雜環化合物（hetero cyclic compounds）屬于環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的環狀化合物。這種參與成環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，在前面一些章節中曾討論過的內酯、交酯、環狀酸酐和內酰胺等，也應屬于雜環化合物。但這些化合物通常容易開環成原來的鏈狀化合物，其性質又與相應的鏈狀化合物相同，因此一般不把它們列入雜環化合物的范圍。有機化學中所要討論的雜環化合物，一般都比較穩定，不容易開環，有些雜環化合物的性質與苯、萘等相似，具有不同程度的芳香性。 雜環化合物的種類繁多，數目龐大。據統計，在已發現的幾百萬種有機化合物中，雜環化合物約占總數65以上。這說明雜環化合物在有機化學的各個研究領域中都占有相當重要的地位。雜環化合物廣泛地存在于自然界中，動植物體內所含的生物堿、苷類、色素等往往都含有雜環結構。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。與人類生命活動及各種代謝關系非常密切的物質核酸，其堿基部分也含有雜環。近幾十年來，在雜環化合物的理論和應用方面的研究不斷取得重大進展，許多天然雜環化合物，包括維生素B那樣結構極其復雜的雜環分子，已經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不存在的雜環化合物。這些化合物作為藥物，作為超導材料，作為工程材料，也都具有很重要的意義。雜環化合物的分類雜環化合物的種類繁多，其常見的分類方法按所依據的原則不同，可分為按分子所含環系的多少及其連接方式分類和按分子中所含電子的狀態和數量多少分類兩種。按分子所含環系的多少及其連接方式分類根據這種方法可將雜環化合物分為以下幾類：按分子中所含電子的狀態和數量多少分類按照這種方法可將雜環化合物大致分為四類，即：（1）多-（-excessive）雜環。以苯分子為參照標準，凡是環中電子云密度大于苯，并像苯一樣有一個閉合的環狀共軛體系的雜環化合物屬于此類，如：呋喃、吡咯、噻吩等。這類雜環的主要特征是親電取代反應活性比苯高。（2）缺-（-deficient）雜環。這類雜環也同樣具有閉合的環狀共軛體系，但環中電子云密度小于苯，其親電取代反應活性比苯低。吡啶、嘧啶等屬于此類。（3）烯型雜環。這類雜環不含有閉合的環狀共軛體系，只具有孤立的鍵或不連續的共軛鍵。-呋喃、-吡喃等屬于此類。（4）烷型雜環。這類雜環不含不飽和鍵，是完全飽和的雜環。四氫呋喃、六氫吡啶等屬于此類。此外，單雜環類還可按照環的大小分為三元雜環、四元雜環、五元雜環、六元雜環等，實際分類時，可將不同方法結合進行，一般分為五元雜環、六元雜環、稠雜環等幾類。稠雜環化合物的結構較為復雜，可以是芳環和雜環相稠合，也可以是雜環和雜環相稠合，還可能是含有共用雜原子的稠雜環。雜環化合物的命名雜環化合物的命名比較復雜，其名稱應包括基本母核名稱和環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母核以及無特定名稱的稠雜環母核的命名。有特定譯音名稱雜環母核的命名許多雜環化合物都有英文俗名或半俗名，這些俗名習用已久，有些已作為特定名稱為IUPAC的系統命名法所收載。對于此類雜環，可采用譯音命名法命名，即按照該雜環的英文特定名稱選用發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。編號用阿拉伯數字，以雜原子為起編點，同時應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。編號應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。 一般雜環母核都含有最多的非聚積雙鍵，當雜環上某個不飽和碳原子再額外連接氫原子（即由CH變為CH）時，這個氫就叫“額外氫”或“指示氫”。指求氫位置不同的異構體命名時，應以所在位次加“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編號時，一般按O、S、N的順序優先選擇起編點，例如：（4）有特定譯音名稱的稠雜環一般按相應芳環的編號方式編號（嘌呤除外）。例如： 嘌呤不按上述原則，則按自己的習慣方式編號。這類有特定譯音名稱雜環的衍生物命名時，既可把雜環當作母體，也可將雜環視為取代基。例如：無特定譯音名稱稠雜環化合物的命名對這類雜環化合物，可將其母核分解成兩個有特定名稱的環系，并將其中一個定為基本環，另一個定為附加環。命名時將附加環名稱放在前，基本環名稱放在后，兩環名稱間綴以方括號，方括號內分別用阿拉伯數字和小寫英文字母表示兩環的稠合情況?，F就其具體方法說明如下：基本環的選擇方法 稠合方式的表示方法 稠合方式的表示方法關于基本環的選擇，主要按以下幾條規則依次考慮。由雜環和芳環構成的稠雜環，優先選擇雜環作基本環。如還有選擇時，應優先選擇環數較多，且有特定名稱的雜環作基本環。例如：中噻唑為基本環，苯為附加環，稱為苯并噻唑；稱為苯并異喹啉（不稱萘并吡啶）。由雜環和雜環構成的稠雜環，環大小不同時，優先選擇大環作基本環；環大小相同時，按N、O、S的順序優先選擇基本環。例如：的基本環是吡喃，稱呋喃并吡喃；的基本環是呋喃，稱噻吩并呋喃。雜環中雜原子數目不同時，含雜原子數目多的環優先；數目相同時，則含雜原子種類多的環優先。例如：應稱吡啶并噠嗪（雜原子數目多的優先）；應稱咪唑并噻唑（雜原子種類多的優先）；但應稱噻吩并吡咯（含氮雜環優先）。環的大小、雜原子的數目、種類都相同時，優先選擇稠合前雜原子編號較小的雜環為基本環。例如：應稱吡嗪并噠嗪。含有共用雜原子的稠雜環，應視為兩環都含有該共用雜原子來進行選擇。例如：應稱為咪唑并噻唑（含雜原子種類多的優先）。為了將基本環與附加環的稠合方式表達清楚，應先將兩部分各自按編號原則編號，再將基本環的每條邊按編號方向依次用a、b、c、d代表，然后將附加環稠合邊原子序號寫在前，基本環稠合邊字母寫在后，二者之間用“-”隔開，一起放到兩環系名稱之間的方括號內。附加環稠合邊原子序號在書寫時應與基本環字母次序的方向一致，兩者順序相同時小數字在前，大數字在后；反之則大數字在前，小數字在后。例如：該化合物兩環稠合邊編號方向相反，命名時應使其一致，所以應稱為咪唑并2，1-b噻唑，而不稱咪唑并1，2-b噻唑。又例如前面所見到的應稱為苯并d唑（苯環的稠合邊原子序號在此無需標出），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一編號（此編號方式與表示稠合方式的編號無關），其編號方式應注意以下幾點：應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），但在滿足上一條規則的前提下，應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為第一種。氫原子和指示氫的編號應盡可能低。例如：命名實例：雜環化合物的命名雜環化合物的命名比較復雜，現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，另一種是根據相應的碳環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每個雜環化合物的基本雜環母核的西文名稱按讀音譯成漢字，原則上是 23 個漢字名詞的結構尊重我國的習慣，在漢字上加上一個象形性的偏旁“口”字，作為雜環的標志構成雜環化合物的基本名稱。1單雜環的命名方法 第一步，寫出雜環化合物的基本名稱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， 是將雜環上每個環節原子編號，并使雜原子處在最小號數位置，如果一個環上有兩個或多個不同種類的雜原子時，則規定按O，S，N，順序使其位號由小到大。例如：第三步，當環上有取代基時，先將取代基的名稱放在雜環基本名稱（或稱主體環名稱）的前面，并把主體環的位號寫在取代基名稱的前面，以表示取代基在主體環上的位置。如果雜環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化合物，命名時不但要標明氫化（飽和）的程度，而且要標示出氫化的位置，用中文數字標明其數目，用阿拉伯數字標明其位置，全氫化物可只標明數目。例如：四氫呋喃六氫吡啶2,3-二氫吡咯2,5-二氫吡咯2稠雜環命名方法 （1）對于一些簡單的稠雜環，可以直接采用與單雜環相同的命名方法，例如：indolequinolinepurinecarbazole吲哚喹啉嘌呤咔唑（2）對于大多數稠雜環的命名方法，是確定稠雜環中的主體環（當然必須是分子中的雜環部分），并以它的名字作為整個稠環分子的基本名稱，其它與之駢合的環的名字都看成是這個專主體環的前綴而放在主體環名稱的前面，如下式所示。benzothiazole 苯駢噻唑當稠環中的主體環和駢合環具有非專一位置時，則要標明用以駢合的主體環的邊號。邊序號是用a,b,c,d,表示的，并規定1-2位間的鍵（邊）為a,2-3位間者為b等，按順序標記。最后把駢合邊的邊序號放在駢合環和主體環的名稱之間，并以方括號括起來。例如：苯喹啉苯駢g喹啉(3) 在稠雜環分子中，若含有兩個或多個有可能被選擇作為主體環時（即在雜環駢雜環分子中），通常是優先選擇最大的含氮雜環作為主體環，其次是含氧的和含硫的雜環等等。但總體環（即整個稠環分子）的編號仍然是按O,S,N的順序優先選擇起算點。在這樣的分子中，駢合邊位置的標示也比苯駢雜環的情形要復雜。首先要將主體環和所有駢合環分別各自編號，然后標明主體環的邊序號 a,b,c,d,.駢合邊的位置是用主體環上的邊序號和駢合環的編號一起表示的，并且都放在方括號內。但是在方括號列出的駢合環的駢合邊的位置號碼，必須要和主體環的邊序號的走向順序一致。18.1.2 碳環類比命名法這種命名方法的基本出發點是把所有的雜環化合物都看成是在碳環環節原子中摻雜進去一個或多個雜原子的結果。所以，各種雜環化合物的名稱，只要在相應的碳環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。類別碳環化合物雜環化合物結構名稱雜原子單雜原子化合物多雜原子化合物三 員環環丙烷O氧雜環丙烷S硫雜環丙烷N氮雜環丙烷四員環環丁烷O氧雜環丁烷S硫雜環丁烷N氮雜環丁烷五員環茂O氧雜茂N氮雜茂S硫雜茂六員環苯 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）稠環茚O氧雜茚N 氮雜茚S硫雜茚18.2 雜環化合物的分類雜環化合物的數量十分龐大，種類非常復雜，通常是根據雜環化合物的結構特征進行分類，大致有三種分類方法。.按照雜環分子中所含 p 電子的狀態和數量來分類；可以分為四種類型：（1）以苯分子為參比標準，凡是環中的 p 電子密度比苯大，并像苯一樣有一個連續封閉的共軛體系的雜環環系，稱為超 p 電子環系（p-excessive）。例如呋喃環系、吡啶環系等。它們在性質上的主要特征是親電取代反應的反應性比苯還大。（2）雜環分子中雖然存在一個像苯一樣的連續封閉的共軛體系，但環中的 p 電子密度比苯中的小，這類雜環環系稱為缺 p 電子環系（p-deficient）。顯然，這類雜環的親電取代反應性要比苯小，例如吡啶等。（3）含有孤立的鍵或者不連續的 p 鍵的雜環環系，也稱為烯型雜環環系。例如吡喃環系、二氫吡咯等等。（4）不含有 p 鍵的雜環環系，即飽和雜環環系，也稱為烷型雜環環系，例如四氫呋喃、二氧六環、六氫吡啶。.將所有雜環化合物分為芳香型雜環環系和脂肪型雜環環系；.按照分子中所含的成環原子數目（亦即按環的大?。┓譃槿龁T雜環、四員雜環、五員雜環等。上述分類應包括單雜環系和稠雜環系，綜合雜環化合物的性質和分子結構，可以將雜環化合物分為單雜環、稠雜環、巨雜環、螺雜環、和橋雜環與雜環多面體等五類。具體分類如下：單雜環類三員雜環飽和三員雜環，如環氧乙烷、氮丙啶等不飽和三員雜環，如diazirene和Thiazirene等四員雜環飽和環系，如硫雜環丁烷，1,3-三甲基氮雜環丁烷不飽和環系，如硫雜環丁烷-2-烯五員雜環飽和環系，如四氫呋喃、四氫吡咯不飽和環系，如呋喃，唑等六員雜環飽和