HNO3, H2SO4
+
90oC, 90%
N
O_
NO2
PCl3/CHCl3
+
, 80%
N
O_
NO2 N
❖ 吡啶环容易被催化加氢成六氢吡啶环
3,4,5-(MeO)3C6H2CONH N
H2(加压) 5% Pd/C
3,4,5-(MeO)3C6H2CONH
70~80oC
N H 90%
N
HNO3
CO2H NH3
N
Br2
Br
N
N NH2 80oC
41% N NH2
N Cl
NH3, ZnCl2 220oC
N NH2
❖ 吡啶环上强碱性的负氢离子（H-）也能被取代
NaNH2
H2O
-+
N
N NHNa
70%
N
NH2
+ C6H5Li N
N
C6H5
❖ 亲核取代反应主要发生在2,4,6位上，但实际上主要是2（或6） 位，4位的产物很少
进攻2-或6-位
_ Nu
NH
Nu- 进攻3-或5-位 N
4
4
5
3
5
3
6
2
N
1
6
N2
N
1
吡啶(pyridine) 哒嗪(pyridazine)
4
4
5
N3 5 N 3
6
26
2
N
N
1
1
嘧啶(pyrimidine) 吡嗪(pyrazine)
N N N
N N
N
1,2,3-三嗪
1,2,4-三嗪
(1,2,3-triazine) (1,2,4-triazine)
NN N
H
❖ 取代的呋喃环可由1,4-二酮在酸催化或脱水剂（如P2O5）存在 下脱水合环而成。取代的吡咯和噻吩环可分别由1,4-二酮与氨 （或胺）和硫化物缩合而成
ZnCl2 Me
Me (NH4)2CO3
Me O Me Ac2O
OO
100oC 81-86%
Me
N H
Me
2, 5-二甲基呋喃
2, 5-二甲基吡咯
进攻4-位
H Nu _ N
Nu H _
N
_ N
_ N
Nu
Nu
_
H
NH
特别稳定的八隅体
H
_
H
Nu
Nu
N
Nu H
_ N
特别稳定的八隅体
Nu H _
N
❖ 吡啶环本身不易被氧化，烷基吡啶可氧化成吡啶甲酸
Me KMnO4
N
CO2H
86% N
合成4-取代吡啶的简便方法。
H2O2/HOAc 65oC, 95%
N
CO2H
CH3O2C
O
血红素
叶绿素a
14.2.3 咪唑、噻唑和噁唑
❖ 咪唑、噻唑和噁唑是常见的含两个杂原子的五元杂环
+ (CH3)3NH
+
+
+
NH
NH
NH
O
S
N H
pKa
10
1.3
2.4
7.0
氮原子有一个sp2杂化轨道被两个电子占据，未参与 成键，可结合质子，所以具有碱性。但这对电子s成
分较多，靠近核，故碱性比一般的胺弱
N
根据IUPAC推荐的通用名，以中文译音的方法来命名，即按英 文名称译音，选用同音汉字，并以“口”字旁表示为杂环化合 物。目前，我国主要采用音译法。
4
3
5 O2
1
4
3
5
2
S
1
呋喃(funan) 噻吩(thiophene)
4
3
5
2
N
H
1
吡咯(pyrrole)
4
N3
5 N2 H
1
咪唑(imidazole)
❖ 有些杂环化合物具有一定芳香性，它们在性质上与一般的醚、 胺有较大的区别。这些化合物是平面形的，π电子数符合4n+2 规则，所以称为芳杂环化合物。
O
O
14.1 杂环化合物的分类与命名
❖ 根据环的大小，可将杂环化合物分为三元、四元、五元、六元 和七元杂环等类型。
❖ 杂环化合物还有单环和稠环之分，稠杂环是由苯环（或单杂环） 与一个（或多个）单杂环稠合而成的。
1,3,5-三嗪 (1,3,5-triazine)
稠杂环化合物
O
苯并呋喃
S
苯并噻吩
N H
吲哚
(benzofuran) (benzoimidazole)
(thionaphthene)
N N H
苯并咪唑 (indole)
N N
N H
苯并三唑
N S
苯并噻唑
N O
苯并噁唑
6
7
1N
5N
8
2
N
3
4
N H
9
嘌呤
❖ 呋喃、噻吩和吡咯都能发生亲电取代反应 :硝化、卤化、磺化
和Friedel-Crafts反应。
❖ 亲电取代反应时，比苯活泼，反应活性与苯酚、苯胺相似。它 们的活性次序是：吡咯>呋喃>噻吩>苯
Cl2, CH2Cl2
O
O Cl
64%
❖ 然而，由于高度的活泼性和对无机强酸的敏感性，呋喃、吡咯 的亲电取代反应通常需要在比较温和的条件下进行
Me EtO
N +
O
CO2Et 110oC
EtO2C
CO2Et
CO2Et OEt H+ EtO2C
O N Me
CO2Et OH
N Me
❖ 咪唑、噻唑和噁唑环的制备方法之一是用链中带有杂原子的 1,4-二羰基化合物在适当条件下环化得到
O
O
C6H5CNHCH2CC6H5
H2SO4
C6H5
N O C6H5
CONH2
N
Me
90%
N
N
14.3.2 嘧啶
❖ 嘧啶的熔点为22oC，沸点124oC，易溶于水和醇，与吡啶相似， 具有弱的碱性。由于在1,3-位有两个氮，它比吡啶更难发生亲 电取代反应，但它的盐可发生卤化反应
N
Br2
Br
+ N H
_ Cl
160oC
N
66% N
❖ 当嘧啶环上有给电子的活化基团（如NH2，OH等）时，亲电 取代较容易进行
个π电子的共扼体系，符合休克尔（Hückel）规则，所以三个 杂环化合物均具有芳香性。 ❖ 芳香性按苯、噻吩、吡咯、呋喃的次序递减。
O
呋喃
S
NH
噻吩 吡咯
❖ 呋喃、噻吩和吡咯环上的氢受π电子环流的影响，它们的NMR 信号都出现在低场7ppm左右，与苯相似，这是芳香性的一个 重要标志。由于杂原子的吸电子诱导效应，α-H的化学位移较 β-H大。
(benzotriazole) (benzothiazole) (benzoxazole) (purine)
5 6 7
8
4 3
2
N
1
5 6 7
8
4 3
N2
1
5 6 7
8
4
N3 N2
1
喹啉(quinoline) 异喹啉(isoquinoline) 酞嗪(phthalazine)
❖ 环上有取代基时，以杂环为母体将杂环上的原子编号，一般从 杂原子编起，用阿拉伯数字表示顺序。对于含一个杂原子的杂 环，也可将杂原子旁的碳原子依次用α、β、γ表示。含有多个 杂原子时，应使杂原子所处位次的数字最小，并按氧、硫、氮 的次序编号
N NH2 90%
❖ 进攻3（或5）位要比2（或6）位及4位形成的中间体稳定
进攻2-或6-位
+ E
NH
E+ 进攻3-或5-位 N
H
E + N
EH
进攻4-位
+
N
+ E
NH
H E + N
E + NH
不稳定极限结构
+H E
N
EH
+ N
不稳定极限结构
EH +
N
❖ 吡啶虽然不易进行亲电取代，但由于氮的吸电子作用使环上的 电子云密度降低，有利于亲核取代。与硝基苯类似，吡啶的 2,4,6位上的卤素很容易被亲核试剂取代
KNO3, H2SO4 Fe, 300oC
NO2 22%NSO3H2%SO3, H2SO4
N
HgSO4, 230oC
N
71%
Br
Br2, H2SO4
SO3
N
86%
❖ 吡啶环上若有活化基团，反应则较容易进行
KNO3, 发烟H2SO4
Me N Me
100oC
NO2 Me N Me
81%
Br2, AcOH, 20oC Br N NH2
4
3
5
N2
N
H
1
吡唑(pyrazole)
4
N3
4
5
2
5
S
1
噻唑(thiazole)
N3
2
O
1
噁唑(oxazole)
4
N3
5
N2
N
H
1
1,2,3-三氮唑
(1,2,3-triazole)
4N
3
5
N2
N
H
1
1,2,4-三氮唑
(1,2,4-triazole)