Гетероциклические соединения.

Гетероциклические соединения
Это самый многочисленный класс органических соединений. Они составляют около 2/3 всех природных и синтетических органических соединений.
Гетероциклическими называют соединения, молекулы которых имеют циклическую структуру, которая кроме атомов углерода включает один или несколько гетероатомов, которыми могут быть любые атомы, валентность которых не меньше 2. Гетероатомами чаще всего являются атомы азота, кислорода, серы.
Гетероциклические соединения проявляют высокую биологическую активность и принимают непосредственное участие в процессах жизнедеятельности. Они находят применение в медицине, сельском хозяйстве, промышленности.
В соответствии с размерами цикла различают: трех-, четырех-, пяти-, шестичленные и другие гетероциклы, которые могут включать один или несколько одинаковых или различных гетероатомов.
Гетероциклические соединения разделяются на предельные, непредельные и ароматические.

Номенклатура
Для гетероциклов существует несколько способов построения названий. Например, их рассматривают как углеводороды, в которых группы СН замещены на гетероатом. В этом случае к названию углеводорода прибавляется приставка «окса» для О, «тиа» для S и «аза» для N:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
азабензол 1,3-диазабензол оксациклопропан

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

азациклогексан азациклопентен-2 азациклопентан

По номенклатуре ИЮПАК вид гетероатома в цикле указывают приставками окса- , тиа-, аза-, которые обозначают соответственно кислород, серу и азот. Количество одинаковых гетероатомов обозначают приставкой ди-, три- и т.д. Наличие в цикле разных гетероатомов обозначают комбинацией указанных приставок. Далее следует корень, обозначающий членность цикла (пятичленные циклы имеют корень «ол», шестичленные - «ин»). Затем следует суффикс, причем разный, для предельных и непредельных соединений. Для азотистых гетероциклов используют отличные суффиксы:

Членность цикла Предельные гетероциклы Непредельные гетероциклы
5 олан (N: олидин) ол
6 ан (N: пергидроин) ин
Например:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
азол азолидин оксол оксолан

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
азин 1,4-диоксан пергидроазин 1,2-диазин

Для замещенных гетероциклических соединений названия строят так же, как и для замещенных ароматических углеводородов. Положение заместителей обозначаются цифрой в соответствии с принятой для каждого гетероцикла нумерацией. Нумерацию начинают с наиболее электроотрицательного гетероатома. Если гетероатомы находятся в одной группе Периодической системы, то нумеруют в порядке возрастания порядковых номеров. Если имеется два одинаковых гетероатома, то нумерацию начинают с гетероатома, связанного с атомом водорода или радикалом. В простейших случаях положение заместителей обозначают буквами
·,
·’,
·,
·’ или
·, обозначая углеродные атомы, ближайшие к гетероатому буквами
·,
·’.
Широко используются для гетероциклов тривиальные названия: фуран, пиррол, тиофен, пиридин и т.д.

Пятичленные гетероциклические соединения
Важнейшими представителями являются:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
пиррол фуран тиофен имидазол


13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
пиразол оксазол изоксазол тиазол изотиазол

Важное значение имеют и конденсированные гетероциклы:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
индол кумарон

Эти системы построены из гетероцикла и бензольного ядра.
Пятичленные гетероциклы с двумя
·-связями удовлетворяют всем требованиям правила ароматичности Хюккеля. Ароматичность этих плоских гетероциклов объясняется тем, что свободная пара электронов О, S, N участвует в образовании ароматического секстета. Вовлечение неподеленной пары электронов гетероатома в образование ароматического секстета объясняет ароматические свойства фурана, пиррола и тиофена, и в то же время потерю нуклеофильных свойств гетероатома. Например, азот пиррола лишен основных свойств. В отличие от бензола, у фурана, пиррола и тиофена нет электронной симметрии. Электронные плотности у
·-углеродных атомов выше, чем у
·-углеродов. Для указанных гетероциклов и их производных типичной является способность вступать в реакции электрофильного замещения в
·-положение: нитрование, сульфирование, ацилирование по Фриделю-Крафтсу, алкилирование, сочетание с солями диазония.

Получение
1. Из 1,4-диоксосоединений. Для получения фурана и его гомологов на 1,4-дикетоны действуют водоотнимающим средством Р2О5, для получения тиофена – Р2S5, а для синтеза пиррола – аммиаком:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2. Из слизевой кислоты, которая является продуктом окисления сахаров:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415 слизевая кислота пиррослизевая кислота пиррол
(получают окислением (
·-фуранкарбоновая)
D-галактозы)

3. Реакция взаимного превращения фурана, пиррола, тиофена и продуктов их гидрирования (реакция Юрьева Ю.К.). Реакция протекает при 400 єС в присутствии Al2О3:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415


4. Пиррол образуется при пропускании смеси ацетилена и аммиака через раскаленную трубку:


13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415


5. Промышленным способом получения тиофена является метод, когда бутан и диоксид серы пропускают через трубку, нагретую до 550 єС и заполненную катализатором (например, V2О5):

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

6. Тиофен можно получить при взаимодействии ацетилена с серой или Н2S в присутствии Аl2О3 при высокой температуре (t = 300 єС):

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415


Химические свойства
Фуран
Для фурана характерны реакции электрофильного замещения, а также реакции присоединения, в которых он ведет себя как сопряженный диен. Как диеновая система фуран участвует в реакции Дильса-Альдера. Например, взаимодействие с такими диенофилами, как малеиновый ангидрид и эфиры ацетилендикарбоновой кислоты протекает по схемам:


13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Аддукт фурана с малеиновым ангидридом после соответствующей обработки обладает свойствами дефолианта и вызывает опадание листвы, например, у хлопчатника.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Среди реакций присоединения важное значение имеет реакция гидрирования фурана:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
тетрагидрофуран (ТГФ)

ТГФ хорошо растворяет эфиры целлюлозы, поливинилхлорид (ПВХ).
Некоторые продукты присоединения являются репеллентами – средствами от мух, москитов, комаров. Например, репеллент Р-11 получают присоединением к фурфуролу двух молекул бутадиена-1,3:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
фурфурол

Фуран и пиррол относятся к ацидофобным соединениям, т.е. они «боятся» действия кислот. Кислоты полимеризуют и осмоляют фуран. Под действием кислот возможно протонирование атомов углерода кольца и кислорода. Вследствие этого происходит раскрытие цикла и промежуточное образование диеновых соединений, которые чрезвычайно склонны к полимеризации. По отношению к щелочам фуран устойчив.
Ароматические свойства фурана отражают реакции электрофильного замещения. Как и бензол, фуран можно нитровать, галогенировать, сульфировать. Реакция электрофильного замещения чаще всего протекает в положение 2. Меньшая ароматичность фурана по сравнению с бензолом, а следовательно, и меньшая прочность кольца требует особых условий для этих реакций, например, мягких электрофильных реагентов.
Для проведения реакции нитрования используют ацетилнитрат (смесь уксусного ангидрида с азотной кислотой) в пиридине:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2-нитрофуран

Некоторые нитропроизводные фуранового ряда обладают бактерицидным действием, например, фурациллин:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
семикарбазид
Для сульфирования применяют пиридинсульфотриоксид:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2-сульфофуран

Реакция галогенирования фурана протекает сложно и часто сопровождается осмолением. Исключение составляет реакция, в которой в качестве галогенирующего агента применяют диоксандибромид.
При действии уксусного ангидрида в присутствии йода, фуран можно проацетилировать:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2-ацетилфуран
Прямое алкилирование фурана провести не удается.
Для фурана характерны реакции, протекающие с заменой гетероатома. Это рассмотренный ранее метод Юрьева Ю.К., в котором происходит взаимный переход друг в друга пиррола, тиофена и фурана.
Важнейшее производное фурана – фурановый альдегид – фурфурол. По химическому поведению он напоминает бензальдегид. Основные реакции фурфурола:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
фуран-2-карб.кислота
Фурфурол применяется для очистки смазочных масел от примесей непредельного и ароматического характера, разделения льняного и соевого масел, экстракции витамина А из печени рыб.

Тиофен
В связи с меньшей электроотрицательностью атома серы по сравнению с атомами кислорода и азота, его электронная пара более делокализована, чем неподеленные пары электронов у атомов кислорода или азота в фуране и пирроле. Этим объясняется большая ароматичность тиофена по сравнению с фураном и пирролом. Тиофен галогенируется, нитруется, сульфируется, ацилируется, алкилируется, хлорметилируется в
·-положение.
Хлорметилирование осуществляется под действием формальдегида и НСl через промежуточное образование спирта:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2-хлорметилтиофен

Тиофен легко сульфируется. Перемешивание тиофена с концентрированной Н2SO4 приводит к образованию 2-тиофенсульфокислоты. На этой реакции основан метод очистки бензола, выделяемого из каменноугольной смолы, от тиофена. Бензол сульфируется труднее тиофена
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2-сульфотиофен
Нитрование тиофена смесью азотной кислоты и уксусного ангидрида приводит к образованию 2-нитротиофена, а ацетилирование по Фриделю-Крафтсу дает 2-ацетилтиофен:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
При взаимодействии тиофена с сулемой (НgСl2) образуется 2,5-ди(хлормеркур)тиофен:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Реакции присоединения для тиофена не характерны. Восстановление тиофена под действием катализаторов приводит к образованию тетрагидропроизводного тиофена – тиофана:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
тиофан
В атмосфере водорода в присутствии Ni – катализатора происходит реакция десульфирования тиофена:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Производные тиофена находят применение в производстве красителей, инсектицидов, пластмасс. Большое промышленное значение имеют тиоиндигоидные красители, в основе этого класса лежит тиоиндиго (краситель красного цвета):

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
тиоиндиго


Пиррол
Пиррол является амфотерным соединением, т.е. проявляет и кислотные и основные свойства, которые выражены слабо. Для проявления основных свойств необходима очень высокая концентрация ионов водорода. Вместе с тем, в кислой среде легко протекает катионная полимеризация пиррола. Протонирование пиррола в кислой среде приводит к потере им ароматических свойств и возникновению циклической диеновой структуры. В случае протонирования по азоту возможно образование катиона следующей структуры:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Пироллий катион имеет диеновую структуру, склонную к легкой полимеризации. Т.е. пиррол подобно фурану ацидофобен.
Кислотные свойства пиррола проявляются во взаимодействии его с амидом натрия в жидком NH3 (образуется пирролат Na), с металлическим калием или КОН (образуется пирролат калия), с магнийорганическими соединениями (образуются реактивы Гриньяра, имеющие ионный характер):

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Восстановление пиррола как реакция присоединения водорода по двойным связям протекает гораздо труднее, чем с фураном. Йодистоводородная кислота восстанавливает пиррол до пирролидина с промежуточным образованием пирролина:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Для пиррола характерны реакции электрофильного замещения, которые преимущественно идут по
·-углеродному атому. Полагают, что одна из причин заключается в том, что
·-углеродные атомы пиррола имеют больший электронный заряд, чем
·-углеродные. Среди реакций электрофильного замещения следует отметить:
азосочетание с солями диазония:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
сульфирование может быть осуществлено с помощью пиридинсульфотриоксида:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2-сульфопиррол
нитрование пиррола протекает с низким выходом и обычно сопровождается осмолением:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2-нитропиррол
галогенирование пиррола можно осуществить с помощью хлористого сульфурила, брома, иода в растворе KI. Реакции протекают для пиррола легко и образуются часто тетрагалогенпирролы:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Иодол используют в ветеринарии как дезинфицирующее средство.
Обычно алкилированию и ацилированию подвергают пирролаты калия и натрия. Направление замещения определяется природой растворителя, температурой реакции. В полярных растворителях алкилирование, преимущественно, идет по атому азота, а высокая температура способствует алкилированию по углероду:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415



Ацетилирование протекает легко и без катализаторов:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Как и в ароматических соединениях алкильные группы производных пиррола могут окисляться до карбонильных групп, а водород метильной группы легко замещается на галоген.

Индол
Так называют конденсированную систему бензопиррола:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Индольный цикл включает незаменимая аминокислота – триптофан, который является исходным веществом при биосинтезе никотиновой кислоты в живом организме.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
триптофан

Превращения триптофана в организме приводят к образованию серотонина (5-гидрокситриптамина) – вещества, от концентрации которого в головном мозге зависит психическая уравновешенность человека, а также скатола – вещества с крайне неприятным запахом:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
серотонин скатол

Биологически активной является 3-индолилуксусная кислота, относящаяся к группе гетероауксинов.
Ауксины – это стимуляторы роста растений, они влияют на рост, деление клеток. Природные ауксины – производные индола, например, наиболее распространенный 3-индолилуксусная кислота – ИУК; 3-(3-индолил)пропионовая кислота, 4-(3-индолил)масляная кислота, (4-хлор-3-индолил)уксусная кислота извлекают из растительных тканей. ИУК в растениях синтезируется из триптофана, ее могут синтезировать многие бактерии, грибы.
В настоящее время синтезированы лекарственные препараты индольного строения, влияющие на психическое состояние человека, обладающие стимулирующим и антидепрессивным действием. Например, для лечения некоторых заболеваний нервной системы используют индопан:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
индопан 3-индолилуксусная кислота

Циклы пиррола и индола входят в состав биологически активных соединений растительного происхождения – алкалоидов. К ним относятся: кокаин, никотин, атропин, стрихнин и др. Стрихнин – одно из самых ядовитых веществ в мире. Его синтезировали в 1954г., синтез включал свыше 25 стадий. Индольная структура содержится в африканском яде – эзерине (он очень токсичен, относится к нервнопаралитическим ядам). Его действие сводится к подавлению фермента, в отсутствие которого мышцы остаются постоянно сжатыми и не могут расслабиться. Весь организм судорожно напряжен и наступает, как правило, смерть.
Циклы пиррола составляют основу порфина, который состоит из четырех пиррольных колец, соединенных между собой метиновыми мостиками. Замещенные порфины называются порфиринами. Значение этих структур в живой природе велико. Их биологическое значение определяется природой ионов металла, которые образуют сложный комплекс с порфириновыми структурами.
Если комплекс с ионом железа, то при определенных заместителях в порфине имеем гемин – красное вещество крови. Если в комплекс связаны ионы магния, то при наличии несколько других заместителей в порфине – получаем хлорофилл – зеленое вещество. Сложная порфириновая структура, включающая ион кобальта, лежит в основе витамина В12. Из вышерассмотренного следует, что наиболее важным в биохимическом отношении среди пятичленных гетероциклов является пиррол.
Соединения, содержащие цикл фурана, также встречаются в природных веществах: 2-метилфуран присутствует в скипидаре, 5-метилфурфурол, фурфуриловый спирт – в жаренном кофе. Более сложные соединения, содержащие фурановый цикл, содержатся в семенах герани, хризантемы, в плодах цитрусовых.
Производные тиофена в растительном и животном мире встречаются редко. Цикл тиофана содержится в витамине Н (биотине), который способствует нормальному росту организмов (дрожжей, бактерий и кончая высшими животными).
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
гемин витамин В12




Пятичленные гетероциклические соединения с двумя гетероатомами
Имидазол

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

В молекуле имидазола
·-электронном сопряжении атомы азота принимают неодинаковое участие: один из атомов азота отдает в
·-электронную систему один электрон, другой атом азота – два электрона. И таким образом, один из атомов азота обладает относительно свободной электронной парой и является нуклеофильным центром. Другой атом азота, участвующий в сопряженной кольцевой системе двумя электронами, характеризуется дефицитом электронной плотности. Такое сочетание различных по функции атомов азота является причиной многообразия химических свойств имидазола.
Важными производными имидазола являются гистидин и гистамин:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
гистидин гистамин

Гистидин является связывающим звеном между белком – глобином и гемином (порфириновой структурой в гемоглобине). Гистидин входит в состав мышечных белков. При декарбоксилировании гистидина микроорганизмами или некоторыми ферментами образуется гистамин. Он в небольших количествах имеется в легких, печени, стимулирует деятельность желудка, понижает кровяное давление. Избыток гистамина в организме очень вреден и ведет к нарушению процесса обмена веществ (например, различные виды аллергии).
Тиазол и его производные также играют важную роль во многих процессах жизнедеятельности. Тиазольное кольцо входит в состав витамина В1, фермента карбоксилазы, антибиотика пенициллина и др. Структура витамина В1 выражается формулой:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415 ,

т.е. витамин В1 состоит из двух гетероциклических соединений – пиримидина и тиазола. Молекулу называют тиамином. В организме витамин В1 находится в виде тиаминпирофосфата (фосфорилирование происходит в тканях после усвоения витамина В1):

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
тиаминпирофосфат

Тиаминпирофосфат называют кокарбоксилазой – это активная группа фермента карбоксилазы – белкового соединения, обладающего каталитическим действием при окислении пировиноградной кислоты. Пировиноградная кислота CH3C(O)COOH (кетокислота) является продуктом одной из последних стадий окисления глюкозы, поступающей в организм вместе с пищей. Это важное промежуточное вещество при обмене, обеспечивающем энергией функциональную деятельность нервной системы.
Пенициллин, продуцируемый некоторыми плесневыми грибками, открыл Александр Флеминг. Пенициллин производят биотехнологически, выращивая штамм, наиболее удобны для культивации и максимально продуктивный по целевому веществу. Пенициллин блокирует у бактерий образование клеточной стенки. Один из главных недостатков природного пенициллина (он же бензилпенициллин) – быстрая инактивация в присутствии кислот – объясняется гидролитическим расщеплением
·-лактамного кольца. Вот поэтому его не глотают, а вводят внутримышечно. Позднее удалось остановить биосинтез пенициллина грибками – продуцентами на стадии аминопенициллановой кислоты и получать из нее химическим путем разнообразные полусинтетические пенициллины. В них природный остаток фенилуксусной кислоты заменен на другие ацильные остатки, придающие молекуле те или иные свойства.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

бензилпенициллин


Шестичленные гетероциклы с атомом азота
Из шестичленных гетероциклов, содержащих атом азота, большое значение имеют пиридин, хинолин, акридин:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
пиридин хинолин акридин

Эти гетероциклы, аналогичные соответственно бензолу, нафталину и антрацену имеют в структуре атом азота в состоянии sp2-гибридизации, который замещает одну группу СН. На sp2-орбитали атома азота имеется пара электронов, которая обуславливает основность указанных гетероциклов. Пиридин значительно более сильное основание, чем пиррол.


Пиридин
Получение пиридина
1. Пиридин, а также 2,3- или 4-метилпиридины, называемые пиколинами, содержатся в каменноугольной смоле, в костном масле, которое образуется при сухой перегонке обезжиренных костей.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2-метилпиридин 3-метилпиридин 4-метилпиридин
(
·-пиколин) (
·-пиколин) (
·-пиколины)

2. Пиридин можно синтезировать из ацетилена и синильной кислоты, пропуская их смесь через раскаленные трубки:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

3. Из акролеина и аммиака:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
акролеин
· -пиколин 3-пиридинкарбоновая
кислота
(никотиновая кислота)
4. Из кадаверина (пентаметилендиамин):

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
солянокислая соль пиперидин
пентаметилендиамина

Химические свойства пиридина
Пиридин вступает в реакции электрофильного и нуклеофильного замещения в кольцо пиридина. Ряд реакций идут непосредственно по азоту, имеющему неподеленную электронную пару.
Электрофильное замещение в пиридине
В этих реакциях пиридин ведет себя как сильно дезактивированное производное бензола. Реакции электрофильного замещения идут в жестких условиях, главным образом, в положение 3, а реакции Фриделя-Крафтса (алкилирование и ацилирование) не протекают вовсе.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Нуклеофильное замещение в пиридине
Более высокая электроотрицательность атома азота в сравнении с углеродом обуславливает невысокую реакционную способность пиридина по сравнению с бензолом в реакциях электрофильного замещения. Этот же факт объясняет высокую активность пиридина в реакциях нуклеофильного замещения. Нуклеофильное замещение легче всего идет в положения 2 и 4. Примеры:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2-бромпиридин 2-аминопиридин


13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Основность пиридина
Пиридин обладает основными свойствами, т.к. содержит атом азота, имеющий неподеленную электронную пару. Водные растворы пиридина окрашивают лакмус в синий цвет. С сильными минеральными и органическими кислотами пиридин образует соли пиридиния:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Пиридин, аналогично другим аминам, обладает нуклеофильными свойствами и реагирует с алкилгалогенидами с образованием четвертичных солей:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
иодид N-метилпиридиния

Серный ангидрид присоединяется к пиридину с образованием пиридинсульфотриоксида:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Восстановление пиридина
Каталитическое гидрирование пиридина приводит к образованию насыщенного гетероциклического соединения – пиперидина:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
пиперидин
Окисление пиридина
К окислению ядро пиридина столь же устойчиво, как и ядро бензола. Гомологи пиридина окисляют только боковые цепи, образуя пиридинкарбоновые кислоты:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

·-пиколин
·-пиридинкарбоновая кислота
(никотиновая кислота)
Пиридин, подобно любым другим третичным аминам, можно действием пероксибензойной кислоты окислить в N-окись пиридина:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
N-окись пиридина

Пиридин и его некоторые производные обладают физиологическим действием на организм.
Никотиновая кислота (
·-пиридинкарбоновая кислота) может быть получена окислением
·-пиколина или никотина:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
никотин

Амид никотиновой кислоты является витамином В5 (витамин РР), он предупреждает развитие кожной болезни пеллагры. Наиболее богаты этим витаминов грибы, арахис, семена подсолнуха и др.
Диэтиламид
·–пиридинкарбоной кислоты - кордиамин – используется в медицине как возбудитель сердечной деятельности.
Гидразид
·-пиридинкарбоной кислоты (изоникотиновой) 13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415 применяется в медицине для лечения туберкулеза (тубазид).
Пиридоксин (витамин В6) содержится в различных природных продуктах (дрожжах, бобах, печени):

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
витамин В6 кордиамин тубазид

Пиридиновые и пиперидиновые кольца содержатся в ряде алкалоидов: никотина, кокаина, стрихнина, анабазина, атропина и др.
Алкалоиды (в переводе означает «подобный щелочам») – это азотсодержащие гетероциклические соединения природного происхождения, чаще всего растительного. Все алкалоиды из-за наличия атома азота в цикле обладают основными свойствами. Известно около 3000 алкалоидов, особенно богаты ими растения семейства бобовых, маковых, пасленовых, лютиковых и др. Очень ядовиты. Многие алкалоиды в малых дозах обладают лекарственным действием.
Никотин
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
3-(N-метилпирролидил-2)пиридин

Маслянистая жидкость, содержится в листьях и семенах табака (0,6-0,9%) и других пасленовых, в виде солей лимонной и яблочной кислот. Извлекают экстракцией из отходов табачного производства. Летальная доза для человека 50-100 мг. В одной сигарете содержится 12-15 мг, 30-50% которого попадает в дым. Действует на нервную систему, сильный сердечный яд. Ядовит и для насекомых, поэтому используют как инсектицид в сельском хозяйстве.
Стрихнин
Выделяют из семян чилибухи (содержит 1-3% стрихнина). В больших дозах очень сильный судорожный яд, смертельная доза для человека 30 мг. Экстракт стрихнина – тонизирующее средство при заболеваниях нервной системы.
Кокаин
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Содержится в листьях кустарника кока, растущего в Южной Америке. Эти же листья используются при изготовлении напитка кока-колы. В больших количествах яд. Является сильным местно обезболивающим средством.
Атропин

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Содержится в различных пасленовых растениях (белладона, дурман, белена, красавка – «сонная одурь» и др.). Сильный яд. Смертельная доза для человека
· 100 мг. Применяется в медицине в очень малых дозах как противоспазматическое, расширяющее зрачок глаза и болеутоляющее средство, а также для уменьшения выделения желез (потовых, слюнных).
Морфин (морфий) – главный алкалоид опия (млечного сока недозревших плодов мака), содержание в нем морфина достигает 10%. В опии содержится свыше 25 алкалоидов. Сильный яд (наркотик). В медицине используется как сильное болеутоляющее и снотворное средство. Синтез морфина осуществлен в 1952г.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415


Кодеин тоже содержится в опии (0,2-1,2%). Молекула кодеина отличается от морфина тем, что гидроксильная группа в бензольном кольце замещена на метоксигруппу. Наркотические свойства кодеина значительно слабее, чем у морфина. Применяется в медицине как успокаивающее средство. Назначается также при кашле.
Героин – это диацетилморфин. К этому алкалоиду привыкание развивается особенно быстро и прочно уже после одной, двух доз.
N,N-диэтиллизергамид (препарат ЛСД) – это амид лизергиновой кислоты. Обладает сильным и длительным галлюциногенным действием. Применяется в медицине для лечения шизофрении.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415



Хинолин
Существуют соединения, у которых ядро пиридина образует конденсированную систему с бензольными кольцами. Например:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
хинолин изохинолин акридин

Ядро хинолина и изохинолина являются структурной единицей ряда алкалоидов (группы хинина), ряда фармакологических препаратов. Акридин входит в состав природных красителей, лекарственных препаратов с бактерицидными свойствами.
Хинолин и изохинолин выделяют из каменноугольной смолы, а также синтезируют по методу Скраупа. Компонентами этой реакции являются анилин, глицерин, H2SO4, а в качестве окислителя используют нитробензол.
Предполагается, что реакция включает следующие стадии:
дегидратация глицерина с образованием акролеина:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
глицерин акролеин

присоединение анилина к акролеину, приводящее к образованию
·-фениламинопропионовому альдегиду:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

стадия циклизации, на которой происходит электрофильная атака электронодефицитного карбонильного углерода ароматического кольца и образование 1,2-дигидрохинолина:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
1,2-дегидрохинолин

окисление нитробензолом, приводящее к ароматизации вновь образующегося кольца:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Варьируя природу амина и альдегида, можно получить разнообразные производные хинолина.
Электронная плотность в хинолине распределена неравномерно. В бензольном кольце она существенно выше, чем в пиридиновом, поэтому реакции электрофильного замещения идут, преимущественно, в положения 5 и 8, т.е. в бензольном ядре, а реакции нуклеофильного замещения – в ядро пиридина, в
·-положение:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
5-нитрохинолин 8-нитрохинолин


13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
2-аминохинолин

Шестичленные гетероциклические соединения с двумя гетероатомами
В этой группе гетероциклов важное значение имеют пиримидин, в котором два атома азота расположены в 1 и 3 положениях, а также пиразин, в котором атомы азота расположены в положениях 1 и 4:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
пиримидин пиразин

Цикл пиримидина, наряду с ядром тиазола, входит в состав витамина В1:


13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415


В виде гидрокси- и аминопроизводных пиримидиновые циклы являются структурной единицей нуклеиновых кислот. Для этих пиримидиновых оснований (урацил, тимин, цитозин) характерна лактам-лактимная таутомерия, т.е. они могут находиться и в кетонной, и в енольной формах:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
цитозин урацил

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
тимин

К производным пиримидина относится барбитуровая кислота, на основе которой получены снотворные препараты:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415 барбитуровая кислота веронал люминал

Изомером пиримидина является пиразин, при восстановлении которого образуется пиперазин:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
пиперазин
Производными пиперазина являются 2,5-дикетопиперазины, которые образуются при термической дегидратации
·-аминокислот.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 14152,5-дикетопиперазин

Конденсированные системы гетероциклов
Среди гетероциклов, которые состоят из двух гетероциклических колец, особое место занимает пурин, состоящий из пиримидинового и имидазольного колец:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

Из производных пурина особенно важное значение имеют 6-аминопурин (аденин) и 2-амино-6-гидроксипурин (гуанин), называемые пуриновыми основаниями.
Для гуанина характерна лактим-лактамная таутомерия:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
аденин гуанин

Оксипроизводные пурина ксантин (2,6-дигидроксипурин) и мочевая кислота (2,6,8-тригидроксипурин) также существуют в кетонной и енольной формах:


13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
ксантин мочевая кислота

Большое практическое значение имеют метилированные производные ксантина: кофеин, теобромин и теофиллин:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
кофеин теобромин теофиллин

Кофеин, один из самых распространенных алкалоидов, содержится в листьях чая (до 5%), зернах кофе (до 1-1,5%) и в орехах кола, стимулирует центральную нервную систему, повышает работоспособность.
Теобромин – алкалоид, содержится в бобах какао (до 1,8%) и листьях чая. Применяется как сосудорасширяющее средство. Получают из отходов производства какао и шоколада.
Мочевая кислота. При нарушениях обмена веществ эта кислота в виде солей (кислых солей аммония, называемых уратами), накапливается в организме (камни в почках, мочевом пузыре, подагрические отложения в суставах).
Аденин и гуанин, подобно пиримидиновым основаниям цитозину, урацилу, тимину, являются обязательными составными частями нуклеиновых кислот.




Приложенные файлы

  • doc 15671257
    Размер файла: 808 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий