Razvrstitev N-vsebujočih heterocikličnih spojin

- Petčlenski heterocikli:

a) z enim atomom dušika (pirol in njegovi derivati)

b) z dvema atomoma dušika (imidazol, pirazol in njuni derivati)

- šestčlenski heterocikli:

a) z enim atomom dušika (piridin in njegovi derivati)

b) z dvema atomoma dušika (pirimidin in njegovi derivati)

- kondenzirani (biciklični) heterocikli (purin in njegovi derivati)

pirola

Elektronska zgradba molekule

Pirolov cikel je po naravi aromatski, saj 4 neparni elektroni atomov ogljika in osamljeni par elektronov atoma dušika tvorijo en sam šestelektronski π-sistem. (Za razliko od benzena en sam π-sistem običajno ni prikazan v strukturnih formulah heterocikličnih spojin.) Sodelovanje osamljenega para elektronov dušikovega atoma pri tvorbi aromatske vezi pojasnjuje, zakaj pirol praktično ne kaže osnovnih lastnosti (za razliko od aminov) ima pirol šibko kisle lastnosti.

Kemijske lastnosti

I. Kislinske lastnosti: interakcija z aktivnimi kovinami

II. Aromatične lastnosti:

a) substitucijske reakcije (običajno v α-položaju)

b) adicijske reakcije (hidrogeniranje)

Pirolidin je ciklični sekundarni amin in ima močno bazične lastnosti. Pirolidinski cikel je del heterocikličnih aminokislin prolina in hidroksiprolina:

Metode pridobivanja

1. Pripravek iz furana in tiofena

2. Priprava iz acetilena

Fizikalne lastnosti

Pirol je brezbarvna tekočina z vonjem po kloroformu, vrelišče 131°C, praktično netopen v vodi, topen v alkoholu in acetonu.

Borov drobec, navlažen s klorovodikovo kislino, postane rdeč s pirolovimi hlapi (od tod tudi ime pirol - "rdeče olje").

Biološka vloga

Cikli substituiranih derivatov pirola so del klorofila in hema. V molekuli klorofila so štirje substituirani pirolni obroči povezani z atomom magnezija, v hemu pa z atomom železa.

Piridin

Elektronska zgradba molekule

Piridinski cikel (kot pirolov cikel) je po naravi aromatski in je zelo podoben benzenovemu ciklu. Aromatično šestelektronsko π vez tvorijo nesparjeni elektroni petih atomov ogljika in atom dušika. Za razliko od pirola, osamljeni par elektronov atoma dušika v piridinu ne sodeluje pri tvorbi π-sistema in zato lahko sodeluje pri tvorbi donorske akceptorske vezi z NP. Posledično ima piridin osnovne lastnosti.

Kemijske lastnosti

Osnovne lastnosti

a) interakcija z vodo

(Vodna raztopina piridina se obarva lakmusovo modro)

b) interakcija s kislinami

II. Aromatične lastnosti:

a) substitucijske reakcije (običajno v β-položaju, ker se atom dušika obnaša kot substituent druge vrste)

b) adicijske reakcije (hidrogeniranje):

Metode pridobivanja

1. Izolacija iz premogovega katrana (vsebuje približno 0,08% piridina).

2. Sinteza iz acetilena in vodikovega cianida

Fizikalne lastnosti

Piridin je brezbarvna tekočina specifičnega vonja, vrelišče 115°C, neskončno mešana z vodo, zelo strupena.

Biološka vloga

Homolog piridina - 3-metilpiridin (β-pikolin) - pri oksidaciji tvori nikotinsko kislino:

Nikotinska kislina in njen amid - nikotinamid sta dve obliki vitamina PP, ki se uporablja za zdravljenje pelagre (kožne bolezni).

imidazol

Elektronska zgradba molekule. Splošne značilnosti kemijskih lastnosti

Iz zgornje formule je jasno, da:

a) imidazol (tako kot pirol in piridin) je aromatska spojina;

b) imidazol ima amfoterne lastnosti, saj N(1) določa kisle lastnosti, N(3) pa bazične lastnosti.

Fizikalne lastnosti

Imidazol je brezbarvna trdna snov, tališče 90 °C, topen v vodi in alkoholu.

Biološka vloga

Jedro imidazola je del ene od naravnih aminokislin - histidina:

Ko nastane dekarboksilacija (-CO 2) histidina, nastane histamin:

Histamin se v vezani obliki nahaja v različnih organih in tkivih ljudi in živali ter se sprošča pri alergijskih reakcijah, šoku in opeklinah.

pirimidin

Splošne značilnosti elektronske zgradbe, kemijske lastnosti in biološka vloga

Pirimidin ima, tako kot druge heterociklične spojine, aromatski značaj. Prisotnost dveh dušikovih atomov piridina določa osnovne lastnosti pirimidina. Pirimidinski derivati se imenujejo pirimidinske baze. Ostanki treh pirimidinskih baz (uracil, timin, citozin) so del nukleinskih kislin (glejte "Nukleinske kisline").

purin

Struktura molekule. Biološka vloga

Molekula purina je sistem pirimidinskih in imidazolnih obročev z dvema skupnima ogljikovima atomoma:

Derivati purina se imenujejo purinske baze. Ostanki dveh purinskih baz (adenin in gvanin) so del nukleinskih kislin (glej "Nukleinske kisline").

Heterociklične organske spojine so spojine, ki vsebujejo obroče, ki vsebujejo enega ali več neogljikovih atomov (heteroatomov), na primer atome dušika, kisika in žvepla.

Razvrstitev heterocikličnih spojin.

Heterociklične spojine lahko razvrstimo glede na število členov in število heteroatomov v heterociklu. Kot primer takšne klasifikacije so predstavljeni heterocikli z enim heteroatomom in z dvema ali več heteroatomi.

Glede na naravo kemijske vezi med atomi obroča ločimo nasičene, nenasičene in aromatske heterociklične spojine.

Tričlenski heterocikli z enim heteroatomom:

etilen oksid (oksiran, etilen oksid)

etilen sulfid (tiiran)

etilenimin (aziridin)

Petčlenski heterocikli z enim heteroatomom:

Šestčlenski heterocikli z enim heteroatomom:

tetrahidropiran

piperidin

Petčlenski heterocikli z več heteroatomi:

imidazol

1,3-tiazol

tiazolidin

1,3-oksazol

1,2,3-oksadiazol

1,3,4-tiadiazol

1,2,4-tiadiazol

12,3,4-tetrazol

Šestčlenski heterocikli z več heteroatomi:

piridiazin

pirimidin

1,3,5-triazin

piperazin

morfolin

Slika 1. Predstavniki nasičenih, nenasičenih in aromatskih heterocikličnih spojin

Petčlenski heterocikli z enim heteroatomom

Najpomembnejši predstavniki petčlenskih heterociklov z enim heteroatomom so furan (I), tiofen (II) in pirol (III).

Te spojine so podobne po strukturi in imajo sposobnost pretvorbe druga v drugo

Pirol, furan in tiofen imajo kemijske lastnosti, značilne za aromatske spojine, in so zelo reaktivni (v primerjavi z benzenom). Zanje so značilne elektrofilne substitucijske reakcije (na primer halogeniranje in aciliranje):

tetraoidpirol

4NaOH + 4NaI + 4H2O

2-acetilfuran, kot tudi reakcija hidrogeniranja:

(CH 3 CO) 2O +

pirolin pirolidin

Za pirol so značilne blago kisle lastnosti:

pirolat kalij

Najpomembnejša derivata furana sta furfural (IV) in piroslitična kislina (V):

furfural (IV)

piroslitična kislina (V)

Derivata pirola sta indol (VI) in aminokislina prolin (VII):

prolin (VII)

Molekula indola vsebuje jedra pirola in benzena. Derivati indola so barvila in stimulansi rasti rastlin. Med derivati indola sta najpomembnejša aminokislina triptofan (VIII) in heteroavksin (IX):

triptofan (VIII)

heteroavksin (IX)

Od petčlenskih heterociklov z enim heteroatomom je v naravi najpogostejši pirol. Pirolna jedra so del klorofila, v katerem so dušikovi atomi pirolovih jeder vezani na magnezij (slika 2). Neproteinska komponenta hemoglobina, hem, ima podobno zgradbo, v kateri so atomi dušika pirola vezani na atom železa.

Slika 2. Zgradba klorofila b

Šestčlanski heterocikli z enim atomom dušika

Najpomembnejši šestčlenski heterocikli z enim atomom dušika I so piridin (X), piperidin (XI) in kinolin (XII):

piridin (X)

piperidin (XI)

kinolin (XII)

Piridin ima bazične lastnosti in je po reaktivnosti podoben nitrobenzenu.

S katalitičnim hidrogeniranjem piridina nastane piperidin:

Piridin in piperidinski fragmenti se nahajajo v številnih spojinah. Na primer, piperidinski fragment je vključen v alkaloide koniin (XIII) in anabazin (XIV), piridinski fragment pa opazimo v sestavi istega anabazina (XIV), nikotinske kisline (XV) in nikotina (XVI):

koniin (XIII)

Anabazin (XIV)

nikotinska kislina (XV)

nikotin (XVI)

Kinolin vsebuje benzenske in piridinske obroče in je po svojih lastnostih podoben piridinu. Derivati kinolina vključujejo oksin (XVII) in alkaloid kinin (XVIII):

oksin (XVII) kinin XVIII)

Šestčlanski heterocikli z dvema atomoma dušika in njihovi derivati

V tej vadnici bomo obravnavali pirimidin (XIX) in purin (XX) iz šestčlenskih heterociklov z dvema heteroatomoma:

pirimidin (XIX)

Oba heterocikla sta brezbarvni kristalni snovi. Purin je za razliko od pirimidina biciklični heterocikel, v molekuli katerega sta združeni ciklični strukturi pirimidina in imidazola.

Med derivati pirimidina so še posebej pomembni uracil, timin, citozin in barbiturna kislina (slika 3), med derivati purina pa je treba posebej izpostaviti adenin, gvanin, kofein in sečno kislino (slika 4).

Slika 3. Pirimidinski derivati - pirimidinske baze: citozin uracil (U) in timin (T) ter barbiturna kislina

Slika 4. Derivati purina - purinske baze: adenin (A), gvanin (G) ter kofein in sečna kislina

Derivati pirimidina in purina igrajo pomembno vlogo v življenju živih organizmov. Tako so pirimidinske in purinske baze: uracil, timin, citozin, adenin in gvanin del nukleinskih kislin (DNA in RNA). Derivati barbiturne kisline - barbiturati - se uporabljajo kot hipnotiki, sečna kislina je končni produkt presnove purinskih spojin v telesu, kofein pa je učinkovit stimulans srca in centralnega živčnega sistema.

Pirimidinske baze (slika 3) imajo šibko bazične lastnosti zaradi osamljenih elektronskih parov dušikovih atomov. Purinske baze (slika 4) imajo šibko alkalne lastnosti zaradi osamljenih elektronskih parov dušikovih atomov pirimidinskega obroča in šibko kisle lastnosti zaradi NH skupine pirazolnega obroča.

Citozin, uracil, timin (pirimidinske baze) in adenin, gvanin (purinske baze) so del nukleinskih kislin. Te baze se lahko povezujejo med seboj zaradi vodikovih vezi po principu komplementiranja in vedno pirimidin s purinom in v obratnem vrstnem redu. Na primer, timin tvori vodikove vezi z adeninom, citozin pa z gvaninom:

adenin timin gvanin citozin

Ta pojav nastanka vodikove vezi med strogo določenimi pari dušikovih baz (adenin – timin; gvanin – citozin) imenujemo komplementarnost, same baze pa komplementarne baze. Komplementarnost zagotavlja združevanje dveh verig DNA, povezavo encima s substratom, antigena s protitelesom. Figurativno povedano, se komplementarne strukture ujemajo »kot ključ do ključavnice«.

heterociklična spojina kemikalija indol

Aromatični heterocikli so ravninski ciklični sistemi, ki namesto enega ali več atomov ogljika vsebujejo atome kisika, žvepla in dušika. Imenujejo se aromatični zaradi dejstva, da izpolnjujejo vse kriterije, ki so značilni za kateri koli aromatični sistem, in sicer:

· Sistem je cikličen

· Ciklus je raven

· V celotnem ciklu obstaja konjugacija, to je možnost neovirane delokalizacije katerega koli od p-elektronov v celotnem sistemu, zaradi prisotnosti nehibridiziranih p-orbital

· Število delokaliziranih p-elektronov, vključenih v konjugacijo, ustreza, po Hücklovem pravilu, manifestaciji aromatskih lastnosti, in sicer enako 4n+2, kjer je n katero koli naravno število, vključno z 0.

Med aromatskimi heterocikličnimi spojinami so najbolj razširjeni in zato tudi najbolj zanimivi pet- in šestčlenski heterocikli, vključno z dušikom, žveplom in kisikom, ter enaki sistemi, kondenzirani z benzenskim obročem.

Petčlenski ciklični sistemi z enim heteroatomom vključujejo: pirol, furan in tiofen:

Od petčlenskih heterociklov z dvema heteroatomoma je najbolj praktičen imidazol.

Petčlenski heterocikli, spojeni z benzenskim obročem, vključujejo: 2,3-benzopirol (indol, I), 3,4-benzopirol (izoindol, II), benzimidazol (III), benzofuran (IV) in 2,3-benzotiofen (V ):

Najpomembnejši izmed šestčlenskih heterociklov so: piridin, pirimidin, kinolin (benzopiridin) in purin.

Značilnost petčlenskih heterocikličnih spojin je njihova hkratna kombinacija lastnosti aromatske spojine in diena. Nagnjenost k reakcijam obeh vrst pa je pri njih različna in je povezana z naravo heteroatoma. Tako se »aromatske« lastnosti zmanjšujejo v vrstnem redu: tiofen > pirol > furan. Poleg tega so njihovi aromatski sistemi manj stabilni kot sistemi benzena.

Ko je heteroatom v obroču, deluje s svojim elektronskim sistemom v dveh smereh. Več elektronegativnih elementov, dušika, žvepla in kisika, potegne elektronsko gostoto iz obroča prek induktivnega učinka, ki se širi skozi sistem s-vezi. Odločilno pa prispeva mezomerni učinek, ki ima v vsakem od teh primerov nasprotno smer od induktivnega učinka. Tako postane molekula petčlenske heterociklične spojine polarizirana, kjer je "pozitivno" središče polarizacije heteroatom. Električni momenti dipolov se zmanjšujejo v istem vrstnem redu kot aromatske lastnosti. Najbolj elektronegativni kisik ima manjšo težnjo, da deli svoj par elektronov v aromatskem sistemu, zato ima furan najmanj aromatičnih lastnosti v seriji tiofen-pirol-furan.

Nižjo stabilnost aromatskih sistemov v petčlenskih heterociklih pojasnjujejo z dvojno naravo np-elektronskega para heteroatoma, neskladjem med veznimi koti znotraj obroča in vrednostjo 120 stopinj, značilno za sp2-hibridiziran ogljikov atom. , kot tudi močno polarizacijo vezi ogljik-heteroatom. Posledično je največja elektronska gostota koncentrirana na ogljikovih atomih, ki so najbližje heteroatomu (a - položaji). Na atomih b-ogljika, ki so dlje od njega, je elektronska gostota manjša. Vse to vnaprej določa kemijske lastnosti spojin tega razreda. Petčlenski heterocikli so na splošno lažje podvrženi reakcijam elektrofilne substitucije kot nesubstituirani benzen. Zamenjava se zgodi na položaju 2; če je zaseden, se zamenjajo atomi na tretjem atomu ogljika

Prisotnost heteroatoma (dušika) v šestčlenskem piridinskem obroču ima povsem drugačen učinek. Enotni par dušikovih elektronov ne sodeluje pri tvorbi aromatskega sistema, zato ima piridin za razliko od pirola izrazite bazične lastnosti, za razliko od benzena pa je njegov aromatski sistem osiromašen z elektronsko gostoto zaradi negativnega induktivnega učinka dušika. Zato je piridin podvržen elektrofilnim substitucijskim reakcijam v veliko strožjih pogojih kot nesubstituiran benzen in na položaju 3 glede na dušik. Hkrati so za piridin značilne nukleofilne substitucijske reakcije, ki se iz istih razlogov pojavljajo lažje kot v nesubstituiranem benzenu.

Heterociklične spojine so izjemno razširjene v živi naravi. Tako so heterocikli družin purinov in pirimidinov sestavni del nukleinskih kislin, odgovornih za shranjevanje in prenos dednih informacij. Interakcija purinskih in pirimidinskih derivatov preko sistema vodikovih vezi je osnova procesov replikacije, transkripcije in translacije, ki so osnova za delovanje vsake žive celice.

V tehnologiji in industriji se heterociklične spojine uporabljajo kot topila (tetrahidrofuran, piridin), sestavine barvil, so pomembne sestavine številnih sintetičnih zdravil in izhodne spojine pri sintezi številnih pomembnih kemičnih spojin.

Kemijske lastnosti

Petčlenski aromatski heterocikli in njihovi derivati

Kot smo že omenili, se stabilnost aromatskega sistema zmanjša v seriji: Tiofen > Pirol > Furan .

Najmanj aromatični furan, ki doda proton pri atomu kisika v kislem okolju, tvori dienski sistem, ki je nagnjen k polimerizaciji in smolizaciji. Zato se elektrofilne substitucijske reakcije v furanu (ki se pojavljajo tako enostavno kot v fenolih) izvajajo v nevtralnem in alkalnem mediju. Tako furan aciliramo s kislinskimi anhidridi v prisotnosti SnCl 4, sulfoniramo s piridin sulfontrioksidom (brezkislinsko sulfonacijsko sredstvo, piridin veže protone, ki nastanejo med sulfonacijo) in nitriramo z acetil nitratom:

Pri halogeniranju furana s halogeni pride do zamenjave vseh štirih vodikovih atomov:

Monohalidne derivate pridobivamo posredno:

Furan zlahka prestane Diels-Alderjevo reakcijo z dienofili (anhidrid maleinske kisline):

Pri segrevanju z razredčeno klorovodikovo kislino se cikel zlahka odpre:

Furanski cikel postane stabilen v prisotnosti substituentov, ki odvzemajo elektrone: -NO 2, -CHO, -COOH, -SO 2 OH, halogeni.

Od furanovih derivatov je velik pomen kot topilo tetrahidrofuran, pridobljen s hidrogeniranjem furana na nikljevem katalizatorju.

Tiofen je po aromatičnosti najbližji benzenu in zanj so značilne vse elektrofilne substitucijske reakcije, ki potekajo lažje kot v nesubstituiranem benzenu. Tako je eden od načinov čiščenja tehničnega benzena iz tiofena obdelava benzena z žveplovo kislino na hladnem:

Nastala tiofensulfonska kislina se raztopi v žveplovi kislini. Tiofen je stabilen v močno kislem okolju, vendar je atom žvepla občutljiv na oksidacijo, zato se pri nitriranju tiofena ne uporablja dušikova kislina, ampak se uporablja acetil nitrat (glej furan).

Med halogeniranjem se v tiofenu zamenjata samo 2 atoma vodika:

Bromotiofen zlahka tvori organomagnezijeve spojine, iz katerih je mogoče pridobiti številne derivate tiofena. Pri redukciji tiofena dobimo tetrahidrotiofen (tiofan) (I), slednjega lahko oksidiramo v sulfoksid (II) ali sulfolan (III):

Zanimiva je kondenzirana tiofenska spojina - benztiofen, katere derivat je rdeče kadno barvilo - tioindigo:

Zaradi prisotnosti znatnega deleža pozitivnega naboja na atomu dušika ima pirol v večji meri kisle lastnosti kot bazične. Vendar je še vedno zelo šibka kislina, ki lahko odda proton le pri interakciji z zelo močnimi bazami:

Negativni naboj aniona (I) je znatno delokaliziran:

zato lahko v reakcijah z alkil halidi dobimo oba N-substituirana alkilpirola (pri nizkih temperaturah):

in a - alkilpiroli (pri povišanih temperaturah):

Prosti pirol za razliko od tiofena ni zelo stabilen v kislih okoljih, kaže tudi nagnjenost k polimerizaciji in oksidaciji. Vendar pa povečana elektronska gostota v obroču vodi tudi do večje enostavnosti elektrofilnih substitucijskih reakcij, ki se pojavijo v blagih pogojih, kot je furan.

Pirol ima razmeroma visoko vrelišče (130 o C), kar je razloženo s strukturiranjem med tvorbo medmolekulskih vodikovih vezi:

Imidazol je tako kot pirol tudi precej strukturiran in ima še višje vrelišče (250 o C):

Elektrofilna substitucija v imidazolnem obroču se pojavi na mestih 4 ali 5, kjer je gostota elektronov veliko večja kot na položaju 2. Atoma dušika v molekuli imidazola sta zaradi ravnovesja enaka:

Prisotnost drugega atoma dušika v obroču bistveno zmanjša njegovo elektronsko gostoto, kar stabilizira molekulo kot celoto. Imidazol se ne boji kislega okolja, elektrofilna substitucija pa je veliko težja kot v primeru pirola. Kot šibka kislina imidazol tvori kovinske derivate z natrijem ali Grignardovimi reagenti, podobno kot pirol. Imidazol pripravimo s kondenzacijo glioksala in formaldehida v prisotnosti amoniaka:

Načini prejema

Furan se proizvaja v industrijskem obsegu iz furfurala s katalitično dekarboksilacijo:

Sam furfural se pridobiva z vrenjem z razredčenimi kislinami petetroatomskih ogljikovih hidratov (pentoz), ki jih v velikih količinah najdemo v sončničnih lupinah, koruznih storžih, otrobih itd.

Tiofen se pridobiva s ciklizacijo butana ali butilena v žveplovih parah pri 700 °C:

Pirol (v prevodu "rdeče olje") se pridobiva s pirolizo amonijeve soli sluzne kisline:

Ali z redukcijo sukcinimida s cinkovim prahom:

Yuriev Yuriev je odkril reakcije medsebojne pretvorbe petčlenskih heterociklov, ki se uporabljajo tudi za njihovo pripravo. Reakcija poteka v toku vodikovega sulfida, amoniaka in vode pri visokih temperaturah nad aluminijevim oksidom:

Šestčlenski aromatski heterocikli in njihovi derivati

Porazdelitev elektronske gostote po atomih piridinskega obroča je prikazana na diagramu:

Molekula piridina je polarizirana in negativno središče polarizacije je koncentrirano na atomu dušika. Posledično, kot smo že omenili, je elektrofilna substitucija v piridinu veliko težja kot v nesubstituiranem benzenu, nukleofilna substitucija pa lažja, zlasti pri interakciji z močnimi bazami:

Tako pride do sulfonacije piridina s pirožveplovo kislino pri 250 o C v položaju beta, nitriranje s kalijevim nitratom v dušikovi kislini prav tako poteka težko, le pri 350 o C in z izkoristkom 15%, medtem ko pride do reakcije z natrijevim amidom. pri relativno majhnem ogrevanju.

Atom dušika v piridinu je odporen na oksidante, zato se alkilpiridini zlahka oksidirajo v piridinkarboksilne kisline:

Vendar pa se pod vplivom peroksidov piridin zlahka spremeni v piridin oksid:

Slednji je zlahka podvržen elektrofilnim substitucijskim reakcijam s tvorbo substituiranih benzenskih derivatov, podobnih tistim, ki jih aktivirajo substituenti, ki dajejo elektrone:

Diagram jasno prikazuje, kako se v piridin oksidu obroč aktivira za elektrofilno substitucijo, poleg tega na 2. in 4. položaju.

To je pomembna metoda za pripravo derivatov piridina, ki jih ni mogoče dobiti z neposredno substitucijo. Po substitucijski reakciji se oksid reducira v piridin z dimetil sulfoksidom.

Od benzosubstituiranih je praktičnega pomena 2,3-benzopiridin ali kinolin. kinolin pridobljen iz premogovega katrana (kot sam piridin) ali sintetiziran iz anilina in glicerola v prisotnosti žveplove kisline in oksidanta nitrobenzena ( Sinteza skrupa). Za nadaljnje sodelovanje v reakciji se uporablja glicerol. akrolein:

HO-CH2-CH(OH)-CH2-OH +H2SO4 --> CH2=CH-CHO + 2H2O

Za piridinski obroč kinolina so značilne vse reakcije samega piridina, vendar se elektrofilne substitucijske reakcije pojavljajo v benzenovem obroču, na položajih 5 ali 8:

Pri interakciji z oksidanti (Cr 2 O 4 2-, v kislem okolju, pri segrevanju) se benzenski obroč kinolina uniči:

Kinolin se uporablja kot topilo z visokim vreliščem, pa tudi za sintezo zdravil in barvil.

Pirimidin, ki se od piridina razlikuje po prisotnosti dveh dušikovih atomov v obroču, na mestih 1 in 3, ima večji delni pozitivni naboj na mestih 2, 4 in 6, manjši pa na mestih 5, zato je inerten za elektrofilni napadi:

Iz istega razloga je pirimidin odporen na oksidante. Dobra topnost v vodi je razložena s tvorbo vodikovih vezi s sodelovanjem dušikovih atomov.

Pirimidinski derivati: citozin (I), timin (II) in uracil (III) so najpomembnejše sestavine nukleinskih kislin, sestavni deli vsake žive snovi:

Kondenzirani derivat imidazola in pirimidina (purin, I) je tudi utemeljitelj dušikovih baz, najpomembnejših sestavin nukleinskih kislin: adenina (II) in gvanina (III):

Alkaloidi

Alkaloidi so skupina snovi na osnovi dušikovih baz, pridobljenih iz rastlin in imajo močan fiziološki učinek na telo sesalcev, običajno na živčni sistem. Zaradi močnega fiziološkega delovanja je ta skupina snovi postala pomembna v obliki zdravil, številni alkaloidi pa so bili v te namene uporabljeni še pred njihovo posamično izolacijo in vzpostavitvijo strukture – zgolj v obliki rastlinskih tinktur. Že prej so sokove rastlin, ki vsebujejo alkaloide, uporabljali kot močne strupe. Alakaloidne rastline so večinoma rastline več družin: nočne senke, ranunkulaceae, mak, moraine, asteraceae in nekatere druge. Pogosto ena rastlinska vrsta vsebuje več alkaloidov. V rastlinah so alkaloidi vezani v soli, ki jih tvorijo kisline – jabolčna, vinska, citronska itd.

Alkaloid pilokarpin je bil izoliran (Ardy, 1895) iz listov PilicarpusJaborandi, ki izvira iz Afrike in je našel uporabo v boju proti glavkomu, očesni bolezni, povezani s povečanim intraokularnim tlakom:

Konyin(glavni alkaloid hemlocka, močan strup) je alfa-propilpiperidin:

Posušen sok, izoliran iz rezov na glavicah maka (opij), vsebuje alkaloid papaverin, katerega strukturo je vzpostavil Goldschmidt. Papaverin se v medicini pogosto uporablja kot vazodilatator:

Sok nezrelih makovih glavic vsebuje alkaloide, ki so po strukturi tesno povezani - morfij in kodein:

Yohimbine- alkaloid iz lubja afriške rastline Coriante Yohimbe- se nahaja v tej skorji skupaj s številnimi njegovimi izomeri. Sestavina aditivov za živila "Gingko-Forte" in "Gingko-Biloba". V zvezi z njim rezerpin-alkaloid indijske rastline Rauwolfia serpentina

Predavanje št. 15

povezave

Načrtujte

Razvrstitev.
en heteroatom.
enega heteroatoma.
atomi dušika.

Predavanje št. 15

Biološko aktivni heterociklični
povezave

Načrtujte

Razvrstitev.
Petčlenski heterocikli, ki vsebujejo dušik z
en heteroatom.
Šestčlenski heterocikli, ki vsebujejo dušik z
enega heteroatoma.
Pet- in šestčlenski heterocikli z dvema
atomi dušika.

Heterociklično imenovane spojine, molekule
ki vsebujejo cikle, ki poleg ogljikovih atomov vsebujejo enega ali več
heteroatomi. Heterocikli so najštevilnejši razred organskih spojin.
vključno s približno 2/3 vseh znanih naravnih in sintetičnih organskih
snovi. Heterocikli vključujejo številne alkaloide, vitamine, naravne
pigmenti. So strukturni fragmenti molekul nukleinskih kislin in
beljakovine. Več kot 60 % najbolj znanih in razširjenih zdravil
zdravila so heterociklične spojine.

1. Razvrstitev

Heterocikli so razvrščeni glede na naslednje glavne značilnosti:

po naravi in številu heteroatomov;
po velikosti cikla;
glede na stopnjo nenasičenosti.

Najbolj razširjena v
naravno imajo pet- in šestčlenske heterocikle, ki vsebujejo as
heteroatomi dušik, pa tudi kisik in žveplo.

Glede na stopnjo nenasičenosti ločijo nasičene, nenasičene in aromatične.
heterocikli. Nearomatski heterocikli so po svojih lastnostih podobni
ustrezne aciklične spojine (amini, amidi, enostavni in
estri itd.). 5- in 6-členski heterocikli, zaprto konjugirani
katerih sistem vključuje (4n + 2) elektrona, imajo aromatski značaj
(glej lekcijo št. 2). Takšne spojine so po lastnostih povezane z benzenom in pripadajo
aromatske heterociklične spojine. Za njih, kot za benzenoide
sistemov, najbolj značilne so substitucijske reakcije. V tem primeru deluje heteroatom
vloga "notranje" funkcije, ki določa hitrost in smer reakcij
zamenjave.

Prav aromatske heterociklične spojine so razširjene v
narave. Nato bodo obravnavani aromatski heterocikli, ki vsebujejo dušik.

2. Petčlenski dušik vsebujoči heterocikli z enim
heteroatom

pirola

Pirol je 5-členski aromatski heterocikel z enim atomom dušika.

Aromatični sistem pirola vključuje 6 str -elektroni:
štiri str -elektroni iz dvojnih vezi in dva iz heteroatoma.

Atom dušika z osamljenim parom elektronov
deluje kot darovalec in poveča elektronsko gostoto na ogljikovih atomih obroča.
Zato je pirol razvrščen kot str - presežni heterocikli.

Kemijske lastnosti

Kemične lastnosti pirola so določene s prisotnostjo aromatskega sistema in
polarna N-H vez.

Kislinsko-bazične lastnosti

Dušikov osamljeni elektronski par je del aromatskega seksteta
elektronov, zato je pirol praktično brez osnovnih lastnosti (). Trdnost pirola kot baze ne more
natančno določiti, saj gre za acidofobno spojino in
polimerizira pod vplivom kislin.

Hkrati prisotnost polarne N-H vezi
povzroča šibke kisle lastnosti pirola (pK a =16,5).

Elektrofilne reakcije
zamenjava

Pirol, npr str - presežek heterocikla, je zlahka podvržen reakcijam elektrofilne substitucije.
Aktivnost pirola proti elektrofilom je višja od aktivnosti benzena in je blizu
aktivnost anilina in fenola. Elektrofilna substitucija je usmerjena
pretežno na položaju 2. Zaradi acidofobnosti pirola
S E -reakcije se izvajajo v
odsotnost kislin.

pirol.

Tetrapirolne spojine vsebujejo aromatični makrocikel porfin, vključno s štirimi pirolovimi obročki.

Nadomestni porfini se imenujejo porfirini. V obliki kompleksov z
kovinski porfirini in delno hidrogenirani porfirini so del pomembnih
naravne spojine – heme(protetična skupina hemoglobina -
glavna beljakovina dihalnega cikla, ki jo vsebujejo rdeče krvne celice, prenašalec
kisik iz dihal v tkiva), zeleni rastlinski pigment klorofil, vitamin B 12 .

Indol

Indol je aromatska heterociklična spojina, ki vsebuje
kondenzirani benzenski in pirolni obroči.

Kemijske lastnosti

Kemične lastnosti indola so podobne lastnostim pirola. Praktično ne
ima bazične lastnosti, acidofobičen, je šibka NH-kislina.
Aktivno sodeluje v elektrofilnih substitucijskih reakcijah s substituentom
vstopi v položaj 3 pirolnega obroča.

Biološko aktivni derivati
indol.

Triptofan – nenadomestljiv (ne
sintetizirana v človeškem telesu) aminokislina, ki jo najdemo v živalih in
rastlinske beljakovine.

Serotonin – biogeni amin,
produkt presnove triptofana. Ima visoko biološko aktivnost,
je nevrotransmiter možganov.

Triptamin – toksični biogeni
amin, produkt dekarboksilacije triptofana.

Indol alkaloidi. Alkaloidi –
heterociklične baze rastlinskega izvora, ki vsebujejo dušik,
ima izrazit fiziološki učinek. Indol obroč vključen
vsebuje veliko alkaloidov - rezerpin (najdemo ga v rastlinah rodu
rauvolfija; uporablja se kot pomirjevalo in zniževalec krvnega tlaka
zdravilo), strihnin (vsebuje ga seme rastline čilibuha; uporablja se kot
tonik), lizergična kislina (ergot alkaloid; dietilamid
lizergična kislina – LSD je močno halucinogeno zdravilo).

3. Šestčlenski dušik vsebujoči heterocikli z enim
heteroatomi.

Piridin

Piridin je 6-členski aromatski heterocikel z enim atomom dušika.

Piridinski aromatični sistem vključuje 6 str - elektroni in
podobno aromatskemu sistemu benzena: vsak atom obroča prispeva k aromatskemu
sekstet en p-elektron. Osamljeni elektronski par dušika zaradi svoje
prostorska orientacija ni vključena v parjenje

Atom dušika deluje kot akceptor, reducira
elektronska gostota na ogljikovih atomih cikla. Zato je piridin razvrščen kot str -pomanjkljivi heterocikli.

Kemijske lastnosti

Kemične lastnosti piridina so določene s prisotnostjo aromatskega sistema in
bazični atom dušika.

Bazične in nukleofilne lastnosti.

Piridin kaže šibke bazične lastnosti (=5,23) zaradi osamljenega para elektronov
dušik in s kislinami tvori piridinijeve soli.

Razstavljen je tudi atom dušika piridina
nukleofilne lastnosti in alkilira z alkilnimi halidi, da tvori soli
alkilpiridinij.

Alkilpiridinijeve soli zlahka medsebojno delujejo
nukleofilni reagenti, vključno s kompleksnimi kovinskimi hidridi
(NaBH 4 ), z oblikovanjem izdelkov
pristop. Podobni procesi so osnova mehanizma delovanja koencima
KONEC+ (glej predavanje št. 19).

Reakcije elektrofilne substitucije

Reakcije elektrofilne substitucije za piridin
težko hoditi, kar je posledica str - pomanjkanje jedra in sposobnosti atoma dušika
tvorijo soli s protičnimi kislinami in komplekse z Lewisovimi kislinami, kaj drugega
bolj zmanjša nukleofilnost jedra. Glede na sposobnost elektrofilnosti
Substitucija piridina je podobna nitrobenzenu. Napad elektrofilov poteka glede na položaj
3.

Nukleofilne substitucijske reakcije

Najbolj značilne reakcije piridina so nukleofilne substitucijske reakcije,
ki gredo vzdolž leg 2 in 4. Primeri takih reakcij so
interakcija piridina z natrijevim amidom (Chichibabainova reakcija) in z alkalijami.

Oksidacija in redukcija

Piridinski cikel je odporen na oksidante. Alkilpiridini se oksidirajo z
nastajanje piridinkarboksilnih kislin.

Piridin hidrogeniramo v težkih pogojih z
nastanek nasičenega heterocikla – piperidina.

Alkilpiridinijeve soli se zlahka reducirajo
kompleksni kovinski hidridi (glej zgoraj).

Biološko aktivni derivati
piridin.

Nikotinska kislina(glej zgoraj) in
njegov amid je nikotinamid- dve obliki vitamina PP. Nikotinamid je
sestavni del encimskih sistemov, odgovornih za
redoks procesi v telesu. Nikotinski dietilamid
kisline – kordiamin– učinkovit stimulans centralnega živčnega sistema
sistemi.

piridoksin in piridoksal - različne
oblike vitamina B 6 ,
prekurzorji koencimov piridoksal fosfat vključeni v procese
sinteza aminokislin iz keto kislin s transaminacijo (glej predavanje št. 16).

Nikotinamid adenin dinukleotid – koencim, ki sodeluje pri procesih oksidacije in redukcije, povezanih z
prenos hidridnega aniona (glej predavanje št. 19).

Piridin alkaloidi. jaz Dros piridina in piperidina je vključen v
številni alkaloidi - nikotin in anabazin (alkaloidi, ki jih vsebujejo listi
tobak; izjemno strupen, uporablja se kot insekticid), atropin
(najdemo ga v rastlinah iz družine nočnih senčnikov; zelo strupeno; uporabljamo v
zdravilo kot sredstvo za širjenje zenice), kokain (vsebuje
listi koke; stimulira in vznemirja živčni sistem, znan kot eden od
prvi lokalni anestetiki in narkotiki).

Kinolin in
izokinolin

Kinolin in izokinolin sta aromatični heterociklični spojini, ki vsebujeta
spojeni benzenovi in piridinijevi obroči.

Kemijske lastnosti

Kemične lastnosti kinolina in izokinolina so podobne lastnostim piridina. Oni
imajo bazične in nukleofilne lastnosti ter tvorijo soli, ko
protoniranje z močnimi kislinami in alkiliranje z alkilnimi halidi. Reakcije
elektrofilna substitucija poteka skozi benzen z najmanjšim pomanjkanjem elektronov
obroča in so usmerjeni na položaje 6 in 8 v nukleofilnih reagentih
napadejo kinolin piridinijev obroč na položaju 2.

Med katalitskim hidrogeniranjem kinolina v
Prizadet je predvsem piridinijev cikel. Razpade pri oksidaciji
benzenov obroč in nastane 2,3-piridindikarboksilna kislina.

Biološko aktivni derivati kinolina
in izokinolin.

8-hidroksikinolin in njegove izpeljanke - 8-hidroksi-5-nitrokinolin
(5-NOK) in 8-hidroksi-7-jodo-5-klorokinolin (enteroseptol) – imeti
močan baktericidni učinek in se uporabljajo kot protivnetno in
antiseptiki.

Delovanje teh zdravil temelji na nastanku
močni kelatni kompleksi s kovinskimi ioni. Tako se zgodi
vezava mikroelementov, potrebnih za življenje bakterij.

kinin - alkaloid lubja cinchona
drevo, učinkovit antimalarik.

Alkaloidi opija: morfin - močno sredstvo proti bolečinam,
zdravilo ; papaverin - antispazmodik in vazodilatator.

4. Pet- in šestčlenski heterocikli z
dva atoma dušika.

imidazol.
pirazol

Imidazol in pirazol sta 5-členska aromatska heterocikla, ki vsebujeta dva
atom dušika.

Aromatični sistemi imidazola in pirazola
vključi 6 str -elektroni. V tem primeru se eden od dušikovih atomov cikla dovaja aromatu
sistem en p-elektron ( piridinij atom dušika), drug atom dušika –
osamljeni par elektronov ( pirol atom dušika).

V molekuli sta imidazol in pirazol
kislo središče (vez N-H) in bazično središče (piridinijev atom dušika) in
so amfoterne spojine. V tem primeru prevladujejo osnovne lastnosti
kislo.

Zaradi prisotnosti v molekuli
Istočasno sta povezana kisla in bazična središča imidazola in pirazola
zaradi tvorbe medmolekulskih vodikovih vezi.

Posledica te povezave je velika
temperature vrelišča in hitra medmolekularna izmenjava vodika med
pirola in piridinijevih dušikovih atomov, ki v primeru substituiranih
heterociklov vodi v obstoj tavtomerov.

Tavtomerne oblike hitro prehajajo druga v drugo
prijatelj in ga ni mogoče izolirati v posameznem stanju.

Za
5-hidroksipirazoli (pirazoloni-5). V raztopini obstajajo v obliki
ravnotežna zmes hidroksi-(I) in okso-(II,III) tavtomernih oblik.

Najbolj stabilen v kristalnem stanju
oblika II.

Biološko aktivni derivati
imidazol in pirazol.

Histidin — a -aminokislina vključena v
sestava številnih beljakovin, vključno s hemoglobinom; kot del encimov
zaradi amfoternih lastnosti izvaja kislinsko in bazično katalizo
imidazolski cikel.

Histamin – biogeni amin,
produkt dekarboksilacije histidina; zagotavlja alergijske reakcije
telo.

Derivati pirazolona-5 - antipirin,
amidopirin, analgin– nenarkotični analgetiki, antipiretiki in
protivnetna zdravila.

pirimidin

Pirimidin je 6-členski aromatski heterocikel z dvema atomoma dušika.

Pirimidinski aromatski sistem vključuje 6 str - elektroni in
podoben aromatskemu sistemu piridina: vsak atom obroča, vključno z obema
atom dušika, prispeva en p-elektron k aromatskemu sekstetu.

Kemične lastnosti pirimidina so podobne
lastnosti piridina. Pirimidin je šibkejša baza od piridina
zaradi vpliva drugega dušikovega atoma na odvzem elektronov (=1,3). Zmanjšanje v primerjavi z
piridina, elektronska gostota na ogljikovih atomih obroča vodi do
inertnost pirimidina proti elektrofilnim reagentom in oksidantom.
Reakcije nukleofilne substitucije in redukcije v pirimidinskem jedru, nasprotno,
poteka lažje kot v piridinu.

Biološko aktivni derivati
pirimidin.

amino derivati pirimidina.

Uracil, timin in citozin – nukleinske baze; so del nukleozidov, nukleotidov,
nukleinske kisline. Obstajajo v tavtomernih okso in hidroksi oblikah, prehodih
med katerimi se izvajajo zaradi migracije protona med kisikom in
dušikov obroč.

Najbolj stabilne so okso oblike za
citozin in diokso oblika za uracil in timin.

Nastanejo okso oblike nukleinskih baz
močne medmolekularne vodikove vezi.

Tovrstno združevanje igra pomembno vlogo pri
nastanek strukture DNK.

Barbiturna kislina in njegove izpeljanke - barbiturati(veronal, luminal) – hipnotiki in antikonvulzivi
pomeni.

Tiamin (vitamin
IN 1 ) vsebuje dva heterocikla –
pirimidin in tiazol.

Tiamin je predhodnik koencima
kokarboksilaze, ki sodeluje pri dekarboksilaciji a-keto kisline in sinteza
koencim A.

purin

Purin je aromatska heterociklična spojina,
ki vsebuje kondenzirana pirimidinska in imidazolna obroča.

Purin, tako kot imidazol, obstaja v obliki dveh
tavtomerne oblike. Bolj stabilna oblika je tista z atomom vodika v položaju
7 .

Purin je amfoterna spojina in tvori
soli z močnimi kislinami (pri dušikovem atomu imidazolnega obroča) in alkal
kovine (po skupini NH). Ko je izpostavljen alkilirnim reagentom (metil jodid,
dimetilsulfat) daje 9-N-alkilne derivate. Substitucijske reakcije na ogljikovih atomih
aromatski obroč so značilni samo za substituirane purine.

Biološko aktivni derivati
purina.

Hidroksi- in
amino derivati purina.

Adenin in gvanin - nukleinske baze;
so del nukleozidov, nukleotidov, vključno z nukleotidnimi koencimi,
nukleinske kisline.

Adenin ima dve znani tavtomerni obliki:
ki je posledica migracije protonov med dušikovimi atomi imidazolnega obroča.
Gvanin ima tudi tavtomerne hidroksi in okso oblike.

Stabilne tavtomerne oblike gvanina
so okso oblike.

hidroksipurini – hipoksantin, ksantin,
sečne kisline– produkti metabolizma purinskih baz.

Zanje je, tako kot za gvanin, značilno
tavtomerne transformacije med hidroksi in okso oblikami. Najbolj stabilen
so okso oblike.

Sečna kislina je končni produkt presnove
purinske spojine v telesu. Izloča se z urinom. Soli sečne kisline - urati– odlagajo se v sklepih med protinom, pa tudi v obliki ledvic
kamni.

In vitro se lahko pretvorita adenin in gvanin
v hipoksantin oziroma ksantin z deaminacijo pod vplivom dušika
kisline.

Takšne transformacije purinskih baz v sestavi
nukleinske kisline vodijo do mutacij.

Purinski alkaloidi – kofein, teofilin,
teobromin– z dušikom metilirani derivati ksantina; najdemo v čaju
kava, kakavova zrna.

Kofein je učinkovit stimulans
centralnega živčnega sistema in spodbujanje srca. Teofilin in teobromin
manj učinkoviti, vendar imajo močne diuretične lastnosti.

HETEROCIKLIČNE SPOJINE
Heterociklične spojine so ogljikove ciklične spojine, v katerih je eden ali več atomov obročnega sistema nekovina, ne-ogljik (kisik, dušik ali žveplo). Tako kot karbociklične spojine lahko tudi heterocikle razdelimo na tiste z aromatskim značajem in redukcijske produkte takih aromatskih heterociklov, ki tako kot aliciklične spojine kažejo lastnosti in reakcije, podobne lastnostim in reakcijam alifatskih spojin. Primerno je razvrstiti heterocikle a) po številu atomov v obroču, b) po številu in naravi heteroatomov. Nenasičeni heterocikli, ki izkazujejo najbolj aromatski značaj, so vzeti kot ključni predstavniki vsakega cikličnega sistema.
A. PETČLENSKI HETEROCIKLI
1. En heteroatom

2. Dva heteroatoma

3. Trije ali več heteroatomov

Resonanca (glejte "Resonanca" na začetku razdelka IV-3) petčlenskih obročev vključuje pomemben prispevek naslednjih struktur:

Resonančna energija, pridobljena na ta način, naredi te sisteme zelo odporne na adicijske reakcije na dvojnih vezih in vstopijo v številne tipične aromatske substitucijske reakcije.
B. ŠESTČLENSKI HETEROCIKLI
1. En heteroatom

2. Dva heteroatoma

B. KONDENZIRANI HETEROCIKLIČNI SISTEMI
Pomembne serije spojin v vsakem razredu so pripravljene s kondenzacijo heterocikličnega obroča z enim ali več benzenovimi obroči, na primer:

Heterociklični sistemi so v naravi zelo razširjeni, predvsem v alkaloidih, rastlinskih pigmentih (antocianini, flavoni), porfirinih (hemin, klorofil) in vitaminih skupine B (tiamin, riboflavin, folna kislina).
Nekatere heterociklične spojine so podrobneje obravnavane spodaj.
D. PRAKTIČNO POMEMBNE HETEROCIKLIČNE SPOJINE

Furan, hlapljiva tekočina, odporna na alkalije, vendar občutljiva na kisline

Suha destilacija pentoz HOCH2(CHOH)3CHO daje furfural (a-formilfuran). Furfural ima številne lastnosti aromatičnega aldehida. Tako kot benzaldehid je podvržen Cannizzarovi reakciji in kondenzaciji benzoina. Kumaron (benzofuran) (glej zgoraj "Kondenzirani heterociklični sistemi") se skupaj s svojimi homologi nahaja v premogovem katranu. Ima nekaj vrednosti za proizvodnjo kumaronskih smol, ki nastanejo pri obdelavi z žveplovo kislino. Kumaronske derivate lahko dobimo z razgradnjo dibromokumarinov z alkalijami:

ali z delovanjem alkalije na o-hidroksi-b-klorostiren, o-HO-C6H4-CH=CH-Cl. Kumaronsko strukturo najdemo v številnih naravnih rastlinskih snoveh, ki so močni insekticidi in ribji strupi, kot so:

Tiofen (formula glej zgoraj, vrelišče 84 °C) je vsebovan v premogovem katranu in spremlja benzen med njegovo frakcioniranjem. Iz benzena ga je mogoče odstraniti z obarjanjem kompleksa z živosrebrovim acetatom, iz katerega je mogoče regenerirati tiofen z obdelavo s klorovodikovo kislino. Žveplova kislina ga odstrani tudi iz benzena s tvorbo a-tiofensulfonske kisline. Derivati tiofena se lahko pridobijo z naslednjimi metodami: 1) z destilacijo jantarnih kislin ali g-keto kislin iz P2S3:

2) destilacija g-diketonov iz P2S5:

Tiofen in njegovi homologi so zelo odporni proti oksidaciji ali redukciji obroča. Reakcije aromatske substitucije (sulfonacija, nitracija itd.) potekajo v a-položaju. Tionaften (benzotiofen) se pridobiva z oksidacijo o-merkaptocimetove kisline z rdečo krvno soljo (kalijev fericianid). Njegov 3-hidroksi derivat, ki je velikega industrijskega pomena v kemiji barvil, se pridobiva z delovanjem anhidrida ocetne kisline na o-karboksifeniltioglikolno kislino o-HOOCC6H4-S-CH2COOH. Z lahkoto se povezuje z diazonijevimi solmi na položaju 2, da dobimo azo barvila, in kondenzira z aldehidi in ketoni, da tvori tioindigoidna barvila.

Pirol (formulo glej zgoraj), brezbarvna tekočina prijetnega vonja, ki jo vsebuje premogov katran, zlahka polimerizira na zraku. Praktično nima baznih lastnosti, je odporen na oksidante in alkalije, vendar zlahka polimerizira v obliki beljakovinskih komponent (prolin, triptofan), alkaloidov (nikotin, atropin) in porfirinov (hemin, klorofil). Pirolove derivate lahko dobimo: 1) z destilacijo sukcinimidov

S cinkovim prahom; 2) segrevanje g-diketonov z amoniakom; 3) segrevanje sluzne kisline (glej zgoraj) z amoniakom ali primarnimi amini; 4) sočasno zmanjšanje ekvivalentnih količin b-ketoestra in izonitrozoketona

Piroli so podvrženi značilnim aromatskim substitucijskim reakcijam na a-položaju. Obdelava Grignardovih reagentov jih pretvori v a-pirilmagnezijeve halogenide

ki so podvržene tipičnim Grignardovim reakcijam. Razširitev obroča s tvorbo piridinskega sistema je mogoče doseči: 1) obdelava s kloroformom in natrijevim etoksidom

2) prehajanje a-alkilpirolov skozi cev, segreto do rdeče vročine

Redukcija s katalitičnim hidrogeniranjem pod tlakom vodi, čeprav počasi, do pirolidinov:

Indol (benzopirol; formula glej tabelo 4, razdelek III) najdemo v premogovem katranu in eteričnih oljih cvetov pomaranče in jasmina. Indolne derivate pridobivamo: 1) iz o-aminofenilacetaldehida o-H2NC6H4CH2CH=O z eliminacijo vode; 2) segrevanje o-oў-diaminostilbene hidrokloridov:

3) iz fenilhidrazonov s segrevanjem z bakrovimi ali cinkovimi halidi

V svojih reakcijah je indol podoben pirolu, z izjemo, da b-položaj sodeluje pri substitucijskih reakcijah. Omeniti velja naslednje derivate indola: 1) skatol (b-metilindol), snov z neprijetnim vonjem, ki je prisotna v iztrebkih; 2) triptofan (b-(b-indolil)alanin), aminokislina, ki jo najdemo v številnih beljakovinah; 3) heteroavksin (b-indolilocetna kislina ali 3-indolilocetna kislina), rastlinski rastni faktor; 4) indigo

Oksazol (formula glej zgoraj) je znan v svoji čisti obliki. Njegove derivate lahko dobimo s kondenzacijo amidov z a-halogenimi ketoni:

ali učinek fosforjevega pentaklorida na acilaminoketone:

Oksazoli so šibke baze, ki so občutljive na cepitev z močnimi kislinami. izoksazol

In njegove izpeljanke so manj zanimive. Lahko jih pripravimo z dehidracijo b-diketon monooksimov. Tiazol in njegovi homologi so šibke baze, v katerih je obroč zelo odporen proti oksidaciji, redukciji in delovanju močnih kislin.

Tiazole lahko dobimo iz a-acilamin ketonov z delovanjem P2S5, pa tudi z reakcijo tioamidov z a-halogenimi ketoni:

Močne kisline pretvorijo tiazole v soli (C3H3SN + HX(r)C3H3SNH+X-), ki so stabilne, vendar v vodnih raztopinah opazno hidrolizirajo. Z alkilnimi halidi nastanejo N-substituirane tiazolijeve soli, ki vsebujejo kvarterni dušik:

Najpomembnejša naravna spojina, ki vsebuje tiazolni obroč, je vitamin B1 (tiamin). Dragoceno kemoterapevtsko zdravilo sulfatiazol dobimo z delovanjem N-acetilsulfanil klorida na 2-aminotiazol, čemur sledi odstranitev acetilne skupine s hidrolizo:

Imidazol (glioksalin) in njegovi homologi

Pridobljeno iz aldehidov, a-diketonov in amoniaka:

Lahko jih pripravimo tudi z reakcijo amidinov

Z a-halogenimi ketoni. Imidazoli so močnejše baze kot piroli. Z alkilnimi halidi dajejo N-alkilimidazole. Te snovi, ko gredo skozi cev pri rdeči vročini, izomerizirajo v 2-alkilimidazole; pri interakciji z drugo molekulo alkil halida se pretvorijo v imidazolijeve soli, ki vsebujejo kvarterni dušik

Delovanje Grignardovih reagentov RMgX na imidazole vodi do ustreznih 2-imidazolilmagnezijevih halidov C3H3N2MgX, ki so podvrženi reakcijam, ki so skupne Grignardovim reagentom. Imidazolski obroč najdemo v številnih naravnih spojinah, vključno z aminokislino histidin (glejte razdelek IV-1.B.4, »Aminokisline«), pilokarpinskimi alkaloidi in purinskimi bazami. Pirazol in njegovi derivati so samo sintetične spojine; pirazolni obročni sistem

V naravi ga ne najdemo. Pirazole pripravimo z reakcijo hidrazina z b-diketoni:

ali delovanje diazoalkanov na acetilen:

Reakcija fenilhidrazina z a,b-nenasičenimi ketoni ali estri daje dihidropirazole ali pirazoline:

Te spojine se zlahka oksidirajo v ustrezne pirazole. Pirazolni obroč je zelo odporen proti oksidaciji, redukciji in močnim kislinam. Pirazolinijeve soli, pridobljene z delovanjem močnih kislin na pirazoline, so nestabilne in razpadejo v vakuumu. Najpomembnejši razred pirazolov so pirazoloni.

pridobljen z delovanjem hidrazina in njegovih derivatov na b-ketoestre, npr.

Pirazoloni se obnašajo kot mešanica treh tavtomernih (tj. v ravnovesju) oblik, na primer:

1-fenil-3-metilpirazol-5 je pomembna snov. Oksidacija z rdečo krvno soljo (kalijev fericianid) jo pretvori v indigoidno barvilo pirazol modro:

Metilacija (CH3I pri 100° C) ga pretvori v antipirinsko zdravilo antipirin (1-fenil-2,3-dimetilpirazolon), katerega 4-N-dimetilamino derivat je podobno zdravilu amidopirinu (piramidon). Obročni sistemi s tremi ali več heteroatomi niso praktičnega pomena. Vsi so odporni na oksidacijo, redukcijo in močne kisline. Furazane pridobivamo z dehidracijo a-diketon dioksimov. V to skupino spojin spadajo tudi 1,2,3-triazoli in tetrazoli.

Collierjeva enciklopedija. - Odprta družba. 2000 .

Poglejte, kaj so "HETEROCIKLIČNE SPOJINE" v drugih slovarjih:

- (heterocikli) organske spojine, ki vsebujejo cikle, ki poleg ogljika vključujejo tudi atome drugih elementov. Lahko jih obravnavamo kot karbociklične spojine s heterosubstituenti (heteroatomi) v obroču. Večina... ... Wikipedije

Organske spojine, ki vsebujejo cikel v molekuli, ki poleg ogljikovih atomov vključuje atome drugih elementov, najpogosteje dušika, kisika, žvepla (tako imenovani heteroatomi). Naravne heterociklične spojine, npr. klorofil, hem,... ... Veliki enciklopedični slovar

HETEROCIKLIČNE SPOJINE- glej HETEROCIKLIČNE SPOJINE novi herbicidi, od katerih obetata reglon in bazagran. V vodna telesa lahko vstopijo s površinskim odtokom in odpadno vodo iz kemične industrije. Reglon in bazagran sta rjava... ... Ribje bolezni: vodnik

HETEROCIKLIČNE SPOJINE- HETEROCIKLIČNE SPOJINE, obsežen razred organskih spojin. spojine s ciklično strukturo molekul, katerih sestava vključuje ne le atome ogljika, temveč tudi atome drugih elementov (heteroatome). Znane so ciklične spojine, v katerih je vloga... ... Velika medicinska enciklopedija

HETEROCIKLIČNE SPOJINE, glej CIKLIČNE SPOJINE ... Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

Org. spojine, katerih molekule vsebujejo cikle, vključno z enim ali več atomi ogljika. atomi drugih elementov (heteroatomi). Naib. To pomeni, da cikel vključuje atome N, O, S. Ti vključujejo polikarbonate, alkaloide, vitamine,... ... Kemijska enciklopedija

- (glej hetero... + ciklične) organske spojine s ciklično (obročasto) strukturo, katerih cikel vključuje atome ne le ogljika, ampak tudi drugih elementov (dušik, kisik, žveplo itd.). Nov slovar tujih besed. od EdwART,… … Slovar tujih besed ruskega jezika

Heterocikli (iz hetero... (Glej Hetero...) in grško kýklos krog), organske snovi, ki vsebujejo cikel, ki poleg ogljikovih atomov vključuje atome drugih elementov (heteroatomov), najpogosteje N, O, S. , redkeje R, V, Si itd... ... Velika sovjetska enciklopedija

- (iz hetero... in grškega kyklos krog, cikel) organski. spojine, ki vsebujejo cikel v molekuli, katere sestava poleg ogljikovih atomov vključuje atome drugih elementov (heteroatomov), najpogosteje dušika (glej npr. Piridin), kisika, žvepla, redkeje fosforja, .. ... Veliki enciklopedični politehnični slovar

knjige

Heterociklične spojine s tremi ali več heteroatomi. Študijski vodnik, Mironovich Lyudmila Maksimovna. Učbenik opisuje osnove kemije heterocikličnih spojin, ki vsebujejo tri ali več heteroatomov. Glavne metode pridobivanja oksadiazolov, tiadiazolov,…