Гетероциклические соединения Строение химические свойства биологическая активность

Гетероциклические соединения Строение, химические свойства, биологическая активность,

Гетероциклическими соединениями (гетероциклами) называют вещества, молекулы которых содержат замкнутый цикл, включающий атомы углерода и один или более атомов иных элементов (гетероатомы).

Классификация гетероциклических соединений • По природе гетероатома • Серусодержащие Азотсодержащие Кислородсодержащие

Классификация гетероциклических соединений • По насыщенности • Насыщенные Ненасыщенные

Классификация гетероциклических соединений • По строению цикла • Трехчленные Четырехчленные

Классификация гетероциклических соединений • Пятичленные • Шестичленные • С конденсированными циклами

Номенклатура гетероциклических соединений

ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ОДНИМ ГЕТЕРОАТОМОМ

Физические свойства пиррола • Бесцветная жидкость с запахом хлороформа. Слаборастворимая в воде, хорошо растворимая в органических Бесцветная жидкость с запахом хлороформа. Слаборастворимая в воде, хорошо растворителях. Температура кипения 130°С. • Пиррол имеет • SP² гибридизацию Валентный угол равен 120°

Пиррол • Способы получения • Пиролиз слизевокислого аммония • Перегонка сукцинимида с цинковой пылью:

Ацидофобность пиррола • Гидрирование пиррола

Реакции конденсации

Порфин – плоский макроцикл, ароматическая сопряженная система; π – электронное облако содержит 26 электронов, что соответствует правилу Хюккеля (4· 6 + 2 = 26)

Гем

Биологическое окисление в печени гемоглобина и порфинсодержащих метаболитов образуются биллирубеноиды, содержащие линейную тетрапиррольную систему.

Фуран

Химические свойства

Химические свойства фурана • Окисление и восстановление

Фурфурол • Бесцветная жидкость, малорастворима в воде. • По свойствам близок к бензальдегиду. • Вступает в реакции конденсации типа бензоиновой, в реакцию Канниццаро:

Химические свойства фурфурола • Полимеризация • Реакция Перкина

Химические свойства фурфурола • Окисление • Нитрование ацетилнитратом:

Производные фурана

Тиофен • Биотин (витамин Н):

Конденсированные пятичленные гетероциклы

Индол • Индол – бесцветное кристаллическое вещество, не растворимое в воде, имеет своеобразный запах.

Индол – NН-кислота (р. Ка= 16 – 17) :

Химические свойства индола • Индол ацидофобен

Производные индола

Алкалоиды индольного типа • Стрихнин • Ядовит, применяется для борьбы с грызунами

Алкалоиды индольного типа • Иохимбин • Содержится в растениях семейства мареновых, сосудорасширяющий, гипотензивный препарат

ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ДВУМЯ ГЕТЕРОАТОМАМИ

ПИРАЗОЛ ( 1, 2 – диазол )

Химические свойства

Химические свойства • Восстановление • Пиразолон; таутомерные формы

Производные пиразолона

Имидазол (1, 3 – диазол ) • Имидазол – кристаллическое вещество со своеобразным запахом, хорошо растворимо в воде. Молекула плоская. • Способен к межмолекулярной ассоциации за счет водородных связей

Окисление имидазола

Производные имидазола

Тиазол • Тиазол – бесцветная жидкость с запахом пиридина; растворима в воде.

Производные тиазола • Тиамин • (витамин В 1):

Производные тиазола

ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ОДНИМ ГЕТЕРОАТОМОМ

Пиридин • Получение • Пиридин – бесцветная жидкость с неприятным запахом, • в воде растворима, растворяется во многих органических растворителях.

Пиридин – основание ( р. Кв=1, 8 · 10 -9 ):

Атом азота в пиридине является нуклеофилом :

Реакции электрофильного замещения (жесткие условия):

Реакции нуклеофильного замещения :

Двойственная реакционная способность 2 гидроксипиридина:

Окисление пероксидом водорода:

• Каталитическое гидрирование: • Реакционная способность α- и γпиколинов:

конденсация

Окисление β-пиколина:

Противотуберкулезные средства

ПИРИДОКСИН (ВИТАМИН В 6) :

Алкалоиды пиридинового ряда ( с неконденсированными циклами) • Никотин • Содержится в листьях табачных растений, сильно ядовит (летальная доза 30 60 мг), воздействует на вегетативную нервную систему, используется для борьбы с насекомыми.

Алкалоиды пиридинового ряда ( с неконденсированными циклами) • Кониин • Содержится в крапчатом болиголове, очень ядовит. Парализует окончания двигательных и чувствительных осязательных нервов.

Алкалоиды пиридинового ряда ( с неконденсированными циклами) • Лобелин • Получен из североамериканского растения лобелия, возбуждает процессы дыхания, применяется для борьбы с удушьем.

Алкалоиды пиридинового ряда ( с неконденсированными циклами) • Пиперин • Основной алкалоид черного перца

Алкалоиды тропанового ряда (с конденсированными циклами) • Атропин • Содержится в красавке, белене, вызывает расширение зрачка, останавливает действие желез внутренней секреции (прекращает потоотделение, выделение слюны)

Алкалоиды тропанового ряда (с конденсированными циклами) • Кокаин • Выделяется из листьев кустарника кока, парализует чувствительные нервные окончания, используется как местный анестетик (анестезия роговицы), но высоко токсичен, вызывает привыкание – кокаинизм.

Химические свойства

хинолин и изохинолин – слабые основания (более слабые, чем пиридин). • р. Квн+ =4, 94 (катион хинолиния) • р. Квн+ =5, 14 (катион изохинолиния)

Химические свойства • Алкилирование по атому азоту: •

Химические свойства • восстановление

Химические свойства • окисление

Алкалоиды хинолинового ряда • Хинин • Содержится в коре хинного дерева, угнетает ЦНС, возбуждает мускулатуру матки, снижает температуру тела, противомалярийный препарат.

Алкалоиды изохинолинового ряда • Папаверин • Противосудорожный препарат, расслабляет гладкую мускулатуру, применяется при спазмах сосудов (при гипертонии, стенокардии, мигрени), при спазмах гладкой мускулатуры (холецистит, колики)

Алкалоиды изохинолинового ряда • Морфин • Содержится в опии, болеутоляющее средство, действует на ЦНС, тормозит условные рефлексы, тормозит секреторную активность ЖКТ, вызывает привыкание.

Алкалоиды изохинолинового ряда героин кодеин • наркотик • Успокаивает кашель

Алкалоиды изохинолинового ряда • Алкалоиды кураре (тубокурарин) • используют при наркозе, вызывает расслабление поперечно – полосатой мускулатуры

ПИРОНЫ ( ОКСОПИРАНЫ ) • α – Пирон - б/ц жидкость с запахом свежего сена, Ткип=2090 С, хорошо растворяется в органических растворителях; слабое основание. • γ – Пирон - б/ц кристаллы, Тпл=330 С, хорошо растворяется в воде, слабое основание.

Химические свойства • α – Пирон и его производные характеризуются свойствами непредельных δ – лактонов; вступают в реакции SN : • Действие NH 3 и первичных аминов на α- и γ-пироны:

Соли пириллия

Производные хромона • келлин (спазмалитическое, сосудорасширяющее средство) • Флавоны – производные 2 -фенилхромона:

Производные хромона лутеолин кверцетин

ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ДВУМЯ АТОМАМИ АЗОТА • Диазины : пиридазин пиримидин пиразин • Пиридазин - б/цв. жидкость, растворима в воде; слабое основание. Реакции SЕ протекают в жестких условиях; устойчив к действию окислителей. Производные пиридазина проявляют антивирусную и антибактериальную активность. • Пиразин – б/цв. кристаллы, растворимы в воде. Вступает в реакции SЕ и SN. Пиразиновый цикл входит в состав некоторых феромонов, антибиотиков, антивирусных, противоопухолевых препаратов.

ПИРИМИДИН • • • Б/цв. кристаллы, Тпл. =22, 50 С, растворимы в воде, специфический запах. Молекула практически плоская. Ароматическая система; проявляет свойства слабого основания:

Реакции SЕ характерны при наличии одного или нескольких электронодонорных заместителей ( NH 2, ОН, ОR и т. д. )

Электрофильное присоединение по атому азота:

Нуклеофильное замещение протекает по электронодефицитным четным положениям (2, 4, 6):

Химические свойства • Окисление перекисью водорода: • Каталитическое гидрирование:

Таутомерия

Образование водородных связей: • Урацил и тимин – слабые двухосновные кислоты

Барбитуровая кислота; синтез конденсацией малонового эфира с мочевиной:

• Метилтиоурацил (заболевания щитовидной железы):

Химические свойства пурина • Пурин – ароматическая система; реакции SЕ характерны только для производных пурина с активирующими заместителями и протекает в положение 8 ( хлорирование, бромирование, нитрование).

Электрофильное присоединение по атомам N. • Алкилирование:

Электрофильное присоединение по атомам N. • Ацилирование:

Аденин и гуанин – пуриновые основания, участвуют в построении нуклеиновых кислот, некоторых коферментов; аденин – в построении АТФ, АДФ, АМФ. • Являются амфолитами. Наиболее сильное основание – аденин; гуанин – слабое основание. • Для гуанина характерна лактам – лактимная таутомерия:

Мочевая кислота • двухосновная кислота, плохо растворима в воде, но легко растворятся в щелочах, горячей серной кислоте;

образует два ряда солей – ураты:

Окисление мочевой кислоты: азотной кислотой – разрушение имидазольного цикла; перманганатом калия ( в водной или щелочной среде) – разрушение пиримидинового цикла

Алкалоиды пуринового ряда • Кофеин • Психостимулятор и стимулятор дыхания. Применяется при инфекционных и других заболевани ях, которые сопровождаются угнетением функции ЦНС и сердечно сосудистой системы, при отравлении нар котическими и другими ядами, угнетающими ЦНС, при спазмах головного мозга (при мигрени и др. ), для по вышения психической и физической работоспособно сти, для удаления сонливости.

Алкалоиды пуринового ряда • Теофиллин • Содержится в листьях чая, Применяют в качестве бронхолитического средства или в качестве умеренно действующего кардиотонического и диуретического средства при застойных явлениях сер дечного и почечного происхождения.

Алкалоиды пуринового ряда • Теобромин • Бобы какао, Бронхолитическое средство. Применяют при не резко выраженных спазмах сосудов головного мозга, при отеках, вследствие сердечной и почечной недостаточности.

Диазепины – семичленные гетероциклы с двумя атомами азота

Бензодиазепины: