第十四章
杂 环 化 合 物
主要内容
第一节 杂环化合物的分类和命名
第二节 六元杂环化合物
第三节 五元杂环化合物
第一节 杂环化合物的分类和命名
1、脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。
三元杂环
四元杂环
五元杂环
七元杂环
(氮杂环丙烷 )
(β-丙内酯 ) (β-丙内酰胺 )
(顺丁烯二酸酐 )
(氧杂 ) (1H-氮杂 )
O HN(环氧乙烷 )
O
O
NH
O
O
O
O
O NH
（一）分类
2,芳杂环 具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环
苯并杂环
杂环并杂环
五元杂环
六元杂环
呋喃 噻吩 吡咯
噁唑 噻唑 咪唑 吡唑
吡啶 嘧啶 吡喃 (无芳香性 )
吲哚 喹啉 异喹啉
嘌呤
O S NH
N
O
N
S
N
NH NNH
N N
N
O
NH N N
N
N NH
N
(二 ) 命名
命名原则,
杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口
”字旁的同音汉字。
当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起
依次用 1,2,3,… ( 或 α,β,γ…) 编号。
如杂环上不止一个杂原子时，则从 O,S,N顺序依次
编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小 。
五元杂环
五元杂环苯并体系
O 1 2
3
4
5
6
7 S 1
2
3
4
5
6
7
NH 1 2
3
4
5
6
7
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)
O
1
2
34
α
β
5
S
1
2
34
α
β
5 5
N
H1
2
34
α
β
实例,
N α
β
1
2
3
4
5
6
γ
O
α
β
1
2
3
4
5
6
γ
1
2
3
4
5
6
O
O
1
2
3
4
5
6
O O
N
N
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
N
N
1
2
3
4
5
6
N
N
六元杂环
吡啶 (pyridine) 吡喃 (pyran) γ-吡喃酮
(γ-pyrone)
α-吡喃酮
(α-pyrone)
哒嗪 (pyridazine) 嘧啶 (pyrimidine) 吡嗪 (pyrazine)
N
1
2
3
45
6
7
8
N
1
2
3
45
6
7
8 1
2
3
45
6
7
8
O
O
O
N
N NH
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
杂环并杂环
喹啉
(quinoline)
异喹啉
(isoquinoline)
苯并吡喃
(benzopyran)
苯并 -?-吡喃酮
(benzo-?-pyrone)
嘌呤 (purine)
六元杂环苯并环系
(一 ) 吡啶
共轭效应和诱导效应都是吸电子的
孤电子对
在 sp2杂化
轨道上。
结构：吡啶 N是 sp2杂化，孤电子对不参与共轭。
反应：碱性较强。环不易发生亲电取代反应但易发生亲核
取代反应。发生亲电取代反应时，环上 N起间位定
位基的作用。发生亲核取代反应时，环上 N起邻对
位定位基的作用。
1 电子结构
第二节 六元杂环化合物
2 物理性质
氮原子的电负性较大,使吡啶有较大极性,其偶极距数值较大,
N NH
?=2.20D ?=1.17D
吡啶能与水以任意比例混溶,又能溶解大多数极性或非极性
有机化合物,甚至许多无机盐类,是一个良好的溶剂。
3 碱性
吡啶 N是 sp2杂化，孤电子对不参与共轭，可以与质子
结合或给出电子，显弱碱性。利用它的碱性，可从混
合物中分离吡啶类化合物，在化学反应中还可用作催
化剂和除酸剂。
4 化学反应
(1) 氮原子上的反应
N
+ H C l N H C l
N
N H
3
N
+ S O
3
C H
2
C l
2
N S O 3 ( 9 0 % )
此 反 应 常 用 于
在 反 应 中 吸 收
生 成 的 气 态 酸
室 温
吡 啶 三 氧 化 硫 络 合 物
是 常 用 的 缓 和 磺 化 剂
N NN
R I
R I
3 0 0 ℃
I
N
I
+R
R
O H
N N
R
R
O H
制 取 烷 基 吡 啶 的 一 种 方 法
(2) 亲电取代反应
吡啶环上氮原子为吸电子基，故吡啶环属于缺电子的
芳杂环，和硝基苯相似。其亲电取代反应很不活泼，反应
条件要求很高，不起傅 -克烷基化和酰基化反应。亲电取代
反应主要在 β-位上。
N
N
C l
N
B r
N
N O
2
N
S O
3
H
℃
C l
2
,A l C l
3
B r
2
,
H
2
S O
4
H g S O
4
1 0 0
3 0 0 ℃
浮 石 催 化
气 相
浓
2 2 0 ℃
混 酸
3 0 0 ℃
催 化,
氯 吡 啶
溴 吡 啶
硝 基 吡 啶
吡 啶 磺 酸3
3
3
3
? 由吡啶的共振式分析,
N
N
N
N N
N
?
?
?
?
结论, 1,环上带正电,不利
于亲电取代
2,b 位的正电荷密相
对较低
解释原因,
? 由取代反应的中间体稳定
性分析
1,取代在 a 位
N
E
a 位
N
E
N
E
N
E
H H
H
- H
+
N E
正 电 荷 在 电 负 性 大 的
原 子 上,不 稳 定
2,取代在 b 位
3,取代在 ? 位
E
? 位
N
N
E H
N
E H
N
E H
正 电 荷 在 电 负 性 大 的 原 子 上,不 稳 定
中间体较为稳定
实验事实：钝化和 b取代
N
发 烟 H
2
S O
4
发 烟 H N O
3
/
无 反 应 发 生
发 烟 H
2
S O
4
发 烟 H N O
3
/
N
N O
2
取 代 在 b 位
N ( C H
3
)
3
发 烟 H
2
S O
4
发 烟 H N O
3
/
N ( C H
3
)
3
N O
2
起 吸 电 子 基 作 用
3 0 0
o
C / 2 4 h
其它反应现象
N N
S O
3
H
N
B r
浓 H
2
S O
4
/ H g S O
4
2 2 0
o
C
3 0 0
o
C
B r
2
/ 浮 石
无 反 应 发 生
F r i e d e l - C r a f t s 反 应
环上有给电子基时反应相对较易进行
(3) 亲核取代反应
N N N H 2
+
N a N H 2
H 2
N H 3 或 P h N M e 2
N
P h L i
N P h
O 2 o r P h N O 2,
( 氧 化 )
取代主要发生在 a 位
当 a 或 ? 位有其它离去基团时，反应易发生
N C l
N O H
N a O H
N
H
O
a - 吡 啶 酮
异 构 化
N C l N
O H
C l
- C l
N O H
O H
N
H
O
（ 仍 有 芳 香 性 ）
N N H
2
( 1 ) N a N O
2
,H C l
( 2 ) H
2
O,
N O H N
H
O
异 构 化
N
N a N H
2
机 理,
其 他 制 备 a - 吡 啶 酮 的 方 法
(4) 氧化和还原反应
? 氧化在侧链上
?氧化在 N 上
复习：叔胺的氧化
吡啶的类似反应
? N-氧化吡啶的性质：比吡啶易与亲电试剂或亲核试剂反应
N
O
发 烟 H N O 3
发 烟 H 2 S O 4
9 0 o C
N
O
N O 2
主 要 产 物
N
N O 2
P O C l 3+
P C l 3
(a) 与亲电试剂的亲电取代
(b) 与亲核试剂的亲核加成
为什么 N-氧化吡啶 既有亲电性又有亲核性
(a) 由共振结构分析（有两种形式的共振式）
N
O
N
O
N
O
N
O
O
有苯氧基负离子特点，环
上的 2,4,6 三个位置负电
荷密度较大
保留吡啶的特点，氧负离子使环
上的正电荷密度增大
(b) 由反应过程分析（中间体的稳定性分析）
亲电取代及进一步的反应过程
N
O
N
O
H N O
2
N
O
H N O
2
满 足 八 隅 体
N
O
N O
2
- H
+
N
O
N O
2
P C l
3
N
N O
2
+ O P C l
3
N O
2
P C l
3
对比：吡
啶的直接
亲电取代 不稳定
(二） 喹啉和异喹啉
喹啉和异喹啉,N
喹 啉
1
2
3
45
6
7
8
N
1
2
3
45
6
7
8
异 喹 啉
1 结构与物理性质：
结构,*杂环部分性质象吡啶 (碱性和亲和性、亲电取代、
亲核取代、氧化反应、还原反应、支链上的反应 )
*碳环部分性质象萘 (亲电取代及其取代定位作用 )
碱性强弱：喹啉＜吡啶＜异喹啉
喹啉在常温时是无色油状液体，有类似吡啶的恶臭，
沸点 238℃,异喹啉为低熔点的固体，气温类似于
苯甲醛，熔点 26℃,沸点 243℃ 。
物理性质：
（ 1） 亲电取代反应,
反应产物受介质的影响。若反应在酸性介质中进行，取
代主要在苯环上发生。喹啉主要发生在 C-5与 C-8位，而
异喹啉以 C-5产物为主。
N
H O 3 S
( 5 4 % )
N
浓 H 2 S O 4,2 2 0 ℃
烟 H 2 S O 4,9 0 ℃或 发
N
S O 3 H
浓 H 2 S O 4
3 0 0 ℃ 重 排
若反应在有机溶剂中进行，取代在杂环上发生。
2 化学反应
N
E
E
5 - 位
8 - 位
N
E
N
E
* 两 个 主 要 的 共 振 式
* 保 留 一 个 芳 香 环
N
E
N
E
N
E
两 中 间 体 稳 定
性 相 差 不 大
从反应中间体的稳定性解释反应结果：
（ 2） 亲核取代反应
亲核取代反应主要在吡啶环上发生，喹啉的反应位置
在 2位和 4位 (2位为主 )，异喹啉在 1位；
N
N
实例：
（ 3） 氧化反应
*1 喹啉和异喹啉与绝大多数氧化剂不发生反应；
*2 与高锰酸钾能发生反应：
N
C H 2 [ O ]?
1 0 0 ℃N
K M n O 4 水 溶 液
H O O C
H O O C
N
N H
K M n O 4 水 溶 液
O
O
NH O O C
H O O C
NC O O H
C O O H
+ K M n O 4,O H
-
*3 喹啉与异喹啉在过酸的作用下均可形成 N-氧化物。
N
R C O 3 H
N
O
R C O 3 H
N N O
（ 4） 还原反应
H 2 / N i
N NH
o r I 2
H g ( O A c ) 2,1 3 0 ℃
N
N
H 2,P t,A c O H,4 0 ℃
N
H
N
H
+
H H
HH
反十氢喹啉 顺十氢喹啉
3 喹啉及其衍生物的合成
1 斯克劳普 (Skraup,Z.H.)反应：苯胺、甘
油、硫酸和基苯等氧化剂一起作用，生成喹啉
的反应称为斯克劳普反应。
实 例
( 7 3 % )
N H 2
+ C H 2 = C H C C H 3
O
Z n C l 2
F e C l 3
N
C H 3
1 0 0 ℃
浓 H 2 S O 4
N H 2
+ 2 C H 3 C H O
N C H 3
( 3 2 % )eg 2
eg 1
eg 4
eg 3
H +,氧 化 剂
N H 2
( 主 )
H 3 C O
+ C H O H
C H 2 O H
C H 2 O H NH 3 C O
甘 油
N H 2
N O 2
H 3 C O
N
H 3 C O
N O 2
N
H
H 3 C O
N O 2
氧 化 剂
2 弗里德伦德 (Friedlander)反应：
1 8 0 ℃
哌 啶
( 8 0 % )
N H 2
C
C H 3
O
+
O
P h
H
H
N
C H 3
P h
1 0 0 ~ 1 1 0 ℃
( 9 0 % )
N H 2
C
C H 3
O
H C l
O
H
H
+
N
C H 3
eg 1
eg 2
芳香族邻氨基羰基化合物发生缩合反应，得到
喹啉或它的衍生物，这称为弗里德伦德反应。
(三） 含二个氮原子的六元杂环
含有两个氮原子的六元杂环体系称作二嗪类，因氮原子
在环中的相对位置不同，二嗪类有三种异构体：哒嗪、
嘧啶、吡嗪。
N
N
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
N
N
哒嗪 (pyridazine) 嘧啶 (pyrimidine) 吡嗪 (pyrazine)
1
2
3
4
5
6
N
N
1 结构与物理性质
?二嗪类环上的两个氮原子，其电子构形与吡啶中的氮原子
相同，各有一对未共用电子对，位于 sp2杂化轨道上，能与
水经氢键缔合。 哒嗪与嘧啶因结构的不对称性，分子有一
定的极性，可与水混溶，吡嗪因分子极性小而水溶性略小。
?二嗪类化合物都是一元碱,而且碱性都比吡啶弱,
2 化学反应
（ 1）, 亲电取代反应
N
H
N
C l -
+
B r 2
1 6 0 o C
N
N
B r
6 6 %
N
N
C H 3
C l 2, C C l 4
4 0 o C
N
N
C l
C H 3
6 7 %
N
N
N H 2
B r 2
8 0 o C
4 1 %
N
N
N H 2
B r
N
N
N H 2
N H 2
N
N
N H 2
NNC l
N 2 +C l
H 2 O
N
N
O HH 3 C
O H
H N O 3,H O A c
2 0 o C
N
H
N H
O
O
H 3 C
N
H
N H
O
O
H 3 C
O 2 N
8 5 %
反应最易在 2位发生，其次是 4,6位
N
N
C H 3
N a N H 2
1 3 0 - 1 6 0 ℃
N
N
C H 3
N
N
C H 3
N H 2 H 2 N
+
取代卤素要比取代负氢更容易
N
N
C l
C l
N H 3
1 0 0 ℃
N
N
N H 2
N
N
C l
C l
+
N H 2
N H 3
1 6 0 ℃
N
N
N H 2
N H 2
（ 2）, 亲核取代反应
利用亲核取代反应可制取烃基取代的二嗪。
N
N
K M n O 4N L i
N
H C 4 H 9 - n
+ C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 L i 乙 醚
丙 酮
N
N
C4H9-n
二嗪不易被氧化。若用过酸氧化，得嘧啶单 N-氧化物
N
N
N
N
O
H 2 O 2
A c O H
（ 3） 氧化
（ 4） 侧链 α-H反应
N
N
C H 3
H 3 C C H 3
N
N
C H 3
H 3 C C H = C H P h
P h C H O
Z n C l 2
N
N
C H = C H P h
P h C H = C H C H = C H P h
2 P h C H O
Z n C l 2
羟醛缩合型
N
N
C H 2 C H 3
H 3 C C H 3
C H 3 I
烷基化反应
P h L i N
N
C H 2 L i
H 3 C C H 3
N
N
C H 3
H 3 C C H 3
吡喃环系
H +
O
O
O
O H吡喃及其衍生物无芳香特性
吡喃酮的钅 羊盐是芳香体系。
(四 ) 含氧原子的六元杂环
(一 ) 呋喃、噻吩、吡咯的结构
(二 ) 吲哚
(三 ) 含两个杂原子的五元杂环
第三节 五元杂环化合物
吡
咯
的
结
构 孤电子对在 p轨道上。
吡 咯
结构：吡咯 N是 sp2杂化，孤电子对参与共轭。
反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上相当
有一个邻对位定位基。
N
N
H
共轭效应是给电子的。
诱导效应是吸电子的。
(一 ) 呋喃、噻吩、吡咯的结构
呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。
1 电子结构及芳香性
呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环
的五个原子都为 sp2杂化，故成环的五个原子处在同
一平面，杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体
系，其 π电子数符合休克尔规则（ π电子数 = 4n+2
）,所以，它们都具有芳香性。
2 物理性质
都能溶于有机溶剂,水溶解度都小于六元杂环吡啶
溶解度顺序为：吡咯 ﹥ 呋喃 ﹥ 噻吩
吡咯几乎不显碱性,相反具有弱酸性
3 呋喃、噻吩、吡咯化学反应
分子接受一个质子的反应称为质子化反应,
（ 1）呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可质子化；
（ 2） 质子化反应主要发生在 C-2上；
N
H
H
H N
H
N
H
H
H
N
H H
H
+
H
+
H
+
α-C质子化 β-C质子化
N-质子化
?质子化反应
（ 3） 由于 α-C的质子化反应，吡咯在强酸作用
下会因聚合而被破坏；
（ 4） 在稀的酸性水溶液中，呋喃的质子化在氧
上发生并导致水解开环。
O
O
H
H O
O HO H 2 O HO H
OO
H 2 S O 4 - H 2 O
H O A c,△
9 0 %
H 2 O - H +
呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应
*1 亲电取代反应的活性顺序为：
吸电子诱导,O(3.5) > N(3.0) > S(2.6) 给电子共轭, N > O > S
综合,N贡献电子最多,O其次,S最少
ONH S> > >
NH
E
H NH
E
H NH
E
H
E
H
E
H
E
H
①电子密度
② σ-络合物
八隅体结构最稳定
无最稳定结构
（ 1）概述
*2 取代反应主要发生在 α-C上；
*3 吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试
剂时需要注意；
*4 噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易
加成；呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数
亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核试剂存在
下，能发生亲核加成。
离域能：噻吩,121.3 kJ·mol-1 吡咯,87.8 kJ·mol -1
呋喃,66.9 kJ·mol -1
（ 1） 呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应
反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代 (Cl,Br)
产物，要采用低温、溶剂稀释等温和条件。
O O OC lC l C l
C l 2
- 4 0 ℃+ O B rO O
B r 2,0 ℃
稀 释
( 8 6 % )
S
S
B r
S
I
B r 2
A c O H
I 2,H g O
C 6 H 6,0 ℃
( 7 8 % )
碘不活泼，要用催化剂才能发生一元取代
B r 2,0 ℃
NH NH
C l
NH
B rB r
B r B r
E t O H
S O C l 2 ( 1 m o l )
E t 2 O,0 ℃
( 8 0 % )
（ 2） 呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应
呋喃,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化 ;
通常用比较温和的非质子硝化试剂，如：硝酸乙酰酯。
反应在低温下进行。
C H
3
C O C C H
3
+ H N O
3
O O
C H
3
C O N O
2
+ C H
3
C O O H
O
S
A c O N O
2 O
o
C
A c
2
O / A c O H
S
N O
2
S
N O
2
+
N
H
A c O N O
2 O
o
C
A c
2
O / A c O H
N
H
N O
2
N
H
N O
2
+
6 0 % 1 0 %
5 1 % 1 3 %
呋喃比较特殊,先生成稳定的或不稳定的 2,5加成产物,
然后加热或用吡啶除去乙酸,得到硝化产物。
O
N
H
N O
2
O
O
H
N O
2
H
N O
2
H
A c O
A c O N O
2
- 5 - - 3 0
o
C
+
P y r i d i n e
（ 3） 呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应
吡咯、呋喃不太稳定，所以须用温和的磺化试剂
磺化。常用的温和的非质子的磺化试剂有：吡啶与三
氧化硫的加合化合物。
噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），
也可以用温和的磺化试剂磺化。
N
+ S O 3
C H 2 C l 2
室 温 N
S O 3
(固体，含量 90 %)
O
+
N
S O 3
C l C H 2 C H 2 C l
r, t, 3 d a y s
O S O 3
-
N
H
O S O 3
-
-
O 3 S N
H
N
H
S + N
SO3
ClCH2CH2Cl
r,t,S SO3-
Ba(OH)2
2
Ba2+
N
H
+ N
S O 3
1 0 0 o C
N
H
S O 3 - N
H
H C l
N
H
S O 3 H
（ 4） 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反应
( 6 0 % )
NH + A c 2 O
1 5 0 - 2 0 0 ℃
NH C C H 3
O
( 7 0 % )N
H
N a
或 N a O H ( 浓 )
P h C C l
N
N a +
O
N
C O P h
S
A c 2 O 与 A l C l3 的 混 合 体 系
S C C H 3
O
Eg 1
Eg 4
Eg 3
Eg 2
O
B F 3+ A c 2 O
O C C H 3
O
(75%-92 %)
N
H
E
N
H E
sp2杂化 sp3杂化
碳上酰化，正电荷处在
离域范围内，较稳定。
氮上酰化，正电荷
不处在离域范围内。
N
H
O
O
+ H 2 S O 4 +
S
墨 绿 色
呋喃、噻吩的酰化反应在 a-C上发生，而吡咯的酰化
反应（不用催化剂）既能在 a -C上发生，又能在 N上发生。
在 a -C上发生比在 N上发生容易。
（ 5） 吡咯的特殊反应
吡咯的性质与苯酚类似，都具有酸性，但吡咯的
酸性比苯酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。
吡咯成盐后，使环上电荷密度增高，亲电取代反应更易进行。
p K a = 1 0
O H -
OO H
N
H
N
K +
N a 或 K
或 浓 N a O H
p K a ≈ 1 7, 5
N
H
N
K +
N a 或 K
或 浓 N a O H
p K a ≈ 1 7, 5
( 1 ) ( 2 )
NH C H O
NH C O O
- N 4 +
NH N = N - C 6 H 5
NH C O O H
N
COOH
N
MgX
N
R
N
COR
HCON(CH3)2
POCl3
CHCl3
25%NaOH(NH4)2CO3
130oC
C6H5N2+X-
C2H5OH-H2O AcONa
RMgX
1 CO2
2 H2O
CO2
加热 加压
RCOCl
RX
(6) 呋喃、吡咯、噻吩的加成反应
（ 1） 加氢反应
（ 2） Diels-Alder反应
呋喃最易发生 Diels-Alder反应
9 0 %O O
O
O
+ O
O
O
O
7 6 %O + O
+
N
C H 3H 3 C
C O C H 3
C O O C H 3
C O O C H 3
N
C O C H 3
C H 3
H 3 C
C O O C H 3
C O O C H 3
A l C l 3
A l C l3
N H C C H 3
H3C C O O C H3
C O O C H3
O
CH3
6 0 - 1 2 0 ℃
S C H 3H 3 C
+ N C - C C - C N
- S
S
C H 3
H 3 C
C N
C N
C H 3
C N
C N
C H 3
噻吩基本上不发生双烯加成，即使在个别情况下
生成也是一个不稳定的中间体，直接失硫转化为别的
产物。
对取代位置的解释（对反应中间体的相对稳定性的分析）
? 取代在 a位
A
E
+
A E A
E A
E
满 足 八 隅 体
贡 献 大
中 间 体 有 三 个 主 要 共 振 式
较 稳 定
a ? 取 代
H
- H
+
A E
? 取代在 b位
A
E
A
E
满 足 八 隅 体
贡 献 大
A
E
+
- H
+
A
E
H
中 间 体 只 有 二 个 主 要 共 振 式
较 不 稳 定
(二 ) 吲哚
三种五员杂环苯并体系
N
H
O S
吲 哚 苯 并 呋 喃 苯 并 噻 吩
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7 1
2
3
4
5
6
7
A
E
E 进 入 五 员 杂 环, 那 个 位 置?
芳 香 性 比 苯 环 差
负 电 荷 密 度 比 苯 环 大 易 发 生 亲 电 取 代
亲电取代反应：
从反应的中间体分析：
A
E
A
E
A
E
苄 基 型 正 碳 离 子
一 个 主 要 共 振 式
H A
E
A
E
A
E
HH
A
E
- H
+
- H
+
满 足 八 隅 体
有 两 个 主 要 共 振 式
2 - 位
3 - 位
? 进攻 3-位,反应易于进行
吲哚的合成
苯肼与醛、酮类化合物在酸性条件下加热生成吲哚
及其衍生物的反应称为费歇尔 (Fischer,E.)合成法。
N H N H 2
+
C H 3 C O O H
O
H O A c
NH C O O H
~ 2 5 0 ℃
- C O 2 N
H
（ 1）互变异构
N
N
H
N
N
N
N
H
N H
N
H 3 C H 3 C
N-N(单键 ) N=N(双键 )
5-甲基咪唑4-甲基咪唑
4(5)-甲基咪唑 (因为 4-甲基咪唑和 5-甲基咪唑不可分离 )
1 唑的结构
(三 ) 含有两个杂原子的五元杂环体系
（ 2）结构
N
H
N
N
N
H
N
S
N
O
<<
吡咯 N(孤电子对参与
共轭，所以碱性较弱 )
吡啶 N(孤电子对不参与
共轭，所以碱性较强 )
吡咯 N的孤电子
对处于 p轨道
R 1
N
R 2
R 3
一般胺中的 N是 sp3杂化。
N 的孤电子对处于 sp3杂化轨道
sp3轨道
碱性：
N 的孤电子对处于
sp2杂化轨道
吡啶 N与吡咯 N
均为 sp2杂化。
（ 2）碱性
1,1,2-唑与 1,3-唑都有吡啶 N,所以都有碱性。
2,1,3-唑的碱性比 1,2-唑强。
因为两个杂原子互相影响大。
3,咪唑的碱性＞噻唑的碱性＞噁唑的碱性
由综合电子效应决定。
2 物理性质
(1) 熔沸点
3 唑的反应
主要讨论亲电取代反应
1 反应性
唑的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差，这是因为分子中
多了一个吡啶 N,使共轭体系的电子云密度降低，所以亲
电试剂不易进攻。
2 1,2-,1,3-唑的硝化、磺化、卤化
（ 1） 进入环的位置及活性顺序
（ 2） 反应试剂：一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。
实 例
eg 1
NOH 3 C
C H 3
NOH 3 C
C H 3O 2 N
浓 H N O 3
浓 H 2 S O 4
( 5 6 % )
N
NH
N
NH
B r
B r 2
A c O H - H 2 O
eg 2
N
NH
N
NH
O 2 N
N H
N
O 2 N
1
2
3
H N O 3
H 2 S O 4 1, 4 0 0
5-硝基咪唑 4-硝基咪唑
( 9 0 % )N
S
N
S
H O 3 S
S O 3 + 浓 H 2 S O 4
eg 3
( 6 5 % )
N
S
N
SH O 3 S
发 烟 H 2 S O 4,H g S O 4
2 5 0 ℃
eg 4
磺化须强烈条件
( 6 3 % )
N
S
C H 3
H 3 C
N
S
C H 3
H 3 C
B r
B r 2
C H C l 3,
eg 5
硝化、卤化须有给电子取代基
一 结构
N
N NH
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N NH
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N N
HN
1
2
3
4
5
6 7
8
9
9H-嘌呤 7H-嘌呤
嘌呤是一对互变异构体的平衡体系
N
N
O H
O H NH
N H
O
ON
N
N H 2
O H NH
N
N H 2
ON
N
O H
O H NH
N H
O
O
H 3 C H 3 C
尿嘧啶 (U) 胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶 (T)
(四 ) 嘌呤
二 嘌呤的两个重要衍生物
N
N N
H
N
1
2
3
4
5
6
N H 2
N
N N
H
N
1
2
3
4
5
6
O H
H 2 N
腺嘌呤 (A) 鸟嘌呤 (G)
(6-氨基嘌呤 ) (2-氨基 -6-羟基嘌呤 )
杂 环 化 合 物
主要内容
第一节 杂环化合物的分类和命名
第二节 六元杂环化合物
第三节 五元杂环化合物
第一节 杂环化合物的分类和命名
1、脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。
三元杂环
四元杂环
五元杂环
七元杂环
(氮杂环丙烷 )
(β-丙内酯 ) (β-丙内酰胺 )
(顺丁烯二酸酐 )
(氧杂 ) (1H-氮杂 )
O HN(环氧乙烷 )
O
O
NH
O
O
O
O
O NH
（一）分类
2,芳杂环 具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环
苯并杂环
杂环并杂环
五元杂环
六元杂环
呋喃 噻吩 吡咯
噁唑 噻唑 咪唑 吡唑
吡啶 嘧啶 吡喃 (无芳香性 )
吲哚 喹啉 异喹啉
嘌呤
O S NH
N
O
N
S
N
NH NNH
N N
N
O
NH N N
N
N NH
N
(二 ) 命名
命名原则,
杂环的命名常用音译法，是按外文名词音译成带“口
”字旁的同音汉字。
当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起
依次用 1,2,3,… ( 或 α,β,γ…) 编号。
如杂环上不止一个杂原子时，则从 O,S,N顺序依次
编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小 。
五元杂环
五元杂环苯并体系
O 1 2
3
4
5
6
7 S 1
2
3
4
5
6
7
NH 1 2
3
4
5
6
7
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)
O
1
2
34
α
β
5
S
1
2
34
α
β
5 5
N
H1
2
34
α
β
实例,
N α
β
1
2
3
4
5
6
γ
O
α
β
1
2
3
4
5
6
γ
1
2
3
4
5
6
O
O
1
2
3
4
5
6
O O
N
N
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
N
N
1
2
3
4
5
6
N
N
六元杂环
吡啶 (pyridine) 吡喃 (pyran) γ-吡喃酮
(γ-pyrone)
α-吡喃酮
(α-pyrone)
哒嗪 (pyridazine) 嘧啶 (pyrimidine) 吡嗪 (pyrazine)
N
1
2
3
45
6
7
8
N
1
2
3
45
6
7
8 1
2
3
45
6
7
8
O
O
O
N
N NH
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
杂环并杂环
喹啉
(quinoline)
异喹啉
(isoquinoline)
苯并吡喃
(benzopyran)
苯并 -?-吡喃酮
(benzo-?-pyrone)
嘌呤 (purine)
六元杂环苯并环系
(一 ) 吡啶
共轭效应和诱导效应都是吸电子的
孤电子对
在 sp2杂化
轨道上。
结构：吡啶 N是 sp2杂化，孤电子对不参与共轭。
反应：碱性较强。环不易发生亲电取代反应但易发生亲核
取代反应。发生亲电取代反应时，环上 N起间位定
位基的作用。发生亲核取代反应时，环上 N起邻对
位定位基的作用。
1 电子结构
第二节 六元杂环化合物
2 物理性质
氮原子的电负性较大,使吡啶有较大极性,其偶极距数值较大,
N NH
?=2.20D ?=1.17D
吡啶能与水以任意比例混溶,又能溶解大多数极性或非极性
有机化合物,甚至许多无机盐类,是一个良好的溶剂。
3 碱性
吡啶 N是 sp2杂化，孤电子对不参与共轭，可以与质子
结合或给出电子，显弱碱性。利用它的碱性，可从混
合物中分离吡啶类化合物，在化学反应中还可用作催
化剂和除酸剂。
4 化学反应
(1) 氮原子上的反应
N
+ H C l N H C l
N
N H
3
N
+ S O
3
C H
2
C l
2
N S O 3 ( 9 0 % )
此 反 应 常 用 于
在 反 应 中 吸 收
生 成 的 气 态 酸
室 温
吡 啶 三 氧 化 硫 络 合 物
是 常 用 的 缓 和 磺 化 剂
N NN
R I
R I
3 0 0 ℃
I
N
I
+R
R
O H
N N
R
R
O H
制 取 烷 基 吡 啶 的 一 种 方 法
(2) 亲电取代反应
吡啶环上氮原子为吸电子基，故吡啶环属于缺电子的
芳杂环，和硝基苯相似。其亲电取代反应很不活泼，反应
条件要求很高，不起傅 -克烷基化和酰基化反应。亲电取代
反应主要在 β-位上。
N
N
C l
N
B r
N
N O
2
N
S O
3
H
℃
C l
2
,A l C l
3
B r
2
,
H
2
S O
4
H g S O
4
1 0 0
3 0 0 ℃
浮 石 催 化
气 相
浓
2 2 0 ℃
混 酸
3 0 0 ℃
催 化,
氯 吡 啶
溴 吡 啶
硝 基 吡 啶
吡 啶 磺 酸3
3
3
3
? 由吡啶的共振式分析,
N
N
N
N N
N
?
?
?
?
结论, 1,环上带正电,不利
于亲电取代
2,b 位的正电荷密相
对较低
解释原因,
? 由取代反应的中间体稳定
性分析
1,取代在 a 位
N
E
a 位
N
E
N
E
N
E
H H
H
- H
+
N E
正 电 荷 在 电 负 性 大 的
原 子 上,不 稳 定
2,取代在 b 位
3,取代在 ? 位
E
? 位
N
N
E H
N
E H
N
E H
正 电 荷 在 电 负 性 大 的 原 子 上,不 稳 定
中间体较为稳定
实验事实：钝化和 b取代
N
发 烟 H
2
S O
4
发 烟 H N O
3
/
无 反 应 发 生
发 烟 H
2
S O
4
发 烟 H N O
3
/
N
N O
2
取 代 在 b 位
N ( C H
3
)
3
发 烟 H
2
S O
4
发 烟 H N O
3
/
N ( C H
3
)
3
N O
2
起 吸 电 子 基 作 用
3 0 0
o
C / 2 4 h
其它反应现象
N N
S O
3
H
N
B r
浓 H
2
S O
4
/ H g S O
4
2 2 0
o
C
3 0 0
o
C
B r
2
/ 浮 石
无 反 应 发 生
F r i e d e l - C r a f t s 反 应
环上有给电子基时反应相对较易进行
(3) 亲核取代反应
N N N H 2
+
N a N H 2
H 2
N H 3 或 P h N M e 2
N
P h L i
N P h
O 2 o r P h N O 2,
( 氧 化 )
取代主要发生在 a 位
当 a 或 ? 位有其它离去基团时，反应易发生
N C l
N O H
N a O H
N
H
O
a - 吡 啶 酮
异 构 化
N C l N
O H
C l
- C l
N O H
O H
N
H
O
（ 仍 有 芳 香 性 ）
N N H
2
( 1 ) N a N O
2
,H C l
( 2 ) H
2
O,
N O H N
H
O
异 构 化
N
N a N H
2
机 理,
其 他 制 备 a - 吡 啶 酮 的 方 法
(4) 氧化和还原反应
? 氧化在侧链上
?氧化在 N 上
复习：叔胺的氧化
吡啶的类似反应
? N-氧化吡啶的性质：比吡啶易与亲电试剂或亲核试剂反应
N
O
发 烟 H N O 3
发 烟 H 2 S O 4
9 0 o C
N
O
N O 2
主 要 产 物
N
N O 2
P O C l 3+
P C l 3
(a) 与亲电试剂的亲电取代
(b) 与亲核试剂的亲核加成
为什么 N-氧化吡啶 既有亲电性又有亲核性
(a) 由共振结构分析（有两种形式的共振式）
N
O
N
O
N
O
N
O
O
有苯氧基负离子特点，环
上的 2,4,6 三个位置负电
荷密度较大
保留吡啶的特点，氧负离子使环
上的正电荷密度增大
(b) 由反应过程分析（中间体的稳定性分析）
亲电取代及进一步的反应过程
N
O
N
O
H N O
2
N
O
H N O
2
满 足 八 隅 体
N
O
N O
2
- H
+
N
O
N O
2
P C l
3
N
N O
2
+ O P C l
3
N O
2
P C l
3
对比：吡
啶的直接
亲电取代 不稳定
(二） 喹啉和异喹啉
喹啉和异喹啉,N
喹 啉
1
2
3
45
6
7
8
N
1
2
3
45
6
7
8
异 喹 啉
1 结构与物理性质：
结构,*杂环部分性质象吡啶 (碱性和亲和性、亲电取代、
亲核取代、氧化反应、还原反应、支链上的反应 )
*碳环部分性质象萘 (亲电取代及其取代定位作用 )
碱性强弱：喹啉＜吡啶＜异喹啉
喹啉在常温时是无色油状液体，有类似吡啶的恶臭，
沸点 238℃,异喹啉为低熔点的固体，气温类似于
苯甲醛，熔点 26℃,沸点 243℃ 。
物理性质：
（ 1） 亲电取代反应,
反应产物受介质的影响。若反应在酸性介质中进行，取
代主要在苯环上发生。喹啉主要发生在 C-5与 C-8位，而
异喹啉以 C-5产物为主。
N
H O 3 S
( 5 4 % )
N
浓 H 2 S O 4,2 2 0 ℃
烟 H 2 S O 4,9 0 ℃或 发
N
S O 3 H
浓 H 2 S O 4
3 0 0 ℃ 重 排
若反应在有机溶剂中进行，取代在杂环上发生。
2 化学反应
N
E
E
5 - 位
8 - 位
N
E
N
E
* 两 个 主 要 的 共 振 式
* 保 留 一 个 芳 香 环
N
E
N
E
N
E
两 中 间 体 稳 定
性 相 差 不 大
从反应中间体的稳定性解释反应结果：
（ 2） 亲核取代反应
亲核取代反应主要在吡啶环上发生，喹啉的反应位置
在 2位和 4位 (2位为主 )，异喹啉在 1位；
N
N
实例：
（ 3） 氧化反应
*1 喹啉和异喹啉与绝大多数氧化剂不发生反应；
*2 与高锰酸钾能发生反应：
N
C H 2 [ O ]?
1 0 0 ℃N
K M n O 4 水 溶 液
H O O C
H O O C
N
N H
K M n O 4 水 溶 液
O
O
NH O O C
H O O C
NC O O H
C O O H
+ K M n O 4,O H
-
*3 喹啉与异喹啉在过酸的作用下均可形成 N-氧化物。
N
R C O 3 H
N
O
R C O 3 H
N N O
（ 4） 还原反应
H 2 / N i
N NH
o r I 2
H g ( O A c ) 2,1 3 0 ℃
N
N
H 2,P t,A c O H,4 0 ℃
N
H
N
H
+
H H
HH
反十氢喹啉 顺十氢喹啉
3 喹啉及其衍生物的合成
1 斯克劳普 (Skraup,Z.H.)反应：苯胺、甘
油、硫酸和基苯等氧化剂一起作用，生成喹啉
的反应称为斯克劳普反应。
实 例
( 7 3 % )
N H 2
+ C H 2 = C H C C H 3
O
Z n C l 2
F e C l 3
N
C H 3
1 0 0 ℃
浓 H 2 S O 4
N H 2
+ 2 C H 3 C H O
N C H 3
( 3 2 % )eg 2
eg 1
eg 4
eg 3
H +,氧 化 剂
N H 2
( 主 )
H 3 C O
+ C H O H
C H 2 O H
C H 2 O H NH 3 C O
甘 油
N H 2
N O 2
H 3 C O
N
H 3 C O
N O 2
N
H
H 3 C O
N O 2
氧 化 剂
2 弗里德伦德 (Friedlander)反应：
1 8 0 ℃
哌 啶
( 8 0 % )
N H 2
C
C H 3
O
+
O
P h
H
H
N
C H 3
P h
1 0 0 ~ 1 1 0 ℃
( 9 0 % )
N H 2
C
C H 3
O
H C l
O
H
H
+
N
C H 3
eg 1
eg 2
芳香族邻氨基羰基化合物发生缩合反应，得到
喹啉或它的衍生物，这称为弗里德伦德反应。
(三） 含二个氮原子的六元杂环
含有两个氮原子的六元杂环体系称作二嗪类，因氮原子
在环中的相对位置不同，二嗪类有三种异构体：哒嗪、
嘧啶、吡嗪。
N
N
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
N
N
哒嗪 (pyridazine) 嘧啶 (pyrimidine) 吡嗪 (pyrazine)
1
2
3
4
5
6
N
N
1 结构与物理性质
?二嗪类环上的两个氮原子，其电子构形与吡啶中的氮原子
相同，各有一对未共用电子对，位于 sp2杂化轨道上，能与
水经氢键缔合。 哒嗪与嘧啶因结构的不对称性，分子有一
定的极性，可与水混溶，吡嗪因分子极性小而水溶性略小。
?二嗪类化合物都是一元碱,而且碱性都比吡啶弱,
2 化学反应
（ 1）, 亲电取代反应
N
H
N
C l -
+
B r 2
1 6 0 o C
N
N
B r
6 6 %
N
N
C H 3
C l 2, C C l 4
4 0 o C
N
N
C l
C H 3
6 7 %
N
N
N H 2
B r 2
8 0 o C
4 1 %
N
N
N H 2
B r
N
N
N H 2
N H 2
N
N
N H 2
NNC l
N 2 +C l
H 2 O
N
N
O HH 3 C
O H
H N O 3,H O A c
2 0 o C
N
H
N H
O
O
H 3 C
N
H
N H
O
O
H 3 C
O 2 N
8 5 %
反应最易在 2位发生，其次是 4,6位
N
N
C H 3
N a N H 2
1 3 0 - 1 6 0 ℃
N
N
C H 3
N
N
C H 3
N H 2 H 2 N
+
取代卤素要比取代负氢更容易
N
N
C l
C l
N H 3
1 0 0 ℃
N
N
N H 2
N
N
C l
C l
+
N H 2
N H 3
1 6 0 ℃
N
N
N H 2
N H 2
（ 2）, 亲核取代反应
利用亲核取代反应可制取烃基取代的二嗪。
N
N
K M n O 4N L i
N
H C 4 H 9 - n
+ C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 L i 乙 醚
丙 酮
N
N
C4H9-n
二嗪不易被氧化。若用过酸氧化，得嘧啶单 N-氧化物
N
N
N
N
O
H 2 O 2
A c O H
（ 3） 氧化
（ 4） 侧链 α-H反应
N
N
C H 3
H 3 C C H 3
N
N
C H 3
H 3 C C H = C H P h
P h C H O
Z n C l 2
N
N
C H = C H P h
P h C H = C H C H = C H P h
2 P h C H O
Z n C l 2
羟醛缩合型
N
N
C H 2 C H 3
H 3 C C H 3
C H 3 I
烷基化反应
P h L i N
N
C H 2 L i
H 3 C C H 3
N
N
C H 3
H 3 C C H 3
吡喃环系
H +
O
O
O
O H吡喃及其衍生物无芳香特性
吡喃酮的钅 羊盐是芳香体系。
(四 ) 含氧原子的六元杂环
(一 ) 呋喃、噻吩、吡咯的结构
(二 ) 吲哚
(三 ) 含两个杂原子的五元杂环
第三节 五元杂环化合物
吡
咯
的
结
构 孤电子对在 p轨道上。
吡 咯
结构：吡咯 N是 sp2杂化，孤电子对参与共轭。
反应：碱性较弱，环易发生亲电取代反应，环上相当
有一个邻对位定位基。
N
N
H
共轭效应是给电子的。
诱导效应是吸电子的。
(一 ) 呋喃、噻吩、吡咯的结构
呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。
1 电子结构及芳香性
呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点，即构成环
的五个原子都为 sp2杂化，故成环的五个原子处在同
一平面，杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体
系，其 π电子数符合休克尔规则（ π电子数 = 4n+2
）,所以，它们都具有芳香性。
2 物理性质
都能溶于有机溶剂,水溶解度都小于六元杂环吡啶
溶解度顺序为：吡咯 ﹥ 呋喃 ﹥ 噻吩
吡咯几乎不显碱性,相反具有弱酸性
3 呋喃、噻吩、吡咯化学反应
分子接受一个质子的反应称为质子化反应,
（ 1）呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可质子化；
（ 2） 质子化反应主要发生在 C-2上；
N
H
H
H N
H
N
H
H
H
N
H H
H
+
H
+
H
+
α-C质子化 β-C质子化
N-质子化
?质子化反应
（ 3） 由于 α-C的质子化反应，吡咯在强酸作用
下会因聚合而被破坏；
（ 4） 在稀的酸性水溶液中，呋喃的质子化在氧
上发生并导致水解开环。
O
O
H
H O
O HO H 2 O HO H
OO
H 2 S O 4 - H 2 O
H O A c,△
9 0 %
H 2 O - H +
呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应
*1 亲电取代反应的活性顺序为：
吸电子诱导,O(3.5) > N(3.0) > S(2.6) 给电子共轭, N > O > S
综合,N贡献电子最多,O其次,S最少
ONH S> > >
NH
E
H NH
E
H NH
E
H
E
H
E
H
E
H
①电子密度
② σ-络合物
八隅体结构最稳定
无最稳定结构
（ 1）概述
*2 取代反应主要发生在 α-C上；
*3 吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感，选择试
剂时需要注意；
*4 噻吩、吡咯的芳香性较强，所以易取代而不易
加成；呋喃的芳香性较弱，虽然也能与大多数
亲电试剂发生亲电取代，但在强亲核试剂存在
下，能发生亲核加成。
离域能：噻吩,121.3 kJ·mol-1 吡咯,87.8 kJ·mol -1
呋喃,66.9 kJ·mol -1
（ 1） 呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应
反应强烈，易得多卤取代物。为了得一卤代 (Cl,Br)
产物，要采用低温、溶剂稀释等温和条件。
O O OC lC l C l
C l 2
- 4 0 ℃+ O B rO O
B r 2,0 ℃
稀 释
( 8 6 % )
S
S
B r
S
I
B r 2
A c O H
I 2,H g O
C 6 H 6,0 ℃
( 7 8 % )
碘不活泼，要用催化剂才能发生一元取代
B r 2,0 ℃
NH NH
C l
NH
B rB r
B r B r
E t O H
S O C l 2 ( 1 m o l )
E t 2 O,0 ℃
( 8 0 % )
（ 2） 呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应
呋喃,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化 ;
通常用比较温和的非质子硝化试剂，如：硝酸乙酰酯。
反应在低温下进行。
C H
3
C O C C H
3
+ H N O
3
O O
C H
3
C O N O
2
+ C H
3
C O O H
O
S
A c O N O
2 O
o
C
A c
2
O / A c O H
S
N O
2
S
N O
2
+
N
H
A c O N O
2 O
o
C
A c
2
O / A c O H
N
H
N O
2
N
H
N O
2
+
6 0 % 1 0 %
5 1 % 1 3 %
呋喃比较特殊,先生成稳定的或不稳定的 2,5加成产物,
然后加热或用吡啶除去乙酸,得到硝化产物。
O
N
H
N O
2
O
O
H
N O
2
H
N O
2
H
A c O
A c O N O
2
- 5 - - 3 0
o
C
+
P y r i d i n e
（ 3） 呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应
吡咯、呋喃不太稳定，所以须用温和的磺化试剂
磺化。常用的温和的非质子的磺化试剂有：吡啶与三
氧化硫的加合化合物。
噻吩比较稳定，既可以直接磺化（产率稍低），
也可以用温和的磺化试剂磺化。
N
+ S O 3
C H 2 C l 2
室 温 N
S O 3
(固体，含量 90 %)
O
+
N
S O 3
C l C H 2 C H 2 C l
r, t, 3 d a y s
O S O 3
-
N
H
O S O 3
-
-
O 3 S N
H
N
H
S + N
SO3
ClCH2CH2Cl
r,t,S SO3-
Ba(OH)2
2
Ba2+
N
H
+ N
S O 3
1 0 0 o C
N
H
S O 3 - N
H
H C l
N
H
S O 3 H
（ 4） 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反应
( 6 0 % )
NH + A c 2 O
1 5 0 - 2 0 0 ℃
NH C C H 3
O
( 7 0 % )N
H
N a
或 N a O H ( 浓 )
P h C C l
N
N a +
O
N
C O P h
S
A c 2 O 与 A l C l3 的 混 合 体 系
S C C H 3
O
Eg 1
Eg 4
Eg 3
Eg 2
O
B F 3+ A c 2 O
O C C H 3
O
(75%-92 %)
N
H
E
N
H E
sp2杂化 sp3杂化
碳上酰化，正电荷处在
离域范围内，较稳定。
氮上酰化，正电荷
不处在离域范围内。
N
H
O
O
+ H 2 S O 4 +
S
墨 绿 色
呋喃、噻吩的酰化反应在 a-C上发生，而吡咯的酰化
反应（不用催化剂）既能在 a -C上发生，又能在 N上发生。
在 a -C上发生比在 N上发生容易。
（ 5） 吡咯的特殊反应
吡咯的性质与苯酚类似，都具有酸性，但吡咯的
酸性比苯酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。
吡咯成盐后，使环上电荷密度增高，亲电取代反应更易进行。
p K a = 1 0
O H -
OO H
N
H
N
K +
N a 或 K
或 浓 N a O H
p K a ≈ 1 7, 5
N
H
N
K +
N a 或 K
或 浓 N a O H
p K a ≈ 1 7, 5
( 1 ) ( 2 )
NH C H O
NH C O O
- N 4 +
NH N = N - C 6 H 5
NH C O O H
N
COOH
N
MgX
N
R
N
COR
HCON(CH3)2
POCl3
CHCl3
25%NaOH(NH4)2CO3
130oC
C6H5N2+X-
C2H5OH-H2O AcONa
RMgX
1 CO2
2 H2O
CO2
加热 加压
RCOCl
RX
(6) 呋喃、吡咯、噻吩的加成反应
（ 1） 加氢反应
（ 2） Diels-Alder反应
呋喃最易发生 Diels-Alder反应
9 0 %O O
O
O
+ O
O
O
O
7 6 %O + O
+
N
C H 3H 3 C
C O C H 3
C O O C H 3
C O O C H 3
N
C O C H 3
C H 3
H 3 C
C O O C H 3
C O O C H 3
A l C l 3
A l C l3
N H C C H 3
H3C C O O C H3
C O O C H3
O
CH3
6 0 - 1 2 0 ℃
S C H 3H 3 C
+ N C - C C - C N
- S
S
C H 3
H 3 C
C N
C N
C H 3
C N
C N
C H 3
噻吩基本上不发生双烯加成，即使在个别情况下
生成也是一个不稳定的中间体，直接失硫转化为别的
产物。
对取代位置的解释（对反应中间体的相对稳定性的分析）
? 取代在 a位
A
E
+
A E A
E A
E
满 足 八 隅 体
贡 献 大
中 间 体 有 三 个 主 要 共 振 式
较 稳 定
a ? 取 代
H
- H
+
A E
? 取代在 b位
A
E
A
E
满 足 八 隅 体
贡 献 大
A
E
+
- H
+
A
E
H
中 间 体 只 有 二 个 主 要 共 振 式
较 不 稳 定
(二 ) 吲哚
三种五员杂环苯并体系
N
H
O S
吲 哚 苯 并 呋 喃 苯 并 噻 吩
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7 1
2
3
4
5
6
7
A
E
E 进 入 五 员 杂 环, 那 个 位 置?
芳 香 性 比 苯 环 差
负 电 荷 密 度 比 苯 环 大 易 发 生 亲 电 取 代
亲电取代反应：
从反应的中间体分析：
A
E
A
E
A
E
苄 基 型 正 碳 离 子
一 个 主 要 共 振 式
H A
E
A
E
A
E
HH
A
E
- H
+
- H
+
满 足 八 隅 体
有 两 个 主 要 共 振 式
2 - 位
3 - 位
? 进攻 3-位,反应易于进行
吲哚的合成
苯肼与醛、酮类化合物在酸性条件下加热生成吲哚
及其衍生物的反应称为费歇尔 (Fischer,E.)合成法。
N H N H 2
+
C H 3 C O O H
O
H O A c
NH C O O H
~ 2 5 0 ℃
- C O 2 N
H
（ 1）互变异构
N
N
H
N
N
N
N
H
N H
N
H 3 C H 3 C
N-N(单键 ) N=N(双键 )
5-甲基咪唑4-甲基咪唑
4(5)-甲基咪唑 (因为 4-甲基咪唑和 5-甲基咪唑不可分离 )
1 唑的结构
(三 ) 含有两个杂原子的五元杂环体系
（ 2）结构
N
H
N
N
N
H
N
S
N
O
<<
吡咯 N(孤电子对参与
共轭，所以碱性较弱 )
吡啶 N(孤电子对不参与
共轭，所以碱性较强 )
吡咯 N的孤电子
对处于 p轨道
R 1
N
R 2
R 3
一般胺中的 N是 sp3杂化。
N 的孤电子对处于 sp3杂化轨道
sp3轨道
碱性：
N 的孤电子对处于
sp2杂化轨道
吡啶 N与吡咯 N
均为 sp2杂化。
（ 2）碱性
1,1,2-唑与 1,3-唑都有吡啶 N,所以都有碱性。
2,1,3-唑的碱性比 1,2-唑强。
因为两个杂原子互相影响大。
3,咪唑的碱性＞噻唑的碱性＞噁唑的碱性
由综合电子效应决定。
2 物理性质
(1) 熔沸点
3 唑的反应
主要讨论亲电取代反应
1 反应性
唑的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差，这是因为分子中
多了一个吡啶 N,使共轭体系的电子云密度降低，所以亲
电试剂不易进攻。
2 1,2-,1,3-唑的硝化、磺化、卤化
（ 1） 进入环的位置及活性顺序
（ 2） 反应试剂：一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。
实 例
eg 1
NOH 3 C
C H 3
NOH 3 C
C H 3O 2 N
浓 H N O 3
浓 H 2 S O 4
( 5 6 % )
N
NH
N
NH
B r
B r 2
A c O H - H 2 O
eg 2
N
NH
N
NH
O 2 N
N H
N
O 2 N
1
2
3
H N O 3
H 2 S O 4 1, 4 0 0
5-硝基咪唑 4-硝基咪唑
( 9 0 % )N
S
N
S
H O 3 S
S O 3 + 浓 H 2 S O 4
eg 3
( 6 5 % )
N
S
N
SH O 3 S
发 烟 H 2 S O 4,H g S O 4
2 5 0 ℃
eg 4
磺化须强烈条件
( 6 3 % )
N
S
C H 3
H 3 C
N
S
C H 3
H 3 C
B r
B r 2
C H C l 3,
eg 5
硝化、卤化须有给电子取代基
一 结构
N
N NH
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N NH
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N N
HN
1
2
3
4
5
6 7
8
9
9H-嘌呤 7H-嘌呤
嘌呤是一对互变异构体的平衡体系
N
N
O H
O H NH
N H
O
ON
N
N H 2
O H NH
N
N H 2
ON
N
O H
O H NH
N H
O
O
H 3 C H 3 C
尿嘧啶 (U) 胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶 (T)
(四 ) 嘌呤
二 嘌呤的两个重要衍生物
N
N N
H
N
1
2
3
4
5
6
N H 2
N
N N
H
N
1
2
3
4
5
6
O H
H 2 N
腺嘌呤 (A) 鸟嘌呤 (G)
(6-氨基嘌呤 ) (2-氨基 -6-羟基嘌呤 )
