1.按分子内所含环的数目分：
单杂环
O N
－CHO
N 咪唑
α－呋喃甲醛
稠杂环
N
N 吲哚
6
喹啉
2.按杂环的大小分
五元杂环： O
－CHO
S
噻吩
呋喃甲醛
六元杂环：
N 吡啶 N
N
哒嗪
7
3.按杂原子数目多少分
含一个杂原子
O Furan
N H Pyrrole
S Thiophene
呋喃
N O Oxazole
吡咯
4
O O O
O
环氧乙烷
O
γ-丁酸内酯
O
N H
γ-丁内酰胺
O
马来酸酐
具有相应醚、酯、酰胺、酐的性质
这些化合物中虽然含有杂原子，但不稳定 易开环，性质类似于开链化合物（脂杂环）。 习惯上认为的杂环化合物是： 定义：含有杂原子，具有芳香性或一定程度稳 定性的环状化合物叫杂环化合物（芳杂
环）。
5
二、分类
1
本章讲授提要
第一节 杂环化合物的定义、分类、和命名 第二节 单杂环化合物的结构和芳香性 第三节 五元杂环化合物 第四节 六元杂环化合物
2
概 述
杂环化合物广泛地存在于自然界，是有机 化合物中数目最庞大的一类。邢其毅先生在给 花文廷《杂环化合物》一书的序言中写到：杂 环化合物占有机化合物总数的65%，论文占有 机化学的1／3…..。 生物体内具有重要生理功能的两大色素： 血红素和叶绿素具有杂环； 对生物的生长、繁殖、遗传、变异起决定 性作用的核酸具有杂环；
16
N
· ·
五 中 心 六 电 子 （ 富 电 子 环 ）
·
· ·
·
N—H
· ·
sp2杂化轨道
吡咯
· ·· N · ·
P 轨道
吡咯的分子结构
N原子杂化轨道
· ·
·
·
O 呋喃
· ·
· ·
O · ·
呋喃的分子结构
· · ·
·
· ·
S 噻吩
S ·
· ·
符合休克 O原子杂化轨道 尔 4 n + 2 规则，故 三个杂环 · ·· 均具有芳 S · · 香性 ·
3
此外，天然和人工合成的大多数色素、 酶、染料、某些助剂，一些特殊的高分子材 料以及人类赖以生存所必须的、大量的医药、 农药也含有杂环。因而杂环化合物在发达国 家受到了化学家们的普遍重视。
第一节
杂环化合物的 定义、分类、和命名
一、定义
从广义上来讲，组成环状化合物的原子除碳 外，还有其它的原子时，这样的化合物就叫杂环 化合物。但习惯上不是如此。如：
S原子杂化轨道
17
· ·· O · · ·
体系中π 电子数： 4+2=6
噻吩的分子结构
1. 键长
分子中键长平均化，但不如苯完全平均，芳香
性较苯差，有一定的不饱和性及环不稳定性。 2. 杂原子 有一对电子共轭，有给电子性能，其作用相当
环上连有-OH，-SH，-NH2等给电子基，易在α-位发
生亲电取代反应。 3. 杂原子给电子能力： S > N > O (电负性顺序相反)
N N H Imidazole
噻吩
N S Thiazole
含多个杂原子
噁唑
O N
咪唑
N H Pyrazole N
噻唑
S N
Isoxazole
Isothiazole
异噁唑
吡唑
异噻唑
8
4.按杂原子的不同分
氧杂环：
O 呋喃 硫杂环： S O
－COOH － H 3C －CH3
O
呋喃甲酸
α，α‘－二甲基呋喃
噻吩
氮杂环：
N 吡咯
N
吡啶
9
三、命名
杂环化合物的命名现在普遍采用的方法是：
英文名称的音译 + 口字，表示环状化合物。
命名时的编号原则是： 1） 使杂原子的位次尽可能小；
2）对于只含一个杂原子的化合物，编号除用阿拉伯 数字外也可以使用希腊字母； 3）对于含有两个或两个以上杂原子的化合物，为了避免 引起混乱只能用阿拉伯数字编号，而不能用希腊字母。 4）当含有的杂原子不同时编号的顺序是
O
S
NH
N
10
含一个杂原子的五元杂环
4 5
O 1
3β 2α
4 5 1N H
3β 2α
4 5
S 1
3β 2α
呋喃(furan)
吡咯(pyrrole)
噻吩(thiophene)
唑的命名
含有两个杂原子的五元杂环，若至少有一个杂 原子是氮时，则该杂环化合物称为唑。
4 5 N H1 3 N2
5 4 N3 2
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三种杂环具有一定程度的芳香性，杂原子电负性大小：
O (3.5) ＞ N (3.0) ＞ S (2.5)
电负性 , 对外层电子吸引力 , 孤电子离域 , 故芳香性 。
所以：芳香性与稳定性: ＞ S π电子密度： 稳 定 性： 芳 香 性： 反 应 活 性： ＞ N 杂环 ＞ 苯环 杂环 ＜ 苯环 杂环 ＜ 苯环 杂环 ＞ 苯环 ＞ O
芳香性最差的呋喃表现出一定共轭二烯性质，能发生双烯加成反应（比如和顺丁 烯二酸酐加成）。
二、六元单杂环——吡啶
·
吡啶结构与苯相似： N · ·
· ·
·
·
N · ·
·
SP2 杂化
N
=2.20D
N H
=1.17D
N 1 哒嗪 (pyridazine)
N 1 嘧啶 (pyrimidine)
吡嗪 (pyrazine)
4
5 6 O 1 吡喃 (pyran)
3β 2α
5 6
O 1 α-吡喃酮 (α-pyrone)
3 2 O
5 6
O 4 3 2
=
=
O 1 γ-吡喃酮 (γ-pyrone)
12
例：
O α— 2— 呋喃甲醛
异喹啉 (isoquinoline)
6 1N 2 7 5 N 8 N 4 N 9 H 3
吲哚 (Indole)
嘌呤 (purine)
14
15
第二节单杂环化合物的结构和芳香性
一、五元单杂环
物理方法证明：呋喃、噻吩、吡咯都是平面结构，环 上所有原子都是SP2 杂化，各原子均以SP2 杂化轨道重叠形 成σ键。 碳未杂化的 P 轨道中有一个电子，杂原子的 P 轨道中 有一对电子，P 轨道互相平行重叠，形成闭合的共轭体系。
(糠醛）
β —CHO
γ 4 5 6
3β 2α
COOH
1 吡啶—3—甲酸 —吡啶甲酸
N
CH3
4 5
3 N
Br
2
4 5
N S1
2
3
N1 H
5—甲基咪唑
4—溴噻唑
13
稠杂环化合物
5 6 7 8 N 1 4 3 2
6 7 8 1 5 4 3 N2
喹啉 (quinoline)
4 5 6 7 N1 H 3 2
4 5
N S1
3 2
5
4
N3 O1 2
吡唑 (pyrazole)
N1 H 咪唑 (inidazole) 11
γ 4 5 6 3β 2α
5 6
六元杂环化合物
4 3 N2
4 5 6 N3 2
5 6
4 N N 1
3 2
N 1 吡啶 (pyridine)
γ 4