杂环化合物是一类非常重要的化合物，在目前已知的2000多万个化合物中，杂环化合物占到一半以上 也有报道65%以上。杂环化合物不仅存在于天然产物中，而且在有机合成中也占有十分重要的地位。很多杂环化合物具有重要的生物学活性，受到人们的普遍关注。
杂环化合物中的杂原子，原则上讲，在元素周期表中除碳原子之外的元素，都可以被看做是杂原子。实际上，许多金属元素的原子参与构成的环状结构的分子，由于他们的键型结构和物理、化学性质都与一般的化合物不同，通常将他们称为金属有机化合物，而不归属于杂环化合物。
杂环化合物中的杂原子，主要有氧、氮、硫、磷等，生成的杂环化合物有饱和的，也有不饱和的。就环的类型而言，有单杂环、稠杂环、螺杂环、桥杂环等，就环的大小而言，有小杂环、中杂环、大杂环等，就杂原子在数目而言，有含单个杂原子的，也有含多个杂原子的。在杂环化合物中，成环原子的排列组合方式和键合类型多种多样，因此杂环化合物的数目非常大，在涉及有机化学的各个领域都占有非常重要的地位。
关于杂环化合物的化学合成，大都是通过环合反应合成的。环合有多种分类方式，根据环合反应中失去的简单分子，可分为脱水环合、脱醇环合、脱卤化氢环合、脱氨环合、脱硫化氢环合等。根据参加环合反应的分子数目，可分为单分子环合（分子内环合）、双分子或多分子环合。也可按环的大小来分类或按成环反应时的成键类型来分类的。但在许多情况下各种类型很难截然分开。
本编将主要讨论含氧、氮、硫杂原子的常见环状化合物的合成，包括含一个和多个杂原子的五元环、六元单环和稠环化合物的合成。所选用的合成方法也是一些比较经典的反应。
第一章 含一个杂原子的环状化合物的合成
含一个杂原子的五元环化合物主要有呋喃、噻吩、吡咯以及它们的苯并双环化合物，如苯并呋喃、苯并噻吩、苯并吡咯等。六元环化合物主要有吡啶、香豆素、喹啉等。其合成方法大都是采用碳-杂键或碳-碳键的环合来制备的。
第一节 含一个氧原子的五元杂环化合物的合成
含一个氧原子的芳香杂环化合物主要有呋喃、苯并呋喃、香豆素类、吡喃酮、黄酮类化合物等。
一、呋喃、四氢呋喃及其衍生物
呋喃的很多衍生物可以通过糠醛（呋喃甲醛）的结构改造来合成。例如：
糠醛来源于富含戊糖的农副产品（玉米芯、棉籽皮、米糠等），这些农副产品用稀酸处理，可以得到糠醛。
工业上可由顺丁烯二酸酐合成四氢呋喃THF。
由1,4-丁二醇合成THF，可用硫酸、磷酸、强酸性阳离子交换树脂等作脱水剂。
1,3-丁二烯用空气氧化可生成呋喃，后者加氢生成THF。
呋喃具有芳香性，容易发生亲电取代反应。根据试剂和反应条件的不同，呋喃可以发生加成、开环等反应。
呋喃类化合物是主要的有机合成中间体，在药物等的合成中具有重要应用价值。
1、Paal-Knorr呋喃合成法
以1,4-二羰基化合物为原料合成呋喃衍生物，该法称为Paal-Knorr呋喃合成法。该反应首先是由Paal C和Knorr L分别于1884年和1885年报道的。
反应机理如下：
反应中，一个羰基转化成烯醇式，烯醇的氧原子与另一个羰基发生亲核加成，这是决定反应速度的一步反应，而后脱水生成呋喃衍生物。
可用的催化剂有硫酸、盐酸、磷酸、对甲苯磺酸、脱水剂 如乙酐、五氧化二磷等。例如：
许多1,4-二羰基化合物 主要是醛、酮 或它们的类似物都可以发生Paal-Knorr反应。
该方法的缺点是1,4-二羰基化合物的制备较困难 其实很多是研究1,4-二羰基化合物的合成方法，而且环化反应通常是在酸溶液中回流较长时间。含有对酸敏感基团的反应底物不适合于该方法。目前，很多研究工作是对反应条件的改进，例如使用比较温和的Lewis酸作催化剂，如ScOTf3、BiNO33等。也有用黏土和蒙脱土进行催化的报道。应用离子液体时不需要酸作催化剂，产物的纯化也较简便。微波条件下的Paal-Knorr呋喃合成反应的报道也很多。
具体例子如下Motensen D S, Rodriguez A L. Carison K E, et al. J Med Chem. 2001，44：3838：
1,4-二羰基化合物的类似物可以是缩醛、缩酮或以环丙烷氧代替其中一个羰基。
1,4-二羰基化合物与α-卤代酸酯在碱性条件下反应，则可能是按照Darzens反应进行的。例如：
呋喃是很多天然产物和材料大分子的结构单元，采用Paal-Knorr方法是构建这些结构单元的方法之一。
【参考文献】
Paal C. Ber. Dtsch Chem Ges. 1884，17：2756.
Knorr L. Ber. Dtsch Chem Ges. 1885，18：299
Katritzky A R. Advances in Heterocyclic Chemistry. Ed. Academic Press，New York, 1982，Vol 30,167 Review.
Katritzky A R, Rees, C. W, Scriven E. F. V. Comprehensive Heterocyclic Chemistry II. Eds Pergamon. New York, 1996，Vol 2：351Review.
Maas G. Science of Synthesis: Houben-Weyl Methods of Molecular Transformations. Ed. Georg Thieme Verlag,New York, 2001;Cat 2, Vol 9, 183 Review.
Li J J,Corey E. J. Name Reactions in Heterocyclic Chemistry. Eds.Wiley & Sons: Hoboken, NJ, 2005, 168 Review.
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