Les composés hétérocycliques sont des composés ayant une structure cyclique dont les cycles contiennent des atomes d'autres éléments ainsi que des atomes de carbone. Ces autres atomes sont appelés hétéroatomes. Le plus souvent, ces hétéroatomes sont des atomes d'oxygène, de soufre et d'azote. Les hétérocycles peuvent contenir un, deux, trois hétéroatomes ou plus. Cependant, selon la théorie des contraintes cycliques, les cycles à trois et quatre chaînons sont instables. Les hétérocycles à cinq et six chaînons sont les plus forts et donc les plus courants.
La classification des hétérocycles s'effectue en fonction de la taille du cycle. Conformément à cela, on distingue les hétérocycles à trois, quatre, cinq, six chaînons et les hétérocycles avec un grand nombre d'atomes.
Les composés hétérocycliques sont nombreux, très courants et revêtent une importance pratique importante. Il s'agit notamment de substances telles que la chlorophylle - la substance verte des plantes, l'hémoglobine - la substance colorante du sang et de nombreux autres colorants naturels, des vitamines, des antibiotiques (pénicilline), des substances médicinales et des pesticides.
Nomenclature des hétérocycles
Les composés hétérocycliques sont nommés selon une nomenclature triviale, rationnelle et systématique. Des noms triviaux sont souvent utilisés pour désigner des composés hétérocycliques connus depuis longtemps. Par exemple, pyrrole, pyridine, furane, indole, purine, etc. Dans la nomenclature rationnelle, le nom d'un hétérocycle spécifique - furanes, thiophène, pyrrole, pyridine ou autres - est pris comme base, et la position des substituants qu'ils contiennent est désigné par des chiffres ou des lettres de l'alphabet grec. Dans les hétérocycles avec un hétéroatome, la numérotation commence par cet hétéroatome.
Graphique 1.
La nomenclature scientifique moderne des systèmes hétérocycliques comprend la taille du cycle, son insaturation, le nombre d'hétéroatomes, leur type et leur position. Le nom d'un hétérocycle selon cette nomenclature se compose de trois parties :
- racine - indique la taille du cycle,
- suffixe - indique le degré d'insaturation du système hétérocyclique
- et préfixes - indique le type d'hétéroatomes et leur nombre.
Un anneau à trois chaînons a la racine -ir, un à quatre chaînons - -et, un à cinq chaînons - -ol et un à six chaînons - in. Les hétérocycles saturés avec un atome d'azote ont le suffixe -idine, les hétérocycles saturés sans atome d'azote ont le suffixe -ane, les systèmes hétérocycliques saturés ont le suffixe -ine.
La nature de l'hétéroatome est indiquée par les préfixes oxa-, thia- et aza - pour l'oxygène, le soufre et l'azote, respectivement, les préfixes dioxa-, dithia-, diaza- signifient respectivement deux atomes d'oxygène, de soufre et d'azote. S'il y a deux hétéroatomes différents ou plus dans un hétérocycle, alors ils sont répertoriés par ordre de priorité : l'oxygène avant le soufre et le soufre avant l'azote, et ils sont numérotés dans l'ordre suivant : $O$, $S$, $N$. .
S'il y a un atome d'oxygène et un atome d'azote dans l'hétérocycle, le préfixe est utilisé - oxaza-, et s'il y a un atome de soufre et un atome d'azote - thiaz-. Lorsqu'un atome d'azote tertiaire et un groupe $NH$ sont présents dans le cycle en même temps, le chiffre 1 désigne l'atome d'azote du groupe $NH$. Dans ce cas, la numérotation s'effectue dans l'ordre suivant : $O$, $S$, $NH$, $N$.
Les hétérocycles qui ne contiennent pas de liaisons extrêmes ont, en règle générale, des propriétés chimiques et physiques similaires à celles des composés cycliques correspondants.
Aromaticité des hétérocycles
Il existe un vaste groupe d’hétérocycles possédant un système conjugué de liaisons multiples. Ces types d'hétérocycles ressemblent au benzène et à ses dérivés par leur stabilité et leurs types de réactions et sont appelés composés hétérocycliques aromatiques.
Selon la règle de Hückel, un système cyclique a des propriétés aromatiques s'il :
- contient $4n + 2$ électrons généralisants ;
- a une chaîne continue de conjugaison ;
- est planaire.
Comparons deux composés - le benzène et la pyridine :
Graphique 2.
Graphique 3.
Dans une molécule de benzène, les atomes de carbone sont dans un état d'hybridation $sp2$. Le quatrième électron de chaque atome de carbone ne s'hybride pas. Dans ce cas, il se forme un sextuor d'électrons, généralisé à tous les atomes du cycle (sextuor aromatique).
Des nuages d'électrons $\pi$ non hybridés, en forme de huit tridimensionnels, se chevauchant les uns avec les autres, forment un seul nuage d'électrons $\pi$ :
Graphique 4.
Le caractère aromatique de la pyridine peut s’expliquer de la même manière. Seule la formation d'un sextuor électronique dans la nature implique 5$\pi$-électrons provenant des atomes de carbone et un électron provenant de l'azote :
Graphique 5.
L'atome d'azote conserve une paire d'électrons non partagée. Cette paire d’électrons ne fait pas partie du sextet aromatique ; système planaire; correspond à la règle de Hückel : $4n + 2$.
Structure électronique des hétérocycles à cinq chaînons
Considérons la structure électronique d'un hétérocycle à cinq chaînons - le pyrrole, formé de quatre atomes de carbone et d'un atome d'azote, et contient deux doubles liaisons :
Graphique 6.
Un sextet aromatique est également formé dans la molécule de pyrrole en raison de quatre électrons $\pi$ des atomes de carbone et de deux électrons p non partagés de l'atome d'azote. Ainsi, un système général d’électrons sextet se forme dans le noyau et le noyau possède des propriétés aromatiques. La première règle d'aromaticité est satisfaite : il y a $4n + 2 = 4\cdot1 + 2 = 6$ électrons généralisés. La deuxième condition d'aromaticité est également remplie : une chaîne de conjugaison continue est maintenue, qui comprend une paire d'électrons non partagés de l'atome d'azote. Tous les atomes se trouvent dans le même plan, le système est plan. Ainsi, dans les hétérocycles à cinq chaînons, il y a 6 électrons délocalisés entre les 5 atomes qui forment ce cycle.
Graphique 7.
Parmi les composés hétérocycliques à cinq chaînons avec un hétéroatome, les plus importants sont : le furane, le thiophène et le pyrrole. Les réactions de substitution électrophile sont typiques du furane, du thiophène, du pyrrole et de leurs dérivés : nitration, sulfonation, halogénation, acylation, etc. Cette caractéristique des propriétés de ces composés hétérocycliques est associée à leur structure électronique. Les cycles de ces substances contiennent à la fois des atomes de carbone et des hétéroatomes. Les atomes de carbone et les hétéroatomes sont connectés aux atomes de carbone voisins par des liaisons $\sigma$.
Autres composés hétérocycliques aromatiques
Étant donné que dans les composés polycycliques, les atomes de carbone de différents cycles et dans une grande variété de combinaisons peuvent être remplacés par des hétéroatomes, le nombre de composés hétérocycliques aromatiques possibles est extrêmement grand :
Graphique 8.
En plus des systèmes hétérocycliques, qui contiennent six électrons $\pi$ dans chaque cycle, il existe de nombreux exemples de composés hétérocycliques aromatiques ($4n+2$) à électrons p dans lesquels $n >1$. Des analogues hétérocycliques des annulènes aromatiques sont connus. Les exemples incluent l'oxa-annulène, l'aza-annulène, l'aza-annulène, l'isoélectronique à l'annulène aromatique :
Graphique 9.
Graphique 10.
Un autre exemple clair d'hétéroannulène aromatique est une homoquinoléine pontée, isoélectronique du 1,6-méthano-annulène, contenant 10 électrons p :
Graphique 11.
Les composés hétérocycliques comprennent des composés organiques contenant des cycles dans leurs molécules, dans lesquels, en plus du carbone, se trouvent des atomes d'autres éléments (hétéroatomes : O, N, S).
Les composés hétérocycliques sont classés :
a) par le nombre d'atomes dans le cycle (de trois chaînons à macrocyclique) ;
b) par le nombre et le type d'hétéroatomes (–O, –N, –S) ;
c) selon le degré d'insaturation de l'hétérocycle (saturé et insaturé).
Les composés hétérocycliques insaturés qui satisfont aux conditions d’aromaticité sont particulièrement intéressants : en termes de nombre d’électrons π, ils correspondent à la règle de Hückel ; avoir une structure plate et un système fermé d’électrons π.
Lors de la dénomination des hétérocycles, les noms triviaux sont largement utilisés :
La numérotation en hétérocycles est fixe et dépend dans la plupart des cas de l'ancienneté des substituants. Un groupe distinct comprend les composés hétérocycliques avec des noyaux fusionnés :
Les composés hétérocycliques jouent un rôle important dans la vie des organismes et ont une importance physiologique importante (ADN, ARN, chlorophylle, alcaloïdes, un certain nombre de vitamines, antibiotiques).
SYSTÈMES À CINQ MEMBRES AVEC UN HÉTÉROATOME
Les représentants les plus importants sont le furane, le thiophène et le pyrrole. Tous sont des composés aromatiques : ils satisfont à la règle de Hückel, 4 électrons de l’atome de carbone du cycle sont en conjugaison π avec la paire libre d’électrons de l’hétéroatome, le cycle lui-même a une structure plate. Par conséquent, comme pour le benzène, leurs formules peuvent être décrites comme suit :
MOYENS D'OBTENIR
1. Cyclisation des composés 1,4-dicarbonyle (dicétones, acides dicarboxyliques ou acides céto).
Lorsqu'ils sont chauffés avec un agent déshydratant (CaCl 2, H 2 SO 4, P 2 O 5), des dérivés furanniques se forment ; lors de la déshydratation dans un environnement NH 3 – pyrrole ; en présence de P 2 S 5 – thiophène :
2. Isolement des sources naturelles. Le thiophène et le pyrrole sont contenus dans le goudron de houille, le furane est contenu dans les matières premières contenant du pentosane (enveloppes de graines de tournesol, épis de maïs) jusqu'à l'étape de production du furfural.
3. Les interconversions du furane, du thiophène et du pyrrole (réaction de Yur'ev) se produisent à t = 450 o C sur Al 2 O 3 :
4. Réaction de l'acétylène avec le sulfure d'hydrogène ou l'ammoniac.
Lorsqu'un mélange de H 2 S est passé sur Al 2 O 3, du thiophène se forme
et mélanges avec NH 3 – pyrrole
Propriétés physiques
Les trois substances sont des liquides incolores, pratiquement insolubles dans l’eau.
PROPRIÉTÉS CHIMIQUES
sont instables, le cation résultant perd rapidement son aromatique, acquiert les propriétés d'un diène conjugué et polymérise facilement.
Ce phénomène est appelé acidophobie (« peur de l’acide »).
1. Le thiophène n'est pas acidophobe (en raison de l'égalité des électronégativités des atomes S et C du cycle). Le pyrrole est capable de présenter des propriétés acides au niveau de la liaison N – H et de remplacer l'atome d'hydrogène par un atome de Na ou de K lors de l'interaction avec des métaux ou un alcali concentré KOH : Halogénation
2. . Elle est réalisée en complexant Br 2 avec du dioxane, Br 2 à basse température (bromation) ou Cl 2 à basse température, SO 2 Cl 2 (chloration) :
3
.Sulfonation.
4. Elle est réalisée avec du sulfotrioxyde de pyridine C 5 H 5 N SO 3, puisque dans ce cas il n'y a pas de composés acides dans le mélange réactionnel : Nitration
5. . Réalisé avec du nitrate d'acétyle (un mélange d'anhydride acétique et de HNO 3) :
6. Acylation.
Elle est réalisée par des anhydrides d'acide en présence de catalyseurs : AlCl 3, SnCl 4, BF 3 (réaction de Friedel-Crafts) :
Alkylation
il n'est pas possible d'effectuer le test de Friedel-Crafts, mais le pyrrol potassium, lorsqu'il réagit avec des dérivés halogènes, donne des N-alkylpyrroles, qui s'isomérisent lorsqu'ils sont chauffés en 2-alkylpyrroles :
MOYENS D'OBTENIR
Hydrogénation
.
Se produit en présence de catalyseurs Ni ou Pt pour le furane et le pyrrole, Pd pour le thiophène :
HÉTÉROCYCLES À SIX CHAÎNONS AVEC UN Atome D'AZOTE
La pyridine est la plus intéressante :
Il s'agit d'un analogue hétérocyclique du benzène, dans lequel un groupe –CH= est remplacé par un atome de carbone hybride sp 2 . Il a un caractère aromatique. Étant donné que la paire libre d'électrons de l'atome d'azote n'entre pas dans la conjugaison π, la pyridine n'est pas acidophobe et présente des propriétés basiques élevées.
Lorsqu'un mélange de H 2 S est passé sur Al 2 O 3, du thiophène se forme
La pyridine est un liquide incolore avec une odeur désagréable caractéristique. Il est soluble dans l'eau et forme avec elle un mélange de densité ρ = 1,00347 g/dm 3 .
Propriétés physiques
1. Basicité.
2. . La pyridine présente des propriétés basiques dans une plus grande mesure que le furane, le thiophène et le pyrrole. Étant une base faible, avec des acides minéraux forts, elle donne des sels de pyridinium, de nature aromatique.
3. . Produit par des dérivés halogènes pour former des sels de pyridinium qui, lorsqu'ils sont chauffés, donnent des pyridines 2- (ou 4-) alkyl-substituées
4. Réactions de substitution électrophile.
5. Pour la pyridine, elles s'écoulent difficilement (puisque l'atome d'azote a des propriétés accepteurs) en position 3 Réactions de substitution nucléophile
6. . S'écoule facilement (en raison de l'épuisement de l'anneau en densité électronique) en position 2
Récupération
.
Réalisé avec de l'hydrogène dans des conditions difficiles
Oxydation
La destruction de la pyridine ne se produit que dans des conditions très difficiles. Les homologues contenant des chaînes latérales alkyles sont oxydés le long d'elles de la même manière que les homologues du benzène
Les composés organiques hétérocycliques sont des composés qui contiennent des cycles contenant un ou plusieurs atomes non carbonés (hétéroatomes), par exemple des atomes d'azote, d'oxygène et de soufre.
Classification des composés hétérocycliques.
Les composés hétérocycliques peuvent être classés en fonction du nombre de membres et du nombre d'hétéroatomes dans l'hétérocycle. A titre d'exemple d'une telle classification, les hétérocycles avec un hétéroatome et avec deux hétéroatomes ou plus sont présentés.
Sur la base de la nature de la liaison chimique entre les atomes du cycle, on distingue les composés hétérocycliques saturés, insaturés et aromatiques.
Hétérocycles à trois chaînons avec un hétéroatome :
oxyde d'éthylène (oxirane, oxyde d'éthylène)
sulfure d'éthylène (thiirane)
éthylèneimine (aziridine)
Hétérocycles à cinq chaînons avec un hétéroatome :
Hétérocycles à six chaînons avec un hétéroatome :
tétrahydropyrane
pipéridine
Hétérocycles à cinq chaînons avec plusieurs hétéroatomes :
imidazole
1,3-thiazole
thiazolidine
1,3-oxazole
1,2,3-oxadiazole
1,3,4-thiadiazole
1,2,4-thiadiazole
12,3,4-tétrazole
Hétérocycles à six chaînons avec plusieurs hétéroatomes :
pyridiazine
pyrimidine
1,3,5-triazine
pipérazine
Le pyrrole, le furane et le thiophène ont des propriétés chimiques caractéristiques des composés aromatiques et sont très réactifs (par rapport au benzène). Ils se caractérisent par des réactions de substitution électrophile (par exemple, halogénation et acylation) :
tétraoïdepyrrole
4NaOH + 4NaI + 4H2O
2-acétylfurane, ainsi que la réaction d'hydrogénation :
(CH3CO) 2O +
pyrroline pyrrolidine
Le pyrrole se caractérise par des propriétés légèrement acides :
pyrrolate potassium
Les dérivés furanniques les plus importants sont le furfural (IV) et l'acide pyroslitique (V) :
furfural(IV)
acide pyroslitique (V)
Les dérivés du pyrrole sont l'indole (VI) et l'acide aminé proline (VII) :
proline(VII)
La molécule d'indole contient des noyaux de pyrrole et de benzène. Les dérivés de l'indole sont des colorants et des stimulants de croissance des plantes. Parmi les dérivés de l'indole, les acides aminés tryptophane (VIII) et hétéroauxine (IX) sont de la plus grande importance pratique :
tryptophane (VIII)
hétéroauxine (IX)
Parmi les hétérocycles à cinq chaînons avec un hétéroatome, le plus courant dans la nature est le pyrrole. Les noyaux de pyrrole font partie de la chlorophylle, dans laquelle les atomes d'azote des noyaux de pyrrole sont liés au magnésium (Fig. 2). Le composant non protéique de l'hémoglobine, l'hème, a une structure similaire, dans laquelle les atomes d'azote des noyaux de pyrrole sont liés à un atome de fer.
Figure 2. Structure de la chlorophylle b
Six membres hétérocycles avec un atome d'azote
Les hétérocycles à six chaînons les plus importants avec un atome d'azote I sont la pyridine (X), la pipéridine (XI) et la quinoléine (XII) :
pyridine (X)
pipéridine (XI)
quinoléine (XII)
La pyridine présente des propriétés basiques et sa réactivité est similaire à celle du nitrobenzène.
L'hydrogénation catalytique de la pyridine produit de la pipéridine :
Les fragments de pyridine et de pipéridine se trouvent dans de nombreux composés. Par exemple, le fragment pipéridine est inclus dans les alcaloïdes coniine (XIII) et anabasine (XIV), et le fragment pyridine est observé dans la composition des mêmes anabasine (XIV), acide nicotinique (XV) et nicotine (XVI) :
coniine (XIII)
Anabasine (XIV)
acide nicotinique (XV)
nicotine (XVI)
La quinoléine contient des cycles benzène et pyridine et ressemble à la pyridine dans ses propriétés. Les dérivés de la quinoléine comprennent l'oxine (XVII) et l'alcaloïde quinine (XVIII) :
oxine (XVII) quinine XVIII)
Six membres hétérocycles à deux atomes d'azote et leurs dérivés
Dans ce tutoriel, nous considérerons la pyrimidine (XIX) et la purine (XX) provenant d'hétérocycles à six chaînons avec deux hétéroatomes :
pyrimidine (XIX)
Les deux hétérocycles sont des substances cristallines incolores. La purine, contrairement à la pyrimidine, est un hétérocycle bicyclique dans la molécule duquel les structures cycliques de la pyrimidine et de l'imidazole sont réunies.
Parmi les dérivés de la pyrimidine, l'uracile, la thymine, la cytosine et l'acide barbiturique sont particulièrement importants (Fig. 3), et parmi les dérivés de la purine, il convient de noter particulièrement l'adénine, la guanine, la caféine et l'acide urique (Fig. 4).
Figure 3. Dérivés pyrimidiques - bases pyrimidiques : cytosine uracile (U) et thymine (T) et acide barbiturique
Figure 4. Dérivés puriques - bases puriques : adénine (A), guanine (G) et caféine et acide urique
Les dérivés de la pyrimidine et de la purine jouent un rôle important dans la vie des organismes vivants. Ainsi, les bases pyrimidine et purique : uracile, thymine, cytosine, adénine et guanine font partie des acides nucléiques (ADN et ARN). Les dérivés de l'acide barbiturique - les barbituriques - sont utilisés comme hypnotiques, l'acide urique est le produit final du métabolisme des composés puriques dans le corps et la caféine est un stimulant efficace du cœur et du système nerveux central.
Les bases pyrimidine (Fig. 3) ont des propriétés faiblement basiques en raison des paires électroniques solitaires des atomes d'azote. Les bases puriques (Fig. 4) ont des propriétés faiblement alcalines en raison des paires d'électrons solitaires des atomes d'azote du cycle pyrimidine et des propriétés faiblement acides dues au groupe NH du cycle pyrazole.
La cytosine, l'uracile, la thymine (bases pyrimidiques) et l'adénine, la guanine (bases puriques) font partie des acides nucléiques. Ces bases peuvent se connecter entre elles grâce à des liaisons hydrogène selon le principe de complémentarité et toujours de la pyrimidine avec de la purine et dans l'ordre inverse. Par exemple, la thymine forme des liaisons hydrogène avec l'adénine et la cytosine avec la guanine :
adénine thymine guanine cytosine
Ce phénomène de formation d'une liaison hydrogène entre des paires strictement définies de bases azotées (adénine - thymine ; guanine - cytosine) est appelé complémentarité, et les bases elles-mêmes sont appelées bases complémentaires. La complémentarité assure l'appariement de deux brins d'ADN, la connexion d'une enzyme avec un substrat, d'un antigène avec un anticorps. Au sens figuré, des structures complémentaires s’emboîtent « comme la clé d’une serrure ».
indole chimique composé hétérocyclique
COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES l'une des classes les plus nombreuses de composés organiques ( cm. CHIMIE ORGANIQUE), ils contiennent dans le cadre du cycle des hydrocarbures ils contiennent un ou plusieurs hétéroatomes : O, N, S (Fig.1).Riz. 1. LES COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES SIMPLES
Classification des composés hétérocycliques. Selon la nature de l'hétéroatome, on distingue les composés contenant de l'oxygène, de l'azote et du soufre. Il existe également des composés qui contiennent simultanément plusieurs hétéroatomes identiques (Fig. 2, dioxane) ou différents (Fig. 2, thiazole, oxazine). De plus, ils sont divisés en composés saturés (Fig. 1, pipéridine) et insaturés, c'est-à-dire contenant de multiples liaisons (Fig. 1, furane, pyridine, thiophène). Selon le nombre de fragments cycliques dans la molécule, on distingue les composés monocycliques mononucléés (Fig. 1) et les composés polynucléaires contenant plusieurs anneaux, et les cycles peuvent être condensés (contenir deux atomes communs, Fig. 2, indole) ou connectés par une simple liaison (Fig. 2, bipyridyle). Un groupe spécial comprend les composés macrocycliques, appelés éthers-couronnes ( couronne Anglais couronne), contenant plus de quatre hétéroatomes et plus de dix unités dans la structure cyclique (une unité est un fragment de deux atomes chimiquement liés (Fig. 2).
Riz. 2. DIFFÉRENTS TYPES DE COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES PLUS COMPLEXES: à deux hétéroatomes identiques (dioxane) ou différents (thiazole, oxazine). Composés binucléaires : à cycles condensés (indole) ou séparés (bipyridyle). Éthers-couronnes composés à gros anneaux (macrocycliques).
Nomenclature des composés hétérocycliques. Pour un grand groupe de composés hétérocycliques, l'utilisation de trivial ( cm. NOMS TRIVIAUX DE SUBSTANCES) noms qui se sont développés historiquement (par exemple, Fig. 1), il existe environ 60 noms de ce type au total. Dans d'autres cas, les noms (ils sont appelés systématiques) sont compilés selon les règles spéciales de l'IUPAC (Union internationale des noms purs et appliqués). Chimie), qui dans ce cas sont uniques et diffèrent du système adopté pour la plupart des composés organiques des autres classes. Le nom est formé de racines et de préfixes spécialement proposés à cet effet, en respectant l'ordre convenu. Il repose sur une racine composée de deux syllabes. La première syllabe indique le nombre de maillons du cycle, par exemple la syllabe « ir" (deux lettres réarrangées de la racine latine " t ri ") correspond à un cycle à trois membres, la syllabe " Non"(fragment de latin t et ra ) cycle en quatre parties, syllabe " D'ACCORD"(partie du latin octa ) sont utilisés pour les cycles à huit membres. L'origine de certaines autres syllabes désignant la taille du cycle n'est pas toujours logiquement justifiée, par exemple, pour les cycles à six membres, la syllabe « dans", tiré du nom de l'hétérocycle commun "pyride dans"(Fig.1).La deuxième syllabe indique si l'hétérocycle est une syllabe saturée" fr", ou syllabe insaturée " fr"(analogie avec les noms d'hydrocarbures : ceci un ce fr). Un préfixe est placé devant la racine indiquant la nature de l'hétéroatome : O oxa,
St tia, N aza. Parce que la racine commence souvent par une voyelle, le « a » final est généralement omis du préfixe. Le résultat est un cycle saturé à trois chaînons contenant S , appelé tiiran (Fig. 3A) : « toi-" préfixe abrégé "thio-", partie de la racine " ir" désigne un cycle à trois membres, et la deuxième partie de la racine " fr» correspond à un composé saturé. De même, un cycle insaturé à trois chaînons contenant un O est appelé oxyrène (Fig. 3B). S'il y a plusieurs hétéroatomes dans un hétérocycle, alors leur position est indiquée à l'aide d'indices numériques, après avoir numéroté les atomes dans l'anneau, et le nombre de ces atomes est indiqué par les préfixes di-, tri-, etc., par exemple, 1,3,5-triazine (Fig. 3B). S’il existe différents hétéroatomes, ils sont mentionnés dans l’ordre suivant : O>S>N (Cet ordre établi est conditionnel et n'est pas lié aux propriétés chimiques). À la fin du nom, la taille de l'anneau et l'insaturation sont indiquées à l'aide de la racine, par exemple 1,2,6-oxadiazine (Fig. 3E). Méthode d'écriture des racines pour N -contenant les cycles est quelque peu différent de celui décrit ci-dessus, qui est également spécifiquement indiqué, par exemple, la racine " dans"dans le nom 1,2,6-oxadiazine (Fig. 3D) désigne à la fois un cycle à six chaînons et un cycle insaturé.Les règles de compilation des noms systématiques s'appliquent à tous les composés hétérocycliques, y compris ceux pour lesquels il existe des noms triviaux établis, par exemple, un composé bicyclique portant le nom trivial quinoléine (Fig. 3E) porte le nom systématique benzazine. Souvent, au lieu d'un système complexe de noms systématiques, les chimistes en utilisent un plus simple basé sur des noms triviaux : un fragment du nom trivial est « isolé » dans la molécule et la position des substituants est indiquée à l'aide d'indices numériques. Le nom 8-. l'hydroxyquinoléine est compilée selon ce schéma (Fig. 3G).
Riz. 3. NOMS SYSTÉMATIQUES DES COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES(ENFER). Comparaison de noms systématiques et triviaux (E). Utiliser un terme trivial lors de la composition d'un nom (G). Dans la 8-hydroxyquinoléine (G), deux atomes de carbone appartenant simultanément à deux cycles ne sont pas numérotés, car ils ne peuvent pas avoir de substituts.
Propriétés chimiques des composés hétérocycliques. Les hétérocycles à trois et quatre chaînons sont des systèmes contraints ; ils sont caractérisés par des réactions d’ouverture de cycle. L'oxyde d'éthylène (à 150 °C et sous une pression de 2 mPa) s'hydrolyse pour former de l'éthylène glycol (Fig. 4A). La réaction des cycles tendus contenant O avec des alcools conduit à des composés avec un groupe OH et une liaison éther (cellosolves, Fig. 4B), et lorsqu'ils sont exposés à des halogénures d'hydrogène, des composés contenant Hal et un groupe OH (halohydrines, figure 4B). N -contenant des anneaux tendus, interagissant avec les halogénures d'hydrogène pour former des haloalkylamines (Fig. 4D).
Riz. 4. COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES INSATURES À CINQ ET SIX CHAMPS, ainsi que leurs dérivés ont l'aromaticité, par conséquent, leur comportement chimique ressemble aux propriétés des composés aromatiques (dérivés du benzène) lors de diverses transformations le fragment cyclique est relativement stable, et les atomes d'H au niveau des atomes de carbone du cycle, comme ceux du benzène, peuvent être remplacés par divers groupes ( cm. CHIMIE ORGANIQUE). Lors de la sulfonation (Fig. 5A), de la nitration (Fig. 5B) et de l'acylation (Fig. 5C, D), les atomes H sont remplacés par les groupes correspondants et le cycle reste inchangé. Cependant, la stabilité des fragments cycliques dans ces composés est inférieure à celle du cycle benzénique, de sorte que toutes les réactions de substitution sont effectuées dans des conditions plus douces.
Riz. 5. RÉACTIONS DE SUBSTITUTION dans les composés hétérocycliques : sulfonation A, nitration B, acétylation C, D. Semblable aux réactions de substitution dans le cycle benzénique, le fragment cyclique reste inchangé.
Pour l’émergence d’un système aromatique en cycles de taille moyenne (57 unités), il en faut 6 r-électrons ( cm. AROMATICITÉ). Chaque double liaison est constituée de deux liaisons ( cm. ORBITALES), le premier est formé de deux
s -électron de deux atomes voisins, et le second est formé d'une paire p-électrons (indiqués par des points à l’intérieur du cycle pyridine, figure 6A). Le système à six électrons de la pyridine est formé par cinq p-électrons appartenant aux atomes de carbone (points noirs) et un p-électron de l’azote (point bleu). En conséquence, la seule paire électronique d'azote (points rouges) ne participe pas à la formation du système aromatique, donc un tel atome d'azote peut être un donneur (donnant des électrons) dans la formation d'une liaison donneur-accepteur (les amines également ont la même propriété). Un tel donneur est souvent appelé base de Lewis, car il présente des propriétés typiques d'une base : il forme des sels stables avec des acides minéraux (Fig. 6A), qui sont des composés complexes. La quinoléine se comporte de manière similaire (Fig. 6B), qui peut être considérée comme un dérivé de la pyridine. Les propriétés de la base se manifestent le plus clairement dans la 8-hydroxyquinoléine (Fig. 3G). Ce composé lie fortement les ions de la plupart des métaux, formant deux liaisons chimiques ordinaires d'un atome métallique avec deux atomes d'O et deux liaisons donneur-accepteur avec des atomes. N . De tels complexes sont appelés chélates (du grec chele claw) ou en forme de griffe. Cette propriété de la 8-hydroxyquinoléine est largement utilisée en chimie analytique pour la détermination quantitative des métaux.
Riz. 6. FORMATION DE SELS COMPLEXES avec la participation d'hétérocycles à six chaînons contenant N (A, B). Complexes chélatés d’ions métalliques (B).
Lors de la transition du six au cinq membres
N -contenant des hétérocycles insaturés (pyrrole, Fig. 7) la situation change. Dans ce cas, la seule paire électronique de l'azote (Fig. 7, points rouges) est impliquée dans la formation d'un système aromatique à six électrons et ne peut pas participer à la formation d'une liaison donneur-accepteur en raison des propriétés acides ; du lien se manifestent clairement N-H : l'hydrogène peut être remplacé par un métal (Fig. 7). De tels dérivés métalliques sont des intermédiaires pratiques pour l'addition de groupes alkyle (figure 7A) ou acétyle (figure 7B) à l'azote.Imidazole hétérocyclique à cinq chaînons (Fig. 7B), contenant deux atomes
N , est également un composé aromatique 6 qui participe à la formation du cycle r-des électrons. Fait intéressant, il possède des propriétés à la fois acides et basiques. Atome N dans le groupe N - H peut réagir comme un acide, semblable au pyrrole (Fig. 7A, B), le deuxième atome N ses propriétés ressemblent au même atome dans la pyridine ; il est caractérisé par les réactions montrées sur la Fig. 6A.
Riz. 7. PROPRIÉTÉS ACIDES DE L'HÉTÉROCYCLE PYRROLE À MEMBRE PENTAL(A,B). Combinaison de propriétés acides et basiques dans l'imidazole (B). Deux atomes
N dans l'imidazole et leurs électrons sont marqués de différentes couleurs.Les composés hétérocycliques sont préparés par divers processus de condensation qui passent par une étape de fermeture de cycle (Figure 8A-B). L'apparition de telles réactions dans la direction souhaitée est stimulée par la formation de composés hétéroaromatiques relativement stables. Certains composés hétérocycliques sont préparés en utilisant comme base des composés de composition similaire. Lors de la décarbonylation (élimination du CO) du furfural, on obtient du furane (Fig. 8D, furfural est un nom trivial bien établi qui ne reflète pas avec précision la composition, plus correctement, furfural). L'hydrogénation du furane conduit au tétrahydrofurane (Fig. 8E).
Riz. 8. PROCÉDÉS DE PRÉPARATION DE COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES
Dans les hétérocycles insaturés à cinq chaînons, un hétéroatome est remplacé par un autre sans changer le fragment cyclique (Fig. 9).
Riz. 9. INTERCONVERSIONS D'HÉTÉROCYCLES À CINQ CHAMPS
De nombreux composés hétérocycliques sont obtenus par transformation de produits naturels. Le pyrrole et l'indole (Fig. 2) sont contenus dans le goudron de houille, le thiophène est extrait des produits du charbon à coke et de la décomposition thermique des schistes bitumineux, le furane est isolé des produits de distillation sèche de certaines essences de bois. La pyridine (Fig. 1) est obtenue à partir de goudron de houille, de produits de distillation sèche du bois et de tourbe. Le furfural (Fig. 8) est obtenu par hydrolyse de matières végétales (épis de maïs, balles d'avoine et de riz) en présence d'acides minéraux dilués.
Participation des composés hétérocycliques aux processus biologiques. Trois composés uracile, thymine et cytosine, qui sont des dérivés de l'hétérocycle azoté pyrimidine (Fig. 10, entre parenthèses), ainsi que deux dérivés de l'hétérocycle purique (Fig. 10, entre parenthèses) guanine et adénine, sont inclus. dans acides nucléiques, l'ordre d'alternance de ces hétérocycles le long des chaînes polymères d'ADN et d'ARN détermine toutes les informations héréditaires d'un organisme vivant et la méthode d'assemblage des molécules protéiques.
Figure 10. COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES constituants des acides nucléiques
Certains acides aminés (Fig. 11) impliqués dans la formation des protéines contiennent également des fragments hétérocycliques : le tryptophane comprend un fragment indole (Fig. 2), l'histidine a un cycle imidazole (Fig. 7), la proline est un dérivé de la pyrrolidine.
Des fragments d'hétérocycles sont présents dans la structure de nombreuses substances biologiquement actives ; parmi les médicaments les plus utilisés, plus de 60 % sont des composés hétérocycliques. Le cycle à quatre chaînons de l'azétidinone (Fig. 11) fait partie des antibiotiques pénicilline et céphalosporine, l'acide ascorbique (vitamine C) contient un hétérocycle furane, une autre vitamine nicotinamide comprend un fragment de pyridine, la molécule de caféine est « construite » sur la base de la purine mentionnée précédemment (Fig. .10).
Riz. 11. PRÉSENCE DE FRAGMENTS DE COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES dans la structure de molécules biologiquement importantes
Pour tous les composés (Fig. 10), à l'exception de l'azétidinone, sont donnés des noms triviaux qui ont été établis et sont entrés en usage avant la formulation des règles de nomenclature systématique.
Application de composés hétérocycliques. Le dioxane (Fig. 2) et le tétrahydrofuranne (Fig. 8) sont largement utilisés comme solvants hautement polaires en synthèse organique.Le furfural (Fig. 8) est le produit de départ pour la production de furane (Fig. 8), de tétrahydrofurane, ainsi que pour la synthèse de certains médicaments (furatsiline).
Lorsque le furfural se condense dans un environnement acide, des produits polymères (résines furanniques) se forment, qui rappellent structurellement les résines phénoliques, et des groupes méthylène CH 2 reliant les hétérocycles (Fig. 12A). Lorsque de telles résines sont chauffées en présence de catalyseurs acides (par exemple, l'acide toluènesulfonique), les doubles liaisons s'ouvrent avec formation de réticulations, de sorte que le polymère devient insoluble, ce qui lui permet d'être utilisé comme liant dans le fabrication de divers matériaux de presse chargés : plastiques verre et carbone, panneaux de fibres, etc. À l'état solide, les polymères furanniques sont des substances chimiquement résistantes (jusqu'à 300°C), ce qui leur permet d'être utilisés comme mastics et mastics résistants à la corrosion et au feu.
Lors de la condensation de tétramines aromatiques (4 groupes aminés) avec des esters d'acides dicarboxyliques aromatiques ( cm. ESTERS) se forment des polymères dans la structure desquels des fragments de benzimidazole apparaissent au cours du processus de synthèse (Fig. 12B). Ces polymères, appelés polybenzimidazoles, ont une résistance élevée et une résistance à la chaleur (jusqu'à 500 °C) ; des films, des fibres (noms commerciaux ARMOS et RUSAR) et des plastiques renforcés sont fabriqués à partir d'eux.
Riz. 12. POLYMÈRES CONTENANT DES FRAGMENTS HÉTÉROCYCLIQUES DANS LA CHAÎNE: polymère de furane (A), polybenzimidazole (B).
Les dérivés du benzimidazole sont inclus dans les médicaments (dibazole).
L'indole (Fig. 2) est utilisé comme fixateur d'odeurs dans l'industrie du parfum et dans la fabrication de certains médicaments (indométhacine).
Mikhaïl Levitski
LITTÉRATURE Gilchrist T. Chimie des composés hétérocycliques. M., Mir, 1996Kim D.G. Introduction à la chimie des composés hétérocycliques. Journal éducatif Soros, vol. 7, 2001, n° 11.
Les hétérocycles aromatiques sont des systèmes cycliques plans contenant, au lieu d'un ou plusieurs atomes de carbone, des atomes d'oxygène, de soufre et d'azote. Ils sont dits aromatiques du fait qu'ils satisfont à tous les critères inhérents à tout système aromatique, à savoir :
· Le système est cyclique
· Le cycle est plat
· Il y a une conjugaison tout au long du cycle, c'est-à-dire la possibilité d'une délocalisation sans entrave de l'un des électrons p dans tout le système, en raison de la présence d'orbitales p non hybridées.
· Le nombre d'électrons p délocalisés impliqués dans la conjugaison correspond, selon la règle de Hückel, à la manifestation des propriétés aromatiques, à savoir égal à 4n+2, où n est tout nombre naturel, y compris 0.
Parmi les composés hétérocycliques aromatiques, les plus répandus et, par conséquent, les plus intéressants sont les hétérocycles à cinq et six chaînons, comprenant l'azote, le soufre et l'oxygène, ainsi que les mêmes systèmes condensés avec un cycle benzénique.
Les systèmes cycliques à cinq chaînons avec un hétéroatome comprennent : le pyrrole, le furane et le thiophène :
Parmi les hétérocycles à cinq chaînons comportant deux hétéroatomes, l’imidazole présente le plus grand intérêt pratique.
Les hétérocycles à cinq chaînons fusionnés avec un noyau benzénique comprennent : le 2,3-benzopyrrole (indole, I), le 3,4-benzopyrrole (isoindole, II), le benzimidazole (III), le benzofurane (IV) et le 2,3-benzothiophène (V). ) :
Les plus importants des hétérocycles à six chaînons sont : la pyridine, la pyrimidine, la quinoléine (benzopyridine) et la purine.
Une caractéristique des composés hétérocycliques à cinq chaînons est leur combinaison simultanée des propriétés d'un composé aromatique et d'un diène. La propension aux réactions des deux types est cependant différente pour eux et est associée à la nature de l'hétéroatome. Ainsi, les propriétés « aromatiques » diminuent dans l’ordre : thiophène > pyrrole > furane. De plus, leurs systèmes aromatiques sont moins stables que ceux du benzène.
Lorsqu’un hétéroatome est dans un anneau, il interagit avec son système électronique dans deux directions. En tant qu'éléments plus électronégatifs, l'azote, le soufre et l'oxygène, extraient la densité électronique de l'anneau grâce à un effet inductif se propageant à travers le système de liaison S. Cependant, la contribution décisive est apportée par l'effet mésomère, qui dans chacun de ces cas a la direction opposée à l'effet inductif. Ainsi, la molécule d'un composé hétérocyclique à cinq chaînons devient polarisée, le centre de polarisation « positif » étant l'hétéroatome. Les moments électriques des dipôles diminuent dans le même ordre que les propriétés aromatiques. L'oxygène le plus électronégatif a moins tendance à partager sa paire d'électrons dans le système aromatique, c'est pourquoi le furane a les propriétés les moins aromatiques de la série thiophène-pyrrole-furane.
La plus faible stabilité des systèmes aromatiques dans les hétérocycles à cinq chaînons s'explique par la double nature de la paire d'électrons np de l'hétéroatome, la différence entre les angles de liaison à l'intérieur du cycle et la valeur de 120 degrés caractéristique de l'atome de carbone hybride sp2. , ainsi que la forte polarisation de la liaison carbone-hétéroatome. En conséquence, la densité électronique la plus élevée est concentrée sur les atomes de carbone les plus proches de l'hétéroatome (positions a). Sur les atomes de carbone b plus éloignés, la densité électronique est plus faible. Tout cela prédétermine les propriétés chimiques des composés de cette classe. Les hétérocycles à cinq chaînons subissent généralement des réactions de substitution électrophile plus facilement que le benzène non substitué. La substitution se produit en position 2 si elle est occupée, les atomes du troisième atome de carbone sont remplacés.
La présence d’un hétéroatome (azote) dans le cycle pyridine à six chaînons a un effet complètement différent. La paire libre d'électrons d'azote ne participe pas à la formation du système aromatique. Par conséquent, contrairement au pyrrole, la pyridine présente des propriétés basiques prononcées et, contrairement au benzène, son système aromatique est appauvri en densité électronique en raison de l'effet inductif négatif de l'azote. Par conséquent, la pyridine subit des réactions de substitution électrophile dans des conditions beaucoup plus sévères que le benzène non substitué et en position 3 par rapport à l'azote. Dans le même temps, la pyridine se caractérise par des réactions de substitution nucléophile, qui se produisent plus facilement que dans le benzène non substitué, pour les mêmes raisons.
Les composés hétérocycliques sont extrêmement répandus dans la nature vivante. Ainsi, les hétérocycles des familles purines et pyrimidines font partie intégrante des acides nucléiques responsables du stockage et de la transmission des informations héréditaires. L'interaction des dérivés de purine et de pyrimidine via un système de liaisons hydrogène est à la base des processus de réplication, de transcription et de traduction, base du fonctionnement de toute cellule vivante.
Dans la technologie et l'industrie, les composés hétérocycliques sont utilisés comme solvants (tétrahydrofurane, pyridine), composants de colorants, composants importants de nombreuses drogues synthétiques et composés de départ dans la synthèse d'un certain nombre de composés chimiques importants.
Propriétés chimiques
Hétérocycles aromatiques à cinq chaînons et leurs dérivés
Comme déjà noté, la stabilité du système aromatique diminue dans la série : Thiophène > Pyrrole > Furane .
Le furane le moins aromatique, ajoutant un proton à l'atome d'oxygène dans un environnement acide, forme un système diène sujet à la polymérisation et à la résinisation. Par conséquent, les réactions de substitution électrophile dans le furane (qui se produisent aussi facilement que dans les phénols) sont réalisées en milieu neutre et alcalin. Ainsi, le furane est acylé avec des anhydrides d'acide en présence de SnCl 4, sulfoné avec du sulfontrioxyde de pyridine (un agent sulfonant sans acide, la pyridine lie les protons formés lors de la sulfonation) et nitré avec du nitrate d'acétyle :
L'halogénation du furane avec des halogènes entraîne le remplacement des quatre atomes d'hydrogène :
Les dérivés monohalogénures sont obtenus indirectement :
Le furane subit facilement une réaction de Diels-Alder avec les diénophiles (anhydride maléique) :
Lorsqu'il est chauffé avec de l'acide chlorhydrique dilué, le cycle s'ouvre facilement :
Le cycle du furane devient stable en présence de substituants attracteurs d'électrons : -NO 2 , -CHO, -COOH, -SO 2 OH, halogènes.
Parmi les dérivés du furane, le tétrahydrofurane utilisé comme solvant, obtenu par hydrogénation du furane sur un catalyseur au nickel, revêt une grande importance.
Le thiophène est le plus proche du benzène en termes d'aromaticité et se caractérise par toutes les réactions de substitution électrophile qui se produisent plus facilement que dans le benzène non substitué. Ainsi, l'un des moyens de purifier le benzène technique du thiophène est de traiter le benzène avec de l'acide sulfurique à froid :
L'acide thiophène sulfonique résultant se dissout dans l'acide sulfurique. Le thiophène est stable dans des environnements fortement acides, mais l'atome de soufre est sensible à l'oxydation. Par conséquent, lors de la nitration du thiophène, l'acide nitrique n'est pas utilisé, mais le nitrate d'acétyle est utilisé (voir furane).
Lors de l'halogénation, seuls 2 atomes d'hydrogène sont remplacés dans le thiophène :
Le bromothiophène forme facilement des composés organomagnésiens, à partir desquels de nombreux dérivés du thiophène peuvent être obtenus. Lorsque le thiophène est réduit, on obtient du tétrahydrothiophène (thiophane) (I), ce dernier peut être oxydé en sulfoxyde (II) ou en sulfolane (III) :
Le composé thiophène condensé - le benzthiophène, dont le dérivé est le colorant de cuve rouge - le thioindigo est intéressant :
En raison de la présence d'une proportion importante de charge positive sur l'atome d'azote, le pyrrole présente des propriétés acides dans une plus grande mesure que les propriétés basiques. Cependant, il s’agit toujours d’un acide très faible, capable de céder un proton uniquement lorsqu’il interagit avec des bases très fortes :
La charge négative de l'anion (I) est significativement délocalisée :
par conséquent, dans les réactions avec les halogénures d'alkyle, les deux alkylpyrroles N-substitués peuvent être obtenus (à basses températures) :
et a - alkylpyrroles (à températures élevées) :
Le pyrrole libre, contrairement au thiophène, n'est pas très stable dans les environnements acides, montrant également une tendance à polymériser et à s'oxyder. Cependant, l'augmentation de la densité électronique dans l'anneau conduit également à une plus grande facilité des réactions de substitution électrophile, qui se produisent dans des conditions douces, comme le furane.
Le pyrrole a un point d'ébullition relativement élevé (130°C), qui s'explique par une structuration lors de la formation de liaisons hydrogène intermoléculaires :
L'imidazole, comme le pyrrole, est également considérablement structuré et a un point d'ébullition encore plus élevé (250 o C) :
La substitution électrophile dans le cycle imidazole se produit aux positions 4 ou 5, dans lesquelles la densité électronique est beaucoup plus élevée qu'en position 2. Les atomes d'azote dans la molécule imidazole sont équivalents en raison de l'équilibre :
La présence d'un deuxième atome d'azote dans l'anneau réduit considérablement sa densité électronique, ce qui stabilise la molécule dans son ensemble. L'imidazole n'a pas peur d'un environnement acide et la substitution électrophile est beaucoup plus difficile que dans le cas du pyrrole. En tant qu'acide faible, l'imidazole forme des dérivés métalliques avec les réactifs sodium ou Grignard, similaires au pyrrole. L'imidazole est préparé par condensation de glyoxal et de formaldéhyde en présence d'ammoniac :
Méthodes de réception
Le furane est produit à l'échelle industrielle à partir du furfural par décarboxylation catalytique :
Le furfural lui-même est obtenu par ébullition avec des acides dilués de glucides pentaatomiques (pentoses), que l'on trouve en grande quantité dans les coques de tournesol, les épis de maïs, le son, etc.
Le thiophène est obtenu par cyclisation du butane ou du butylène dans de la vapeur de soufre à 700 °C :
Le pyrrole (traduit par « huile rouge ») est obtenu par pyrolyse du sel d'ammonium de l'acide muqueux :
Ou en réduisant le succinimide avec de la poussière de zinc :
Yu. K. Yuriev a découvert des réactions d'interconversion d'hétérocycles à cinq chaînons, qui sont également utilisées pour leur préparation. La réaction a lieu dans un courant de sulfure d'hydrogène, d'ammoniac et d'eau, à haute température, sur de l'oxyde d'aluminium :
Hétérocycles aromatiques à six chaînons et leurs dérivés
La distribution de la densité électronique sur les atomes du cycle pyridine est représentée dans le diagramme :
La molécule de pyridine est polarisée et le centre de polarisation négatif est concentré sur l'atome d'azote. En conséquence, comme indiqué précédemment, la substitution électrophile dans la pyridine est beaucoup plus difficile que dans le benzène non substitué, et la substitution nucléophile est plus facile, en particulier lors de l'interaction avec des bases fortes :
Ainsi, la sulfonation de la pyridine avec l'acide pyrosulfurique se produit à 250 o C en position bêta, la nitration avec le nitrate de potassium dans l'acide nitrique se produit également difficilement, seulement à 350 o C et avec un rendement de 15 %, tandis que la réaction avec l'amidure de sodium se produit à un chauffage relativement faible.
L'atome d'azote de la pyridine est résistant aux agents oxydants, de sorte que les alkylpyridines sont facilement oxydées en acides pyridinecarboxyliques :
Cependant, sous l'influence des peroxydes, la pyridine se transforme facilement en oxyde de pyridine :
Ce dernier subit facilement des réactions de substitution électrophile, avec formation de dérivés benzéniques substitués, similaires à ceux activés par des substituants donneurs d'électrons :
Le diagramme montre clairement comment, dans l'oxyde de pyridine, le cycle est activé pour la substitution électrophile, de plus en 2e et 4e positions.
Il s'agit d'une méthode importante pour préparer des dérivés de pyridine qui ne peuvent pas être obtenus par substitution directe. Après la réaction de substitution, l'oxyde est réduit en pyridine avec du diméthylsulfoxyde.
Parmi les benzosubstitués, la 2,3-benzopyridine ou la quinoléine revêt une importance pratique. Quinoléine obtenu à partir de goudron de houille (comme la pyridine elle-même), ou synthétisé à partir d'aniline et de glycérol, en présence d'acide sulfurique et de l'agent oxydant nitrobenzène ( Synthèse Scrup). Le glycérol est utilisé pour participer davantage à la réaction. acroléine:
HO-CH 2 -CH(OH)-CH 2 -OH +H2SO4 --> CH 2 =CH-CHO + 2 H 2 O
Le cycle pyridine de la quinoléine est caractérisé par toutes les réactions de la pyridine elle-même, mais des réactions de substitution électrophile se produisent dans le cycle benzénique, en positions 5 ou 8 :
Lors de l'interaction avec des agents oxydants (Cr 2 O 4 2-, dans un environnement acide, lorsqu'il est chauffé), le cycle benzénique de la quinoléine est détruit :
La quinoléine est utilisée comme solvant à haut point d’ébullition, ainsi que pour la synthèse de médicaments et de colorants.
La pyrimidine, qui diffère de la pyridine par la présence de deux atomes d'azote dans le cycle, en positions 1 et 3, a une charge partielle positive plus grande en positions 2, 4 et 6, et une plus petite en position 5, elle est donc inerte vis-à-vis de attaques électrophiles :
Pour la même raison, la pyrimidine résiste aux agents oxydants. Une bonne solubilité dans l'eau s'explique par la formation de liaisons hydrogène avec la participation d'atomes d'azote.
Dérivés de la pyrimidine : la cytosine (I), la thymine (II) et l'uracile (III) sont les composants les plus importants des acides nucléiques, parties intégrantes de toute matière vivante :
Un dérivé condensé de l'imidazole et de la pyrimidine (purine, I) est également fondateur de bases azotées, composants les plus importants des acides nucléiques : l'adénine (II) et la guanine (III) :
Alcaloïdes
Les alcaloïdes sont un groupe de substances à base de bases azotées, extraites de plantes et ayant un fort effet physiologique sur le corps des mammifères, généralement sur le système nerveux. En raison de son fort effet physiologique, ce groupe de substances est devenu important sous forme de médicaments, et de nombreux alcaloïdes ont été utilisés à ces fins avant même leur isolement individuel et l'établissement de leur structure - simplement sous forme de teintures végétales. Encore plus tôt, les jus de plantes contenant des alcaloïdes étaient utilisés comme poisons puissants. Les plantes à alakaloïdes sont principalement des plantes de plusieurs familles : morelle, renonculacées, pavot, moraine, astéracées et quelques autres. Souvent, une espèce végétale contient plusieurs alcaloïdes. Dans les plantes, les alcaloïdes sont liés aux sels formés par les acides - malique, tartrique, citrique, etc.
Alcaloïde pilocarpine a été isolé (Ardy, 1895) à partir de feuilles pilicarpeJaborandi, originaire d'Afrique, et a trouvé son utilité dans la lutte contre le glaucome, une maladie oculaire associée à une augmentation de la pression intraoculaire :
Konyin(le principal alcaloïde de la pruche, un poison puissant) est l'alpha-propylpipéridine :
Le jus séché isolé des coupures des têtes de pavot (opium) contient un alcaloïde papavérine, dont la structure a été établie par Goldschmidt. La papavérine est largement utilisée en médecine comme vasodilatateur :
Le jus des têtes de pavot non mûres contient des alcaloïdes de structure étroitement liée - morphine Et codéine:
Yohimbine- alcaloïde de l'écorce d'une plante africaine Coriante Yohimbe- se trouve dans ce cortex avec un certain nombre de ses isomères. Composant des additifs alimentaires "Gingko-Forte" et "Gingko-Biloba". Lié à lui réserpine-alcaloïde de la plante indienne Rauwolfia serpentina
