Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами

 

Пятичленные гетероциклы, содержащие атом азота называются азолами. Главные представители:

 

пиразол имидазол тиазол

(1,2-диазол) (1,3-диазол)

Старшинство гетероатомов при нумерации: O > S > NH > N.

Химические свойства

 

1. Ароматические свойства. Их структура отвечает критериям ароматичности. Они вступают в реакции электрофильного замещения (S_E) в 4 положение – сказывается ориентирующее действие гетероатомов. В отличие от пиррола они не проявляют ацидофобных свойств. Устойчивы к действию кислот, а также окислителей и щелочей.

 

H₂SO₄

+ HNO₃ + Н₂О

 

пиразол 4 – нитропиразол

 

2. Основные свойства проявляются за счет «пиридинового» атома азота.

 

H⁺Clˉ H ⁺ Сlˉ

 

 

имидазол хлористый имидазолий

3. Восстановление осуществляется водородом в момент выделения:

 

2[H] 2[H]

 

 

пиразол пиразолин пиразолидин

 

Основность по мере восстановления возрастает, так как увеличивается электронная плотность на основных центрах вследствие ликвидации ароматичности.

Пиразолин легко окисляется. Одним из производных является пиразолон-3.

На его основе создана целая группа лекарственных препаратов – антипирин, амидопирин, анальгин и др.

 

антипирин амидопирин анальгин

 

Они широко применяются в медицине как жаропонижающие, болеутоляющие и успокаивающие средства.

Шестичленные гетероциклические соединения с двумя гетероатомами

Пиримидин

 

Химические свойства. 1. Пиримидин сходен с пиридином, но еще больше, чем пиридин, отличается от бензола. Он проявляет ароматические свойства, но так же, как в пиридине, лучше идут реакции нуклеофильного замещения (S_N) – в 2,4 и 6 положения:

NH₂Na NH₂Na

-NaH -NaH

 

 

2. Основные свойства. Пиримидин – более слабое основание, чем пиридин, так как 2 электроотрицательных атома азота взаимно понижают электронную плотность, оттягивая ее каждый на себя. Так, он не дает щелочной реакции в Н₂О и дает соли с 1 эквивалентом сильной кислоты.

 

Производные пиримидина

Особенно важны гидрокси- и аминопроизводные пиримидина – урацил, тимин, цитозин – компоненты нуклеиновых кислот. Для них характерна лактим – лактамная таутомерия:

 

 

 

урацил

 

 

 

тимин

 

 

цитозин

 

лактимная форма лактамная форма

Способность к таутомерным превращениям играет большую роль в формировании пространственной структуры нуклеиновых кислот. В лактимной форме оксипроизводные пиримидина проявляют кислотные свойства. Особенно сильные кислотные свойства проявляет 2,4,6–тригидроксипиримидин – барбитуровая кислота:

 

 

барбитуровая кислота

В качестве снотворных и противосудорожных средств используются 5,5–дизамещенные производные барбитуровой кислоты, барбитураты:

 

 

 

 

барбитал барбитал-натрий фенобарбитал

(веронал) (мединал) (люминал)

Биологическая роль пиримидина: 1) входит в состав витамина В₁ (тиамин); 2) входит в структуру пурина; 3) тригидроксипиримидин (барбитуровая кислота) составляет основу лекарственных препаратов – барбитуратов; 4) окси- и аминопроизводные пиримидина входят в состав нуклеиновых кислот.

Полициклические гетероциклы

 

Индол (бензопиррол)

Это конденсированная полициклическая система, состоящая из бензольного и пиррольного колец

 

 

Индол Скатол

 

Индол и скатол образуются при гниении белков и имеют неприятный запах. Но чистый индол в большом разбавлении имеет цветочный запах. Он содержится в цветах жасмина и апельсина.

Важным производным индола является 3–оксииндол:

 

 

3-оксииндол

(b-индоксил)

Он содержится в растениях в виде гликозидов и в моче животных и человека в виде индикана (3-оксииндолилсульфат калия), а также является полупродуктом при промышленном синтезе красителя индиго.

3-Индолилуксусная кислота – гетероауксин. Она образуется при разложении белков и является гормоном роста растений.

 

 

3 – Индолилуксусная кислота

Триптофан

 

Эта незаменимая аминокислота входит в состав большинства белков.

 

 

Химические свойства. Реакции индола и его производных сходны с реакциями пиррола. Индол подобно пирролу обладает слабой основностью и кислотностью. Ацидофобен – осмоляется кислотами. При электрофильном замещении заместитель вступает предпочтительно в положение 3 (в отличие от пиррола). Восстанавливается в 2,3– дигидроиндол, мягкое окисление дает индиго.

Хинолин и изохинолин

 

 

Хинолин Изохинолин

 

Хинолин и изохинолин подобны пиридину как по физическим, так и по многим химическим свойствам. Они вступают в хорошо известные для бензола и пиридина реакции, модифицированные только присутствием второго кольца в качестве заместителя.

Биологическое значение: 1) входит в состав большой группы алкалоидов, главные из которых относятся к группе хинина – алкалоиды опия (морфин, героин, папаверин); 2) входят в состав противомалярийных препаратов.

 

Акридин

 

 

Акридин обладает характерным запахом, вызывает раздражение дыхательных путей, раздражает кожу («acer» – едкий). Акридин флюоресцирует (светится).

Биологическое значение: акридиновое ядро составляет основу некоторых алкалоидов, многие синтетические производные акридина являются ценными лекарственными препаратами (противомалярийные препараты, риванол – антисептик) и красителями.

 

Пурин

Это гетероциклическая конденсированная система, состоящая из пиримидинового и имидазольного кольца.

 

 

пурин

 

По свойствам он подобен пиримидину и имидазолу. Для него характерны: 1) ароматические свойства; 2) реакции нуклеофильного замещения (S_N) - направляются в 2,6,8-положения; 3) амфотерность, образует соли и с кислотами (за счет «пиридинового» атома азота), и со щелочами (за счет «пиррольного» атома азота); 4) устойчив к действию окислителей; 5) хорошо растворим в воде.

Производные пурина

Важными производными пурина являются окси- и аминопроизводные пурина – компоненты нуклеиновых кислот. Для оксипроизводных пурина, так же как пиримидина, характерны лактим – лактамная таутомерия и миграция атома водорода между положениями 7 и 9 имидазольного кольца.

В состав нуклеиновых кислот входит лактамная форма, как более устойчивая:

 

 

 

Аденин Гуанин

 

Важным продуктом азотистого обмена в организме человека и животных является триоксипурин - мочевая кислота.

 

 

Мочевая кислота

 

Это кристаллическое вещество, плохо растворимое в воде, хорошо – в щелочах. Дает средние и кислые соли – ураты. Средние соли калия, натрия, лития хорошо растворимы в воде. Кислые соли (кроме солей лития) трудно растворимы в воде, особенно ураты аммония. Они входят в состав почечных камней, откладываются в суставах при подагре.

 

Нуклеиновые кислоты

 

Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) играют главную роль в передаче наследственной (генетической) информации и в управлении процессом биосинтеза белка. Это биополимеры, мономерами которых являются мононуклеотиды.

Мононуклеотиды состоят из гетероциклического основания, связанного с углеводным остатком, этерифицированным, в свою очередь, фосфорной кислотой.

В качестве гетероциклического основания используются пиримидиновые (урацил, тимин, цитозин) и пуриновые (аденин, гуанин) основания (в лактамной форме).

В качестве углеводного компонента – пентозы: D- рибоза и 2-дезокси D – рибоза. Обе пентозы находятся в b-фуранозной форме.