University of Science and Technology of China
第十六章
杂环化合物
有
机
化
学
Organic Chem
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，
自然界分布
血红素，叶绿素
B
O
O
O HO H
OH
O H
O
P
B=
NH
NH
O
O N
N
N H
N
N H 2
生物碱，天然或合成药成分
维生素，植物色素，植物染料
Organic Chem
§ 一,杂环化合物的分类和命名
单环
五元环
含一个杂原子
O
N
H
S
F u r a n Th i o p h e n eP y r r o l e
呋喃 吡咯 噻吩
含两个杂原子
N
O
N
N
H
N
S
T h i a zo l eO x a zo l e l m i d a zo l e
噁唑 咪唑 噻唑
N
O
N
N
H
N
S
I s o x a zo l e P yra zo l e I s o t h i a zo l e
异噁唑 吡唑 异噻唑
Organic Chem
六元环
含一个杂原子：
吡啶 吡喃
含两个杂原子：
N
N
P yri m i d i n eP yri d a zi n e
N
N
N
N
P yra zi n e
哒嗪 嘧啶 吡嗪
N O
P y r i d i n e P y r a n
Organic Chem
稠杂环
N N N
N
N
N N
Q u i n o l i n e Is o q u i n o l i n e
喹啉 异喹啉 蝶啶 丫啶
N
N
N
N
H
N
H
I n d o l e P u r i n e C a r b a z o l e
N
H
吲哚 嘌啉 咔唑
Organic Chem
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物
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
O N
氧 杂 茂 茂 氮 杂 苯 苯
例,
S
C 2 H 5
2
3 4
5
2 - 乙 基 噻 唑
N
2
34
5
C H 3
C H 2 C H 2 O H
O 2 N
1
1
2 - 甲 基 － 5 － 硝 基 － 1 － 【 2 '－ 羟 乙 基 】
Organic Chem
N
N N
N
1
2
3
4 5
6
7
8
N
1
2
3
45
6
7
8
5 - 硝 基 喹 啉
N
1
2
3
45
6
7
8
N O 2
N
N N
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
Organic Chem
§ 二、含一杂原子的五元杂环化合物
一、结构特点：
O
呋 喃
S
噻 吩
N H
吡 咯
1、杂原子 P轨道上一对未共用电子与两个 C＝ C双键共轭
π 56,具有芳香性（闭合共轭大 π 键,P电子数
为 6，符合 4n＋ 2规则）
2、芳香性顺序：
S N O
> > >
电负性
O, N,S
3.5 3.0 2.5
Organic Chem
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，呋喃上电子云
最不均匀，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
O
H
H
6, 3 7
7, 4 2 N
H
H
6, 2 2
6, 6 8 S
H
H
7, 1 0
7, 3 0
② 偶极矩：
O S N
1, 7 3 D 1, 9 0 D 1, 5 8 D
O NS
0, 7 0 D 0, 5 1 D 1, 8 1 D
Organic Chem
方向性不如苯：
键长不完全平均化
（ 各教材数据不一致）
电子云密度分布不均（量化计算等数据）
S N O
1 4 0 1 4 2
1 3 7
1 4 3
1 3 7
1 4 3
1 3 6
3,π 56 （多电子环状闭合大 π 键）环上电子云密度较苯大，
有利于亲电子取代，反之，故亲电取代反应的活性都大于苯
二、呋喃、噻吩、吡咯的反应
1、亲电取代 π 56，多电子共轭体系，电子云密度比较大
亲电取代活性：
SN O
> > >
X
+ F 3 C C O
O
( ) 3
X
C C F 3
O
，反应速度以苯为 1
S
1, 9 * 1 0 4
3, 2 * 1 0 7
若以
S 为 1
则 O 1, 4 * 1 0 2 N
H
5, 5 * 1 0 7
Organic Chem
反应活性太高，环稳定性较差，反应需在极温和条件下
进行，否则开环、聚合等。产物复杂（硝化
（不用混酸），磺化 （不用浓硫酸））
C H 3 C O O N O 2
N S O 3
卤 代, 例,
O
+ B r
2
NN
0 ° C
O B r
酰 化,
F
3
C C O
O
( )
2+
B F
3 。
E t
2
O
0 ° C
O
C
C F
3
O
8 0 ％
7 2 － 9 2 %
硝 化
S
C H
3
C O O N O
2
+
硝 酸 乙 酰 酯
S N O
2
S
N O
2
+
0 ° C 6 0 % 1 0 %
- 1 0 ° C 7 0 % 5 %
磺 化
N
H
+ N S O
3
1 0 0 ° C H C l
N
H
S O
3
9 0 ％取代一般发生在 α位
Organic Chem
2、亲电取代的定位规则：
（ 1）、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- 邻位取代：
β 取代：
X
H
Y X
H
Y X
H
Y X
H
Y
正 电 荷 分 布 在 四 个 原 子 上
稳 定
X
H
Y
X
H
Y
X
H
Y
正 电 荷 分 布 在 俩 个 原 子 上
Organic Chem
（ 2）、当环上已有一个取代基
β- 取代：
α- 邻位取代：
X
B
X
B
Y
X
B
Y
β 位 邻 位 取 代 基
β 位 间 位 取 代 基
O
B
O
B
无 论 B 位 哪 一 类 取 代 基
S
B
S
B
N H
N H
B 为 邻 对 位 取 代 基
B 位 间 对 位 取 代 基
Organic Chem
3、加成,(Diels— Alder反应）
O O
O
O
+ O O
O
O
H
H
9 0 %
呋 喃 的 芳 香 性 最 差,
故 共 轭 双 烯 的 反 应 最 高
H N + N H 吡 咯 遇 活 泼 亲 双 烯 体也 能 反 应
S O
O
O
+ S O
O
O
H
H
1 0 0 ℃
高 压
噻 吩 激 烈 条 件 下
也 能 反 应
Organic Chem
4、加氢还原
O N i / H 2, 1 2 5 ℃1 0 0 a t m O H 2 / P t, 乙 酸 C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 O H
H N
H 2 / P d
H N
Z n - 乙 酸 / H 2 O
H N
S
H 2 / N i,R t
C H 3 C H 2 C H 2 C H 3 + H 2 S
H 2 / M o S 3
N a + C 2 H 5
S
S S+
Organic Chem
5、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。比醇强。
N
H
+ K O H
N
K
N R
O
R C l
O
N
R
O
+ R M g X
N
M g X
R X
N
R
N
R
N
H
+
N
2
C l
N
H
N = N
+ C H
2
= C H — C — O R
O
B F
3
N
H
C H
2
C H
2
C O O R
瑞 穆 尔 － 的？ 反 应
N
H
N a O H + C H C l
3
N
H
C H O
Organic Chem
§ 三、含一个杂原子的六元环化合物
一、吡啶的结构：
5C,1N共面，都是 SP2杂化，
都有一国垂直与分子面的 P轨道，侧面交叠形成闭合大 π 键。
①, N的一对未成键电子在 SP2杂化轨道上，未参与形成环
上共轭体系，可接受 H＋成盐 —— 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，但活性不如苯，且主要在间位
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
N
Organic Chem
二、吡啶的化学反应：
N
S P 2
碱 性
p K b 8, 8 1 3, 6
比 吡 咯 强
N
H
H
也 比 苯 胺 强
但 不 多
9, 4
脂 肪 胺 强 N
S P 3
p K b 3 ～ 4, 5
S成分多，电子云更靠近？，不易给出
1、
2、亲电取代
N
+
混 酸
3 0 0 ℃
N
N O 2
浓 H 2 S O 4
2 0 0 ℃
N
S O 3 H
C l 2, A l C l 3 ( 2 e )
N
C l
Organic Chem
3、亲核取代
N
+
R L i
p h L i
E t 2 O,0 ℃
N p h ( R )
N a N H 2
N N H 2C 6 H 5 N ( C H 3 ) 2
8 0 %
7 0 - 8 0 %
N
B r
B r
N H 3 / H 2 O
1 6 0 ℃ N
N H 2
B r
6 5 %
4、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
N
C H
3
H N O
3
N
C O O H
N N C O O H
C O O H
N
H
2
O
2
( 3 0 % ),A c O H
6 5 ℃
N
O
发 烟 H N O
3
发 烟 H
2
S O
4
N
O
N O
2
P C l
3
C H C l
3 N
N O
2
9 0 ％
Organic Chem
还原比苯易
N
N a + C 2 H 5 O H
N
H
H 2 / P t
N
H
哌 啶
5、侧链 α － H的反应性：
2－ 4,6-位有烷基取代，其 α － H有酸性
N C H
3
N a N H 2
N C H
2
+
C p h
O
p h
C H 3 I
N C H
2 C
p h
O H
p h
N C H
2 C H 3
Organic Chem
§ 四、含两个杂原子的杂还化合物
一、五元双杂环化合物
1、物理性质，分子间形成 H－键使 b.p(m.p)高
N
O
N
S
N
O
N
S
N
N
H
b, p, 9 5 ℃ 1 1 3 ℃ 1 8 8 ℃ ( m, p, 7 0 ℃ )
b, p, 7 0 ℃ 1 1 7 ℃ 2 6 3 ℃ ( m, p, 9 0 ℃ )
N
N
N
NH
H
N
N
H
N
N
N
N H
H
Organic Chem
2、结构与反应性：
X
N
X
N
X
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
发生在改 N的间位；
② 引入的 N，电子结构与吡啶中相
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，对酸性，
氧化的稳定性增大。
引
入
一
个
N
以咪唑为例：
N
N
H
Organic Chem
（ 1）、碱性：
引入的 N原子其电子结构与吡啶相同，碱性与之相近，
其大小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，诱导吸电子比共轭给电子弱，
碱性较强。
N
N
H
N
S
N
O
> >
p K b 6, 8 1 1, 5
氧原子电负性最强，
诱导吸电子最大；
氮原子诱导吸电子较小，
而共轭给电子较大
1,2－唑：另一杂原子在邻位，诱导吸电子影响大得多，
故碱性比相应的 1,3－唑弱，但仍比吡咯强。
N
N
H
N
H
p K b 1 3, 6 1 1, 5
Organic Chem
(2)、亲电取代反应：
活性比相应的 差。反应条件要求比较剧烈。
1,3唑 ?5位，
1,2唑 ?4位,唑的间位定位效应。
X
1,2唑：
N
S
S O 3
浓 H 2 S O 4 N
S
H O 3 S
9 0 %
N
O
H 3 C N
O
H 3 C
O 2 N
混 酸
7 0 ℃
1,3唑：
NS
发 烟 H 2 S O 4
H g S O 4, 2 5 0 ℃ NSH O 3 S 6 5 ％
Organic Chem
（ 3）、侧链的氧化（环定的稳定性）
N
N
H
H 3 C
K M n O 4
O H
N
N
H
H O O C
（ 4）、主要的异构现象：
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：
N
N
H
N
N
H
B r
N H
NB r
B r 2
C H C l 3
5 - 溴 － 4 - 溴 －
N
N
H
H 3 C N H
N
H 3 C
5 － 甲 基 3 － 甲 基
Organic Chem
二、双杂六元杂环化合物
N
N
N
N
N
N
P y r i d a z i n e P y r i m i d i n e P y r a z i n e
哒 嗪 嘧 啶 吡 嗪
H N
N
H
O
O
H N
N
H
O
O
C H 3
N
N
H
N H 2
O
U r a c i l T h y m i n e C y t o s i n e
尿 嘧 啶 胸 腺 嘧 啶 胞 嘧 啶
N
N C H
3
N
N
N
N
N
N
C H
3
C H
3
H
3
C
C
C H
3
S C H
3
C H
3
O
（ O ）
食
用
香
精
20
多
种
……
Organic Chem
1、结构与反应性：
环上引入第二个 N原子，相当于一个 NO2基的吸电子效应。
使
另一个 N上的电子云密度降低 ?碱性变弱
（如嘧啶的 pKb＝ 12.7）
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）
N
N B r 2
1 6 0 ℃ N
N
B r
（ 5 - 位 取 代 ）
亲电取代变易：
稳定性增加, （嘧啶空气中不氧化，而吡啶则变色）
N
N
H 3 C
N a N H 2
N
N
H 3 C
N O 2
N
N
H 3 C N H 2
+
Organic Chem
§ 五、稠杂环化合物和生物碱
N
H
1, 吲 哚,
1
2
3
4
5
6
7
性 质 与
N
H
相 似
主 要 发 生 亲 电 取 代,
β 位
N
H
B r 2
OO, 0 ℃ N
H
B r
7 0 ％
吲哚的制备,Ficher合成法：
H N N H 2
R '
O
R ( H )+
H O A c
N
H
N
R '
R H
N
H
N H
R '
R
N H
N H 2
H
R
R '
N H 3
N H
R 'H
R
N
H
R '
R
N H 2
HH
N
H
R '
R ( H )
- N H 4
醛 （ 酮 ）
Organic Chem
要制备吲哚本身,H N N H 2
H 3 C
O
C O O H
+
N
H
N
H 3 C C O O H
P C l 3
N
H
C O O H N
H
- C O 2
2 5 0 ℃
喹啉：
N
性质与 相似
N
碱性 pKb=9.06,（吡啶为 8.8）
亲电取代较难：主要发生在异环 α －位
N
混 酸
0 ℃
N
N O 2
+
N
N O 2
5 － 8 －
Organic Chem
也能发生邻、对位的亲核取代：
N
+ 2 N a N H 2
N N2 N H 2
N H 2
+
喹啉的制备,Skeaup 合成法：
N H 2
+ H 2 C C
H
C H 2
O H O H O H 浓 H 2 S O 4
N O 2,N
Organic Chem
历程：
H
2
C C
H
C H
2
O H O H O H 浓 H
2
S O
4
- 2 H
2
O
H
2
C C
H
C H O
N H
2
O
H
N
H
O
H
N
H
H C
O H
H
- H - H 2 O
N
H
H O H
N
H
N O
2
,
- H
2 N
Organic Chem
3、嘌呤：
N
N N
H
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N N
H
N H N
N N
H
N
N H 2
H 2 N
O
腺 嘌 呤 鸟 嘌 呤
核酸 DNA中的
两种碱基
Organic Chem
合成方法：陶贝（ Traube）合成方法：
N H 2
C
O N H 2
+
O
C N
H O H N
C
N H 2
C
O
O
N
碱 H N
C
N H
O
O N H 2
N H 2
H N
N
H
O
O
N H 2
N H 2
C l
C
O C 2 H 5
O
H N
N
H
O
O
H
N
N H 2
O
O C 2 H 5
- C 2 H 5 O H
H N
N
H
N
H
H
N
O
O
O
尿 酸
N
N N
H
N
O H
H O
O H
P O C l 3
N
N N
H
N
C l
C l
C l
Organic Chem
N
N N
H
N
C l
C l
C l
N H 3/
H 2O
1 0 0℃
N
N N
H
N
N H 2
C l
C l H I N
N N
H
N
N H 2
腺 嘌 呤
N a O
H /H
2 O N
N N
H
N
O
C l
C l
N H 3 N
N N
H
N
O
H 2 N
C l
H I N
N N
H
N
O
H 2 N
鸟 嘌 呤
Organic Chem
五元单杂化合物的合成：
H C C H + 2 C H O
C u C C C u
H O H 2 C C C C H 2 O H
N H 3
压 力 N
H
H 3 C
H 2
C C
H 2
C H 3 + S 6 0 0 ℃
S
+ H 2 S
C H O
C H O H
C H 2 O H
3
－ 3 H 2 O
O C H O
Z n O （ 或 C r 2 O 3 ）
4 0 0 ℃, － C O O
玉 米 心
花 生 壳
H C l
水 解
O O
P 2 O 5
OH 3 C C H 3
（ N H 4 ） 2 C O 3
N
H
H 3 C C H 3
P 2 O 5
SH 3 C C H 3
Organic Chem
第十六章
杂环化合物
有
机
化
学
Organic Chem
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，
自然界分布
血红素，叶绿素
B
O
O
O HO H
OH
O H
O
P
B=
NH
NH
O
O N
N
N H
N
N H 2
生物碱，天然或合成药成分
维生素，植物色素，植物染料
Organic Chem
§ 一,杂环化合物的分类和命名
单环
五元环
含一个杂原子
O
N
H
S
F u r a n Th i o p h e n eP y r r o l e
呋喃 吡咯 噻吩
含两个杂原子
N
O
N
N
H
N
S
T h i a zo l eO x a zo l e l m i d a zo l e
噁唑 咪唑 噻唑
N
O
N
N
H
N
S
I s o x a zo l e P yra zo l e I s o t h i a zo l e
异噁唑 吡唑 异噻唑
Organic Chem
六元环
含一个杂原子：
吡啶 吡喃
含两个杂原子：
N
N
P yri m i d i n eP yri d a zi n e
N
N
N
N
P yra zi n e
哒嗪 嘧啶 吡嗪
N O
P y r i d i n e P y r a n
Organic Chem
稠杂环
N N N
N
N
N N
Q u i n o l i n e Is o q u i n o l i n e
喹啉 异喹啉 蝶啶 丫啶
N
N
N
N
H
N
H
I n d o l e P u r i n e C a r b a z o l e
N
H
吲哚 嘌啉 咔唑
Organic Chem
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物
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
O N
氧 杂 茂 茂 氮 杂 苯 苯
例,
S
C 2 H 5
2
3 4
5
2 - 乙 基 噻 唑
N
2
34
5
C H 3
C H 2 C H 2 O H
O 2 N
1
1
2 - 甲 基 － 5 － 硝 基 － 1 － 【 2 '－ 羟 乙 基 】
Organic Chem
N
N N
N
1
2
3
4 5
6
7
8
N
1
2
3
45
6
7
8
5 - 硝 基 喹 啉
N
1
2
3
45
6
7
8
N O 2
N
N N
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
Organic Chem
§ 二、含一杂原子的五元杂环化合物
一、结构特点：
O
呋 喃
S
噻 吩
N H
吡 咯
1、杂原子 P轨道上一对未共用电子与两个 C＝ C双键共轭
π 56,具有芳香性（闭合共轭大 π 键,P电子数
为 6，符合 4n＋ 2规则）
2、芳香性顺序：
S N O
> > >
电负性
O, N,S
3.5 3.0 2.5
Organic Chem
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，呋喃上电子云
最不均匀，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
O
H
H
6, 3 7
7, 4 2 N
H
H
6, 2 2
6, 6 8 S
H
H
7, 1 0
7, 3 0
② 偶极矩：
O S N
1, 7 3 D 1, 9 0 D 1, 5 8 D
O NS
0, 7 0 D 0, 5 1 D 1, 8 1 D
Organic Chem
方向性不如苯：
键长不完全平均化
（ 各教材数据不一致）
电子云密度分布不均（量化计算等数据）
S N O
1 4 0 1 4 2
1 3 7
1 4 3
1 3 7
1 4 3
1 3 6
3,π 56 （多电子环状闭合大 π 键）环上电子云密度较苯大，
有利于亲电子取代，反之，故亲电取代反应的活性都大于苯
二、呋喃、噻吩、吡咯的反应
1、亲电取代 π 56，多电子共轭体系，电子云密度比较大
亲电取代活性：
SN O
> > >
X
+ F 3 C C O
O
( ) 3
X
C C F 3
O
，反应速度以苯为 1
S
1, 9 * 1 0 4
3, 2 * 1 0 7
若以
S 为 1
则 O 1, 4 * 1 0 2 N
H
5, 5 * 1 0 7
Organic Chem
反应活性太高，环稳定性较差，反应需在极温和条件下
进行，否则开环、聚合等。产物复杂（硝化
（不用混酸），磺化 （不用浓硫酸））
C H 3 C O O N O 2
N S O 3
卤 代, 例,
O
+ B r
2
NN
0 ° C
O B r
酰 化,
F
3
C C O
O
( )
2+
B F
3 。
E t
2
O
0 ° C
O
C
C F
3
O
8 0 ％
7 2 － 9 2 %
硝 化
S
C H
3
C O O N O
2
+
硝 酸 乙 酰 酯
S N O
2
S
N O
2
+
0 ° C 6 0 % 1 0 %
- 1 0 ° C 7 0 % 5 %
磺 化
N
H
+ N S O
3
1 0 0 ° C H C l
N
H
S O
3
9 0 ％取代一般发生在 α位
Organic Chem
2、亲电取代的定位规则：
（ 1）、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- 邻位取代：
β 取代：
X
H
Y X
H
Y X
H
Y X
H
Y
正 电 荷 分 布 在 四 个 原 子 上
稳 定
X
H
Y
X
H
Y
X
H
Y
正 电 荷 分 布 在 俩 个 原 子 上
Organic Chem
（ 2）、当环上已有一个取代基
β- 取代：
α- 邻位取代：
X
B
X
B
Y
X
B
Y
β 位 邻 位 取 代 基
β 位 间 位 取 代 基
O
B
O
B
无 论 B 位 哪 一 类 取 代 基
S
B
S
B
N H
N H
B 为 邻 对 位 取 代 基
B 位 间 对 位 取 代 基
Organic Chem
3、加成,(Diels— Alder反应）
O O
O
O
+ O O
O
O
H
H
9 0 %
呋 喃 的 芳 香 性 最 差,
故 共 轭 双 烯 的 反 应 最 高
H N + N H 吡 咯 遇 活 泼 亲 双 烯 体也 能 反 应
S O
O
O
+ S O
O
O
H
H
1 0 0 ℃
高 压
噻 吩 激 烈 条 件 下
也 能 反 应
Organic Chem
4、加氢还原
O N i / H 2, 1 2 5 ℃1 0 0 a t m O H 2 / P t, 乙 酸 C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 O H
H N
H 2 / P d
H N
Z n - 乙 酸 / H 2 O
H N
S
H 2 / N i,R t
C H 3 C H 2 C H 2 C H 3 + H 2 S
H 2 / M o S 3
N a + C 2 H 5
S
S S+
Organic Chem
5、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。比醇强。
N
H
+ K O H
N
K
N R
O
R C l
O
N
R
O
+ R M g X
N
M g X
R X
N
R
N
R
N
H
+
N
2
C l
N
H
N = N
+ C H
2
= C H — C — O R
O
B F
3
N
H
C H
2
C H
2
C O O R
瑞 穆 尔 － 的？ 反 应
N
H
N a O H + C H C l
3
N
H
C H O
Organic Chem
§ 三、含一个杂原子的六元环化合物
一、吡啶的结构：
5C,1N共面，都是 SP2杂化，
都有一国垂直与分子面的 P轨道，侧面交叠形成闭合大 π 键。
①, N的一对未成键电子在 SP2杂化轨道上，未参与形成环
上共轭体系，可接受 H＋成盐 —— 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，但活性不如苯，且主要在间位
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
N
Organic Chem
二、吡啶的化学反应：
N
S P 2
碱 性
p K b 8, 8 1 3, 6
比 吡 咯 强
N
H
H
也 比 苯 胺 强
但 不 多
9, 4
脂 肪 胺 强 N
S P 3
p K b 3 ～ 4, 5
S成分多，电子云更靠近？，不易给出
1、
2、亲电取代
N
+
混 酸
3 0 0 ℃
N
N O 2
浓 H 2 S O 4
2 0 0 ℃
N
S O 3 H
C l 2, A l C l 3 ( 2 e )
N
C l
Organic Chem
3、亲核取代
N
+
R L i
p h L i
E t 2 O,0 ℃
N p h ( R )
N a N H 2
N N H 2C 6 H 5 N ( C H 3 ) 2
8 0 %
7 0 - 8 0 %
N
B r
B r
N H 3 / H 2 O
1 6 0 ℃ N
N H 2
B r
6 5 %
4、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
N
C H
3
H N O
3
N
C O O H
N N C O O H
C O O H
N
H
2
O
2
( 3 0 % ),A c O H
6 5 ℃
N
O
发 烟 H N O
3
发 烟 H
2
S O
4
N
O
N O
2
P C l
3
C H C l
3 N
N O
2
9 0 ％
Organic Chem
还原比苯易
N
N a + C 2 H 5 O H
N
H
H 2 / P t
N
H
哌 啶
5、侧链 α － H的反应性：
2－ 4,6-位有烷基取代，其 α － H有酸性
N C H
3
N a N H 2
N C H
2
+
C p h
O
p h
C H 3 I
N C H
2 C
p h
O H
p h
N C H
2 C H 3
Organic Chem
§ 四、含两个杂原子的杂还化合物
一、五元双杂环化合物
1、物理性质，分子间形成 H－键使 b.p(m.p)高
N
O
N
S
N
O
N
S
N
N
H
b, p, 9 5 ℃ 1 1 3 ℃ 1 8 8 ℃ ( m, p, 7 0 ℃ )
b, p, 7 0 ℃ 1 1 7 ℃ 2 6 3 ℃ ( m, p, 9 0 ℃ )
N
N
N
NH
H
N
N
H
N
N
N
N H
H
Organic Chem
2、结构与反应性：
X
N
X
N
X
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
发生在改 N的间位；
② 引入的 N，电子结构与吡啶中相
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，对酸性，
氧化的稳定性增大。
引
入
一
个
N
以咪唑为例：
N
N
H
Organic Chem
（ 1）、碱性：
引入的 N原子其电子结构与吡啶相同，碱性与之相近，
其大小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，诱导吸电子比共轭给电子弱，
碱性较强。
N
N
H
N
S
N
O
> >
p K b 6, 8 1 1, 5
氧原子电负性最强，
诱导吸电子最大；
氮原子诱导吸电子较小，
而共轭给电子较大
1,2－唑：另一杂原子在邻位，诱导吸电子影响大得多，
故碱性比相应的 1,3－唑弱，但仍比吡咯强。
N
N
H
N
H
p K b 1 3, 6 1 1, 5
Organic Chem
(2)、亲电取代反应：
活性比相应的 差。反应条件要求比较剧烈。
1,3唑 ?5位，
1,2唑 ?4位,唑的间位定位效应。
X
1,2唑：
N
S
S O 3
浓 H 2 S O 4 N
S
H O 3 S
9 0 %
N
O
H 3 C N
O
H 3 C
O 2 N
混 酸
7 0 ℃
1,3唑：
NS
发 烟 H 2 S O 4
H g S O 4, 2 5 0 ℃ NSH O 3 S 6 5 ％
Organic Chem
（ 3）、侧链的氧化（环定的稳定性）
N
N
H
H 3 C
K M n O 4
O H
N
N
H
H O O C
（ 4）、主要的异构现象：
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：
N
N
H
N
N
H
B r
N H
NB r
B r 2
C H C l 3
5 - 溴 － 4 - 溴 －
N
N
H
H 3 C N H
N
H 3 C
5 － 甲 基 3 － 甲 基
Organic Chem
二、双杂六元杂环化合物
N
N
N
N
N
N
P y r i d a z i n e P y r i m i d i n e P y r a z i n e
哒 嗪 嘧 啶 吡 嗪
H N
N
H
O
O
H N
N
H
O
O
C H 3
N
N
H
N H 2
O
U r a c i l T h y m i n e C y t o s i n e
尿 嘧 啶 胸 腺 嘧 啶 胞 嘧 啶
N
N C H
3
N
N
N
N
N
N
C H
3
C H
3
H
3
C
C
C H
3
S C H
3
C H
3
O
（ O ）
食
用
香
精
20
多
种
……
Organic Chem
1、结构与反应性：
环上引入第二个 N原子，相当于一个 NO2基的吸电子效应。
使
另一个 N上的电子云密度降低 ?碱性变弱
（如嘧啶的 pKb＝ 12.7）
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）
N
N B r 2
1 6 0 ℃ N
N
B r
（ 5 - 位 取 代 ）
亲电取代变易：
稳定性增加, （嘧啶空气中不氧化，而吡啶则变色）
N
N
H 3 C
N a N H 2
N
N
H 3 C
N O 2
N
N
H 3 C N H 2
+
Organic Chem
§ 五、稠杂环化合物和生物碱
N
H
1, 吲 哚,
1
2
3
4
5
6
7
性 质 与
N
H
相 似
主 要 发 生 亲 电 取 代,
β 位
N
H
B r 2
OO, 0 ℃ N
H
B r
7 0 ％
吲哚的制备,Ficher合成法：
H N N H 2
R '
O
R ( H )+
H O A c
N
H
N
R '
R H
N
H
N H
R '
R
N H
N H 2
H
R
R '
N H 3
N H
R 'H
R
N
H
R '
R
N H 2
HH
N
H
R '
R ( H )
- N H 4
醛 （ 酮 ）
Organic Chem
要制备吲哚本身,H N N H 2
H 3 C
O
C O O H
+
N
H
N
H 3 C C O O H
P C l 3
N
H
C O O H N
H
- C O 2
2 5 0 ℃
喹啉：
N
性质与 相似
N
碱性 pKb=9.06,（吡啶为 8.8）
亲电取代较难：主要发生在异环 α －位
N
混 酸
0 ℃
N
N O 2
+
N
N O 2
5 － 8 －
Organic Chem
也能发生邻、对位的亲核取代：
N
+ 2 N a N H 2
N N2 N H 2
N H 2
+
喹啉的制备,Skeaup 合成法：
N H 2
+ H 2 C C
H
C H 2
O H O H O H 浓 H 2 S O 4
N O 2,N
Organic Chem
历程：
H
2
C C
H
C H
2
O H O H O H 浓 H
2
S O
4
- 2 H
2
O
H
2
C C
H
C H O
N H
2
O
H
N
H
O
H
N
H
H C
O H
H
- H - H 2 O
N
H
H O H
N
H
N O
2
,
- H
2 N
Organic Chem
3、嘌呤：
N
N N
H
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N N
H
N H N
N N
H
N
N H 2
H 2 N
O
腺 嘌 呤 鸟 嘌 呤
核酸 DNA中的
两种碱基
Organic Chem
合成方法：陶贝（ Traube）合成方法：
N H 2
C
O N H 2
+
O
C N
H O H N
C
N H 2
C
O
O
N
碱 H N
C
N H
O
O N H 2
N H 2
H N
N
H
O
O
N H 2
N H 2
C l
C
O C 2 H 5
O
H N
N
H
O
O
H
N
N H 2
O
O C 2 H 5
- C 2 H 5 O H
H N
N
H
N
H
H
N
O
O
O
尿 酸
N
N N
H
N
O H
H O
O H
P O C l 3
N
N N
H
N
C l
C l
C l
Organic Chem
N
N N
H
N
C l
C l
C l
N H 3/
H 2O
1 0 0℃
N
N N
H
N
N H 2
C l
C l H I N
N N
H
N
N H 2
腺 嘌 呤
N a O
H /H
2 O N
N N
H
N
O
C l
C l
N H 3 N
N N
H
N
O
H 2 N
C l
H I N
N N
H
N
O
H 2 N
鸟 嘌 呤
Organic Chem
五元单杂化合物的合成：
H C C H + 2 C H O
C u C C C u
H O H 2 C C C C H 2 O H
N H 3
压 力 N
H
H 3 C
H 2
C C
H 2
C H 3 + S 6 0 0 ℃
S
+ H 2 S
C H O
C H O H
C H 2 O H
3
－ 3 H 2 O
O C H O
Z n O （ 或 C r 2 O 3 ）
4 0 0 ℃, － C O O
玉 米 心
花 生 壳
H C l
水 解
O O
P 2 O 5
OH 3 C C H 3
（ N H 4 ） 2 C O 3
N
H
H 3 C C H 3
P 2 O 5
SH 3 C C H 3
Organic Chem
