有机化学

吡啶、吲哚、呋喃、噻吩

芳香杂环用杂原子取代类似苯环中的一个或多个碳，从而改变碱性、电子分布与反应性。

直觉直觉：杂原子决定环的性格

用氮替换苯环中的一个碳后，环内电子分布不再均匀。吡啶中氮的孤对电子位于 π 体系之外，可结合质子；呋喃中氧的一对孤对电子参与芳香六电子体系，因此碱性明显减弱。

按键长和键级绘出吡啶、呋喃、噻吩和吲哚；旋转以观察其平面 π 体系。

定义:

环内含碳以外原子（常见氮、氧、硫）的环状化合物。芳香杂环具有闭合共轭 π 体系，因此具有特殊稳定性。

吡啶是六元环 C₅H₅N，相当于氮杂苯。吲哚由苯与吡咯稠合而成，是色氨酸、血清素和许多染料的骨架。呋喃和噻吩为含氧、含硫五元环，电子密度较苯更高。

吡啶中电负性氮抽取 π 电子密度，使环对芳香亲电取代反应不如苯活泼，通常 3 位较易反应。呋喃、噻吩、吡咯和吲哚中杂原子向环内供电子，使环富电子；取代位置随杂原子与位次不同而变化。

\ce{C5H5N + H+ -> C5H5NH+}\qquad pK_a(\ce{C5H5NH+}) \approx 5.2

例题: 比较碱性

吡啶的碱性远强于吡咯。为什么吡啶氮孤对电子更容易接受质子？

解答

吡啶中氮孤对电子位于环平面内 sp² 轨道，不参与芳香六电子体系，因此质子化不破坏芳香性；吡咯的孤对电子属于 π 六电子体系，质子化会破坏芳香稳定化。