雜環(huán)化合物的命名

1、雜環(huán)化合物（hetero cyclic compounds）屬于環(huán)狀有機化合物的一種，是指由碳原子和非碳原子共同參與組成環(huán)的環(huán)狀化合物。這種參與成環(huán)的非碳原子稱為雜原子。雜原子大都屬于周期表中、三族的主族元素，最常見的是氮、氧、硫，其中以氮原子最為多見。按照這個定義，在前面一些章節(jié)中曾討論過的內(nèi)酯、交酯、環(huán)狀酸酐和內(nèi)酰胺等，也應(yīng)屬于雜環(huán)化合物。但這些化合物通常容易開環(huán)成原來的鏈狀化合物，其性質(zhì)又與相應(yīng)的鏈狀化合物相同，因此一般不把它們列入雜環(huán)化合物的范圍。有機化學(xué)中所要討論的雜環(huán)化合物，一般都比較穩(wěn)定，不容易開環(huán)，有些雜環(huán)化合物的性質(zhì)與苯、萘等相似，具有不同程度的芳香性。 雜環(huán)化合物的種類繁多

2、，數(shù)目龐大。據(jù)統(tǒng)計，在已發(fā)現(xiàn)的幾百萬種有機化合物中，雜環(huán)化合物約占總數(shù)65以上。這說明雜環(huán)化合物在有機化學(xué)的各個研究領(lǐng)域中都占有相當(dāng)重要的地位。雜環(huán)化合物廣泛地存在于自然界中，動植物體內(nèi)所含的生物堿、苷類、色素等往往都含有雜環(huán)結(jié)構(gòu)。許多藥物，包括天然藥物和人工合成藥物，例如頭孢菌素（抗生素）、羥基樹堿（抗腫瘤藥）、小檗堿（抗菌藥）等也都含有雜環(huán)。與人類生命活動及各種代謝關(guān)系非常密切的物質(zhì)核酸，其堿基部分也含有雜環(huán)。近幾十年來，在雜環(huán)化合物的理論和應(yīng)用方面的研究不斷取得重大進展，許多天然雜環(huán)化合物，包括維生素B那樣結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的雜環(huán)分子，已經(jīng)能夠用人工方法進行全合成；同時，人類也合成了許多自然界

3、不存在的雜環(huán)化合物。這些化合物作為藥物，作為超導(dǎo)材料，作為工程材料，也都具有很重要的意義。雜環(huán)化合物的分類雜環(huán)化合物的種類繁多，其常見的分類方法按所依據(jù)的原則不同，可分為按分子所含環(huán)系的多少及其連接方式分類和按分子中所含電子的狀態(tài)和數(shù)量多少分類兩種。按分子所含環(huán)系的多少及其連接方式分類根據(jù)這種方法可將雜環(huán)化合物分為以下幾類：按分子中所含電子的狀態(tài)和數(shù)量多少分類按照這種方法可將雜環(huán)化合物大致分為四類，即：（1）多-（-excessive）雜環(huán)。以苯分子為參照標(biāo)準(zhǔn)，凡是環(huán)中電子云密度大于苯，并像苯一樣有一個閉合的環(huán)狀共軛體系的雜環(huán)化合物屬于此類，如：呋喃、吡咯、噻吩等。這類雜環(huán)的主要特征是親電取代

4、反應(yīng)活性比苯高。（2）缺-（-deficient）雜環(huán)。這類雜環(huán)也同樣具有閉合的環(huán)狀共軛體系，但環(huán)中電子云密度小于苯，其親電取代反應(yīng)活性比苯低。吡啶、嘧啶等屬于此類。（3）烯型雜環(huán)。這類雜環(huán)不含有閉合的環(huán)狀共軛體系，只具有孤立的鍵或不連續(xù)的共軛鍵。-呋喃、-吡喃等屬于此類。（4）烷型雜環(huán)。這類雜環(huán)不含不飽和鍵，是完全飽和的雜環(huán)。四氫呋喃、六氫吡啶等屬于此類。此外，單雜環(huán)類還可按照環(huán)的大小分為三元雜環(huán)、四元雜環(huán)、五元雜環(huán)、六元雜環(huán)等，實際分類時，可將不同方法結(jié)合進行，一般分為五元雜環(huán)、六元雜環(huán)、稠雜環(huán)等幾類。稠雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，可以是芳環(huán)和雜環(huán)相稠合，也可以是雜環(huán)和雜環(huán)相稠合，還可能是含

5、有共用雜原子的稠雜環(huán)。雜環(huán)化合物的命名雜環(huán)化合物的命名比較復(fù)雜，其名稱應(yīng)包括基本母核名稱和環(huán)上取代基的名稱這兩部分。取代基的命名原則基本上與前面各章所介紹的相同，本章主要介紹有特定名稱的雜環(huán)母核以及無特定名稱的稠雜環(huán)母核的命名。有特定譯音名稱雜環(huán)母核的命名許多雜環(huán)化合物都有英文俗名或半俗名，這些俗名習(xí)用已久，有些已作為特定名稱為IUPAC的系統(tǒng)命名法所收載。對于此類雜環(huán)，可采用譯音命名法命名，即按照該雜環(huán)的英文特定名稱選用發(fā)音相同或相似的漢字，并在左邊加“口”字偏旁，作為其名稱。例如：這類雜環(huán)母核的編號都采用固定的方法，其一般原則如下：（1）含一個雜原子的單雜環(huán)。編號用阿拉伯?dāng)?shù)字，以雜原子為起

6、編點，同時應(yīng)使取代基所在碳原子有最低位次。有時也可用希臘字母，將雜原子鄰位編為位，其次為位，再其次為位。（2）含有多個相同雜原子的單雜環(huán)。編號應(yīng)使所有雜原子都有最低位次。如果其中一個雜原子連有氫或取代基，則應(yīng)從此雜原子開始編號，并使其他雜原子有最低位次。 一般雜環(huán)母核都含有最多的非聚積雙鍵，當(dāng)雜環(huán)上某個不飽和碳原子再額外連接氫原子（即由CH變?yōu)镃H）時，這個氫就叫“額外氫”或“指示氫”。指求氫位置不同的異構(gòu)體命名時，應(yīng)以所在位次加“H”（用斜體大寫），放在母體名稱之前。例如：（3）含有不同雜原子的單雜環(huán)編號時，一般按O、S、N的順序優(yōu)先選擇起編點，例如：（4）有特定譯音名稱的稠雜環(huán)一般按相應(yīng)芳

7、環(huán)的編號方式編號（嘌呤除外）。例如： 嘌呤不按上述原則，則按自己的習(xí)慣方式編號。這類有特定譯音名稱雜環(huán)的衍生物命名時，既可把雜環(huán)當(dāng)作母體，也可將雜環(huán)視為取代基。例如：無特定譯音名稱稠雜環(huán)化合物的命名對這類雜環(huán)化合物，可將其母核分解成兩個有特定名稱的環(huán)系，并將其中一個定為基本環(huán)，另一個定為附加環(huán)。命名時將附加環(huán)名稱放在前，基本環(huán)名稱放在后，兩環(huán)名稱間綴以方括號，方括號內(nèi)分別用阿拉伯?dāng)?shù)字和小寫英文字母表示兩環(huán)的稠合情況。現(xiàn)就其具體方法說明如下：基本環(huán)的選擇方法 稠合方式的表示方法 稠合方式的表示方法關(guān)于基本環(huán)的選擇，主要按以下幾條規(guī)則依次考慮。由雜環(huán)和芳環(huán)構(gòu)成的稠雜環(huán)，優(yōu)先選擇雜環(huán)作基本環(huán)。如還有

8、選擇時，應(yīng)優(yōu)先選擇環(huán)數(shù)較多，且有特定名稱的雜環(huán)作基本環(huán)。例如：中噻唑為基本環(huán)，苯為附加環(huán)，稱為苯并噻唑；稱為苯并異喹啉（不稱萘并吡啶）。由雜環(huán)和雜環(huán)構(gòu)成的稠雜環(huán)，環(huán)大小不同時，優(yōu)先選擇大環(huán)作基本環(huán)；環(huán)大小相同時，按N、O、S的順序優(yōu)先選擇基本環(huán)。例如：的基本環(huán)是吡喃，稱呋喃并吡喃；的基本環(huán)是呋喃，稱噻吩并呋喃。雜環(huán)中雜原子數(shù)目不同時，含雜原子數(shù)目多的環(huán)優(yōu)先；數(shù)目相同時，則含雜原子種類多的環(huán)優(yōu)先。例如：應(yīng)稱吡啶并噠嗪（雜原子數(shù)目多的優(yōu)先）；應(yīng)稱咪唑并噻唑（雜原子種類多的優(yōu)先）；但應(yīng)稱噻吩并吡咯（含氮雜環(huán)優(yōu)先）。環(huán)的大小、雜原子的數(shù)目、種類都相同時，優(yōu)先選擇稠合前雜原子編號較小的雜環(huán)為基本環(huán)。例如

9、：應(yīng)稱吡嗪并噠嗪。含有共用雜原子的稠雜環(huán)，應(yīng)視為兩環(huán)都含有該共用雜原子來進行選擇。例如：應(yīng)稱為咪唑并噻唑（含雜原子種類多的優(yōu)先）。為了將基本環(huán)與附加環(huán)的稠合方式表達清楚，應(yīng)先將兩部分各自按編號原則編號，再將基本環(huán)的每條邊按編號方向依次用a、b、c、d代表，然后將附加環(huán)稠合邊原子序號寫在前，基本環(huán)稠合邊字母寫在后，二者之間用“-”隔開，一起放到兩環(huán)系名稱之間的方括號內(nèi)。附加環(huán)稠合邊原子序號在書寫時應(yīng)與基本環(huán)字母次序的方向一致，兩者順序相同時小數(shù)字在前，大數(shù)字在后；反之則大數(shù)字在前，小數(shù)字在后。例如：該化合物兩環(huán)稠合邊編號方向相反，命名時應(yīng)使其一致，所以應(yīng)稱為咪唑并2，1-b噻唑，而不稱咪唑并1，

10、2-b噻唑。又例如前面所見到的應(yīng)稱為苯并d唑（苯環(huán)的稠合邊原子序號在此無需標(biāo)出），稱為噻 吩并2，3-b呋喃，稱為咪唑并5，4-d噻唑，稱為吡嗪并2，3-d噠嗪。當(dāng)此類化合物分子中存在有其他取代基或官能團時，需要對整個化合物進行統(tǒng)一編號（此編號方式與表示稠合方式的編號無關(guān)），其編號方式應(yīng)注意以下幾點：應(yīng)盡可能使所有雜原子都有最低位次，其次按O、S、NH、N的順序選擇優(yōu)先編號的雜原子，例如：共用碳原子一般不編號（個別例外），但在滿足上一條規(guī)則的前提下，應(yīng)盡可能使其具有較低的序號（其編號方式是依整個分子的編號方向在其前一個原子的編號下加注“a”、“b”、“c”等）。例如：下面化合物可有三種不同的編

11、號方式，得到雜原子的編號均為1、4、5、8，但第一種共用碳原子的編號為4a，后兩種則為8a，故正確的編號方式應(yīng)為第一種。氫原子和指示氫的編號應(yīng)盡可能低。例如：命名實例：雜環(huán)化合物的命名雜環(huán)化合物的命名比較復(fù)雜，現(xiàn)在一般通用的有兩種類型的命名方法。一種是按照化合物的西文名稱音譯，另一種是根據(jù)相應(yīng)的碳環(huán)化合物名稱類比命名。最常用的是音譯法。18.1.1 音譯法音譯法是根據(jù)每個雜環(huán)化合物的基本雜環(huán)母核的西文名稱按讀音譯成漢字，原則上是 23 個漢字名詞的結(jié)構(gòu)尊重我國的習(xí)慣，在漢字上加上一個象形性的偏旁“口”字，作為雜環(huán)的標(biāo)志構(gòu)成雜環(huán)化合物的基本名稱。1單雜環(huán)的命名方法 第一步，寫出雜環(huán)化合物的基本名

12、稱furanpyrrolethiopheneimidazoleoxazole呋喃吡咯噻吩咪唑噁唑thiazolepyranpyridinepyrimidinepyrazine噻唑吡喃吡啶嘧啶吡嗪 第二步， 是將雜環(huán)上每個環(huán)節(jié)原子編號，并使雜原子處在最小號數(shù)位置，如果一個環(huán)上有兩個或多個不同種類的雜原子時，則規(guī)定按O，S，N，順序使其位號由小到大。例如：第三步，當(dāng)環(huán)上有取代基時，先將取代基的名稱放在雜環(huán)基本名稱（或稱主體環(huán)名稱）的前面，并把主體環(huán)的位號寫在取代基名稱的前面，以表示取代基在主體環(huán)上的位置。如果雜環(huán)分子上有兩個或兩個以上取代基時，則按照最低系列原則編號。例如：3-甲基吡啶1,3-二甲

13、基吡咯(不是1,4-二甲基吡咯）第四步，對于不同程度飽和的雜環(huán)化合物，命名時不但要標(biāo)明氫化（飽和）的程度，而且要標(biāo)示出氫化的位置，用中文數(shù)字標(biāo)明其數(shù)目，用阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)明其位置，全氫化物可只標(biāo)明數(shù)目。例如：四氫呋喃六氫吡啶2,3-二氫吡咯2,5-二氫吡咯2稠雜環(huán)命名方法 （1）對于一些簡單的稠雜環(huán)，可以直接采用與單雜環(huán)相同的命名方法，例如：indolequinolinepurinecarbazole吲哚喹啉嘌呤咔唑（2）對于大多數(shù)稠雜環(huán)的命名方法，是確定稠雜環(huán)中的主體環(huán)（當(dāng)然必須是分子中的雜環(huán)部分），并以它的名字作為整個稠環(huán)分子的基本名稱，其它與之駢合的環(huán)的名字都看成是這個專主體環(huán)的前綴而放在主

14、體環(huán)名稱的前面，如下式所示。benzothiazole 苯駢噻唑當(dāng)稠環(huán)中的主體環(huán)和駢合環(huán)具有非專一位置時，則要標(biāo)明用以駢合的主體環(huán)的邊號。邊序號是用a,b,c,d,表示的，并規(guī)定1-2位間的鍵（邊）為a,2-3位間者為b等，按順序標(biāo)記。最后把駢合邊的邊序號放在駢合環(huán)和主體環(huán)的名稱之間，并以方括號括起來。例如：苯喹啉苯駢g喹啉(3) 在稠雜環(huán)分子中，若含有兩個或多個有可能被選擇作為主體環(huán)時（即在雜環(huán)駢雜環(huán)分子中），通常是優(yōu)先選擇最大的含氮雜環(huán)作為主體環(huán)，其次是含氧的和含硫的雜環(huán)等等。但總體環(huán)（即整個稠環(huán)分子）的編號仍然是按O,S,N的順序優(yōu)先選擇起算點。在這樣的分子中，駢合邊位置的標(biāo)示也比苯駢雜

15、環(huán)的情形要復(fù)雜。首先要將主體環(huán)和所有駢合環(huán)分別各自編號，然后標(biāo)明主體環(huán)的邊序號 a,b,c,d,.駢合邊的位置是用主體環(huán)上的邊序號和駢合環(huán)的編號一起表示的，并且都放在方括號內(nèi)。但是在方括號列出的駢合環(huán)的駢合邊的位置號碼，必須要和主體環(huán)的邊序號的走向順序一致。18.1.2 碳環(huán)類比命名法這種命名方法的基本出發(fā)點是把所有的雜環(huán)化合物都看成是在碳環(huán)環(huán)節(jié)原子中摻雜進去一個或多個雜原子的結(jié)果。所以，各種雜環(huán)化合物的名稱，只要在相應(yīng)的碳環(huán)化合物的名字中加上某雜就行了。如吡啶又可以名之為氮雜苯，呋喃可以名之為氧雜茂等等。類別碳環(huán)化合物雜環(huán)化合物結(jié)構(gòu)名稱雜原子單雜原子化合物多雜原子化合物三 員環(huán)環(huán)丙烷O氧雜環(huán)

16、丙烷S硫雜環(huán)丙烷N氮雜環(huán)丙烷四員環(huán)環(huán)丁烷O氧雜環(huán)丁烷S硫雜環(huán)丁烷N氮雜環(huán)丁烷五員環(huán)茂O氧雜茂N氮雜茂S硫雜茂六員環(huán)苯 芑O氧雜芑（吡喃）1,3-二氮雜苯N氮雜苯（吡啶）S硫雜芑（噻喃）稠環(huán)茚O氧雜茚N 氮雜茚S硫雜茚18.2 雜環(huán)化合物的分類雜環(huán)化合物的數(shù)量十分龐大，種類非常復(fù)雜，通常是根據(jù)雜環(huán)化合物的結(jié)構(gòu)特征進行分類，大致有三種分類方法。.按照雜環(huán)分子中所含 p 電子的狀態(tài)和數(shù)量來分類；可以分為四種類型：（1）以苯分子為參比標(biāo)準(zhǔn)，凡是環(huán)中的 p 電子密度比苯大，并像苯一樣有一個連續(xù)封閉的共軛體系的雜環(huán)環(huán)系，稱為超 p 電子環(huán)系（p-excessive）。例如呋喃環(huán)系、吡啶環(huán)系等。它們在性質(zhì)上

17、的主要特征是親電取代反應(yīng)的反應(yīng)性比苯還大。（2）雜環(huán)分子中雖然存在一個像苯一樣的連續(xù)封閉的共軛體系，但環(huán)中的 p 電子密度比苯中的小，這類雜環(huán)環(huán)系稱為缺 p 電子環(huán)系（p-deficient）。顯然，這類雜環(huán)的親電取代反應(yīng)性要比苯小，例如吡啶等。（3）含有孤立的鍵或者不連續(xù)的 p 鍵的雜環(huán)環(huán)系，也稱為烯型雜環(huán)環(huán)系。例如吡喃環(huán)系、二氫吡咯等等。（4）不含有 p 鍵的雜環(huán)環(huán)系，即飽和雜環(huán)環(huán)系，也稱為烷型雜環(huán)環(huán)系，例如四氫呋喃、二氧六環(huán)、六氫吡啶。.將所有雜環(huán)化合物分為芳香型雜環(huán)環(huán)系和脂肪型雜環(huán)環(huán)系；.按照分子中所含的成環(huán)原子數(shù)目（亦即按環(huán)的大?。┓譃槿龁T雜環(huán)、四員雜環(huán)、五員雜環(huán)等。上述分類應(yīng)包括單雜環(huán)系和稠雜環(huán)系，綜合雜環(huán)化合物的性質(zhì)和分子結(jié)構(gòu)，可以將雜環(huán)化合物分為單雜環(huán)、稠雜環(huán)、巨雜環(huán)、螺雜環(huán)、和橋雜環(huán)與雜環(huán)多面體等五類。具體分類如下：單雜環(huán)類三員雜環(huán)飽和三員雜環(huán)，如環(huán)氧乙烷、氮丙啶等不飽和三員雜環(huán)，如diazirene和Thiazirene等四員雜環(huán)飽和環(huán)系，如硫雜環(huán)丁烷，1,3-三甲基氮雜環(huán)丁烷不飽和環(huán)系，如硫雜環(huán)丁烷-2-烯五員雜環(huán)飽和環(huán)系，如四氫呋喃、四氫吡咯不飽和環(huán)系，如呋喃，唑等六員雜環(huán)飽和