雜環化合物定義雜環化合物是分子中含有雜環結構的有機化合物。構成環的原子除碳原子外,還至少含有一個雜原子。是數目最龐大的一類有機化合物。最常見的雜原子是氮原子、硫原子、氧原子。可分為脂雜環、芳雜環兩大類。雜環化合物普遍存在于藥物分子的結構之中。
基本介紹
在有機化學中,將非碳原子統稱為雜原子(hetero-atom),最常見的雜原子是氮原子、硫原子和氧原子。環上含有雜原子的有機物稱為雜環化合物(heterocycle compound)。它們是數目最龐大的一類有機物。
命名方法
雜環化合物常以俗名命名,較少用系統命名。系統命名是指以相應的碳環為母體而命名。例如,含兩個不飽和鍵的環戊二烯稱為茂,與之相應的一種雜環化合物,例如吡咯,可以看成是由"NH"取代了茂中的"CH2"而成 ,稱為氮(雜)茂。依此類推,吡啶稱為氮(雜)苯,喹啉稱為氮(雜)萘等,但一般仍習慣于用俗名命名。
雜環化合物的中文名稱是以口字旁標明其為雜環,另半部分表明雜原子的種類。例如,以喃、噻分別表示為含氧、硫的雜環;以咯、唑、嗪、啶、啉表示為含氮的雜環,這些字是根據英文字的尾音創造的,其中咯、唑表示為五元含氮雜環,其余的指六元含氮雜環。雜原子超過一個者分別以二、三等字表示相同雜原子的數目,例如:二唑,表示該雜環化合物為含有一個氧和兩個氮雜原子的五元雜環。在環中不同的原子可有不同的排列方式,命名時各原子的位置編號遵循下列原則:
①只含一個雜原子或一個以上相同雜原子的雜環,雜原子編最小號;
②含兩個不同雜原子時,不同雜原子的編號順序為氧、硫、氮,例如 1,2,3-?二唑,氧在第一位,兩個氮原子分別在第二和第三位 ,其余為碳原子的五元雜環化合物。
分類方法
按碳原子數
最常見的雜環化合物是五元和六元雜環及苯并雜環化合物等。[1] 五元雜環化合物有:呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑等。六元雜環化合物有:吡啶、吡嗪、嘧啶、噠嗪等。稠環雜環化合物有:吲哚、喹啉、蝶啶、吖啶等。雜環化合物中,最小的雜環為三元環,最常見的是五、六元環,其次是七元環。雜環的成環規律和碳環一樣,最穩定、最常見的雜環也是五元或六元的。
按芳香特征
雜環化合物可分為脂雜環和芳雜環兩大類。沒有芳香特征的雜環化合物稱為脂雜環化合物,一些脂雜環化合物如下:
一些脂雜環化合物
具有芳香特征的雜環化合物稱為芳雜環化合物,平時也簡稱雜環化合物。 芳雜環化合物可以分為單雜環和稠環(fused heterocycle)兩大類,稠雜環是由苯環與單雜環或兩個或多個單雜環稠并而成的 ,舉例如下:
一些芳雜環化合物
分布情況
雜環化合物廣泛存在于自然界,與生物學有關的重要化合物多數為雜環化合物,例如核酸、某些維生素、抗生素、激素、色素和生物堿等。此外,還合成了多種多樣具有各種性能的雜環化合物 ,其中有些可作藥物、殺蟲劑、除草劑、染料、塑料等。當然還有其他的。
化學性質
五元雜環化合物
對于親電取代反應來說,雜原子都分別使環上碳原子的電子云密度升高并使環活化,他們都比苯活潑,其活潑性同苯酚、苯胺相似。它們都可以進行通常的親電取代反應,如硝化、磺化、鹵化和Friedel-Crafts反應。由于它們的高度活潑性以及呋喃和吡咯對于無機強酸的敏感性,其親電取代反應需要比較溫和的條件。例如,呋喃和吡咯進行磺化時要用吡啶-三氧化硫加成物;如用硫酸,環將被打開。
六元雜環化合物
與吡咯不同,吡啶氮原子上的未共用電子對不參與大π體系,可與質子結合。因此吡啶的堿性比吡咯和苯胺強。由于氮的電負性比碳大,吡啶環上的電子云密度較低,且α位的電子云密度比β位低。因此,吡啶與硝基苯類似,一般要在強烈條件下才能發生親電取代反應,且主要在β位。
嘧啶的親電取代反應比吡啶困難,其親核取代反應則比吡啶容易。
稠雜環化合物
是指苯環與雜環稠合或雜環與雜環稠合在一起的化合物。常見的有喹啉、吲哚和嘌呤。