有机化学 第十四章 杂环化合物 1
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 2
杂环化合物：
（ 1）环状化合物，环上除碳，还有杂原子（ N,O,S等）
（ 2）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
杂环化合物在自然界分布：
核酸碱基,BOO
O HO H
OH
O H
O
P
B=
NH
NH
O
O
N
N
N H
N
N H 2
血红素，叶绿素
生物碱，天然或合成药成分
维生素，植物色素，植物染料
嘧啶 嘌呤环
有机化学 第十四章 杂环化合物 3
（一）分类
第一节 杂环化合物的分类和命名
单环
含一个杂原子
O
N
H
S
F ur a n T h i o p h e n ePyrr 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 z o l eO x a z o l e l m i d a z o l e
噁唑 咪唑 噻唑
N
O
N
N
H
N
S
I s o x a z o l e P y r a z o l e I s o t h i a z o l e
五元环
有机化学 第十四章 杂环化合物 4
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
六元环
有机化学 第十四章 杂环化合物 5
喹啉 异喹啉 蝶啶 丫啶
N
N
N
N
H
N
H
I n d o l e P u ri n e C a rb a zo l e
N
H
吲哚 嘌啉 咔唑
N N N
N
N
N N
Q u i n o l i n e I s o q u i n o l i n e
稠杂环
有机化学 第十四章 杂环化合物 6
(二 ) 命名
命名原则,
1、音译名 （同音汉字加“口”字旁）
O
N
H
S
F ur a n T h i o p h e n ePyrr o l e
呋喃 吡咯 噻吩
2、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
有机化学 第十四章 杂环化合物 7
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,
五元杂环
五元杂环苯并体系
有机化学 第十四章 杂环化合物 8
O C O C H 3
2 - 乙 酰 基 呋 喃
S
N
H 5 C 2
5 - 乙 基 噻 唑
N
N
C H 3
O H
N - 甲 基 - 2 - 羟 基 咪 唑
N
N N H 2
H
P h C O
2 - 氨 基 - 5 - 苯 甲 酰 基 苯 并 咪 唑
N
H
C O O H
3 - 吲 哚 甲 酸
有机化学 第十四章 杂环化合物 9
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
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)
六元杂环
有机化学 第十四章 杂环化合物 10
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
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
杂环并杂环
有机化学 第十四章 杂环化合物 11
5C,1N共面，都是 SP2杂化；
都有一个垂直与分子面的 P轨道，
侧面交叠形成闭合大 π 键。
第二节 六元杂环化合物
1 结构
(一 ) 吡啶
结构分析：
?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）
有机化学 第十四章 杂环化合物 12
推测,1,发生亲电取代，但活性不如苯，且主要在间位
2,邻对位可发生亲核取代
3,邻对位的侧链 α -H有酸性
4,比苯难氧化，但易还原
5,芳香性不如苯。
有机化学 第十四章 杂环化合物 13
2 物理性质（自学）
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。
有机化学 第十四章 杂环化合物 14
3 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。
?吡啶的碱性比脂肪胺弱，比苯胺、吡咯强。
?吡啶的碱性比脂肪胺弱，可从孤对电子所占据的轨道 S成分
的不同得到解释。
有机化学 第十四章 杂环化合物 15
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 16
(2) 亲电取代反应
吡啶环属于缺电子的芳杂环，和硝基苯相似。 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
有机化学 第十四章 杂环化合物 17
N
N
N
N N
N
?
?
?
?
解释原因, 由吡啶的共振式分析
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 18
环上有给电子基时，亲电取代反应相对较易进行
(3) 亲核取代反应,取代主要发生在 a 位
N
P h L i
N P h
O 2 o r P h N O 2,
( 氧 化 )
N N N H 2
+
N a N H 2
H 2
N H 3 或 P h N M e 2
Chichibabin 反应
有机化学 第十四章 杂环化合物 19
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 20
(4) 氧化和还原反应
氧化在侧链上
氧化在 N 上：
N-氧化吡啶的性质,比吡啶易与亲电试剂或亲核试剂反应
有机化学 第十四章 杂环化合物 21
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) 与亲核试剂的亲核取代
为什么 N-氧化吡啶既有亲电性又有亲核性？
有机化学 第十四章 杂环化合物 22
(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
(b) 由反应过程分析（中间体的稳定性分析）
有机化学 第十四章 杂环化合物 23
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
不稳定
对比：吡啶的直接亲电取代
有机化学 第十四章 杂环化合物 24
(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：
结构,?杂环部分性质象吡啶 (碱性和亲核性、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
有机化学 第十四章 杂环化合物 25
（ 1） 亲电取代反应,
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。
2 化学反应
有机化学 第十四章 杂环化合物 26
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：
有机化学 第十四章 杂环化合物 27
（ 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
有机化学 第十四章 杂环化合物 28
（ 3） 氧化反应
喹啉和异喹啉与绝大多数氧化剂不发生反应；与高锰酸钾能
发生反应：
1 0 0 ℃
N
K M n O 4 水 溶 液
H O O C
H O O C
N
有机化学 第十四章 杂环化合物 29
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
(04,12,17)
有机化学 第十四章 杂环化合物 30
3 喹啉及其衍生物的合成
斯克劳普 (Skraup,Z.H.)反应,苯胺、甘油、硫酸和硝基苯等
氧化剂一起作用，生成喹啉的反应称之。
如：
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
+ C H 2 = C H C C H 3
N
C H 3
F e C l 3Z n C l 2
O
N H 2
7 3 %
P h N O 2
有机化学 第十四章 杂环化合物 31
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
(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。
有机化学 第十四章 杂环化合物 32
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，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,
有机化学 第十四章 杂环化合物 33
（ 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 %
2 化学反应
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 %
N
N
N H 2
B r 2
8 0 o C
4 1 %
N
N
N H 2
B r
有机化学 第十四章 杂环化合物 34
（ 2）亲核取代反应
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
N H 2
N H 2
N
N
N H 2
NNC l
N H 2
N 2 +C l
H 2 O
有机化学 第十四章 杂环化合物 35
利用亲核取代反应可制取烃基取代的二嗪。
（ 3） 氧化
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
（ 4） 侧链 α-H反应
羟醛缩合型
有机化学 第十四章 杂环化合物 36
烷基化反应（ 5）嘧啶的合成
由 1,3-二羰基化合物与二胺缩合：
O
O
+ N H
H 2 N N
N
有机化学 第十四章 杂环化合物 37
(四 ) 含氧原子的六元杂环
吡喃环系 吡喃及其衍生物无芳香特性
H +
O
O
O
O H
羊盐是芳香体系。吡喃酮的钅
有机化学 第十四章 杂环化合物 38
第三节 五元杂环化合物
(一 ) 呋喃、噻吩、吡咯的结构
1 电子结构及芳香性
吡
咯
的
结
构
N
H
N
共轭效应是给电子的。诱
导效应是吸电子的。
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。
有机化学 第十四章 杂环化合物 39
2 物理性质（自学）
呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。
呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点：
构成环的五个原子都为 sp2杂化； 成环的五个原子共平面；
杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体系,π电子数符合休
克尔规则（ π电子数 = 4n+2）； 它们都具有芳香性。
3 呋喃、噻吩、吡咯化学反应
（ 1）呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应
（ i） 概述
（ a） 亲电取代反应的活性顺序为：
有机化学 第十四章 杂环化合物 40
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
> > >
(b) 取代反应主要发生在 α-C上；
(c) 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。
离域能：噻吩,121.3 kJ·mol-1 吡咯,87.8 kJ·mol -1
呋喃,66.9 kJ·mol -1
有机化学 第十四章 杂环化合物 41
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 ℃
N
H
N
H
C l
N
H
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、吡咯的卤化反应
有机化学 第十四章 杂环化合物 42
（ 3） 呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应
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,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化 ;
需用较温和的非质子硝化试剂，如：硝酸乙酰酯在低温下进行。
有机化学 第十四章 杂环化合物 43
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。
（ 4） 呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应
P y r i d i n e
+
- 5 - - 3 0 o C
A c O N O 2
O
H
N O 2
H
A c O
O
H
N O 2
O
N O 2
O
有机化学 第十四章 杂环化合物 44
吡咯、呋喃不太稳定，须用温和磺化试剂磺化。 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。
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 45
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
S
+ N
S O 3
C l C H 2 C H 2 C l
r, t, S S O 3 -
B a ( O H ) 2
2
B a 2 +
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。
（ 5） 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反应
有机化学 第十四章 杂环化合物 46
( 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 %)
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。
有机化学 第十四章 杂环化合物 47
吡咯与苯酚类似，都具有酸性，但吡咯的酸性比苯酚小。
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
（ 6） 吡咯的特殊反应
(7) 呋喃甲醛的反应
O
C H O
A g ( N H 3 ) 2
+
O
C O O H
C H 3 C O O N a
( C H 3 C O ) 2 O
O
C H C H C O O H
N a O H ( 浓 )
O
C O O H
+
O
C H 2 O H
有机化学 第十四章 杂环化合物 48
（ i） 加氢反应
（ ii） 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
A l C l 3
C H 3
N H C
O
C H 3
C O O C H 3
C H 3
C O O C H 3
+
A l C l 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
C O O C H 3
C O O C H 3
N
C H 3H 3 C
C O C H 3
(8) 呋喃、吡咯、噻吩的加成反应
噻吩基本上不发生双烯加成 。
有机化学 第十四章 杂环化合物 49
(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
亲电取代反应：
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 50
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 51
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。
~ 2 5 0 ℃
- C O 2 N
H
吲哚的合成
N H N H 2
+
C H 3 C O O H
O
H O A c
NH C O O H
(三 ) 含有两个杂原子的五元杂环体系
1 唑的结构
（ 1）互变异构
N
N
H
N
N
N-N(单键 ) N=N(双键 )
有机化学 第十四章 杂环化合物 52
N
N
H
N H
N
H 3 C H 3 C
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 )
（ 2）结构
吡咯 N的孤电子
对处于 p轨道
吡啶 N与吡咯 N
均为 sp2杂化。
N 的孤电子对处于
sp2杂化轨道
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 53
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 )2,碱性：
(i) 1,2-唑与 1,3-唑都有吡啶 N,所以都有碱性。
(ii) 1,3-唑的碱性比 1,2-唑强。因为两个杂原子互相影响大。
(iii) 咪唑的碱性＞噻唑的碱性＞噁唑的碱性
由综合电子效应决定。
介于吡啶和吡
咯之间
有机化学 第十四章 杂环化合物 54
(1) 反应性
唑的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差，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
（ i） 进入环的位置及活性顺序：吡啶氮的间位
（ ii） 反应试剂：一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。
eg 1
N
O
H 3 C
C H 3
N
O
H 3 C
C H 3O 2 N
浓 H N O 3
浓 H 2 S O 4
( 5 6 % )
3,唑的反应 (主要讨论亲电取代反应 )
有机化学 第十四章 杂环化合物 55
N
N
H
N
N
H
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 56
( 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
( 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
磺化须强烈条件
有机化学 第十四章 杂环化合物 57
N
N N
H
N
1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N NH
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N N
H
N1
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
O
N
N
N H 2
O H NH
N
N H 2
O
N
N
O H
O H NH
N H
O
O
H 3 C H 3 C尿嘧啶 (U)
胞嘧啶 (C)
（ DNA,RNA）
胸腺嘧啶 (T)
(四 ) 嘌呤
一, 结构
RNA中
（ DNA中）
有机化学 第十四章 杂环化合物 58
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 )
（ DNA,RNA）
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 2
杂环化合物：
（ 1）环状化合物，环上除碳，还有杂原子（ N,O,S等）
（ 2）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
杂环化合物在自然界分布：
核酸碱基,BOO
O HO H
OH
O H
O
P
B=
NH
NH
O
O
N
N
N H
N
N H 2
血红素，叶绿素
生物碱，天然或合成药成分
维生素，植物色素，植物染料
嘧啶 嘌呤环
有机化学 第十四章 杂环化合物 3
（一）分类
第一节 杂环化合物的分类和命名
单环
含一个杂原子
O
N
H
S
F ur a n T h i o p h e n ePyrr 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 z o l eO x a z o l e l m i d a z o l e
噁唑 咪唑 噻唑
N
O
N
N
H
N
S
I s o x a z o l e P y r a z o l e I s o t h i a z o l e
五元环
有机化学 第十四章 杂环化合物 4
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
六元环
有机化学 第十四章 杂环化合物 5
喹啉 异喹啉 蝶啶 丫啶
N
N
N
N
H
N
H
I n d o l e P u ri n e C a rb a zo l e
N
H
吲哚 嘌啉 咔唑
N N N
N
N
N N
Q u i n o l i n e I s o q u i n o l i n e
稠杂环
有机化学 第十四章 杂环化合物 6
(二 ) 命名
命名原则,
1、音译名 （同音汉字加“口”字旁）
O
N
H
S
F ur a n T h i o p h e n ePyrr o l e
呋喃 吡咯 噻吩
2、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
有机化学 第十四章 杂环化合物 7
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,
五元杂环
五元杂环苯并体系
有机化学 第十四章 杂环化合物 8
O C O C H 3
2 - 乙 酰 基 呋 喃
S
N
H 5 C 2
5 - 乙 基 噻 唑
N
N
C H 3
O H
N - 甲 基 - 2 - 羟 基 咪 唑
N
N N H 2
H
P h C O
2 - 氨 基 - 5 - 苯 甲 酰 基 苯 并 咪 唑
N
H
C O O H
3 - 吲 哚 甲 酸
有机化学 第十四章 杂环化合物 9
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
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)
六元杂环
有机化学 第十四章 杂环化合物 10
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
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
杂环并杂环
有机化学 第十四章 杂环化合物 11
5C,1N共面，都是 SP2杂化；
都有一个垂直与分子面的 P轨道，
侧面交叠形成闭合大 π 键。
第二节 六元杂环化合物
1 结构
(一 ) 吡啶
结构分析：
?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）
有机化学 第十四章 杂环化合物 12
推测,1,发生亲电取代，但活性不如苯，且主要在间位
2,邻对位可发生亲核取代
3,邻对位的侧链 α -H有酸性
4,比苯难氧化，但易还原
5,芳香性不如苯。
有机化学 第十四章 杂环化合物 13
2 物理性质（自学）
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。
有机化学 第十四章 杂环化合物 14
3 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。
?吡啶的碱性比脂肪胺弱，比苯胺、吡咯强。
?吡啶的碱性比脂肪胺弱，可从孤对电子所占据的轨道 S成分
的不同得到解释。
有机化学 第十四章 杂环化合物 15
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 16
(2) 亲电取代反应
吡啶环属于缺电子的芳杂环，和硝基苯相似。 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
有机化学 第十四章 杂环化合物 17
N
N
N
N N
N
?
?
?
?
解释原因, 由吡啶的共振式分析
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 18
环上有给电子基时，亲电取代反应相对较易进行
(3) 亲核取代反应,取代主要发生在 a 位
N
P h L i
N P h
O 2 o r P h N O 2,
( 氧 化 )
N N N H 2
+
N a N H 2
H 2
N H 3 或 P h N M e 2
Chichibabin 反应
有机化学 第十四章 杂环化合物 19
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 20
(4) 氧化和还原反应
氧化在侧链上
氧化在 N 上：
N-氧化吡啶的性质,比吡啶易与亲电试剂或亲核试剂反应
有机化学 第十四章 杂环化合物 21
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) 与亲核试剂的亲核取代
为什么 N-氧化吡啶既有亲电性又有亲核性？
有机化学 第十四章 杂环化合物 22
(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
(b) 由反应过程分析（中间体的稳定性分析）
有机化学 第十四章 杂环化合物 23
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
不稳定
对比：吡啶的直接亲电取代
有机化学 第十四章 杂环化合物 24
(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：
结构,?杂环部分性质象吡啶 (碱性和亲核性、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
有机化学 第十四章 杂环化合物 25
（ 1） 亲电取代反应,
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。
2 化学反应
有机化学 第十四章 杂环化合物 26
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：
有机化学 第十四章 杂环化合物 27
（ 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
有机化学 第十四章 杂环化合物 28
（ 3） 氧化反应
喹啉和异喹啉与绝大多数氧化剂不发生反应；与高锰酸钾能
发生反应：
1 0 0 ℃
N
K M n O 4 水 溶 液
H O O C
H O O C
N
有机化学 第十四章 杂环化合物 29
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
(04,12,17)
有机化学 第十四章 杂环化合物 30
3 喹啉及其衍生物的合成
斯克劳普 (Skraup,Z.H.)反应,苯胺、甘油、硫酸和硝基苯等
氧化剂一起作用，生成喹啉的反应称之。
如：
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
+ C H 2 = C H C C H 3
N
C H 3
F e C l 3Z n C l 2
O
N H 2
7 3 %
P h N O 2
有机化学 第十四章 杂环化合物 31
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
(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。
有机化学 第十四章 杂环化合物 32
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，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,
有机化学 第十四章 杂环化合物 33
（ 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 %
2 化学反应
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 %
N
N
N H 2
B r 2
8 0 o C
4 1 %
N
N
N H 2
B r
有机化学 第十四章 杂环化合物 34
（ 2）亲核取代反应
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
N H 2
N H 2
N
N
N H 2
NNC l
N H 2
N 2 +C l
H 2 O
有机化学 第十四章 杂环化合物 35
利用亲核取代反应可制取烃基取代的二嗪。
（ 3） 氧化
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
（ 4） 侧链 α-H反应
羟醛缩合型
有机化学 第十四章 杂环化合物 36
烷基化反应（ 5）嘧啶的合成
由 1,3-二羰基化合物与二胺缩合：
O
O
+ N H
H 2 N N
N
有机化学 第十四章 杂环化合物 37
(四 ) 含氧原子的六元杂环
吡喃环系 吡喃及其衍生物无芳香特性
H +
O
O
O
O H
羊盐是芳香体系。吡喃酮的钅
有机化学 第十四章 杂环化合物 38
第三节 五元杂环化合物
(一 ) 呋喃、噻吩、吡咯的结构
1 电子结构及芳香性
吡
咯
的
结
构
N
H
N
共轭效应是给电子的。诱
导效应是吸电子的。
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。
有机化学 第十四章 杂环化合物 39
2 物理性质（自学）
呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。
呋喃、噻吩、吡咯在结构上具有共同点：
构成环的五个原子都为 sp2杂化； 成环的五个原子共平面；
杂原子上的孤对电子参与共轭形成共轭体系,π电子数符合休
克尔规则（ π电子数 = 4n+2）； 它们都具有芳香性。
3 呋喃、噻吩、吡咯化学反应
（ 1）呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应
（ i） 概述
（ a） 亲电取代反应的活性顺序为：
有机化学 第十四章 杂环化合物 40
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
> > >
(b) 取代反应主要发生在 α-C上；
(c) 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。
离域能：噻吩,121.3 kJ·mol-1 吡咯,87.8 kJ·mol -1
呋喃,66.9 kJ·mol -1
有机化学 第十四章 杂环化合物 41
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 ℃
N
H
N
H
C l
N
H
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、吡咯的卤化反应
有机化学 第十四章 杂环化合物 42
（ 3） 呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应
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,噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化 ;
需用较温和的非质子硝化试剂，如：硝酸乙酰酯在低温下进行。
有机化学 第十四章 杂环化合物 43
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。
（ 4） 呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应
P y r i d i n e
+
- 5 - - 3 0 o C
A c O N O 2
O
H
N O 2
H
A c O
O
H
N O 2
O
N O 2
O
有机化学 第十四章 杂环化合物 44
吡咯、呋喃不太稳定，须用温和磺化试剂磺化。 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。
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 45
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
S
+ N
S O 3
C l C H 2 C H 2 C l
r, t, S S O 3 -
B a ( O H ) 2
2
B a 2 +
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。
（ 5） 呋喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反应
有机化学 第十四章 杂环化合物 46
( 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 %)
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。
有机化学 第十四章 杂环化合物 47
吡咯与苯酚类似，都具有酸性，但吡咯的酸性比苯酚小。
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
（ 6） 吡咯的特殊反应
(7) 呋喃甲醛的反应
O
C H O
A g ( N H 3 ) 2
+
O
C O O H
C H 3 C O O N a
( C H 3 C O ) 2 O
O
C H C H C O O H
N a O H ( 浓 )
O
C O O H
+
O
C H 2 O H
有机化学 第十四章 杂环化合物 48
（ i） 加氢反应
（ ii） 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
A l C l 3
C H 3
N H C
O
C H 3
C O O C H 3
C H 3
C O O C H 3
+
A l C l 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
C O O C H 3
C O O C H 3
N
C H 3H 3 C
C O C H 3
(8) 呋喃、吡咯、噻吩的加成反应
噻吩基本上不发生双烯加成 。
有机化学 第十四章 杂环化合物 49
(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
亲电取代反应：
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 50
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 51
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。
~ 2 5 0 ℃
- C O 2 N
H
吲哚的合成
N H N H 2
+
C H 3 C O O H
O
H O A c
NH C O O H
(三 ) 含有两个杂原子的五元杂环体系
1 唑的结构
（ 1）互变异构
N
N
H
N
N
N-N(单键 ) N=N(双键 )
有机化学 第十四章 杂环化合物 52
N
N
H
N H
N
H 3 C H 3 C
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 )
（ 2）结构
吡咯 N的孤电子
对处于 p轨道
吡啶 N与吡咯 N
均为 sp2杂化。
N 的孤电子对处于
sp2杂化轨道
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 53
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 )2,碱性：
(i) 1,2-唑与 1,3-唑都有吡啶 N,所以都有碱性。
(ii) 1,3-唑的碱性比 1,2-唑强。因为两个杂原子互相影响大。
(iii) 咪唑的碱性＞噻唑的碱性＞噁唑的碱性
由综合电子效应决定。
介于吡啶和吡
咯之间
有机化学 第十四章 杂环化合物 54
(1) 反应性
唑的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差，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
（ i） 进入环的位置及活性顺序：吡啶氮的间位
（ ii） 反应试剂：一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。
eg 1
N
O
H 3 C
C H 3
N
O
H 3 C
C H 3O 2 N
浓 H N O 3
浓 H 2 S O 4
( 5 6 % )
3,唑的反应 (主要讨论亲电取代反应 )
有机化学 第十四章 杂环化合物 55
N
N
H
N
N
H
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
有机化学 第十四章 杂环化合物 56
( 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
( 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
磺化须强烈条件
有机化学 第十四章 杂环化合物 57
N
N N
H
N
1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N NH
N1
2
3
4
5
6 7
8
9
N
N N
H
N1
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
O
N
N
N H 2
O H NH
N
N H 2
O
N
N
O H
O H NH
N H
O
O
H 3 C H 3 C尿嘧啶 (U)
胞嘧啶 (C)
（ DNA,RNA）
胸腺嘧啶 (T)
(四 ) 嘌呤
一, 结构
RNA中
（ DNA中）
有机化学 第十四章 杂环化合物 58
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 )
（ DNA,RNA）
