Classification des composés hétérocycliques contenant de l'azote

- Hétérocycles à cinq chaînons :

a) avec un atome d'azote (pyrrole et ses dérivés)

b) avec deux atomes d'azote (imidazole, pyrazole et leurs dérivés)

- Hétérocycles à six chaînons :

a) avec un atome d'azote (pyridine et ses dérivés)

b) avec deux atomes d'azote (pyrimidine et ses dérivés)

- Hétérocycles condensés (bicycliques) (purine et ses dérivés)

Pyrrole

Structure électronique de la molécule

Le cycle du pyrrole est de nature aromatique, puisque 4 électrons non appariés des atomes de carbone et une paire d'électrons libres de l'atome d'azote forment un seul système π à six électrons. (Contrairement au benzène, un seul système π n'est généralement pas représenté dans les formules développées des composés hétérocycliques.) La participation de la paire libre d'électrons de l'atome d'azote à la formation d'une liaison aromatique explique pourquoi le pyrrole ne présente pratiquement pas de propriétés de base. (contrairement aux amines), le pyrrole a des propriétés faiblement acides.

Propriétés chimiques

I. Propriétés acides : interaction avec les métaux actifs

II. Propriétés aromatiques :

a) réactions de substitution (généralement en position α)

b) réactions d'addition (hydrogénation)

La pyrrolidine est une amine secondaire cyclique et présente des propriétés fortement basiques. Le cycle de la pyrrolidine fait partie des acides aminés hétérocycliques proline et hydroxyproline :

Modalités d'obtention

1. Préparation à partir de furane et de thiophène

2. Préparation à partir d'acétylène

Propriétés physiques

Le pyrrole est un liquide incolore à odeur de chloroforme, point d'ébullition 131°C, pratiquement insoluble dans l'eau, soluble dans l'alcool et l'acétone.

Un éclat de pin imbibé d'acide chlorhydrique devient rouge avec la vapeur de pyrrole (d'où le nom de pyrrol - « huile rouge »).

Rôle biologique

Les cycles de dérivés substitués du pyrrole font partie de la chlorophylle et de l'hème. Dans la molécule de chlorophylle, quatre cycles pyrrole substitués sont associés à un atome de magnésium, et dans l'hème, à un atome de fer.

Pyridine

Structure électronique de la molécule

Le cycle de la pyridine (comme le cycle du pyrrole) est de nature aromatique et est très similaire au cycle du benzène. Une liaison π aromatique à six électrons est formée par les électrons non appariés de cinq atomes de carbone et d’un atome d’azote. Contrairement au pyrrole, la paire d'électrons libres de l'atome d'azote dans la pyridine ne participe pas à la formation du système π et peut donc participer à la formation d'une liaison donneur-accepteur avec le NP. Par conséquent, la pyridine présente des propriétés basiques.

Propriétés chimiques

Propriétés de base

a) interaction avec l'eau

(Une solution aqueuse de pyridine devient bleue tournesol)

b) interaction avec les acides

II. Propriétés aromatiques :

a) réactions de substitution (généralement en position β, puisque l'atome d'azote se comporte comme un substituant du deuxième type)

b) réactions d'addition (hydrogénation) :

Modalités d'obtention

1. Isolement du goudron de houille (contient environ 0,08 % de pyridine).

2. Synthèse à partir d'acétylène et de cyanure d'hydrogène

Propriétés physiques

La pyridine est un liquide incolore à odeur spécifique, point d'ébullition 115°C, infiniment miscible à l'eau, très toxique.

Rôle biologique

Homologue de la pyridine - 3-méthylpyridine (β-picoline) - lors de l'oxydation, il forme de l'acide nicotinique :

Acide nicotinique et son amide - nicotinamide sont deux formes de vitamine PP, utilisées pour traiter la pellagre (maladie de la peau).

Imidazole

Structure électronique de la molécule. Caractéristiques générales des propriétés chimiques

De la formule ci-dessus, il ressort clairement que :

a) l'imidazole (comme le pyrrole et la pyridine) est un composé aromatique ;

b) l'imidazole a des propriétés amphotères, puisque N(1) détermine les propriétés acides et N(3) détermine les propriétés basiques.

Propriétés physiques

L'imidazole est un solide incolore, point de fusion 90°C, soluble dans l'eau et l'alcool.

Rôle biologique

Le noyau imidazole fait partie de l'un des acides aminés naturels - l'histidine :

Lorsque la décarboxylation (-CO 2) de l'histidine se forme, de l'histamine se forme :

L'histamine se trouve sous forme liée dans divers organes et tissus humains et animaux et est libérée lors de réactions allergiques, de chocs et de brûlures.

Pyrimidine

Caractéristiques générales de la structure électronique, propriétés chimiques et rôle biologique

La pyrimidine, comme les autres composés hétérocycliques, possède un caractère aromatique. La présence de deux atomes d'azote de la pyridine détermine les propriétés fondamentales de la pyrimidine. Les dérivés de pyrimidine sont appelés bases pyrimidiques. Les résidus de trois bases pyrimidiques (uracile, thymine, cytosine) font partie des acides nucléiques (voir « Acides nucléiques »).

Purine

Structure moléculaire. Rôle biologique

La molécule de purine est un système de cycles pyrimidine et imidazole ayant deux atomes de carbone communs :

Les dérivés puriques sont appelés bases puriques. Les résidus de deux bases puriques (adénine et guanine) font partie des acides nucléiques (voir « Acides nucléiques »).

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

morpholine

Figure 1. Représentants des composés hétérocycliques saturés, insaturés et aromatiques

Hétérocycles à cinq chaînons avec un hétéroatome

Les représentants les plus importants des hétérocycles à cinq chaînons avec un hétéroatome sont le furane (I), le thiophène (II) et le pyrrole (III).

Ces composés ont une structure similaire et ont la capacité de s'interconvertir les uns dans les autres.

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

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 sulfotrioxyde 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 de sodium ou de Grignard, comme le 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. Yuryev 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 envers 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

Conférence n°15

relations

Plan

Classification.
un hétéroatome.
un hétéroatome.
atomes d'azote.

Conférence n°15

Hétérocyclique biologiquement actif
relations

Plan

Classification.
Hétérocycles azotés à cinq chaînons avec
un hétéroatome.
Hétérocycles azotés à six chaînons avec
un hétéroatome.
Hétérocycles à cinq et six chaînons avec deux
atomes d'azote.

Hétérocyclique appelés composés, molécules
qui contiennent des cycles contenant, avec des atomes de carbone, un ou plusieurs
hétéroatomes. Les hétérocycles constituent la classe de composés organiques la plus nombreuse.
comprenant environ 2/3 de tous les produits biologiques naturels et synthétiques connus
substances. Les hétérocycles comprennent de nombreux alcaloïdes, vitamines, naturels
pigments. Ce sont des fragments structurels de molécules d'acide nucléique et
protéines. Plus de 60 % des médicaments les plus connus et les plus utilisés
les médicaments sont des composés hétérocycliques.

1. Classement

Les hétérocycles sont classés selon les principales caractéristiques suivantes :

par nature et nombre d'hétéroatomes ;
par taille de cycle ;
selon le degré d'insaturation.

Le plus répandu dans
ont naturellement des hétérocycles à cinq et six chaînons contenant comme
les hétéroatomes d'azote, ainsi que d'oxygène et de soufre.

En fonction du degré d'insaturation, ils distinguent les saturés, les insaturés et les aromatiques.
hétérocycles. Les hétérocycles non aromatiques ont des propriétés similaires à celles
composés acycliques correspondants (amines, amides, simples et
esters, etc.). Hétérocycles à 5 et 6 chaînons, conjugués fermés
quel système comprend (4n + 2) électrons, ont un caractère aromatique
(voir lec. n°2). Ces composés ont des propriétés apparentées au benzène et appartiennent à
composés hétérocycliques aromatiques. Pour eux, comme pour les benzénoïdes
systèmes, les plus typiques sont les réactions de substitution. Dans ce cas, l’hétéroatome effectue
le rôle de la fonction « interne » qui détermine la vitesse et la direction des réactions
substitutions.

Ce sont des composés hétérocycliques aromatiques qui sont répandus dans
nature. Ensuite, les hétérocycles aromatiques azotés seront considérés.

2. Hétérocycles azotés à cinq chaînons avec un
hétéroatome

Pyrrole

Le pyrrole est un hétérocycle aromatique à 5 chaînons avec un atome d'azote.

Le système aromatique du pyrrole comprend 6 p -électrons :
quatre p -des électrons des doubles liaisons et deux de l'hétéroatome.

Atome d'azote avec une seule paire d'électrons
agit comme un donneur, augmentant la densité électronique sur les atomes de carbone de l'anneau.
Le pyrrole est donc classé comme p -excès d'hétérocycles.

Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques du pyrrole sont déterminées par la présence d'un système aromatique et
liaison polaire N-H.

Propriétés acido-basiques

La seule paire d'électrons de l'azote fait partie d'un sextet aromatique
électrons, le pyrrole est donc pratiquement dépourvu de propriétés fondamentales (). La force du pyrrole en tant que base ne peut pas
être déterminé avec précision, car il s’agit d’un composé acidophobe et
polymérise sous l'influence d'acides.

Dans le même temps, la présence d'une liaison polaire N-H
provoque de faibles propriétés acides du pyrrole (pK a = 16,5).

Réactions électrophiles
substitution

Pyrrole, comme p -excès d'hétérocycle, subit facilement des réactions de substitution électrophile.
L'activité du pyrrole envers les électrophiles est supérieure à celle du benzène et est proche de
activité de l'aniline et du phénol. La substitution électrophile est dirigée
majoritairement en position 2. En raison de l'acidophobie du pyrrole
S E -les réactions sont réalisées dans
absence d'acides.

pyrrole.

Composés de tétrapyrrole contenir un macrocycle aromatique porphine, dont quatre anneaux pyrrole.

Les porphines substituées sont appelées porphyrines. Sous forme de complexes avec
les porphyrines métalliques et les porphyrines partiellement hydrogénées font partie d'importants
composés naturels – hème(groupe prothétique d'hémoglobine -
la principale protéine du cycle respiratoire contenue dans les globules rouges, le transporteur
oxygène des organes respiratoires vers les tissus), pigment végétal vert chlorophylle, vitamine B 12 .

Indole

L'indole est un composé hétérocyclique aromatique contenant
cycles condensés de benzène et de pyrrole.

Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques de l'indole sont similaires à celles du pyrrole. Il ne le fait pratiquement pas
a des propriétés basiques, acidophobes, est un acide NH faible.
Participe activement aux réactions de substitution électrophile, avec le substituant
entre en position 3 du cycle pyrrole.

Dérivés biologiquement actifs
indole.

Tryptophane – irremplaçable (non
synthétisé dans le corps humain), un acide aminé présent chez les animaux et
protéines végétales.

Sérotonine – amine biogène,
produit du métabolisme du tryptophane. A une activité biologique élevée,
est un neurotransmetteur du cerveau.

Tryptamine – toxique biogène
amine, un produit de la décarboxylation du tryptophane.

Alcaloïdes indoles. Alcaloïdes –
les bases azotées hétérocycliques d'origine végétale,
ayant un effet physiologique prononcé. Anneau indole inclus
contient de nombreux alcaloïdes - la réserpine (trouvée dans les plantes du genre
rauwolfia; utilisé comme sédatif et pour abaisser la tension artérielle
remède), la strychnine (contenue dans les graines de la plante chilibuha; utilisée comme
tonique), acide lysergique (alcaloïde de l'ergot de seigle; diéthylamide
acide lysergique - le LSD est une puissante drogue hallucinogène).

3. Hétérocycles azotés à six chaînons avec un
hétéroatomes.

Pyridine

La pyridine est un hétérocycle aromatique à 6 chaînons avec un atome d'azote.

Le système aromatique pyridine comprend 6 p -des électrons et
similaire au système aromatique du benzène : chaque atome du cycle contribue à la structure aromatique
sextet un électron p. La seule paire d'électrons de l'azote en raison de sa
l'orientation spatiale n'est pas impliquée dans l'appariement

L'atome d'azote agit comme un accepteur, réduisant
densité électronique sur les atomes de carbone du cycle. La pyridine est donc classée comme p -hétérocycles déficients.

Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques de la pyridine sont déterminées par la présence d'un système aromatique et
atome d'azote basique.

Propriétés basiques et nucléophiles.

La pyridine présente de faibles propriétés basiques (= 5,23) en raison de la paire d'électrons libres
l'azote et avec les acides forme des sels de pyridinium.

L'atome d'azote de la pyridine présente également
propriétés nucléophiles et alkylates avec des halogénures d'alkyle pour former des sels
alkylpyridinium.

Les sels d'alkylpyridinium interagissent facilement avec
réactifs nucléophiles, y compris les hydrures métalliques complexes
(NaBH 4 ), avec formation de produits
accession. Des processus similaires sont à la base du mécanisme d'action de la coenzyme
SUR+ (voir conférence n°19).

Réactions de substitution électrophile

Réactions de substitution électrophile de la pyridine
marcher avec beaucoup de difficulté, ce qui est dû à p - déficience du noyau et capacité de l'atome d'azote
former des sels avec les acides protiques et des complexes avec les acides de Lewis, quoi d'autre
réduit davantage la nucléophilie du noyau. Selon la capacité à être électrophile
La substitution de la pyridine ressemble au nitrobenzène. L'attaque électrophile se déroule en fonction de la position
3.

Réactions de substitution nucléophile

Les réactions les plus caractéristiques de la pyridine sont les réactions de substitution nucléophile,
qui suivent les positions 2 et 4. Des exemples de telles réactions sont
interaction de la pyridine avec l'amidure de sodium (réaction de Chichibabaïne) et avec les alcalis.

Oxydation et réduction

Le cycle de la pyridine résiste aux agents oxydants. Les alkylpyridines sont oxydées avec
formation d'acides pyridinecarboxyliques.

La pyridine est hydrogénée dans des conditions difficiles avec
formation d’un hétérocycle saturé – pipéridine.

Les sels d'alkylpyridinium sont facilement réduits
les hydrures métalliques complexes (voir ci-dessus).

Dérivés biologiquement actifs
pyridine.

Acide nicotinique(voir ci-dessus) et
son amide est nicotinamide- deux formes de vitamine PP. La nicotinamide est
partie intégrante des systèmes enzymatiques responsables de
processus redox dans le corps. Diéthylamide nicotinique
acides – cordiamine– un stimulant nerveux central efficace
systèmes.

Pyridoxine et pyridoxal - divers
formes de vitamine B 6 ,
précurseurs de coenzyme phosphate de pyridoxal impliqué dans les processus
synthèse d'acides aminés à partir d'acides cétoniques par transamination (voir cours n°16).

Nicotinamide adénine dinucléotide – coenzyme impliquée dans les processus d’oxydation et de réduction associés à
transfert d'anion hydrure (voir lec. n°19).

Alcaloïdes pyridiniques. je les dros de pyridine et de pipéridine sont inclus dans
de nombreux alcaloïdes - nicotine et anabasine (alcaloïdes contenus dans les feuilles
tabac; extrêmement toxique, utilisé comme insecticide), atropine
(trouvé dans les plantes de la famille des solanacées ; hautement toxique ; utilisé dans
médicament comme moyen de provoquer une dilatation des pupilles), la cocaïne (contenue dans
feuilles de coca; stimule et excite le système nerveux, connu comme l'un des
les premiers anesthésiques locaux et stupéfiants).

Quinoléine et
isoquinoléine

La quinoléine et l'isoquinoléine sont des composés hétérocycliques aromatiques contenant
anneaux benzène et pyridinium fusionnés.

Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques de la quinoléine et de l'isoquinoléine sont similaires à celles de la pyridine. Ils
ont des propriétés basiques et nucléophiles et forment des sels lorsque
protonation avec des acides forts et alkylation avec des halogénures d'alkyle. Réactions
la substitution électrophile passe par le benzène le moins déficient en électrons
anneau et sont dirigés vers les positions 6 et 8 dans les réactifs nucléophiles.
attaque le cycle quinoléine pyridinium en position 2.

Lors de l'hydrogénation catalytique de la quinoléine dans
Le cycle du pyridinium est principalement affecté. Détruit par oxydation
Un cycle benzénique et de l'acide 2,3-pyridinedicarboxylique se forment.

Dérivés de quinoléine biologiquement actifs
et l'isoquinoléine.

8-Hydroxyquinoléine et ses dérivés - 8-hydroxy-5-nitroquinoléine
(5-NOK) Et 8-hydroxy-7-iodo-5-chloroquinoléine (entéroseptol) - avoir
fort effet bactéricide et sont utilisés comme anti-inflammatoires et
antiseptiques.

L'action de ces médicaments repose sur la formation
complexes chélatés forts avec des ions métalliques. Il arrive ainsi
liaison des microéléments nécessaires à la vie des bactéries.

Quinine - alcaloïde de l'écorce de quinquina
arbre, un antipaludique efficace.

Alcaloïdes de l'opium : morphine - un puissant analgésique,
médicament ; papavérine - antispasmodique et vasodilatateur.

4. Hétérocycles à cinq et six chaînons avec
deux atomes d'azote.

Imidazole.
Pyrazole

L'imidazole et le pyrazole sont des hétérocycles aromatiques à 5 chaînons contenant deux
atome d'azote.

Systèmes aromatiques imidazole et pyrazole
dont 6 p -des électrons. Dans ce cas, l'un des atomes d'azote du cycle est fourni à l'aromatique.
système un électron p ( pyridinium atome d’azote), un autre atome d’azote –
paire isolée d'électrons ( pyrrole atome d'azote).

L'imidazole et le pyrazole sont contenus dans la molécule
centre acide (liaison N-H) et centre basique (atome d'azote de pyridinium) et
sont des composés amphotères. Dans ce cas, les propriétés de base prévalent sur
acide.

Du fait de la présence dans la molécule
Dans le même temps, les centres acides et basiques de l'imidazole et du pyrazole sont associés
en raison de la formation de liaisons hydrogène intermoléculaires.

La conséquence de cette association est élevée
températures d'ébullition et échange intermoléculaire rapide d'hydrogène entre
atomes d'azote de pyrrole et de pyridinium, qui dans le cas de substitués
Les hétérocycles conduisent à l’existence de tautomères.

Les formes tautomères se transforment rapidement les unes dans les autres
ami et ne peut pas être isolé dans un État individuel.

Un type particulier de tautomérie est caractéristique de
5-hydroxypyrazoles (pyrazolones-5). En solution, ils existent sous la forme
un mélange à l'équilibre de formes tautomères hydroxy-(I) et oxo-(II,III).

Le plus stable à l’état cristallin
forme II.

Dérivés biologiquement actifs
imidazole et pyrazole.

Histidine — un -acide aminé inclus dans
la composition de nombreuses protéines, dont l'hémoglobine ; dans le cadre d'enzymes
effectue une catalyse acide et basique en raison de ses propriétés amphotères
cycle de l'imidazole.

Histamine – amine biogène,
produit de décarboxylation de l'histidine ; provoque des réactions allergiques
corps.

Dérivés de la pyrazolone-5 - l'antipyrine,
amidopyrine, analgine– des analgésiques non narcotiques, des antipyrétiques et
médicaments anti-inflammatoires.

Pyrimidine

La pyrimidine est un hétérocycle aromatique à 6 chaînons avec deux atomes d'azote.

Le système aromatique pyrimidine comprend 6 p -des électrons et
similaire au système aromatique de la pyridine : chaque atome du cycle, y compris les deux
L'atome d'azote apporte un électron p au sextet aromatique.

Les propriétés chimiques de la pyrimidine sont similaires
propriétés de la pyridine. La pyrimidine est une base plus faible que la pyridine
en raison de l’effet attracteur d’électrons du deuxième atome d’azote (=1,3). Diminution par rapport à
pyridine, la densité électronique sur les atomes de carbone du cycle conduit à
inertie de la pyrimidine vis-à-vis des réactifs électrophiles et des agents oxydants.
Les réactions de substitution et de réduction nucléophiles du noyau pyrimidine, au contraire,
se déroule plus facilement que dans la pyridine.

Dérivés biologiquement actifs
pyrimidine.

dérivés aminés de la pyrimidine.

Uracile, thymine et cytosine – les bases nucléiques ; font partie des nucléosides, des nucléotides,
acides nucléiques. Existe sous formes tautomères oxo et hydroxy, transitions
entre lesquels s'effectuent du fait de la migration d'un proton entre l'oxygène et
anneau d'azote.

Les plus stables sont la forme oxo pour
forme cytosine et dioxo pour l'uracile et la thymine.

Formes oxo de bases nucléiques
de fortes liaisons hydrogène intermoléculaires.

Ce type d'association joue un rôle important dans
formation de la structure de l'ADN.

Acide barbiturique et ses dérivés - barbituriques(véronal, luminal) – hypnotiques et anticonvulsivants
moyens.

Thiamine (vitamine
DANS 1 ) contient deux hétérocycles –
pyrimidine et thiazole.

La thiamine est un précurseur de la coenzyme
cocarboxylase, qui participe à la décarboxylation d'un-acides céto et synthèse
coenzyme A.

Purine

La purine est un composé hétérocyclique aromatique,
contenant des cycles pyrimidine et imidazole fusionnés.

La purine, comme l'imidazole, existe sous la forme de deux
formes tautomériques. La forme la plus stable est celle avec un atome d'hydrogène en position
7 .

La purine est un composé amphotère et forme
sels d'acides forts (au niveau de l'atome d'azote du cycle imidazole) et alcalins
métaux (par groupe NH). Lorsqu'il est exposé à des réactifs alkylants (iodure de méthyle,
sulfate de diméthyle) donne des dérivés 9-N-alkyle. Réactions de substitution aux atomes de carbone
Les noyaux aromatiques ne sont caractéristiques que des purines substituées.

Dérivés biologiquement actifs
purine.

Hydroxy- et
dérivés aminés de purine.

Adénine et guanine - les bases nucléiques ;
font partie des nucléosides, des nucléotides, y compris les coenzymes nucléotidiques,
acides nucléiques.

L'adénine a deux formes tautomères connues,
résultant de la migration des protons entre les atomes d’azote du cycle imidazole.
La guanine a également des formes tautomères hydroxy et oxo.

Formes tautomères stables de guanine
sont des formes oxo.

Hydroxypurines – hypoxanthine, xanthine,
acide urique– produits du métabolisme des bases puriques.

Comme la guanine, ils se caractérisent par
transformations tautomères entre les formes hydroxy et oxo. Le plus stable
sont des formes oxo.

L'acide urique est le produit final du métabolisme
composés puriques dans le corps. Il est excrété dans les urines. Sels d'acide urique - urates– déposé dans les articulations lors de la goutte, ainsi que sous forme de rein
pierres.

L'adénine et la guanine in vitro peuvent être converties
respectivement, en hypoxanthine et xanthine par désamination sous l'influence de l'azote
acides.

De telles transformations des bases puriques dans la composition
les acides nucléiques conduisent à des mutations.

Alcaloïdes puriques – caféine, théophylline,
théobromine– les dérivés de xanthine méthylés azotés ; trouvé dans le thé
café, fèves de cacao.

La caféine est un stimulant efficace
système nerveux central et stimuler le cœur. Théophylline et théobromine
moins efficaces, mais possèdent de fortes propriétés diurétiques.

COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES
Les composés hétérocycliques sont des composés cycliques de carbone dans lesquels un ou plusieurs des atomes du système cyclique sont un non-carbone non métallique (oxygène, azote ou soufre). Comme les composés carbocycliques, les hétérocycles peuvent être divisés en ceux à caractère aromatique et en produits de réduction de ces hétérocycles aromatiques, qui, comme les composés alicycliques, présentent des propriétés et des réactions similaires aux propriétés et réactions des composés aliphatiques. Il est pratique de classer les hétérocycles a) selon le nombre d'atomes dans le cycle, b) selon le nombre et la nature des hétéroatomes. Les hétérocycles insaturés qui présentent le caractère le plus aromatique sont considérés comme les principaux représentants de chaque système cyclique.
A. HÉTÉROCYCLES À CINQ CHAMPS
1. Un hétéroatome

2. Deux hétéroatomes

3. Trois hétéroatomes ou plus

La résonance (voir « Résonance » au début de la section IV-3) des anneaux à cinq chaînons comprend une contribution significative des structures suivantes :

L'énergie de résonance ainsi acquise rend ces systèmes très résistants aux réactions d'addition au niveau des doubles liaisons et ils entrent dans de nombreuses réactions typiques de substitution aromatique.
B. HÉTÉROCYCLES À SIX MEMBRES
1. Un hétéroatome

2. Deux hétéroatomes

B. SYSTÈMES HÉTÉROCYCLIQUES CONDENSÉS
Des séries importantes de composés de chaque classe sont préparées par condensation d'un hétérocycle avec un ou plusieurs noyaux benzéniques, par exemple :

Les systèmes hétérocycliques sont répandus dans la nature, notamment dans les alcaloïdes, les pigments végétaux (anthocyanes, flavones), les porphyrines (hémine, chlorophylle) et les vitamines B (thiamine, riboflavine, acide folique).
Certains composés hétérocycliques sont discutés plus en détail ci-dessous.
D. COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES PRATIQUEMENT IMPORTANTS

Le furane, un liquide volatil, résistant aux alcalis mais sensible aux acides

La distillation sèche des pentoses HOCH2(CHOH)3CHO donne du furfural (a-formylfurane). Le furfural présente de nombreuses propriétés d'un aldéhyde aromatique. Ainsi, comme le benzaldéhyde, il subit la réaction de Cannizzaro et la condensation du benjoin. La coumarone (benzofurane) (voir ci-dessus « Systèmes hétérocycliques condensés »), ainsi que ses homologues, se trouvent dans le goudron de houille. Il a une certaine valeur pour la production de résines de coumaron, qui se forment lorsqu'il est traité avec de l'acide sulfurique. Les dérivés de la coumarone peuvent être obtenus en décomposant les dibromocoumarines avec un alcali :

ou par action d'un alcali sur le o-hydroxy-b-chlorostyrène, o-HO-C6H4-CH=CH-Cl. La structure coumarone se trouve dans de nombreuses substances végétales naturelles qui sont de puissants insecticides et poisons pour les poissons, telles que :

Le thiophène (formule voir ci-dessus, point d'ébullition 84°C) est contenu dans le goudron de houille et accompagne le benzène lors de son fractionnement. Il peut être éliminé du benzène par précipitation d'un complexe avec l'acétate mercurique, à partir duquel le thiophène peut être régénéré par traitement à l'acide chlorhydrique. L'acide sulfurique l'élimine également du benzène en formant de l'acide a-thiophènesulfonique. Les dérivés du thiophène peuvent être obtenus par les méthodes suivantes : 1) par distillation d'acides succiniques ou d'acides g-céto à partir de P2S3 :

2) distillation des g-dicétones à partir de P2S5 :

Le thiophène et ses homologues sont très résistants à l'oxydation ou à la réduction cyclique. Des réactions de substitution aromatique (sulfonation, nitration, etc.) se produisent en position a. Le thionaphtène (benzothiophène) est obtenu par oxydation de l'acide o-mercaptocinnamique avec du sel de sang rouge (ferricyanure de potassium). Son dérivé 3-hydroxy, d'une grande importance industrielle en chimie des colorants, est obtenu par action de l'anhydride acétique sur l'acide o-carboxyphénylthioglycolique o-HOOCC6H4-S-CH2COOH. Il se combine facilement avec les sels de diazonium en position 2 pour donner des colorants azoïques et se condense avec des aldéhydes et des cétones pour former des colorants thioindigoïdes.

Le pyrrole (formule voir ci-dessus), un liquide incolore et odorant contenu dans le goudron de houille, polymérise facilement dans l'air. Il n'a pratiquement aucune propriété de base, il résiste aux agents oxydants et aux alcalis, mais polymérise facilement sous forme de composants protéiques (proline, tryptophane), d'alcaloïdes (nicotine, atropine) et de porphyrines (hémine, chlorophylle). Les dérivés du pyrrole peuvent être obtenus : 1) par distillation des succinimides

Avec de la poussière de zinc ; 2) chauffer les g-dicétones avec de l'ammoniac ; 3) chauffer l'acide muqueux (voir ci-dessus) avec de l'ammoniac ou des amines primaires ; 4) réduction simultanée de quantités équivalentes de b-cétoester et d'isonitrosocétone

Les pyrroles subissent des réactions de substitution aromatique typiques en position a. Le traitement des réactifs de Grignard les convertit en halogénures d'a-pyrrylmagnésium

qui subissent des réactions typiques de Grignard. L'expansion du cycle avec formation d'un système pyridine peut être obtenue : 1) traitement au chloroforme et à l'éthoxyde de sodium

2) faire passer des a-alkylpyrroles dans un tube chauffé au rouge

La réduction par hydrogénation catalytique sous pression conduit, quoique lentement, aux pyrrolidines :

L'indole (benzopyrrole ; formule voir tableau 4, section III) se trouve dans le goudron de houille et les huiles essentielles de fleurs d'oranger et de jasmin. Les dérivés indole sont obtenus : 1) à partir de o-aminophénylacétaldéhyde o-H2NC6H4CH2CH=O par élimination de l'eau ; 2) chauffage des chlorhydrates d'o-oў-diaminostilbène :

3) à partir de phénylhydrazones par chauffage avec des halogénures de cuivre ou de zinc

Dans ses réactions, l'indole est similaire au pyrrole, à l'exception du fait que la position b est impliquée dans les réactions de substitution. Il convient de mentionner les dérivés indoliques suivants : 1) le skatole (b-méthylindole), une substance à odeur désagréable présente dans les excréments ; 2) le tryptophane (b-(b-indolyl)alanine), un acide aminé présent dans de nombreuses protéines ; 3) hétéroauxine (acide b-indolylacétique ou acide 3-indolylacétique), facteur de croissance végétale ; 4) indigo

L'oxazole (formule voir ci-dessus) est connu sous sa forme pure. Ses dérivés peuvent être obtenus par condensation d'amides avec des cétones a-halogènes :

ou l'effet du pentachlorure de phosphore sur les acylaminocétones :

Les oxazoles sont des bases faibles sensibles au clivage par les acides forts. Isoxazole

Et ses dérivés présentent moins d’intérêt. Ils peuvent être préparés par déshydratation de monooximes de β-dicétone. Le thiazole et ses homologues sont des bases faibles dont le cycle présente une haute résistance à l'oxydation, à la réduction et à l'action des acides forts.

Les thiazoles peuvent être obtenus à partir des cétones a-acylamine par l'action du P2S5, ainsi que par la réaction des thioamides avec des cétones a-halogènes :

Les acides forts convertissent les thiazoles en sels (C3H3SN + HX(r)C3H3SNH+X-), qui sont stables mais s'hydrolysent sensiblement dans les solutions aqueuses. Avec les halogénures d'alkyle, il se forme des sels de thiazolium N-substitués contenant de l'azote quaternaire :

Le composé naturel le plus important contenant un cycle thiazole est la vitamine B1 (thiamine). Le précieux médicament chimiothérapeutique sulfathiazole est obtenu par action du chlorure de N-acétylsulfanyle sur le 2-aminothiazole, suivie de l'élimination du groupe acétyle par hydrolyse :

Imidazole (glyoxaline) et ses homologues

Obtenu à partir d'aldéhydes, d'a-dicétones et d'ammoniac :

Ils peuvent également être préparés en faisant réagir des amidines

Avec des cétones a-halogènes. Les imidazoles sont des bases plus fortes que les pyrroles. Avec les halogénures d'alkyle, ils donnent des N-alkylimidazoles. Ces substances, lorsqu'elles sont passées dans un tube à chaleur rouge, s'isomérisent en 2-alkylimidazoles ; lors de l'interaction avec une deuxième molécule d'halogénure d'alkyle, ils sont convertis en sels d'imidazolium contenant de l'azote quaternaire

L'action des réactifs de Grignard RMgX sur les imidazoles conduit aux halogénures de 2-imidazolylmagnésium correspondants C3H3N2MgX, qui subissent des réactions communes aux réactifs de Grignard. Le cycle imidazole se trouve dans de nombreux composés naturels, notamment l'acide aminé histidine (voir Section IV-1.B.4, « Acides aminés »), les alcaloïdes pilocarpine et les bases puriques. Le pyrazole et ses dérivés ne sont que des composés synthétiques ; système cyclique pyrazole

Introuvable dans la nature. Les pyrazoles sont préparés en faisant réagir de l'hydrazine avec des b-dicétones :

ou l'action des diazoalcanes sur l'acétylène :

La réaction de la phénylhydrazine avec des cétones ou des esters a,b-insaturés donne des dihydropyrazoles, ou pyrazolines :

Ces composés sont facilement oxydés en pyrazoles correspondants. Le cycle pyrazole est très résistant à l’oxydation, à la réduction et aux acides forts. Les sels de pyrazolinium, obtenus par action d'acides forts sur les pyrazolines, sont instables et se décomposent sous vide. La classe la plus importante de pyrazoles est celle des pyrazolones.

obtenu par action de l'hydrazine et de ses dérivés sur les b-cétoesters par exemple,

Les pyrazolones se comportent comme un mélange de trois formes tautomères (c'est-à-dire en équilibre), par exemple :

Le 1-phényl-3-méthylpyrazole-5 est une substance importante. L'oxydation avec le sel de sang rouge (ferricyanure de potassium) le transforme en colorant indigoïde bleu pyrazole :

La méthylation (CH3I à 100°C) le convertit en antipyrine (1-phényl-2,3-diméthylpyrazolone), dont le dérivé 4-N-diméthylamino est un médicament similaire, l'amidopyrine (pyramidon). Les systèmes cycliques comportant trois hétéroatomes ou plus ne présentent aucun intérêt pratique. Tous résistent à l’oxydation, à la réduction et aux acides forts. Les furazans sont obtenus par déshydratation de dioximes d'a-dicétone. Les 1,2,3-triazoles et les tétrazoles appartiennent également à ce groupe de composés.

Encyclopédie de Collier. - Société ouverte. 2000 .

Voyez ce que sont les « COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES » dans d’autres dictionnaires :

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COMPOSÉS HÉTÉROCYCLIQUES, voir COMPOSÉS CYCLIQUES... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

Org. composés dont les molécules contiennent des cycles, comprenant, avec les atomes de carbone, un ou plusieurs. atomes d'autres éléments (hétéroatomes). Naïb. sont importants. C'est-à-dire que le cycle comprend les atomes N, O, S. Ceux-ci incluent les polysaccharides, les alcaloïdes, les vitamines,... ... Encyclopédie chimique

- (voir hétéro... + cycliques) composés organiques à structure cyclique (cyclique) dont le cycle comprend non seulement des atomes de carbone, mais aussi d'autres éléments (azote, oxygène, soufre, etc.). Nouveau dictionnaire de mots étrangers. par EdwART,… … Dictionnaire des mots étrangers de la langue russe

Hétérocycles (de hétéro... (Voir Hétéro...) et du grec cercle kýklos), substances organiques contenant un cycle qui, en plus des atomes de carbone, comprend des atomes d'autres éléments (hétéroatomes), le plus souvent N, O, S , moins souvent P, V, Si, etc....... Grande Encyclopédie Soviétique

- (du grec hétéro... et cercle kyklos, cycle) biologique. composés contenant un cycle dans une molécule dont la composition, en plus des atomes de carbone, comprend des atomes d'autres éléments (hétéroatomes), le plus souvent de l'azote (voir par exemple la pyridine), de l'oxygène, du soufre, moins souvent du phosphore, .. .. Grand dictionnaire polytechnique encyclopédique

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Composés hétérocycliques comportant trois hétéroatomes ou plus. Guide d'étude, Mironovich Lyudmila Maksimovna. Le manuel décrit les bases de la chimie des composés hétérocycliques contenant trois hétéroatomes ou plus. Les principales méthodes d’obtention des oxadiazoles, thiadiazoles,…