溶解1份吡咯、呋喃及噻吩，分别需要17、 35、700份的水。 当五元杂环上连有羟基时，溶解度增大。
如： O
H3C O OH
S
S
OH
(1:35)
(1:20)
(1:700)
(1:16)
3. 杂环化合物的化学性质 (1)、亲电取代反 应
N H O S
HNO3
I2 NaOH
吡咯、呋喃、噻吩 α位取代
I
第四节 稠杂环化合物
稠杂环化合物是指苯环与杂环稠合或杂环与杂环稠合在一起的化 合物。常见的有喹啉、吲哚和嘌呤。
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3 2 d ★ c
N
a b
N
1
N
★ b 2 a 3
N1
S
N
吡啶并[2,3-d]嘧啶
咪唑并[2,1-b] 噻唑
第二节
五元杂环化合物
五元杂环化合物包括含有1个杂原子的五元杂 环和含2个杂原子的五元杂环。 一、含1个杂原子的五元杂环化合物 1.结构
4 5 1N 3 2
4 5 3 2 4 5 3 2
OH
2．亲电取代反应
Cl2, AlCl 3 100 ℃ Br2, 浮石催化 300 ℃ 气相
Cl
3 氯吡啶
N
Br
3 溴吡啶
N
NO2
N
浓 H2SO4 HgSO4 催化， ℃ 220 混酸 300 ℃
3 硝基吡啶
N
SO3H
吡啶 3 磺酸
N
3．氧化还原反应
（1）氧化反应
COOH N β 吡啶甲酸（烟酸） HNO 3 N COOH N α 吡啶甲酸
由于吡啶环的N上在环外有一孤对电子，故吡啶环上的电荷分布不均。
γ 0.87 β 1.01 α 0.84 N
1.43
电荷分布
N > β > α >γ
亲电取代 β 位 亲核取代 α ， γ 位
（三）吡啶的性质 1．碱性与成盐
吡啶的环外有一对未作用的孤对电子，具有碱性，易接受亲电试 剂而成盐。 吡啶的碱性小于氨大于苯胺。
CH 3CH 2OH 1 × 10-18
几种含N化合物碱性强弱 六氢吡啶 > 四氢吡咯 > 氨 > 吡啶 > 苯胺 > 吡咯
N H
>
N H
>
NH3
>
N
>
NH2
>
N H
(4)、显色反应
呋喃遇盐酸浸过的松木片显绿色，此现象可用于 检验呋喃及其低级衍生物。 吡咯蒸气遇浓盐酸浸过的松木片显红色，可用于 鉴别吡咯及其低级衍生物。
为青霉素 G 为青霉素 V 常用青霉素
R = CH CH CH 2 S CH 3 为青霉素 O
维生素B1（VB1）
NH 3Cl N CH 3 N Cl CH 3 S 噻唑环 CH 2CH 2OH 对糖类的新陈代谢有 显著的影响，人体缺 乏时可以引起脚气病
CH 2 N
第三节
4 5 6 3 2
六元杂环化合物
生物碱分子中大多含有含N杂环，是 一类重要的天然有机化合物。本章重点讨 论杂环化合物。
第一节 杂环化合物的分类和命名 一、杂环化合物的分类
杂环母环结构为基础进行分类的。 根据分子中含有环的数目可分：单杂环和稠杂环 单杂环：五元和六元杂环化合物； 稠杂环：苯稠杂环和杂环稠杂环化合物。 此外还可以根据所含杂原子的种类和数目进一步 细分。
在这些五元杂环中，因为5个p轨道上分布着 6个电子，所以杂环上碳原子的电子云密度比苯 环上碳原子的电子云密度高，因此这类杂环是多 电子共轭体系，比苯更容易发生亲电取代反应。 2. 吡咯、呋喃和噻吩的水溶性 水溶性：吡咯、呋喃和噻吩不易溶于水，而易 溶于有机溶剂。
（∵五元杂环中共轭效应存在，杂原子上的电子云密 度降低，∴较难与水形成氢键）
4 5
3 2
γ β α β α
O
1
N
2．含2个相同杂原子的杂环
使杂原子位次之和为最小。如果其中1个杂 原子上连有氢，应从连有氢的杂原子开始编号。 例如： 4
5 6
N3 N
1 2
4
N3
2
5 1N
H
嘧啶
咪唑
3．含2个不同杂原子的杂环 按O、S、N先后顺序编号，同时也应使 杂原子的位次之和最小。 例如： 4 N 3 N3 4
I
吡啶 β位取代
I N I H O S NO 2
亲电取代反应活性
CH3COONO 2 -5 30 0 C ~ H2SO4
SO 3H
NO2
N
H2SO4 370 0 C
N
吡咯 > 呋喃 > 噻吩 > 苯 > 吡啶
卤代反应
不需要催化剂，要在较低温度进行。
硝化反应 不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯 (CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行。 磺化反应 呋喃、吡咯不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺 化试剂——吡啶三氧化硫的络合物，噻吩可直接用浓硫酸 磺化。
吡啶为有特殊臭味的无色液体，沸点115.5℃，相对密度 0.982，可与水、乙醇、乙醚等任意混和。
（二）吡啶的结构
C_ sp2 N_ sp2 成环原子 共平面
N H N 上的孤电子对在 P 轨道上，参与 环内共轭，为富 电子芳环。
N
N
Π
6 6
体系
N 上的孤电子对在 sp2 轨道上，在环外 未参与环内共轭。
3．稠杂环母环的命名方法为：附加环名称 ＋并＋[稠合边的位置]＋基本环的名称。
稠合边的位置的表示方法为：附加环稠合边的阿拉 伯数字写在前，表示基本环稠合边的英文字母写在后， 中间用一短横线相连。阿拉伯数字的排列顺序，以表示 基本环各边的英文字母顺序为准，顺序相同时数字由小 到大排列，相反时则数字由大到小排列。 例如：
OH N HO N HO N N OH CH 3 HO N N NH 2
尿嘧啶 ( U )
胸腺嘧啶 ( T )
胞嘧啶 ( C )
嘧啶的性质
• 1、与吡啶相比亲电取代反应更难发生,而亲核取代反应易 发生。 • 2、难氧化。 • 3、嘧啶的2,4,6位分别处于两个N原子的邻对位,受双重吸 电子的影响,电子云密度最低,易发生亲核取代。 • 4、 5位是间位,电子云密度最大,是唯一可发生亲电取代的 位置。 • 5、嘧啶或烷基取代嘧啶其硝化.磺化很难进行,但可发生卤 代反应，当嘧啶环上连有强活化基团如OH. NH2等时,则硝 化,磺化,重氮偶合等亲电反应可以进行.
CH 3 N
KMnO 4 / H
（2）还原反应 吡啶比苯易还原，用钠加乙醇、催化加氢均使吡啶还原为六氢 吡啶（即胡椒啶或哌啶）。哌啶的碱性比吡啶强. 4．亲核取代
NaNH 2 N 二甲苯胺中回流 N NHNa H2O N NH 2
二、嘧啶及其衍生物
N N
嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很广，脲嘧啶、 胞嘧啶、胸腺嘧啶是遗传物质核酸的重要组成部分，微生素B1也含 有嘧啶环。合成药物的磺胺嘧啶也含这种结构。
CH 3NH 2 pKb 3.38
NH 3 4.76 N 8.80 9.42
NH 2
吡啶易与酸和活泼的卤代物成盐。
+ HCl N + SO3 CH2Cl2 室温 N HCl NH3 N 此反应常用于 在反应中吸收 生成的气态酸
N
N SO3 (90%) 吡啶三氧化硫络合物 是常用的缓和磺化剂
R RI N N RI 300 ℃ N I R + N I OH N R N 制取烷基吡啶的一种方法 R
（2）歧化反应
CHO 浓碱 O COOH + O CH2OH
O
（3）羟醛缩合反应
O
CHO + CH3CHO
稀碱 O
CH=CHCHO
3．糠醛的用途
糠醛是良好的溶剂，常用作精练石油的溶剂，以溶解含硫物质及 环烷烃等。可用于精制松香，脱出色素，溶解硝酸纤维素等。糠醛 广泛用于油漆及树脂工业。
（二）吡咯的重要衍生物
(2)．加氢反应
H2, Ni or Pd O H2, Ni or Pd N H H2, Ni S 四氢吡咯 N H 不能用 P d 催化 因噻吩能 P d 使中毒 O 四氢呋喃 ( T HF )
S
(3)．呋喃、吡咯的特性反应
呋喃反应
O O O + O O 30 ℃ O O 外式 + O 内式 (90%) O O O O
5 2 5 2
S
1
O
1
噻唑
恶唑
4．有些稠杂环母环有特定的编号。 例如： 9 1 8 6
1N 2 5
N7
9
7 6 5
2
N
3
4
N H
8
N
10
3 4
嘌呤
吖啶
（三）取代杂环化合物的命名 选杂环为母体，将取代基的位次、数 目及名称写在杂环母环名称前。 例如：
NH2
N
H3C
O
CH3
N
N
OC2H5
2,5-二甲基呋喃 (α,α/-二甲基呋喃)
HO CH OH CH OH OH 呋喃甲醛 稀 H2SO 4 CHO
(C5H8O4)n 多聚戊糖
3~5%H2SO4 水蒸气
CH 2 CH CHO 戊糖
2．糠醛的性质
同无α-H的醛的一般性质。
（1）氧化还原反应
CuO, Cr2O3 150 ℃, 10MPa O CHO KMnO4 弱碱性 O V2O5 - MoO O2, 320 ℃, O O O + CO2 + H2O COOH O CH 2OH
1．噻唑 噻唑是含一个硫原子和一个氮原子的五元杂环，无色，有吡啶臭味 的液体，沸点117℃，与水互溶，有弱碱性，是稳定的化合物。 一些重要的天然产物及合成药物含有噻唑结构，如青霉素、维生素 B1等。 青霉素 HOOC N C O