Chapter 14 Heterocyclic Compounds（杂环化合物）
Heterocycle / Heterocyclic Compound
构成环系的原子 除 C外，还有其它 杂原子 。
O,S,N.Hetero-atom (杂原子 ):
Heterocycle
杂环
Saturated Heterocycles
饱和杂环化合物
Aromatic Heterocycles
芳香杂环化合物
体现各自功能团的性质
O
O
O
O
N
H
O
O
N
H
O
一,Classification & Nomenclature:
按环的 大小
Five-membered ring
Six-membered ring
按杂原子的 数目
一个 杂原子杂环
两个 杂原子杂环
多个 杂原子杂环
按环的拼合 形式
单 杂环 (homo-heterocycle)
稠 杂环 (fused-heterocycle)
N
H
1
2
34
5 ??
??
O 1
2
34
5 ??
??
S 1
2
34
5 ??
??
pyrrole
吡咯
thiophene
噻吩
furan
呋喃
Classification & Nomenclature
?Five-membered ring heterocycles
N
N
H
1
2
34
5
N
N
H
1
2
34
5
N
O 1
2
34
5
N
S 1
2
34
5
imidazole
咪唑
pyrazole
吡唑
oxazole
口 恶 唑
thiazole
噻唑
O
N
1
2
34
5
Isoxazole
异 口 恶 唑
?Six-membered ring heterocycles
Classification & Nomenclature
pyridine
吡啶
pyrimidine
嘧啶
1
2
3
4
5
6
N?
?
?
?
2H-pyran
2H-吡喃
1
2
3
4
5
O6
1
2
3
4
5
6
N
N
1
2
3
4
5
6
N
N
1
2
3
4
5
6
N
N
Pyridazine
哒嗪 Pyrazine吡嗪
1
2
3
4
5
O6
4H-pyran
4H-吡喃
?Fused-heterocycles
Classification & Nomenclature
quinoline
喹啉
iso-quinoline*
异 喹啉 Purine*嘌呤
1
5
8
2
3
4
6
7
N 1 2
3
45
6
7
8
N
N
N
N
N
H
1
2
3
4
5
6 7
8
9
1
2
3
4
56
7
8
9 N
N
1 0
1
2
34
5
6
7
N
H
Indole
吲哚
1
2
3
45
6
7
8 9
N
1 0
1
5
8
2
3
4
6
7
N
N N
N
1
5
8
2
3
4
6
7
9N
H 1
2
3
4
8
56
7
9 1 0N
S
H
蝶啶
pteridine
口 丫啶
acridine
吩嗪
phenazine
carbazole
咔唑 Phenothiazine吩噻嗪
Classification & Nomenclature
Attention!
?,指示氢” or,标氢” —最多的非累积双键外的饱和氢
N
N
H N O
1 H - 吡 咯 2 H - 吡 咯 4 H - 吡 喃 3 H - 吲 哚
?没有达到最多的 非累积双键，“外加氢” 的标注
N
H
2, 5 - 二 氢 吡 咯
O
四 氢 呋 喃
N
H
六 氢 吡 啶
命名顺序,
-SO3H > -COOH > -COOR > -CONH2 > -CN >
-CHO > -COR > -OH > -NH2 > -R > -NO2 > -X
Classification & Nomenclature
?取代杂环的命名：
编号原则：单杂环、稠杂环；最小编号和优先顺序法则
1
2
3
45
6
7
8
N
N
N
N
N
H
1
2
3
4
5
6 7
8
9
iso-quinoline*
异 喹啉
Purine*
嘌呤
O C H OO 2 N
N
N
NH2
N
C N ( C 2 H 5 ) 2
O
N
N
N
N
O
O
H 3 C
C H 3 H N
C H 3
C l NI
S O 3 H
O H
5-硝基 -2-呋喃甲醛 4-氨基嘧啶 N,N-二乙基 -3-吡啶甲酰胺
1,3,-二甲基嘌呤 -2,6-二酮 3-甲基 -5-氯喹啉 7-碘 -8-羟基喹啉 -5-磺酸
Classification & Nomenclature
Classification & Nomenclature
?互变异构的存在，编号及名称的改变
N
N
N
N
H
N
N
N
N
H
7H-嘌呤 9H-嘌呤
N
N
O H
O H
N
N
H
H
O
O
2,4-二羟基嘧啶 嘧啶 -2,4-二酮
N
N
H
H 3 C
N H
NH 3 C
1
2
3
4 5
1
2
34
5
5-甲基吡唑 3-甲基吡唑
尿嘧啶 (U)
Classification & Nomenclature
?拼合杂环的命名,非特定稠环
基本环 附加环 稠合边的表示
呋喃并 [2,3-b] 噻吩
吡咯并 [3,2-b] 噻吩
S O
1
2
3 4
5
a
b
c
d
H N
S
1
2
3
4
5
a
b
c
Classification & Nomenclature
?拼合杂环的命名,整体稠环编号，取代基位置
6-苯基咪唑并 [2,1-b]噻唑
N
O N
N
H1
2
3 4
5
6
N
O N
N
H
1
2
34
5
a
b
c
d
6H-吡唑并 [4,5-d]口 恶 唑
N
N SP h 1
2
3
45
6
7
N
N SP h
1
2
3
4
5
a
b
c
二, Six-membered Heterocyclic compounds
Pyridine 吡啶
1,Structure:
C5H5N
芳香性
较强的碱性
N
N N N
o r o r
Kekule’s structure
N
1, 4 3
0, 8 4
1, 0 11, 0 1
0, 8 4
0, 8 7
? ??
?
?
?
Aromaticity?
?电子云的分布
E.S,变难
N.S,变易
Oxidation 难
Reduction 易
Basicity
Six-membered Heterocyclic compounds
2,Physical properties
(1) ? (偶极矩 ) Dipole moment
? ?
?
? = 7.41?10-38 c.m 3.90 ?10-38 c.m
I
C
方向一致
Six-membered Heterocyclic compounds
(2) Solubility,吡啶可以与水以任意比例互溶
3,Chemical reactions
a,Basicity of Pyridine
?
?
? ? ?
?
? ? ? R C H 2 N H 2
p K a 4, 6 5, 1 9 9, 2 5 - 1 0, 0
?
?
? ? ?
?
? ? ?脂 肪 胺 > > > > Basicity
Six-membered Heterocyclic compounds
?., + H C l
?.,, H C l?H
C l - o r
Six-membered Heterocyclic compounds
N
S O 3
C H 2 C l 2 N
S O 3 -
Pyr.SO3 磺化试剂
N N
C O P h
C l -
P h C O C l 酰化试剂
N
N
C H 3
C H 3 I
I -甲基化试剂
b,Electrophilic Substitution:
N 的 -I 钝化环 反应条件剧烈
取代反应 发生在 3-位（ ?）
?
+ K N O 3 + H 2 S O 4
?
N O
2
3 0 0 C
o
+ H 2 S O 4
3 5 0 C
o
?
S O
3
H
+ B r 2
3 0 0 C
o
?
B r
( 2 0 % )
( 7 1 % )
( 3 3 % )
N
1, 4 3
0, 8 4
1, 0 11, 0 1
0, 8 4
0, 8 7
? ??
??
?
Six-membered Heterocyclic compounds
Six-membered Heterocyclic compounds
N
+ E + 2 - 位
N E
H
N E
H
N E
H
N E
H
不稳定
N
+ E + 3 - 位
N
H
E
N
H
E
N
H
E
N
H
E
取代 2-位
取代 3-位