 噻吩 > 吡咯 > 呋喃取代反应活性的次序
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯离域能,152 117 88 67 KJ/mol
-0.10 -0.03 -0.06 0 (不一致 )?位电子云密度
氮原子与碳原子处在同一平面。
吡啶的结构与苯相似，符合休克尔规则，具有芳香性
吡啶在发生 亲电取代反应 较苯困难,主要发生在?位 。
相对来说,吡啶较易发生 亲核取代反应,取代基往往进入?位 。
（ 2）六元杂环化合物 ——吡啶杂原子均以
sp2 杂化 （
未杂化的 P
上有 1电子参加成环 ）
P(1),Sp2(1,1,2)
由于芳杂环中电子的离域作用，环中的单、双键与孤立的单、双键不同，因此，可用下列式子表示：
也可用共振式的叠加来表示，如吡咯：
芳香族化合物的电荷分布：
环上碳原子电荷密度比苯大的称为 多?芳杂环,通常为五元芳杂环；比苯小的,称为 缺?芳杂环,六元杂环 。
电子数 =6?电子数 =8?电子数 =6
非共轭体系?电子数 =6?电子数 =6
N有 3个?键的,如 -NH-,则 N为 SP2（ 1,1,1）,剩余 P=2电子 (?电子 )
N有 2个?键的,如 -N=,则 N为 SP2（ 1,1,2）,剩余 P=1电子 (?电子 )
作业第 8题,下列化合物哪些具有芳香性？
有芳香性 有芳香性有芳香性有芳香性反芳香性无芳香性
存在于松木焦油中,为无色液体,难溶于水,易溶于有机溶剂 。 其蒸汽遇有被盐酸浸过的松木时,即呈绿色 （ 叫 松木反应,鉴别呋喃的存在 ） 。
工业上用糠醛 （?-呋喃甲醛 ） 制备：
实验室采用糠酸加热脱羧制得：
17.3 五元杂环化合物
17.3.1 呋喃
（ 1）呋喃的制备
呋喃具有芳香性,较苯活泼,容易发生取代反应；还有一定程度的不饱和化合物的性质 (发生加成反应 )。
溴代,
硝化 （缓和试剂）：
磺化 （缓和试剂）：
吡啶与 SO3的络合物
（ 2）化学性质
（ A）取代反应 ——?位取代
（使用缓和路易斯酸催化剂）
呋喃具有共轭双键的性质 (双烯合成 )
在催化剂作用下,呋喃加氢生成 四氢呋喃 (优良的溶剂和有机原料 ):
傅 -克酰基化反应四氢呋喃
（ B）加成反应无芳香性
学名,?-呋喃甲醛 。制造糠醛树脂等。
（ 1）糠醛的制法 （麦杆、花生壳、甘蔗渣等含多缩戊糖的物质）：
17.3.2 糠醛
糠醛在醋酸存在下与苯胺作用显红色 —检验糠醛 ；
糠醛具有一般醛基的性质：
（ 2）性质和用途
糠醛可发生 银镜反应 ；
糠醛为没有?-氢的醛，其性质与苯甲醛或甲醛相似,
B：生成?-呋喃丙烯酸
A：坎尼扎罗反应（歧化反应）
普尔金反应
（ Perkin）
噻吩存在于煤焦油的粗苯中,约为粗苯含量的 0.5%
在石油和页岩油中也含有噻吩及其同系物 。
噻吩的结构：
（ 1） 噻吩的制法
17.3.3 噻吩丁烷、丁烯和丁二烯方法 1
方法 3——实验室制法方法 2
（ 2） 噻吩的性质 亲电取代发生在?位傅 -克反应
17.3.4 吡咯 (N的未共用电子参与共轭体系,碱性极弱 )
吡咯的制备
（ A）弱酸性
（ B）取代反应
偶合反应四碘吡咯 常用来代替碘仿作伤口消毒剂,
17.3.5 吲哚
吲哚的结构
异吲哚的结构
——苯并吡咯
N
H
N H
（ 1）存在和制取 ——存在于煤焦油和页岩油中。
（ 2）性质
（ A）碱性 —吡啶环上氮原子有一对未共用电子没参加环上的共轭体系，因此能与质子结合，具有弱碱性：
吡啶容易和 SO3 结合生成 N-磺酸吡啶,
作为缓和的磺化剂 。
17.4 六元杂环化合物
17.4.1 吡啶
吡啶 与叔胺相似，可与 卤烷 结合生成相当于季铵盐的产物，受热则发生分子重排而生成吡啶的 同系物,
吡啶与酰氯作用生成盐，是良好的酰化剂：
（ B）取代反应 —亲电取代反应与硝基苯类似，发生在?位 ；较苯难磺化、硝化和卤化。
吡啶不能起傅 -克反应?
亲电取代
位取代
与硝基苯相似：吡啶与强的亲核试剂起 亲核取代 反应，主要生成?取代产物（ 齐齐巴宾反应 ）：
与 2-硝基氯苯相似,2-氯吡啶与碱或氨等亲核试剂作用，可生成相应的 羟基吡啶 或 氨基吡啶,
强的亲核试剂亲核取代
取代产物
（ C）氧化与还原 ——吡啶比苯稳定，不易被氧化剂氧化。吡啶的同系物被氧化时总是侧链先氧化而芳杂环不破坏，生成相应的吡啶甲酸：
吡啶用过氧羧酸氧化（或 30%的 H2O2和 CH3COOH
作用）时，生成 吡啶 N-氧化物 或称 氧化吡啶,
吡啶经催化氢化或用乙醇和钠还原，得 六氢吡啶 (哌啶 )
作业 5(3)
湿 AgOH,Δ？
尼古丁吡啶和哌啶的衍生物
17.4.2 喹啉和异喹啉喹啉的制备喹啉的化学反应
亲电取代，进入苯环的 5,8-位（ 异环 ）
亲核取代，进入吡啶环的 α-位（ 同环 ）
苯环的破裂吡啶环的氢化苯环和吡啶环均氢化
（ 2）异喹啉
异喹啉比较重要的衍生物 ——罂粟碱、黄连素罂粟花
17.5 嘧啶、嘌呤及其衍生物
（ 1）嘧啶的衍生物 ——广泛存在于生物体内。
是核酸的重要组成部分
（ 2）嘌呤及其衍生物
嘌呤的结构
是核酸的重要组成部分
嘌呤的衍生物（ 1）
嘌呤的衍生物（ 2）
尿酸 咖啡碱有机化合物和合成方法资料：
* 1900-2000年的 100年中,化学合成和分离了 2285
万种化合物 （ 包括天然产物,药物,材料等 ） 。
其中大部分都是有机合成的产物 。
* 许多天然存在的有机化合物,包括复杂的天然产物,都可以用有机合成方法制得 。
* 生命科学,生物大分子，生物活性分子，生化分析试剂等
* 医药学,药物，药理、病理分析试剂等
* 农业,农药、农用化学品等
* 石油,石油化工产品等
* 材料科学,高分子化合物，功能材料等
* 食品,食品添加剂等
* 日用化工,染料，涂料，化装品等有机合成是有机化学中永不枯竭的研究资源有机合成 ——是从容易得到的简单工业原料（有机或无机试剂），通过一步或多步反应来制备所需的化合物。
通常有机合成的方法有两种：
（ 1） 从已给的原料出发,通过有机反应逐步转变为所需要的化合物 （ 目标化合物 ） 。 这种方法一般是目标化合物比较简单,反应步骤少；
（ 2） 逆向分析法 ——从目标化合物开始,通过,切断,
和倒推,以得到简单的起始原料 。 （ 反合成分析 ） 。
目标分子 ——即打算加以合成的分子,以 TM表示 。
切断 ——用于合成上的一种方法,即将分子的一个键切断,使分子转变成一种以上的可能原料,这是化学反应中的逆过程 。
合成子 ——在切断时所得出的概念性的分子碎片,
通常是离子 。
合成步骤设计
——合成一种目标分子应尽可能考虑以下几点：
1,步骤少 (多则总产率低、时间、原材料消耗多 )；
2,产率高 (副反应少，分离能化简 )；
3,原料便宜易得 （还要加上无毒、少毒） 反应条件、
设备易于实现 ；还应加上 绿色化学 的考虑,(“原子经济性”，污染尽可能少 )。
在设计一种合成法时,应主要考虑基本 骨架 的构成,官能团 的引入,基团的保护与去除 及 立体化学 等因素 。
,有机化学,最后三章的学习
第十八章 碳水化合物
第十九章 氨基酸 蛋白质 核酸
第二十章 元素有机化合物
提供多媒体课件（已经做好，可以拷贝）；
希望同学在假期里自学这三章；
准备考研究生的同学，请一定自己看看，可随时和我讨论。
,物理化学,简介主讲教师,邹立壮 教授
多年的教学经验
界面化学的专家物理化学学习的特点,
重要的基础课程
概念抽象
难度较大（需要配合必要的课外习题练习）
