理学杂环化合物

构成环的原子除碳原子外还有O、S、N、P等杂原子的一类环状化合物称为杂环化合物。90%以上药物和60%以上的有机化合物为杂环化合物；杂环化合物在现实生活中的地位极其重要：正是由于其存在，自然万物才有了勃勃生机。碳水化合物（它为生命提供能量）；叶绿素（它为植物提供绿色）；血红素(它赋予血液以鲜红的颜色)都是杂环化合物。

核酸中的杂环（嘧啶和嘌呤）部分对DNA的复制起着至关重要的作用并使生命得以代代相传。

杂环化合物通常是酶和辅酶中催化生化反应的活性部位。叶绿素a(R=CH3)

叶绿素b(R=CHO)

1993年被发现的一种高效抗癌物质(一)杂环化合物的分类和命名（1）非芳香性杂环四氢呋喃1,4-二氧六环四氢吡咯六氢吡啶1-氧-4-氮杂环己烷(吗啡啉)奎宁环

杂环可简单地分为非芳香杂环和芳香杂环两大类。（2）芳香性杂环

最常见和最稳定的芳杂环分为五元杂环和六元杂环两大类。每一类又依杂原子种类、数目、单环或稠环等再分类。（A）分类（B）命名（a）母体化合物

采用英文名称的音译，一般在同音汉字的左边加一“口”旁。单环芳香性五元杂环化合物：呋喃Furan

噻吩Thiophene

吡咯Pyrrole

吡唑Pyrazole

咪唑Idmiazole

噁唑Oxazole

噻唑Thiazole

稠环芳香性五元杂环化合物：

苯并呋喃Benzofuran苯并噻吩Thionaphene吲哚（苯并吡咯）

Indole

苯并噁唑Benzoxazole苯并噻唑Benzothiazole

苯并咪唑Benzoimidazole

吡啶Pyridine

喹啉Quinoline

异喹啉Isoquinoline

哒嗪Pyridazine

嘧啶Pyrimidine

吡嗪Pyrazine芳香性六元杂环化合物：（b）定编号

一般从杂原子编起，含多个杂原子时按O，S，N的次序编号。4-甲基-2，3，-二溴呋喃5-甲基噻唑只含一个杂原子的杂环，可把靠近杂原子的位置叫做α为，其次为β位。（二）五元杂环化合物（1）呋喃、吡咯和噻吩的结构（A）符合Huckel规则具有芳香性

每个碳原子的p轨道有一个电子，杂原子的p轨道有二个电子。这五个p轨道都垂直于分子所在平面，侧面相互交盖，形成（4n+2）π电子共轭体系。构成环的原子都是sp2杂化，五个原子在同一平面内。符合Huckel规则：键长：有平均化的倾向（见教材p469表18-3）。环上质子受离域电子环流去屏蔽效应影响出现在低场。具有芳香性易发生亲电取代反应。有较高的离域能，具特殊的稳定性。δ6.24δ7.29δ6.99δ7.18δ6.22δ6.68（B）芳香性的比较离域能（kJ/mol）

呋喃、吡咯和噻吩都是典型的芳香体系，π电子离域，具有离域能。但由于杂原子不同，离域能不同。6788117芳香性：150.5＜＜＜原因？

氧原子电负性大，其未公用电子对参加体系离域程度小。电负性：ONS

3.53.02.5（2）五元杂芳化合物的化学性质结构与性质

呋喃、吡咯和噻吩具有芳香性,容易进行亲电取代反应.特点:①它们的亲电取代反应都比苯活泼(吡咯>呋喃>噻吩>苯)，其活泼性同苯酚、苯胺相似。

由于它们的高度活泼性以及呋喃和吡咯对于无机强酸的敏感性，其亲电取代反应需要比较温和的条件。②亲电取代在α位中间体稳定（A）呋喃亲电取代反应：制造尼龙66的原料催化加氢：加成反应：

呋喃的芳香性比较弱,除进行亲电取代反应外;还容易Diels-Alder反应进行和亲电加成。≡1，4加成（B）噻吩亲电加成极弱（C）吡咯碱性因为氮原子上未公用电子对参与了共轭体系。亲电取代四氢吡咯，吡咯烷，具脂肪族仲胺的性质氧化还原（D）糠醛（α-呋喃甲醛）制备：戊聚糖性质：戊醛糖糠醛（3）一些具有生理活性五元杂环化合物呋喃唑酮（痢特灵）呋喃丙胺（抗血吸虫药）卟吩胆色素原:通过生物体内特定酶的作用可转变成卟啉、叶绿素和维生素B12等重要生物活性物质.3-吲哚乙酸(植物生长促进剂)长春碱(R=CH3);长春新碱(R=CHO);抗癌药维生素B1

青霉素G(三）六元杂环化合物（1）吡啶

吡啶是一种典型芳香性杂环化合物，具有和苯非常相似的骨架结构和π电子结构。（A）结构吡啶电子结构与吡咯不同：成环的六个电子在同一平面内，键角120°，键长趋于平均化。具有偶极矩，说明电子分布不均匀。（B）化学性质

吡啶氮原子上的未共用电子对不参与π-体系，这对电子可与质子结合，因此吡啶的碱性较吡咯强，也比苯胺略强。（a）碱性碱性比较：＞＞＞＞pKb3.364.768.89.313.6反应：（b）亲电取代反应

由于氮原子的吸电子诱导效应，吡啶环上的电子云密度较低，其亲电取代反应与硝基苯类似，一般需要强烈条件。主要发生在β-位.活性：位置：N有较大电负性，6电子N不稳定。不反应

烟酰胺(维生素pp)维生素B6

异烟酰肼（雷米封）

抗结核药烟酰二乙胺（可拉明）中枢神经兴奋药常见吡啶衍生物