140 Kb.НазваниеГетероциклические соединенияДата конвертации17.11.2012Размер140 Kb.Тип Глава 15 ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ Гетероциклическими называют соединения, молекулы которых содержат циклы, включающие наряду с атомами углерода один или несколько гетероатомов. Гетероциклы самый многочисленный класс органических соединений, включающий около 2/3 всех известных природных и синтетических органических веществ. К гетероциклам относятся многие алкалоиды, витамины, природные пигменты. Они являются структурными фрагментами молекул нуклеиновых кислот и белков. Более 60% наиболее известных и широко употребляемых лекарственных препаратов являются гетероциклическими соединениями. 15.1. Классификация Гетероциклы классифицируют по следующим основным признакам: по природе и числу гетероатомов по размеру цикла по степени насыщенности. Наибольшее распространение в природе имеют пяти- и шестичленные гетероциклы, содержащие в качестве гетероатомов азот, а также кислород и серу. По степени насыщенности различают насыщенные, ненасыщенные и ароматические гетероциклы. Гетероциклы неароматического характера по своим свойствам сходны с соответствующими ациклическими соединениями (аминами, амидами, простыми и сложными эфирами и т.д.). 5- и 6-тичленные гетероциклы, замкнутая сопряженная -система которых включает (4n + 2) электронов, обладают ароматическим характером. Такие соединения по свойствам родственны бензолу и относятся к ароматическим гетероциклическим соединениям. Для них, как и для бензоидных систем, наиболее характерны реакции замещения. При этом гетероатом выполняет роль «внутренней» функции, определяющей скорость и направление реакций замещения. Именно ароматические гетероциклические соединения широко распространены в природе. Далее будут рассмотрены азотсодержащие ароматические гетероциклы. Наиболее важные ароматические азот-, кислород- и серосодержащие гетероциклы приведены ниже.Пятичленные ароматические гетероциклы с одним гетероатомом Пятичленные ароматические гетероциклы с двумя гетероатомами Шестичленные ароматические гетероциклы с одним гетероатомом Шестичленые ароматические гетероциклы с двумя гетероатомами 15.2. Пятичленные азотсодержащие гетероциклы с одним гетероатомом 15.2.1. Пиррол Пиррол 5-членный ароматический гетероцикл с одним атомом азота. Физические свойства и строение Пиррол бесцветная жидкость с приятным запахом, нерастворим в воде. Пиррол является ароматическим соединением, так как содержит циклическую сопряженную систему, включающую 6 -электронов. Пиррольный атом азота находится в состоянии sp2-гибридизации и образует три -связи, лежащие в плоскости кольца. р-Орбиталь атома азота со свободной парой электронов находится в перпендикулярной плоскости и взаимодействует с четырьмя р-орбиталями sp2-гибридизованных атомов углерода с образованием циклической сопряженной системы, содержащей секстет -электронов. Атом азота в пирроле действует как электронодонор по мезомерному механизму, поэтому -электронная плотность на атомах углерода пиррола повышена по сравнению с бензолом.. Поэтому пиррол относят к -избыточным гетероциклам (на пять атомов приходится шесть -электронов).Химические свойства Химические свойства пиррола определяются наличием ароматической системы и полярной связи N-H. Кислотные и основные свойства. Неподеленная пара электронов азота является частью ароматического секстета электронов, поэтому пиррол практически лишен основных свойств (). Сила пиррола как основания не может быть точно определена, так как он является ацидофобным соединением и полимеризуется под действием кислот.В то же время, наличие полярной связи N-H обусловливает слабые кислотные свойства пиррола (=16,5).Реакции электрофильного замещения. Пиррол, как -избыточный гетероцикл, легко вступает в реакции электрофильного замещения. Активность пиррола по отношению к электрофилам выше, чем у бензола, и близка к активности анилина и фенола. Электрофильное замещение направляется преимущественно в положение 2. Из-за ацидофобности пиррола SE-реакции проводятся в отсутствии сильных кислот.Биологически активные производные пиррола Тетрапиррольные соединения содержат ароматический макроцикл порфин, включающий четыре пиррольных кольца. Замещенные порфины называют порфиринами. В виде комплексов с металлами порфирины и частично гидрированные порфирины входят в состав важных природных соединений гема (простетической группы гемоглобина содержащегося в эритроцитах основного белка дыхательного цикла, переносчика кислорода от органов дыхания к тканям), зеленого пигмента растений хлорофилла, витамина (цианкобаламин, необходим для нормального кроветворения) 15.2.2. Индол Индол ароматическое гетероциклическое соединение, содержащее конденсированные бензольный и пиррольный циклы. Физические свойства и строение. Индол и его гомологи бесцветные кристаллические вещества с неприятным запахом. Витамин В12Индол содержит плоскую циклическую сопряженную систему, включающую 10 -электронов, в том числе неподеленную пару электронов атома азота. Таким образом, индол может быть отнесен к ароматическим -избыточным гетероциклическим соединениям. Атом азота выступает как электронодонор, повышая электронную плотность на атомах углерода. Химические свойства. Химические свойства индола аналогичны свойствам пиррола. Он практически не обладает основными свойствами, ацидофобен, является слабой NH-кислотой. Активно вступает в реакции электрофильного замещения, при этом заместитель вступает в положение 3 -избыточного пиррольного кольца. Биологически активные производные индола Триптофан незаменимая (не синтезируется в организме человека) аминокислота, входящая в состав животных и растительных белков. Серотонин биогенный амин, продукт метаболизма триптофана. Обладает высокой биологической активностью, является нейромедиатором головного мозга. Триптамин токсичный биогенный амин, продукт декарбоксилирования триптофана. Индольные алкалоиды. Алкалоиды гетероциклические азотсодержащие основания растительного происхождения, обладающие ярко выраженным физиологическим действием. Индольное кольцо входит в состав многих алкалоидов резерпина (содержится в растениях рода раувольфия; используется как успокаивающее и понижающее кровяное давление средство), стрихнина (содержится в семенах растения чилибухи; используется как тонизирующее средство), лизергиновой кислоты (алкалоид спорыньи; диэтиламид лизергиновой кислоты - ЛСД - сильное галлюциногенное средство). 15.3. Шестичленные азотсодержащие гетероциклы с одним гетероатомами 15.3.1. Пиридин Пиридин 6-членный ароматический гетероцикл с одним атомом азота. Физические свойства и строение Пиридин бесцветная жидкость с неприятным запахом, растворим в воде. Хинолин и изохинолин бесцветные жидкости, малорастворимы в воде. Пиридин представляет собой ароматическую 6 -электронную систему, подобную ароматической
Гетероциклические соединения
Гетероциклические соединения
Комментариев нет:
Отправить комментарий