第十二章杂环化合物和生物碱杂环化合物 ── 生命奥秘的钥匙。
如,叶绿素 植物生命的基础 ─┐ 具有相同的血红素 动物生命的基础 ─┘ 杂环结构。
第十二章 杂环化合物 及生物碱一、杂环化合物的分类、命名；
二、含一个杂原子的五元杂环；
三、含两个杂原子的五元杂环；
四、含一个杂原子的六元杂环；
五、含两个和两个以上氮杂原子的六元杂环；
六、生物碱。
杂环化合物,分子中具有环状结构单元,且构成环的原子除碳原子外还包括其它杂原子的化合物的总称 。
最常见的杂原子,氧、硫、氮三种,其中又以 氮 为最多。
这些杂环化合物的性质与相应的脂肪族化合物比较接近 。
本章主要讨论具有芳香性的杂环化合物,即 芳杂环化合物 。
环比较稳定,在结构上与芳香族化合物相似
（ 环为平面型,π电子数符合 4n+2规则 ）
C H
2
C H
2
O
环氧 乙 烷
C H
C H
C
O
C
O
O
顺丁烯二酸 酐
C
C
N H
O
O
邻 苯 二甲 酰亚 胺
C H
2
C H
2
O
环氧 乙 烷
C H
C H
C
O
C
O
O
顺丁烯二酸 酐
C
C
N H
O
O
邻 苯 二甲 酰亚 胺一、杂环化合物的分类、命名
1.杂芳香性与非苯芳杂环,
含有杂原子的三角型杂化单环共平面体系,含 4n+2个 π电子时,具有芳香性,称非苯芳杂环。
特点,
(1)所有成环原子都是 SP2杂化 ;
(2)均为 π56或 π66共轭体系 ;
(3)键长不等，但有平均化趋势 ;
(4)电子云分布不均匀。
2、杂环的分类,
①成环原子数：五元杂环、六元杂环、稠合杂环；
②杂原子的种类,O,N,S等 ；
③ 电子云密度,富电子与缺电子芳杂环 。 (相对苯而言 )
思考,亲电难易?取代位置?酸碱性?
命名,一般采用国际上通用的英文名称的音译法
O S N
NH
呋喃
（ furane）
噻吩
（ thiophene）
吡咯
（ pyrrole）
吡啶
（ pyridine）
N
N
N N
H
嘧啶
（ pyrimidine）
喹啉
（ quinoline）
吲哚
(indole)
3、杂环化合物的命名,
译音命名法,(即汉语系统命名法 )
①汉字译音加口旁,左右结构 ;
②序号自杂原子始,1,2,.....或杂原子,α,β...… ；
③含两个及以上相同杂原子，连有氢或取代基的杂原子序位最低；
④含不同杂原子，按 O,S,N的先后次序编号；
⑤特定名称稠杂环按其规则与习惯；
⑥含杂原子的种类与数目相同，但杂原子的位置与特定母环不同，则加,异,；
⑦加氢还原部位以序号加大写斜体,H”表示。
O
C
2
H
5
C H
3
N
C H
3
O
O
2
N C H O
2-甲基 -5-乙基呋喃
α-甲基 -α`-乙基呋喃
4-甲基吡啶 γ-
甲基吡啶
5-硝基 -2-呋喃甲醛 α`-
硝基 -α-呋喃甲醛
C H
3
Br
CH
3
N
N
1,4-二甲基 -5-溴咪唑
C H
3 S
N
5-甲基噻唑二、含一个杂原子的 五元杂环
(一 ),结构和芳香性最重要的五元杂环化合物是呋喃、噻吩和吡咯
C
C
CC
N H
H
H
H H
C
C
CC
O
H
H
H H
O或 S的第二对电子占据 sp2一个方位,未参与共轭。
C
C
CC
S
H
H
H H
N H
..
N
H
..
O ·
·
π56闭合共轭体系；
符合 4n+2休克尔规则 ；
环共轭电子云密度因 O、
N,S,分别提供 2个电子而较苯环高 。
称为富电子芳杂环 。
S
特征,
（ 1） 键长平均化,C-C,0.154nm C=C,0.134nm C-O,0.143nm
O
0,1 4 4 n m
0,1 3 5 n m
0,1 3 7 n m
0,1 4 2 n m
0,1 7 1 n m
0,1 3 7 n m
0,1 4 3 n m
0,1 3 7 n m
0,1 3 8 n m21
34
5
S
N
H
只是一定程度上发生了平均化,不象苯那样完全,即键长的平均化并不彻底,它们在一定程度上仍具有不饱和化合物的性质 。
O
O
0.70D
S
0.51D
N
1.81D
H
1.90D
S
1.73D
N
1.58D
H
注意,
吡咯因 N的给电子共轭效应远大于吸电子诱导效应且方向相反,故偶极矩比相应的饱和化合物大,且二者的偶极矩方向相反 。
（ 2）偶极矩,比较呋喃、噻吩、吡咯与相应饱和化合物的偶极矩，说明未共用电子对的离域现象 。
特征,
（３）离域能呋喃、吡咯和噻吩的离域能比苯的离域能（ 105.5 kJ·mol-1 ） 低，
但比大多数共轭二烯烃的离域能
（约 12～ 28 kJ·mol-1 ）
要大得多。
原因,
电负性差异,O > N > S > C
3.44 3.04 2.58 2.55
(Pauling值 )
共轭程度,呋喃 < 吡咯 < 噻吩 < 苯环稳定性,呋喃 < 吡咯 < 噻吩 < 苯呋喃蒸汽遇被盐酸浸湿过的松木片，即呈现 绿色 ；而吡咯则呈现 红色 。
噻吩在浓硫酸存在下，与靛红一同加热显示蓝色,反应灵敏。
呋喃存在于松木焦油中；
吡咯存在于煤焦油和骨焦油中；
噻吩与苯共存于煤焦油中。
应用,鉴别
(二,)呋喃、噻吩和吡咯亲电取代反应比苯容易进行 。
1．亲电取代反应呋喃,噻吩在室温与氯或溴反应很激烈,得到多卤代物 。 若在温和条件下,如用溶剂稀释及采用低温,可得到一卤代物,不活泼的碘则需在催化剂作用下进行 。
（ 1）卤化亲电取代 反应活性,吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯稳定性,苯 >噻吩 >吡咯 > 呋喃反应主要发生在 α-位
O
Br
O
B r
2
0 ℃,二 烷
Cl
O
C l
2
C H
3
C O O H- 4 0 ℃，
（ 80% ）
（ 64% ）
噁
S
Br
S
B r
2
Cl
S
C l
2
C H
3
C O O H
50 ℃
（ 78% ）
（ 36% ）
I
S
I
2
,H g O
C
6
H
6
,0 ℃
（ 70% ）
吡咯极易卤化生成四卤吡咯,例如吡咯在碱性介质中与碘作用,
生成四碘代吡咯：
N
+ +4 I 2 4 N a O H
H
N
H
I
I
I
I
+4 4 N a O HN a I+
O O
C H
3
C O O N O
2
- 5 ~3 0 ℃ N O
2
( 3 5 % )
呋喃和吡咯易被氧化,但不能用硝酸硝化 。 通常用比较温和的 非质子硝化试剂,如用硝酸乙酰酯
（ 2）硝化
N
H
N
H
N
H
C H
3
C O O N O
2
N O
2 （ 51% ） +
N O
2
（ 13% ）
A c
2
O- 10 ℃,
连有吸电子基团时，环的稳定性增加了，
可以用一般方法硝化。
N
H
N
H
N
H
C C H
3
O
H N O
3
H
2
S O
4
O
2
N C C H
3
O
+
O
2
N
C C H
3
O
S S
S
H N O
3
,H
2
S O
4
N O
2
( 8 6 %) +
N O
2
S S S
H N O
3
,H
2
S O
4
C H
3
( 7 0 %) +
N O
2
C H
3
C H
3 C H
3
( 3 0 %)
（ 14% ）
O2N
（ 3） 磺化
O
N
100 ℃ O
S O
3
- HCl
O
S O
3
H
( 4 1 % ）
S O
3·
C l C H
2
C H
2
C l,
N
H
N
100 ℃ N
H
S O
3
- HCl
N
H
S O
3
H （ 90% ）
S O
3·
吡咯和呋喃也不能用硫酸直接磺化，
要用温和的非质子磺化试剂。
噻吩是这些五元杂环化合物中最稳定的一个,
可在 室温 下直接磺化：
吡咯烷基化反应时很难控制,因此用途不大 。
吡咯可用乙酐进行酰基化 。
吡咯与苯酚或苯胺相似,很易和芳香族重氮盐发生偶合作用,生成有色的偶氮化合物 。
（ 4）烷基化和酰基化
N
H
N≡ NCl+
_
N
H
N=N_
+
PH=7,0℃
2．加成反应
（ 1）催化加氢
N
H
Pd 或 Ni
H
2
N
H
仲胺
O
H
2
/ N i
100 ℃,5 M P a
O
S S
S
H
2
/ M o S
2
200 ℃,2 0 M P a
浓 HNO 3
O
环丁砜
O
硫原子，能使催化剂中毒失去催化能力，因而需使用特殊催化剂，
如 Na－ Hg/C2H5OH,MoS2等。
四氢呋喃（ THF）,优良的溶剂环丁砜：溶剂
（ 2）狄尔斯 —— 阿尔德
（ Diels－ Alder） 反应呋喃 的离域能较小，所以环的稳定性最差，具有共轭双烯的性质，能发生 Diels－ Alder反应。
噻吩、吡咯不具备二烯的性质。
O
O
+ O
O
O
O
O
O
O
O
+
C
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
O
OO
O
O
COOCH3
COOCH3
3．吡咯的弱碱性和弱酸性氮原子的未共用电子对,
给电子的 p-π共轭效应。
碱性极弱,比苯胺的碱性还要弱得多。
吡咯只能慢慢地溶解在冷的稀酸溶液中，
它遇浓酸聚合成红色树脂状物质，称为吡咯红。
另一方面，氮原子上的电子云密度降低，
削弱了 N-H，而有微弱的酸性，
其酸性 比 醇强而比酚弱。
NH
+KOH（ 固体 ） △
NK-
+
+H 2 O
1,糠醛具有一般 醛 基的性质，可以发生银镜反应
2,糠醛是不含 α－ H的醛,其化学性质与甲醛或苯甲醛相似,
也可发生坎尼扎罗反应 。
3,糠醛在醋酸的存在下与苯胺作用,能生成一种 亮红色 缩合产物,利用这一反应可检验糠醛 。
(三,) 糠醛
O
CHO
三、含两个杂原子的五元杂环
N
N
H
（噻唑）（咪唑） （吡 唑）
N
S
H
N
N
咪唑、吡唑和噻唑咪唑通过氢键缔合,bp90℃,mp256℃,
为结晶固体 。
一个 N提供 1个 e；
另一个 N提供 2个 e。
N ·
·
N
.
..
四、含一个杂原子的六元杂环
（一）,结构和芳香性以吡啶为例
sp2杂化符合休克尔 4n+2规则一个闭合的共轭体系所以吡啶具有芳香性。
1）键长有较大程度的平均化。
特点,
吡啶环的键长平均化的程度较大，但仍未完全平均化。
因此,吡啶的偶极矩比六氢吡啶大
N N
H
0,1 3 0 n m
0,1 4 0 n m
0,1 3 4 n m
μ = 7,4 × 1 0
- 3 0
c,m μ = 3,9 × 1 0
- 3 0
c,m
2）偶极矩吸电子诱导效应和吸电子共轭效应共存,且方向一致只有吸电子诱导效应
(二,) 吡啶的性质
１,弱碱性 （ pKb=8,8）
吡啶环上的氮原子上有一对未共用电子占据
sp2杂化轨道,未参与环上的共轭体系,因此它能接受质子或亲电试剂的进攻生成吡啶盐类 。
吡啶环上的氮可以与质子结合，
表现出弱碱性。
如果用非质子的硝化试剂,磺化试剂,卤代烷,酰氯等与吡啶进行反应,则生成相应的吡啶盐 。
碱性,脂肪胺 > 氨 > 吡啶 > 苯胺（ pKb=9,5）
原因,1,分子中存在共轭体系
2,N上有一对未共用电子对
N
N
N * H C l
+ H C l （或 N H C l+
-
）
2
N
+ H
2
S O
4
,H
2
S O
4
2
1).在强的亲电试剂如 Br+,+NO2中进行,易生成吡啶盐
2).硝化,磺化等反应只能在极强的条件下进行,而且产率很低,当环上有给电子基团时,能增进吡啶环的反应活性 。
3),吡啶环不能发生傅氏反应 。
吡啶的亲电取代反应都发生在 β位，
α,γ位都不易发生反应注意,
氮原子的吸电子诱导效应和吸电子共轭效应与硝基苯类似；
2,亲电取代反应亲电取代反应活性,吡啶 < 苯环
N
N
Br2,浮石
300℃
N
Br
(37%) +
Br Br
(26%)
卤化：
N
N H
2
N
N H
2
B r
2
A c O H,20 ℃
Br
( 90 % )
硝化：
N
浓 HNO 3,浓 H 2SO 4
N
NO 2
(6%)
300℃,1天
N
H
3
C C H 3
N
H
3
C C H 3
浓 H 2
S O
4
K N O
3,1 0 0 ℃
N O
2
( 6 6 %)
N
H2SO4
HgSO4
SO3,
N
SO3H
(70%)
磺化：
吡啶环上已有的取代基对进一步发生取代反应也具有定位效应。
如果 在 α位或 γ位有邻对位定位基，则 β位取代 ；
当 β位上有给电子取代基,且其给电子效应超过了吡啶环的吸电子效应时,亲电取代反应主要发生在 α位上。
3,氧化还原反应吡啶比苯稳定，不易被氧化例如铬酸或硝酸都不能使吡啶氧化，吡啶的同系物氧化时，总是 侧链 先氧化 生成相应的 吡啶 甲酸 。例如：
△
N
C H
3
H N O
3
N
C O O H
或 K M n O 4 / O H
( 烟酸 )
,
-
吡啶可被催化加氢或用乙醇和钠还原而成为六氢吡啶 。
N
N a + C
2
H
5
O H
或 H 2 / P t,0,3 M P a,2 5 ℃ N
H
六氢吡啶又叫哌啶，易溶于水、乙醇和乙醚。它的碱性比吡啶强，
化学性质与脂肪族仲胺相似，可作为有机碱性催化剂、溶剂、环氧树脂固化剂和有机合成原料
N
CONH2
N
CON(C2H5)2
N
CONHNH2
烟酰胺（维生素 PP） 烟酰二乙胺（可拉明） 异烟酰肼（雷米封）β-吡啶甲酰胺 ； N,N-二乙基 - β-吡啶甲酰胺 ； γ-吡啶甲酰肼小结（注意）：
解释,p-π共轭 SP2杂化 SP3杂化
① P电子成份越大,吸引质子能力越强 ;
② CH3- 为斥电子基团
③苯胺中 N上电子云密度低 (+C)
2、无论富、缺电子芳杂环,均易加氢还原 。
3,富电子芳杂环,易氧化,可致环破裂 。
4,缺电子芳杂环,难氧化。
1,亲电取代,
富电子芳杂环 易 主要 α位取代缺电子芳杂环 难 主要 β位取代注意！
含一个氧六元杂环及衍生物异黄酮（ iso-flavone）
β-苯基苯并 -γ-吡喃酮黄酮（ flavone）
α-苯基苯并 -γ-吡喃酮色原酮（ chromone）
苯并 -γ-吡喃酮花青苷不同 pH不同颜色卟吩及其衍生物环亦称,,
实验室合成卟啉衍生物。
卟啉聚合物：非线性光导纤维嘧啶和嘌呤的衍生物,
五、含两个和两个以上氮杂原子的六元杂环；
六、生物碱定义,自然界碱性含氮化合物。
分布,双子叶植物多,如茄科、罂栗科 ;裸子植物少。
应用,不同种属植物,生物碱及其它天然产物含量差异大 — 植物化学分类学。自然选择结果,
次生物质生理功能。
如,生物碱,保护自身免受摄食 ;
黄酮类,对光的滤过作用 ;
萜 类,拒斥和引诱作用。
寻找新药源植物,揭示活性天然产物结构。
（一）、一般提取方法,
植物 洗净切碎 加酸生物碱无机酸盐离子交换柱中以碱洗脱溶剂萃取以碱中和浓缩 干燥 粗品或水蒸汽蒸馏溶剂萃取
（二）、一般性质,
1.有强烈生理作用 ;
2.大多为无色、味苦晶体,少数为液体 ;
3.溶于有机溶剂,难溶于水 ;
4.易溶于稀酸 ;
5.大多以有机酸盐存在于自然界 ;
6.大多有旋光性 ;
7.可与生物碱试剂作用,沉淀或呈色。
(三 )、重要生物碱 P 323— P325
例,麻黄碱 Ⅰ,N原子上有甲基二种麻黄碱母核相同；
二种麻黄碱 区别仅在 N上有无甲基 。
去甲麻黄碱 Ⅱ,无 N上甲基
— C— C— CH3
H H
OH NHCH3
方框内为有效结构。
如,叶绿素 植物生命的基础 ─┐ 具有相同的血红素 动物生命的基础 ─┘ 杂环结构。
第十二章 杂环化合物 及生物碱一、杂环化合物的分类、命名；
二、含一个杂原子的五元杂环；
三、含两个杂原子的五元杂环；
四、含一个杂原子的六元杂环；
五、含两个和两个以上氮杂原子的六元杂环；
六、生物碱。
杂环化合物,分子中具有环状结构单元,且构成环的原子除碳原子外还包括其它杂原子的化合物的总称 。
最常见的杂原子,氧、硫、氮三种,其中又以 氮 为最多。
这些杂环化合物的性质与相应的脂肪族化合物比较接近 。
本章主要讨论具有芳香性的杂环化合物,即 芳杂环化合物 。
环比较稳定,在结构上与芳香族化合物相似
（ 环为平面型,π电子数符合 4n+2规则 ）
C H
2
C H
2
O
环氧 乙 烷
C H
C H
C
O
C
O
O
顺丁烯二酸 酐
C
C
N H
O
O
邻 苯 二甲 酰亚 胺
C H
2
C H
2
O
环氧 乙 烷
C H
C H
C
O
C
O
O
顺丁烯二酸 酐
C
C
N H
O
O
邻 苯 二甲 酰亚 胺一、杂环化合物的分类、命名
1.杂芳香性与非苯芳杂环,
含有杂原子的三角型杂化单环共平面体系,含 4n+2个 π电子时,具有芳香性,称非苯芳杂环。
特点,
(1)所有成环原子都是 SP2杂化 ;
(2)均为 π56或 π66共轭体系 ;
(3)键长不等，但有平均化趋势 ;
(4)电子云分布不均匀。
2、杂环的分类,
①成环原子数：五元杂环、六元杂环、稠合杂环；
②杂原子的种类,O,N,S等 ；
③ 电子云密度,富电子与缺电子芳杂环 。 (相对苯而言 )
思考,亲电难易?取代位置?酸碱性?
命名,一般采用国际上通用的英文名称的音译法
O S N
NH
呋喃
（ furane）
噻吩
（ thiophene）
吡咯
（ pyrrole）
吡啶
（ pyridine）
N
N
N N
H
嘧啶
（ pyrimidine）
喹啉
（ quinoline）
吲哚
(indole)
3、杂环化合物的命名,
译音命名法,(即汉语系统命名法 )
①汉字译音加口旁,左右结构 ;
②序号自杂原子始,1,2,.....或杂原子,α,β...… ；
③含两个及以上相同杂原子，连有氢或取代基的杂原子序位最低；
④含不同杂原子，按 O,S,N的先后次序编号；
⑤特定名称稠杂环按其规则与习惯；
⑥含杂原子的种类与数目相同，但杂原子的位置与特定母环不同，则加,异,；
⑦加氢还原部位以序号加大写斜体,H”表示。
O
C
2
H
5
C H
3
N
C H
3
O
O
2
N C H O
2-甲基 -5-乙基呋喃
α-甲基 -α`-乙基呋喃
4-甲基吡啶 γ-
甲基吡啶
5-硝基 -2-呋喃甲醛 α`-
硝基 -α-呋喃甲醛
C H
3
Br
CH
3
N
N
1,4-二甲基 -5-溴咪唑
C H
3 S
N
5-甲基噻唑二、含一个杂原子的 五元杂环
(一 ),结构和芳香性最重要的五元杂环化合物是呋喃、噻吩和吡咯
C
C
CC
N H
H
H
H H
C
C
CC
O
H
H
H H
O或 S的第二对电子占据 sp2一个方位,未参与共轭。
C
C
CC
S
H
H
H H
N H
..
N
H
..
O ·
·
π56闭合共轭体系；
符合 4n+2休克尔规则 ；
环共轭电子云密度因 O、
N,S,分别提供 2个电子而较苯环高 。
称为富电子芳杂环 。
S
特征,
（ 1） 键长平均化,C-C,0.154nm C=C,0.134nm C-O,0.143nm
O
0,1 4 4 n m
0,1 3 5 n m
0,1 3 7 n m
0,1 4 2 n m
0,1 7 1 n m
0,1 3 7 n m
0,1 4 3 n m
0,1 3 7 n m
0,1 3 8 n m21
34
5
S
N
H
只是一定程度上发生了平均化,不象苯那样完全,即键长的平均化并不彻底,它们在一定程度上仍具有不饱和化合物的性质 。
O
O
0.70D
S
0.51D
N
1.81D
H
1.90D
S
1.73D
N
1.58D
H
注意,
吡咯因 N的给电子共轭效应远大于吸电子诱导效应且方向相反,故偶极矩比相应的饱和化合物大,且二者的偶极矩方向相反 。
（ 2）偶极矩,比较呋喃、噻吩、吡咯与相应饱和化合物的偶极矩，说明未共用电子对的离域现象 。
特征,
（３）离域能呋喃、吡咯和噻吩的离域能比苯的离域能（ 105.5 kJ·mol-1 ） 低，
但比大多数共轭二烯烃的离域能
（约 12～ 28 kJ·mol-1 ）
要大得多。
原因,
电负性差异,O > N > S > C
3.44 3.04 2.58 2.55
(Pauling值 )
共轭程度,呋喃 < 吡咯 < 噻吩 < 苯环稳定性,呋喃 < 吡咯 < 噻吩 < 苯呋喃蒸汽遇被盐酸浸湿过的松木片，即呈现 绿色 ；而吡咯则呈现 红色 。
噻吩在浓硫酸存在下，与靛红一同加热显示蓝色,反应灵敏。
呋喃存在于松木焦油中；
吡咯存在于煤焦油和骨焦油中；
噻吩与苯共存于煤焦油中。
应用,鉴别
(二,)呋喃、噻吩和吡咯亲电取代反应比苯容易进行 。
1．亲电取代反应呋喃,噻吩在室温与氯或溴反应很激烈,得到多卤代物 。 若在温和条件下,如用溶剂稀释及采用低温,可得到一卤代物,不活泼的碘则需在催化剂作用下进行 。
（ 1）卤化亲电取代 反应活性,吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯稳定性,苯 >噻吩 >吡咯 > 呋喃反应主要发生在 α-位
O
Br
O
B r
2
0 ℃,二 烷
Cl
O
C l
2
C H
3
C O O H- 4 0 ℃，
（ 80% ）
（ 64% ）
噁
S
Br
S
B r
2
Cl
S
C l
2
C H
3
C O O H
50 ℃
（ 78% ）
（ 36% ）
I
S
I
2
,H g O
C
6
H
6
,0 ℃
（ 70% ）
吡咯极易卤化生成四卤吡咯,例如吡咯在碱性介质中与碘作用,
生成四碘代吡咯：
N
+ +4 I 2 4 N a O H
H
N
H
I
I
I
I
+4 4 N a O HN a I+
O O
C H
3
C O O N O
2
- 5 ~3 0 ℃ N O
2
( 3 5 % )
呋喃和吡咯易被氧化,但不能用硝酸硝化 。 通常用比较温和的 非质子硝化试剂,如用硝酸乙酰酯
（ 2）硝化
N
H
N
H
N
H
C H
3
C O O N O
2
N O
2 （ 51% ） +
N O
2
（ 13% ）
A c
2
O- 10 ℃,
连有吸电子基团时，环的稳定性增加了，
可以用一般方法硝化。
N
H
N
H
N
H
C C H
3
O
H N O
3
H
2
S O
4
O
2
N C C H
3
O
+
O
2
N
C C H
3
O
S S
S
H N O
3
,H
2
S O
4
N O
2
( 8 6 %) +
N O
2
S S S
H N O
3
,H
2
S O
4
C H
3
( 7 0 %) +
N O
2
C H
3
C H
3 C H
3
( 3 0 %)
（ 14% ）
O2N
（ 3） 磺化
O
N
100 ℃ O
S O
3
- HCl
O
S O
3
H
( 4 1 % ）
S O
3·
C l C H
2
C H
2
C l,
N
H
N
100 ℃ N
H
S O
3
- HCl
N
H
S O
3
H （ 90% ）
S O
3·
吡咯和呋喃也不能用硫酸直接磺化，
要用温和的非质子磺化试剂。
噻吩是这些五元杂环化合物中最稳定的一个,
可在 室温 下直接磺化：
吡咯烷基化反应时很难控制,因此用途不大 。
吡咯可用乙酐进行酰基化 。
吡咯与苯酚或苯胺相似,很易和芳香族重氮盐发生偶合作用,生成有色的偶氮化合物 。
（ 4）烷基化和酰基化
N
H
N≡ NCl+
_
N
H
N=N_
+
PH=7,0℃
2．加成反应
（ 1）催化加氢
N
H
Pd 或 Ni
H
2
N
H
仲胺
O
H
2
/ N i
100 ℃,5 M P a
O
S S
S
H
2
/ M o S
2
200 ℃,2 0 M P a
浓 HNO 3
O
环丁砜
O
硫原子，能使催化剂中毒失去催化能力，因而需使用特殊催化剂，
如 Na－ Hg/C2H5OH,MoS2等。
四氢呋喃（ THF）,优良的溶剂环丁砜：溶剂
（ 2）狄尔斯 —— 阿尔德
（ Diels－ Alder） 反应呋喃 的离域能较小，所以环的稳定性最差，具有共轭双烯的性质，能发生 Diels－ Alder反应。
噻吩、吡咯不具备二烯的性质。
O
O
+ O
O
O
O
O
O
O
O
+
C
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
O
OO
O
O
COOCH3
COOCH3
3．吡咯的弱碱性和弱酸性氮原子的未共用电子对,
给电子的 p-π共轭效应。
碱性极弱,比苯胺的碱性还要弱得多。
吡咯只能慢慢地溶解在冷的稀酸溶液中，
它遇浓酸聚合成红色树脂状物质，称为吡咯红。
另一方面，氮原子上的电子云密度降低，
削弱了 N-H，而有微弱的酸性，
其酸性 比 醇强而比酚弱。
NH
+KOH（ 固体 ） △
NK-
+
+H 2 O
1,糠醛具有一般 醛 基的性质，可以发生银镜反应
2,糠醛是不含 α－ H的醛,其化学性质与甲醛或苯甲醛相似,
也可发生坎尼扎罗反应 。
3,糠醛在醋酸的存在下与苯胺作用,能生成一种 亮红色 缩合产物,利用这一反应可检验糠醛 。
(三,) 糠醛
O
CHO
三、含两个杂原子的五元杂环
N
N
H
（噻唑）（咪唑） （吡 唑）
N
S
H
N
N
咪唑、吡唑和噻唑咪唑通过氢键缔合,bp90℃,mp256℃,
为结晶固体 。
一个 N提供 1个 e；
另一个 N提供 2个 e。
N ·
·
N
.
..
四、含一个杂原子的六元杂环
（一）,结构和芳香性以吡啶为例
sp2杂化符合休克尔 4n+2规则一个闭合的共轭体系所以吡啶具有芳香性。
1）键长有较大程度的平均化。
特点,
吡啶环的键长平均化的程度较大，但仍未完全平均化。
因此,吡啶的偶极矩比六氢吡啶大
N N
H
0,1 3 0 n m
0,1 4 0 n m
0,1 3 4 n m
μ = 7,4 × 1 0
- 3 0
c,m μ = 3,9 × 1 0
- 3 0
c,m
2）偶极矩吸电子诱导效应和吸电子共轭效应共存,且方向一致只有吸电子诱导效应
(二,) 吡啶的性质
１,弱碱性 （ pKb=8,8）
吡啶环上的氮原子上有一对未共用电子占据
sp2杂化轨道,未参与环上的共轭体系,因此它能接受质子或亲电试剂的进攻生成吡啶盐类 。
吡啶环上的氮可以与质子结合，
表现出弱碱性。
如果用非质子的硝化试剂,磺化试剂,卤代烷,酰氯等与吡啶进行反应,则生成相应的吡啶盐 。
碱性,脂肪胺 > 氨 > 吡啶 > 苯胺（ pKb=9,5）
原因,1,分子中存在共轭体系
2,N上有一对未共用电子对
N
N
N * H C l
+ H C l （或 N H C l+
-
）
2
N
+ H
2
S O
4
,H
2
S O
4
2
1).在强的亲电试剂如 Br+,+NO2中进行,易生成吡啶盐
2).硝化,磺化等反应只能在极强的条件下进行,而且产率很低,当环上有给电子基团时,能增进吡啶环的反应活性 。
3),吡啶环不能发生傅氏反应 。
吡啶的亲电取代反应都发生在 β位，
α,γ位都不易发生反应注意,
氮原子的吸电子诱导效应和吸电子共轭效应与硝基苯类似；
2,亲电取代反应亲电取代反应活性,吡啶 < 苯环
N
N
Br2,浮石
300℃
N
Br
(37%) +
Br Br
(26%)
卤化：
N
N H
2
N
N H
2
B r
2
A c O H,20 ℃
Br
( 90 % )
硝化：
N
浓 HNO 3,浓 H 2SO 4
N
NO 2
(6%)
300℃,1天
N
H
3
C C H 3
N
H
3
C C H 3
浓 H 2
S O
4
K N O
3,1 0 0 ℃
N O
2
( 6 6 %)
N
H2SO4
HgSO4
SO3,
N
SO3H
(70%)
磺化：
吡啶环上已有的取代基对进一步发生取代反应也具有定位效应。
如果 在 α位或 γ位有邻对位定位基，则 β位取代 ；
当 β位上有给电子取代基,且其给电子效应超过了吡啶环的吸电子效应时,亲电取代反应主要发生在 α位上。
3,氧化还原反应吡啶比苯稳定，不易被氧化例如铬酸或硝酸都不能使吡啶氧化，吡啶的同系物氧化时，总是 侧链 先氧化 生成相应的 吡啶 甲酸 。例如：
△
N
C H
3
H N O
3
N
C O O H
或 K M n O 4 / O H
( 烟酸 )
,
-
吡啶可被催化加氢或用乙醇和钠还原而成为六氢吡啶 。
N
N a + C
2
H
5
O H
或 H 2 / P t,0,3 M P a,2 5 ℃ N
H
六氢吡啶又叫哌啶，易溶于水、乙醇和乙醚。它的碱性比吡啶强，
化学性质与脂肪族仲胺相似，可作为有机碱性催化剂、溶剂、环氧树脂固化剂和有机合成原料
N
CONH2
N
CON(C2H5)2
N
CONHNH2
烟酰胺（维生素 PP） 烟酰二乙胺（可拉明） 异烟酰肼（雷米封）β-吡啶甲酰胺 ； N,N-二乙基 - β-吡啶甲酰胺 ； γ-吡啶甲酰肼小结（注意）：
解释,p-π共轭 SP2杂化 SP3杂化
① P电子成份越大,吸引质子能力越强 ;
② CH3- 为斥电子基团
③苯胺中 N上电子云密度低 (+C)
2、无论富、缺电子芳杂环,均易加氢还原 。
3,富电子芳杂环,易氧化,可致环破裂 。
4,缺电子芳杂环,难氧化。
1,亲电取代,
富电子芳杂环 易 主要 α位取代缺电子芳杂环 难 主要 β位取代注意！
含一个氧六元杂环及衍生物异黄酮（ iso-flavone）
β-苯基苯并 -γ-吡喃酮黄酮（ flavone）
α-苯基苯并 -γ-吡喃酮色原酮（ chromone）
苯并 -γ-吡喃酮花青苷不同 pH不同颜色卟吩及其衍生物环亦称,,
实验室合成卟啉衍生物。
卟啉聚合物：非线性光导纤维嘧啶和嘌呤的衍生物,
五、含两个和两个以上氮杂原子的六元杂环；
六、生物碱定义,自然界碱性含氮化合物。
分布,双子叶植物多,如茄科、罂栗科 ;裸子植物少。
应用,不同种属植物,生物碱及其它天然产物含量差异大 — 植物化学分类学。自然选择结果,
次生物质生理功能。
如,生物碱,保护自身免受摄食 ;
黄酮类,对光的滤过作用 ;
萜 类,拒斥和引诱作用。
寻找新药源植物,揭示活性天然产物结构。
（一）、一般提取方法,
植物 洗净切碎 加酸生物碱无机酸盐离子交换柱中以碱洗脱溶剂萃取以碱中和浓缩 干燥 粗品或水蒸汽蒸馏溶剂萃取
（二）、一般性质,
1.有强烈生理作用 ;
2.大多为无色、味苦晶体,少数为液体 ;
3.溶于有机溶剂,难溶于水 ;
4.易溶于稀酸 ;
5.大多以有机酸盐存在于自然界 ;
6.大多有旋光性 ;
7.可与生物碱试剂作用,沉淀或呈色。
(三 )、重要生物碱 P 323— P325
例,麻黄碱 Ⅰ,N原子上有甲基二种麻黄碱母核相同；
二种麻黄碱 区别仅在 N上有无甲基 。
去甲麻黄碱 Ⅱ,无 N上甲基
— C— C— CH3
H H
OH NHCH3
方框内为有效结构。
