一般按环的大小分成五元环和六元环两大类。
根据有无芳香性，可将杂环化合物分为非 芳香性杂环和芳香性杂环。 非芳香性杂环化合物具有与相应脂肪族化 合物相类似的性质。例如：
O O O O O
O
,
,
,
NH O
杂环化合物不包括极易开环的含杂原子的 环状化合物。
碳环母核
重要的杂环
N
O
单杂环
五元杂环
S
六元杂环
呋喃(
O:2s2 2p
4
O
)：
p 轨道
p轨道
sp 2杂化 s轨道 p 轨道 sp 2轨道
sp 2杂化轨道
O
噻吩(
S )具有与呋喃相似的结构。
17.2.1 呋喃、噻吩、吡咯和吡啶的结构
吡咯(
N:2s 2p
2
N-H
3
)：
p 轨道 sp 2杂化
N
p轨道
H
s轨道
p 轨道
sp 2轨道
总结：
呋喃、噻吩和吡咯组成环的五个原子都位于同一平面上，四个碳原子和一个 杂原子都为sp2杂化状态，彼此以σ 键相连接；每个碳原子还有一个电子在p轨道 上，杂原子的未共用电子对也是在p轨道上，这五个p轨道垂直于环所在的平面并 相互重叠形成环闭共轭体系。这个共轭体系是由五个原子上的六个p电子组成的， 其p电子数符合休克尔4n＋2规则。因此具有芳香性。
卤 磺 硝
代 化 化
卤
代
呋喃、噻吩和吡咯的卤代反应都比苯容易。
+
O
Br2
二噁烷 0℃ O
+
Br
HBr
S
+ Br2
CH3 COOH 室温
I
S
I
Br
+ HBr
N H
+
4 I2+ 4 NaOH
I
N H
I
+ 4 NaI + 4 H2O
磺
化
呋喃、吡咯必须用吡啶的三氧化硫加合物作为 磺化剂，噻吩可直接用硫酸磺化。
N N H 咪唑 imidazole N 吲哚 indole
环上有取代基的杂环化合物，命名时以杂环为 母体，从杂原子开始将环上的原子编号。当环上含 有两个或两个以上相同杂原子时，应使杂原子所在 位次的数字最小。当环上的杂原子不同时，按O、S、 N的次序编号。
4 5 O 1 3 2 H3 C CHO 5 4 4 N3 3 N 5 2 HC 2 3 S N1 1 H 5－甲基噻唑
17.2 几个重要环系的结构与性质
17.3 生物碱
17.1 杂环化合物的分类和命名
杂环化合物是指组成环的原子中含有除碳以外
的原子(杂原子——常见的是N、O、S等)的环状化
合物。 杂环化合物的成环规律和碳环一样，最稳定和 最常见的也是五元环和六元环。有的环只有一个杂 原子，有的环含有多个或多种杂原子。杂环化合物
17 杂环化合物
（Heterocyclic Compounds）
基本内容和重点要求
杂环化合物的分类和命名； 杂环化合物的结构和芳香性； 杂环化合物的化学性质； 生物碱
重点要求掌握芳香性；五元、六元杂环化合物 的化学性质，杂环化合物的亲电取代反应的活性及 规律；酸碱性规律。
17 杂环化合物
17.1 杂环化合物的分类和命名
N O SO3 O SO3H
N N H
SO3 N H SO3H
H2SO4 S 30℃ S SO3H
吡啶与硝基苯相似，亲电取代比苯困难， 并且主要发生在β位上，反应条件要求较高。
+ Br2
300 C Ò Ô É Ï
¡
¡¡
Br N
N N N
å ´ ú ß Á à ¤ b-ä
+ H2SO4 + » ì Ë á
. . .
. .ห้องสมุดไป่ตู้
.
N
..
未共用电子对占据 sp2杂化轨道，与 环共平面，不能参 与环系的共轭
吡啶的结构
吡啶和吡咯的结构比较
孤对电子在 p轨道上
孤对电子在sp2 杂化轨道上
17.2.2 呋喃、噻吩和吡咯和吡啶的性质
呋喃是无色液体，沸点32℃，具有类似氯仿的气味， 微溶于水，易溶于乙醇、 乙醚等有机溶剂。呋喃能使 盐酸浸过的松木片显绿色,此现象可检验呋喃的存在。 噻吩与苯共存于煤焦油中， 噻吩是无色而有特殊 气味的液体，沸点84℃。噻吩和靛红(吲哚满二酮)在 硫酸作用下呈蓝色，此现象可检验噻吩的存在。 吡咯存在于煤焦油和骨焦油中，是无色液体,沸点 131℃，有弱的苯胺的气味。其蒸气遇盐酸浸湿的松木 片则呈红色，可检验吡咯的存在。
¡ 350 C ¡ 300 C
24h
SO3H N NO2 N
b- ß Á à ¤» Ç Ë á
b- Ï õ » ù ß Á à ¤ ¨² £ ú Â Ê º Ü µ Í £ ¼ 6£ ¥ £ © ¬Ô
亲电取代反应活性同上。
(2)对氧化剂、酸及碱的稳定性
呋喃和吡咯对氧化剂不稳定，特别是呋喃可被氧化成树脂状物，但噻吩 对氧化剂比较稳定。 三种杂环化合物对碱是稳定的，但对酸的稳定性则不同，噻吩对酸较稳 定，吡咯与呋喃对酸很不稳定。
17.2.2 呋喃、噻吩和吡咯和吡啶的性质
(1)环上的亲电取代反应
(2)对氧化剂、酸及碱的稳定性
(3)还原反应
(4)吡咯和吡啶的酸碱性
(1)
亲电取代反应
呋喃、噻吩和吡咯 环中的杂原子上的 未共用电子对参与 了环的共轭体系， 使环上的电子云密 度增加，故它们都 比苯容易发生亲电 取代反应，取代通 常发生在α位上。
呋喃、噻吩和吡咯的原子轨道示意图：
. .. O .. .. S .. . . . . . . .
.
..
O
..
.
..
S
..
.
..
N H
.
..
N H
芳香性大小： 苯>噻吩>吡咯>呋喃
呋喃、噻吩和吡咯的结构
N ..
吡啶中氮原子采取不等性sp2杂化：
p N sp 2 p 结果是： sp 2 N
p轨道与环平面垂 直，相互重叠形 成六个原子在内 的闭合共轭体系
吡啶比苯稳定，不易被氧化，一般都是侧链被氧 化，而杂环不被破坏，结果生成吡啶甲酸。
(3)
还原
2－呋喃甲醛
4－甲基咪唑
β' α' H3 C O
β α CH3
CH3 γ β N α
α， α' - 二甲基呋喃 ,?
γ－甲基吡啶 －
17.2 几种重要环系的结构与性质
17.2.1 呋喃、噻吩、吡咯和吡啶的结
构
17.2.2 呋喃、噻吩和吡咯和吡啶的性 质
17.2.1 呋喃、噻吩、吡咯和吡啶的结构
N
N
N
碳环母核
N
稠杂环
N H
O
N
杂环化合物一般采用音译法命名，根据化合 物的英文读音，选用同音汉字，并以“口”字旁表 示杂环化合物。
N N H 吡咯 吡啶 噻吩 呋喃 Furan thiophene pyrrole pyridine
O
S
N N 喹啉 puinoline S 噻唑 thiazole