1_Geterots_Sopryazhennye_molekuly


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

Лекция №1Электронные эффекты заместителейСопряженные системы Реакции электрофильного замещения в ароматических молекулах. Гетероциклы Индуктивный эффект (I-эффект)Индуктивный эффект (I-эффект) -- смещение электронной плотности по цепи σ-связей, которое обусловлено различиями в электроотрицательностях (ЭО) CH3-CH2-CH2→CH2→CH2→F Отрицательный индуктивный эффект заместителя (-I)Индуктивный эффект заместителя является отрицательным (-I), если заместитель уменьшает электронную плотность на данном атоме углерода, индуцируя на нем частичный положительный заряд. –I эффект проявляют заместители, которые содержат более атомы с большей ЭО, чем у углерода: -F, -Cl, -Br, -OH, -NH2, -NO2, >C=O, -COOH и др.CH3-CH2→CH2→CH2→CH2→OHδ+δ-δ"+δ’+-ICH3-CH2-CH2→CH2→CH2→F1-фторпентан→ индуктивный эффект δ-δ+δ’+δ"+-IИз-за слабой поляризуемости σ-связей I-эффект быстро затухает с удалением от заместителя и через 3-4 связи становится практически равным нулю. Положительный индуктивный эффект (+I )Индуктивный эффект заместителя является положительным (+I), если заместитель увеличивает электронную плотность на данном атоме углерода, индуцируя на нем частичный отрицательный заряд +I эффект проявляют заместители, содержащие атомы с низкой ЭО: Металлы (-Mg-, -Li); насыщенные углеводородные радикалы (-CH3, -C2H5) и т.п.CH3-CH2←CH2 ←CH2←Liδ-δ'-δ"-+I+Iн-бутил литийδ-δ+толуол когда заместитель при двойной связи оттягивает электронную плотность на себя, т.е. проявляет электроноакцепторные свойства (–I и/или –М-эффект) наблюдается присоединение против правила Марковникова Мезомерный эффект Сопряжение – взаимодействие между орбиталями отдельных фрагментов молекулы, в результате которого происходит выравнивание связей и зарядов в молекуле или ионе. Мезомерный эффект - смещение электронной плотности по цепи сопряжения. Мезомерный эффект возникает только при наличии сопряженной системы. (мезомерия, от греч. mesos — средний) -это молекулы с чередующимися кратными и простыми связямисопряженные системы делятся на системы:1) с открытой цепью сопряжения имеющие начало и конец цепи. 2) сопряженные циклические системы.Сопряжение снижает внутреннюю энергию молекул и, следовательно, делает их более устойчивыми:чем молекулы с простыми связями.величина энергии сопряжения колеблется между несколькими единицами и десятками ккал/мольсопряженные системы Простейшей алифатической сопряженной системой является бутадиен – 1,3 (дивинил) В молекуле бутадиена-1,3 все атомы находятся в sp2 гибридизации, образуя плоский σ-скелет. Негибридизированные pz – орбитали расположены перпендикулярно σ-скелету и параллельно друг другу, перекрываясь не только между 1 и 2, 3 и 4 атомами углерода, но и между собою, образуя общую π-электронную систему.Сопряженные системы с открытой цепью сопряжения Различают π-π-сопряжение p-π-сопряжение π-π-сопряжение с открытой цепью бутадиен –1,3 в бутадиене длина центральной С — С-связи 1,46 Ǻ вместо обычной 1,54 Ǻ энергия сопряжения для бутадиена 3,6 ккал/моль (15 кДж/моль), если в молекуле есть кратная связь и рядом простая связь с атомом имеющим p- орбиталь c неподеленной электронной парой или с одним неспаренным электроном (-СН2*), то в сопряжение с π-орбиталью вступает pz-орбиталь этого атома. Например, в молекуле винилхлорида, в сопряжение с π-орбиталью вступает pz-орбиталь соседнего атома хлора:p-π сопряжение**** p-π-сопряжение М- мезомерный эффект**** Особенности реакционной способности открытых сопряженных молекул1.Проявляются в том, что в реакциях присоединения атомные группы реагента присоединяются не по месту разрыва связей, а преимущественно к концам молекулы (1,4-присоединение)Бутадиен-1,31-хлорбутен-2Галогенирование сопряженных диенов. Гидрогалогенирование сопряженных диенов1, 4-дибромбутен-2+ HBr → CH2Br-CH2-C(O)H2.- реакции присоединения к непредельным альдегидам и карбоновым кислота идут против правила Марковникова пропеналь Сопряженные циклические системы. π-π-сопряжение Различают сопряженные системы:Карбоциклические; состоят из молекул углерода и водорода, замкнутых в цикл Гетероциклические; кроме С и Н содержат гетеро-атом (серу, азот, кислород)нафталинХинолин Производные хинолина, используют в медицине (плазмоцид, хинин)бензолФормула Кекуле Ароматические соединения (арены)По современным представлениям соединение обладает ароматичностью, если оно является замкнутой сопряженной системой ---имеет плоский замкнутый цикл (sp2-гибридизация всех атомов цикла), -- единую π-электронную систему, охватывающую все атомы цикла --число π электронов, участвующих в сопряжении соответствует правилу Хюккеля Nπ = 4n+2 где n – число циклов в ароматическом соединении.Nπ = 10 Бензол – эталон ароматичностиπ-π-сопряжение Бензол имеет a) плоский σ-скелет из шести sp2 гибридизированых атомов углерода; б) pz-орбитали, перекрываясь между собой, образуют единое шести π-электронное облако, охватывающее все атомы углерода в цикле. Наблюдается π-π-сопряжение .В) выполняется правило Хюккеля Nπ = 4n+2; n = 1; Nπ = 6 e Энергия сопряжения для бензола 35 ккал/моль (146.5 кДж/моль). Для сравнения энергия водородной связи составляет 16.8-29.4 кДж/моль Гомологи бензола Положительным мезомерным эффектом (+М-эффектом) обладают заместители, подающие электронную плотность в сопряженную систему (ДОНОРЫ). К ним относятся группы, которые, как правило, связаны с сопряженной системой через атом, обладающий орбиталью с неподеленной парой электронов . Такие заместители являются орто-, пара-ориентантами в реакциях замещения в бензольном кольце.Рассмотрим мезомерный эффект на примере циклических сопряженных систем Положительный мезомерный эффект (+М) (-OH, -NH2, -OCH3, -Cl, -Br, -I и др). +М+Мδ’-δ’-δ-δ-δ-δ-δ-δ-р:: 2. Отрицательный мезомерный эффект (-М) (-CHO, -COOH, -NO2, -SO3H, -CN)Отрицательный мезомерный эффект (-М) проявляют заместители, которые понижают электронную плотность в сопряженной системе (АКЦЕПТОРЫ). Как правило, у таких групп на атоме, связанном с сопряжѐнной системой, нет ни неподелѐнных электронных пар, ни свободных электронов Такие заместители являются мета-ориентантами в реакциях замещения в бензольном кольце-Мδ’+δ”+δ+δ+δ+δ+δ+δ+ нитробензол Бензойная кислота Реакционная способность ароматических углеводородов, SЕАроматическое кольцо является областью повышенной электронной плотности (π-основанием), π электроны удерживаются слабо и доступны для реагентов. Отсюда следует, что частицы, с которыми кольцо реагирует, имеют дефицит электронов.Такие частицы называются электрофильными (Е+, Е). Это катионы и некоторые молекулы (SO3) Реакции, в которых в первой стадии действует электрофильная частица – реакции электрофильного замещения SЕ. Такой тип реакции является характерным для всех ароматических молекул. Механизм реакции электрофильного замещенияЭлектрофильными частицами являются катионы и некоторые молекулы, например SO3 π- комплекс σ-комплексπ-комплексσ-комплекс, как правило, очень реакционноспособен и легко стабилизируется, быстро отщепляя катион Реакция ацилированияδПри C-ацилировании по Фриделю-Крафтсу катализатором обычно служит хлорид алюминия: По механизму электрофильного замещения протекают реакции НитрованиеСульфированиеГалогенированиеАлкилирование по Фриделю – КрафтсуАцилирование Реакция нитрования Эта стадия дает электрофильную частицу, которая затем атакуетбензольное кольцо, и представляет собой кислотно-основное равновесие,в которой серная кислота служит кислотой, а азотная – основанием.Реакция сульфирования Реакция алкилирования по Фриделю - Крафтсукарбокатион Реакция Галогенирования Правила замещения в бензольном ядре Место вступления нового заместителя определяется характером уже имеющегося заместителяОриентанты I– рода (орто-, пара- ориентанты, электроноДОНОРЫ), активируют электрофильное замещение, имеют – J-эффект и большой +М-эффектДезактивирующие ориентанты II – рода (мета- ориентанты), это электроноАКЦЕПТОРЫ, имеют –М-эффект и – J-эффект Нитробензол, содержащий заместитель второго рода, нитруется и бромируется в мета-положение Бензолфульфокислота нитруется преимущественно в мета- положениеНитробензол, содержащий заместитель второго рода, сульфируется преимущественно в мета-положение БензолфульфокислотаНитробензол-м-м Группа NH2 :+Mэффект>>-JэффектаБелый стрептоцид(амид сульфаниловой кислоты)n – сульфаниловая кислотаО – сульфаниловая кислотаn – сульфаниловая кислота – родоначальник всех сульфаниламидных препаратованилин Толуол, содержащий заместитель  первого рода, нитруется и бромируется в пара- и орто-положения: +I Многоядерные ароматические карбоциклические соединения (с конденсированными ароматическими ядрами) Наиболее важными конденсированными многоядерными соединениямиявляются: нафталин, антрацен, фенантрен.Нафталин С10Н8 был открыт в каменноугольной смоле:а) бесцветное кристаллическое вещество с характерным запахом, температура плавления 80ºС, легко возгоняется , нерастворим в воде, легко растворяется в органических растворителяхб) в молекуле нафталина не все атомы углерода равноценны- Как и в бензоле в молекуле нафталина нет ни двойных, 10π – электронов распределены симметрично между обоими атомами. Ароматичность здесь обусловлена сопряжением 10 π – электронов. π – облака расположены выше и ниже плоских колец. Химические свойства нафталина Химические свойства нафталина сходны с бензолом, однако проявляют и ненасыщенный характер, легче, чем бензол вступают в реакции присоединения. Реакции замещения лучше идут в α, чем в β положение.1) Реакции замещения а) сульфирование б) галогенированиев) нитрование 2) Реакции присоединения а) Реакция гидрирования – сначала гидрируется одно ядро (160º, 30атм.) и образуется тетрагидронафталин – тетралин; конечный продукт гидрирования (200º, 200атм.) – декагидронафталин – декалин.3) Реакции окислениянафталин окисляется легче, чем бензол, при этом одно из бензольных ядер разрушается, а его α-углерод превращается в карбоксильную группу.Фталевая кислота1,4 нафтахинон входит в составВитамина K1, который способств.свертыванию крови при сильныхкровотечениях. Антрацен Антрацен содержится в большом количестве в каменноугольной смоле. Бесцветное вещество с голубой флюоресценцией, нерастворимо в воде, хорошо растворимо в бензоле. По химическим свойствам антрацен сходен с нафталином (нитруется, сульфируется, галогенируется). При окислении хромовой смесью превращается в антрахинон.Легко гидрируется в положение 9, 10 Фенантрен Фенантрен – обладает ароматичным характером. Ядро фенантрена входит в состав стероидов, алкалоидов, половых гормонов, канцерогенных соединений, вызывающих злокачественные опухоли. Гетероциклические соединенияНаиболее важное значение имеют гетероциклы, содержащие азот, кислород, серу. Легкость образования циклов именно с этими гетероатомами объясняется:Тем, что эти атомы имеют сравнительно небольшие атомные объемы, близкие к объему группы –СН2- Ароматичность гетероцикловГетероциклические ароматические молекулы имеют все признаки ароматичности:а) содержит (4n+2) обобществленных электронов (правило Хюккеля) б) имеет непрерывную замкнутую цепь сопряженияв) sp2- гибридизацию атомов в цикле и, следовательно плоские кольца. Если в бензоле заменить группу –СН- на азот образуется гетероцикл пиридин. Такой гетероцикл является ароматической структурой и также как бензол имеет резонансные формулы Гетероциклы могут быть пяти и шести членными и содержать один или несколько гетероатомов Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом. π-избыточные ароматичческие молекулыПиррол, фуран, тиофен – типичные представители π-избыточных ароматических гетероциклов . Электронное состояние пиррола: 6 электронов – 5 атома четыре π-электрона атомов углерода и два р-электронов атома азота. Таким образом создается общая р-π сопряженная система пиррольный атом N проявляет +Мδ- δ- δ-р-πПирролфурантиофенСуперароматические системы... .... РЕАКЦИИ SE пиррола π-избыточные молекулы имеют большую активность в реакция электрофильного замещения. Замещение в первую очередь идет у α- углерода Пиррол ацидофобен. Протонирование пиррола минер. к-тами приводит к нарушению ароматичности системы и вызывает полимеризацию (образуется т. наз. пиррол-красный).Моноалкилпроизводные пиррола (по атому углерода) не удается получить Пиррольный атом азота Кислотные свойства пиррола электронная пара атома азота в пирроле входит в ароматическое кольцо, поэтому пиррол практически лишен основных свойств пиррольный атом N проявляет +М хлорофиллХлорофилл (от греч. chlorós — зелёный и phýllon — лист), зелёный пигмент растений, с помощью которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез.Основу структуры молекулы Х, составляет магниевый комплекс порфиринового цикла Гема-простетическая группировка гемоглобина крови Генетически пиррол связан с аналогичными гетероциклами, содержащими серу и кислород. Существует их взаимный переход (t=130º, Al2O3). РЕАКЦИИ SE тиофена При обработке пиррола фурана и тиофена нитрующей смесью происходит осмолениеНе удается провести алкилирование и тиофена Гидрирование фурана и пиррола водородом на катализаторе (платина или палладий) приводит соответственно к тетрагидрофурану и тетрагидропирролу (пирролидину). Аналогичное превращение в случае тиофена не происходит, поскольку он, как серусодержащее соединение, дезактивирует катализатор (является каталитическим ядом). Группа индолаУ индола 10 обобществленных электронов и онобладает ароматичными свойствами. Основныесвойства выражены слабо, протон в присутствии азота присоединяется по атому углерода с нарушением ароматичной структуры.Наиболее реакционным положением в индоле является 3 или β, куда направляется электрофильный реагент.триптофанПиррол входит в состав более сложного гетероцикла индола или бензопиррола. Гетероциклы с шестичленным кольцом и одним гетероатомом. π–недостаточные ароматические молекулыНаиболее важен пиридин С5H5N. Атом азота имеет более высокую электроотрицательность, уменьшает электронную плотность кольца. Такие молекулы называют π–недостаточными ароматическими системамиЭлектрофильное замещение протекает значительно труднее, чем в бензольном кольце и преимущественно по β- углероду.Пиридиновый атом N проявляет –М эффектδ+δ- Электрофильное замещение в пиридиновом кольце Преимущественно β- производные Свободная электронная пара атома азота не участвует в образовании π-делокализованной связи в кольце, пиридин проявляет свойства основания. Пиридин образует гидроксид пиридиния реагируя с водой, а с кислотами – соли пиридина.Пиридиновый азотгидроксид пиридиния Пиридиновый азот****хлорид пиридиния Пиридиновый азот Ядро пиридина входит в состав витамина РР, который предупреждает серьезный недуг – пеллагру, проявляющуюся поражением кожи, желудочно-кишечного тракта, психики.β –пиридин карбоновая кислота никотиновая кислотаАмид никотиновой кислоты- вит. РР Пиридин восстанавливается в пиперидин:Кольцо пиридина входит в состав сульфидина, применяется для лечения воспаления легких: хинолин – нафталин, у которого -СН- замещен на N в ядре. 8-оксихинолин – лекарственный препарат для лечения малярии СПАСИБОЗА ВНИМАНИЕ!!!
Фуран Фуран – бесцветная жидкость с запахом хлороформа. Температура кипения =162ºФурфураль альдегид – образуется из пентоз при нагревании с концентрированными минеральными кислотами. Используется в качестве растворителя и при производстве пластмассНитрофураны – обладают антимикробным действием, уничтожают тех микробов, на которые не действуют сульфаниламидные препараты. Из него изготовляют антимикробное белье и волокно.Тиофен – бесцветная жидкость с запахом бензола, встречается в каменноугольном дегте и имеет ароматических характер. Применяется для изготовления мази – ихтиола, используется при кожных заболеваниях. Гетероциклы с пятичленным кольцом и двумя гетероатомамиГетероциклы с пятичленным кольцом и двумя гетероатомами носят общее название азолы. К ним относятся: пиразол, имидазол, тиазол. Пиразол обладает ярко выраженными основными свойствами. Кольцо проявляет выраженный ароматический характер(реакции – Se).5-пиразолон5- пиразолон лежит в основе ценныхненаркотических анальгетиков: Антипирина, амидопирина(пирамидон), анальгина, бутадиона (обладают жаропонижающим иболеутоляющим действием. Имидазол Атомы азота расположены через один атом углерода. Входит в состав: пурина и гистидина.Гистидин – гетероциклическая аминокислота входит в состав белков основного характера. Через нее идет соединение белковой и не белковой части гемоглобина.При декарбоксилировании гистидина под действием гнилостных бактерий образуется гетероциклический амин – гистамин – биогенный амин. Тиазол Содержит серу и азот входит в состав витамина B1, пенициллина (антибиотик), норсульфазола (сульфаниламидного препарата)норсульфазол В последнее время большое значение получили производные изоникотиновой кислоты, например, тубазид – противотуберкулезный препарат.Очень высокой противотуберкулезной активностью, превышающей активность ПАСК и стрептомицина, обладают гидразоны – продукты конденсирования тубазида с альдегидами – фтавизид.Изоникотиновая кислотаИзоникотиноилГидразид (тубазид) Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомамиВ азотсодержащих гетероциклах два атома азота могут располагаться рядом и могут быть разделены группами –СН-. Эти изомерные вещества называют пиридазином (1,2), пиримидином (1,3)и пиразином, общее название азины.Пиримидин – кристаллическое вещество, сложное основание.Окси, аминопроизводные существуют в аци- и кетонной формах2,6-диоксипиримидин(урацил)2-окси-6-аминопиридин(цитозин)5-метилурацил(тимин)пиразинпиримидинпиридазин В организмах урацил, цитозин, тимин встречаются в виде оксирибозы и дезоксирибозы (нуклеидов)5-фторурацил – противоопухолевое средство –предотвращает развитие опухоли.Барбитуровая кислота и барбитуратыБарбитуровая кислота является 2,4,6 триоксипиримидиномАци-формамочевинаМалоноваякислотаБарбитуровая кислота циклическийуреид малоновой кислоты и мочевины.Группа ОН по кислотным свойствам сходна с фенольным гидроксилом.Барбитуровая кислота обладает Кислотными свойствами (в 5-6 разсильнее уксусной кислоты).Атомы водорода в группе –СН2-обладают кислотными свойствами и могут замещаться на радикалы. Пиразин – кристаллическое вещество с приятным запахом, растворим в воде.пиридазин Конденсированные гетероциклыПурин – состоит из пиримидина и имидазолаОксипроизводные:а)гипоксантин – 6 оксипуринб) ксантин 2,6-диоксипурин – содержится в растениях, в организме животных (печени, крови, моче) – твердое вещество, ограничено растворяется в воде. Наряду со слабо выраженными кислотными свойствами ксантин обладает и слабыми основными свойствами. Большое значение имеют метилированные ксантиныТеофиллин (1,3-диметилксантин), в чае,обладает мочегонным действием.Теобролин (1,7-диметилксантин) мочегонное,возбуждает, стимулирует центральную нервнуюсистему.Кофеин (1,3,7-триметилксантин) кофе, чай повышает работоспособность сердца, действует возбуждающе на центральную нервную систему.Мочевая кислота (2,6,8-триоксипурин)(в сутки -0,5-1г мочевой кислоты) при подагре мочевая кислота скапливается в организме. В организме мочевая кислота синтезируется из мочевины. Мочевая кислота образует соли средние и кислые со щелочными металлами. Средние солихорошо растворимы в воде, кислыесоли - плохо. Аминопурины:Аденин (6-аминопурин)Гуанин (2-амино-6-оксипурин)Содержится в растительных и животных тканях. Содержится в чешуе рыб, придавая им блеск.6-меркаптопуринВстречается в природе в виде гликозидов рибозы и дезоксирибозы – аденозина, и нуклиотидов АМФ,АДФ, АТФ.Предотвращает развитие опухоли – противоопухолевое средство. СПАСИБОЗА ВНИМАНИЕ!!!

Приложенные файлы

  • pptx 18356499
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий