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芳香杂环化合物

环状有机化合物，成环的原子除碳原子外，还含有其它原子的化合物称为杂环化合物。除碳以外的

其它原子叫杂原子。常见的杂原子有氮、氧、硫。

本章将要讨论的杂环化合物一般比较稳定，不容易开环，具备不同程度的芳香性，常被称为芳香杂

环化合物。

第一节芳香杂环化合物的分类与命名

杂环化合物按含杂原子数目可分为含一个、两个或多个杂原子的杂环，按环的形式又可分为单环和

稠环两类，单环又可按环的大小分为五元杂环和六元杂环。

杂环化合物的命名比较复杂，我国目前主要采用音译法，即按照英文名称的音译，选用同音汉字，

再加上“口”字旁表示杂环名称。当杂环有取代基时，以杂环为母体，对环上的原子编号。编号的原

则是：从杂原子开始，依次为1，2，3，……，或从杂原子旁的碳原子开始，依次用α，β，

γ，……编号，取代基的名称及在环上的位次写在杂环母体名称前。

当环上有两个或两个相同的杂原子时，尽可能使杂原子编号最小，如环上不止一个杂原子时，则按

O，S，N顺序依次编号，如果其中的一个杂原子上连有氢，应从连有氢的杂原子开始编号。

稠杂环的编号，一般和稠环芳烃相同，但有少数稠杂环另有一套编号顺序，如异喹啉、吖啶、嘌

呤。

第二节芳香六元杂环

一、吡啶的结构

吡啶可看作是苯分子中的CH被氮原子取代所得到的化合物，环上的六个原子都在一个平面上，结

构与苯相似，也符合Hückel规则，具有芳香性，但吡啶环上电子云密度不像苯那样均匀分布。

二、吡啶的性质

（一）水溶性

吡啶氮原子上的一对未共用电子能与水形成氢键，吡啶能与水互溶。

（二）碱性

吡啶是一个弱碱，碱性较苯胺强，比氨和脂肪胺弱，容易和无机酸生成盐。

（三）亲电取代与亲核取代反应

吡啶环上亲电取代反应要比苯难得多，与硝基苯相似，亲电取代反应主要进入β位。

吡啶环比苯易进行亲核取代反应，主要生成α-位取代产物。当α-位上有易离去基团（如Cl，Br）

时，较弱的亲核试剂（如NH，HO等）就能发生亲核取代反应。

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（四）吡啶类化合物侧链氧化反应

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吡啶环对氧化剂较苯环更为稳定。当环上连有烷基侧链时，侧链可被氧化成羧酸。吡啶较苯易被还

原，用金属钠和乙醇或催化氢化，都可使吡啶还原成六氢吡啶。

三、嘧啶及其衍生物

嘧啶是含有两个氮原子的六元杂环，环上电子云密度比吡啶还低，亲电取代反应更困难，具有弱碱

性。

嘧啶衍生物可以酮式和烯醇式互变异构存在。

第三节芳香五元杂环

第四节一、吡咯、呋喃和噻吩的结构

吡咯、呋喃和噻吩都是一个平面的五元环结构，电子数为六，符合Hückel的4n+2规则，具有

芳香性。但杂环上的电子云密度不像苯那样均匀，稳定性比苯小。它们都比苯活泼，容易进行

亲电取代反应。

二、吡咯、呋喃和噻吩的性质

（一）吡咯的酸碱性

吡咯是一个环状二级胺，因氮上的未共用电子对参与了环上的共轭体系，碱性极弱，表现出弱酸

性。

吡咯在无水条件下可以与固体氢氧化钾加热生成钾盐。

（二）亲电取代反应

亲电取代反应是吡咯、呋喃和噻吩的典型反应。由于它们环上的电子云密度比苯大，因此亲电取代

反应比苯容易发生。它们的亲电取代反应发生在α位。

三、吡咯衍生物

吡咯衍生物在自然界分布很广，植物中的叶绿素和动物中的血红素都是吡咯衍生物。

血红素的基本骨架称为卟吩，它是由4个吡咯环通过4个次甲基在吡咯的α-位相连而成的大环。成环

的原子都在一个平面上，是一个交替相连而形成的共轭体系。

四、咪唑的结构与功能

咪唑可以看作是吡咯3位的CH被氮原子取代而生成的杂环化合物。有一定芳香性。咪唑的碱性比

吡咯强，水溶度也较吡咯大。

咪唑中氮原子上的氢可以转移到另一个氮原子上，因而存在着互变异构。

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咪唑环既是质子供体，又是质子接受体，在生物体内起着重要作用，它既是一个弱酸，又是一个弱

碱，在给出质子的同时又能接受一个质子，起到质子传递的作用，咪唑环是构成酶活性中心的重要

基团。

第四节稠杂环化合物

从结构上看，杂环与杂环稠合或苯环与杂环稠合而成的化合物称为稠杂环化合物。常见的稠杂环化

合物有嘌呤、吲哚、喹啉等。

嘌呤是由嘧啶环和咪唑环稠合而成，它以各种衍生物的形式存在于生物体中，并