РефератыХимияГеГетероциклические соединения

Гетероциклические соединения

Введение


«Гетерос» - по-гречески разный. Это циклические соединения, в кольца которых, кроме углеродных атомов входят атомы других элементов, например, азота, серы, кислорода (N,S,O) и др. они называются гетероатомами.


Эти соединения имеют большое биологическое значение, они распространены в природе в виде витаминов, алкалоидов, пигментов и других составных частей животных и растительных клеток, участвуют в построении аминокислот, входящих в состав белков; они входят в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот.


Классификация


В основу классификации положены фора ядра и число гетероатомов.


1) Пятичленные гетероциклы:


а) с одним гетероатомом;


б) с двумя гетероатомами и тд.


2) Шестичленные гетероциклы:


а) с одним гетероатомом;


б) с двумя гетероатомами и тд.


3) Гетероциклы с конденсированной системой ядер.


Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом


Важнейшими представителями являются следующие:


НС СН НС СН HCCH


НС СН НС СН HCCH


О SNH


фуран Тиофен Пиррол


Все эти соединения в своем составе имеют по четыре углеродных атома и один гетероатом. У этих соединений имеются две двойные связи, между которыми имеется одинарная связь (это напоминает диеновые углеводороды с сопряженной системой двойных связей). Однако, в химическом отношении ионии больше напоминают ароматические соединения. Каждый углеродный атом у них затрагивает 3 электрона на образование обычных σ-свзей, то есть связей, образованных гибридизированными электронными облаками, а один электрон образует Р - электронное облако (в виде правильной восьмерки).


У гетероатома на образование σ-связей израсходовано два электрона, а еще два электрона образуют Р-электронные облака. В результате видим, то в ядре имеется 6 Р - электронных облаков, которые взаимно перекрываясь, образуют сплошное Р – электронное облако, как и в бензоле. Поэтому они и напоминают по свойствам ароматические соединения, особенно ярко они выражены у тиофена. Как и у ароматических соединений, у них прочное ядро – при обычных химических реакциях не разрывается. И более характерными для них являются реакции замещения атомов водорода.


Более подвижен водород в α-положении, то есть при углероде, который расположен рядом с гетероциклом.


Приведенные гетероциклы легко переходят друг в друга, по реакции Ю.К.Юрьева, которая протекает при катализаторе Al2
O3
и при t=4500
C.


НС СН +H2
SНС СН



НС СН +H2
O НС СН


О+NH3
+NH3
S


+H2
O +H2
S


HC CH


HCCH


NH


При реакциях гидрогенизации этих гетероциклов образуются их гидрированные производные, у которых уже нет двойных связей.


Н2
C СН2
Н2
C СН2
H2
CCH2


Н2
C СН2
Н2
C СН2
H2
CCH2


О SNH


тетрагидрофуран тетрагидротиофен тетрагидропиррол


Фуран- это бесцветная жидкость, со слабым запахом хлороформа. Температура кипения 31.90
С. это вещество нейтрального характера. Не растворим в воде. Фуран и его гомологи содержатся в древесном дегте. В промышленности фуран получают из фурфурола путем отщепления окиси углерода (СО).


НССН HC CH


Ni, 2000
C + CO


НС С – С = О HCCH


О Н О


фурфурол фуран


В природе широко встречаются производные тетрагидрофурана - это фурановые формы сахаров.


Тиофен – это бесцветная жидкость, с запахом бензола, температура кипения 840
С, не растворим в воде. Содержится в каменноугольной смоле, которая образуется при коксовании каменного угля. Выделяется с фракцией бензола.


В химическом отношении тиофен ярче всех проявляет ароматические свойства. Он легче, чем бензол, хлорируется, сульфируется, нитруется. В природе имеется ряд производных тиофена, один из них является биотином. Это витамин H.


C = O


HN NH


HC CH


H2
C CH – (CH2
)4
– C = O


SOH


Биотин – витамин роста


Он входит в состав ферментов, участвующих в процессах карбоксилирования. При недостатке биотина наблюдается прекращение роста, заболевание кожи, выпадение волос, шерсти у животных и др.


Пиррол – это бесцветная жидкость, с запахом хлороформа, буреет на воздухе вследствие окисления. Температура кипения 1300
С, практически не растворим в воде. Пиррол обладает слабовыраженными кислотными свойствами, а именно: атом водорода в иминогруппе NHможет замещаться металлами (Na или K).


НС СН HCCH


+NaOH +Н2
О


НССН HC CH


NH N – Na


пиррол N – натрий пиррол


Вместо Na можно ввести углеводородный радикал, действуя галогенпроизводными:


НССН HC CH HC CH


+CH3I
изомеризация


НССН HC CH HC C – CH3


N – Na N – CH3
NH


N – натрийпиррол N – метилпирролα-метилпиррол


При реакции гидрогенизации пиррола образуется два продукта: неполный продукт, он называется пирролин (в этом случае присоединяется только два атома водорода) и полный продукт, называется пирролидин (присоединяется еще два атома водорода).


НССН HC CH H2
C CH2


+2H
+2H


НССН H2
C CH2
H2
C CH2


NH NHNH


пирролпирролинпирролидин


Производными пирролидина являются две аминокислоты: пролин и оксипролин. Ядра пиррола и пирролина входят в ядро порфина, который образует различные производные, называемые порфиринами. К ним относятся красящее вещество крови – гемоглобин, и растений – хлорофилл.


Ядро порфирина:



1 2


CH


NNH


CHCH


NHN


CH


4 3



Гем крови содержит железо, которое связывает четыре пиррольных ядра и у всех ядер имеются боковые ответвления.


Строение гемма крови:


CH3
CH=CH2
CH3
CH=CH2



1 2


CH


N N


CH Fe CH


N N


CH


4 3



CH3
CH2
– CH2
CH2
– CH2
CH3


O=CC = O


OHHO


Строение хлорофилла:


CH3
CH=CH2
CH3
CH2
– CH3



1 2


CH


N N


CH Mg CH


N N


C


4 3


H – C


CH3
CH2
C=O C=O CH3


CH2
O – CH3


O=C – O – C20
H39


Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами


К ним относятся:


Имидазол


HCN



HCCH .


NH


Ядро имидазола входит в состав аминокислоты гистидина, а также в состав более сложно построенного гетероциклического ядра – пурина, витамина В12, алкалоидов и других соединений.


Тиазол


HC N


HC CH


S


Тиазол имеет большое биологическое значение. Ядро

полностью гидрированного тиазола входит в состав пенициллина. Ядро тиазола входит в состав витамина В1
медицинского препарата сульфазола и др.


Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом


Представители:


СН2
СН


НС СН НС СН


НС СН НС СН2


О О


γ-пиран α-пиран


В природе пиран не встречается, но широко известны его производные – тетрагидропиран


СН2


Н2
С СН2


- тетрагидропиран


Н2
ССН2


О


Это пирановые формы сахаров.


Пиридин


Это жидкость с неприятным запахом, температура кипения 1150
С, смешивается с водой. В химическом отношении пиридин сильно напоминает ароматические соединения. Как и в бензольном ядре у него имеются 6 р-электронных облаков, по одному у атомов углерода и одно у азота. Перекрываясь взаимно, они обра- зуют сплошное р – электронное облако, как и в молекуле бензола.


СН +


НС – СН –


НС+СН +


N –


Так же, как и бензол, пиридин сульфируется, нитруется, галогенируется. Сам пиридин не окисляется, а окисляются только его производные, у которых имеются боковые радикалы. Отличия пиридина от ароматических соединений следующие:


1. В молекуле пиридина происходит смещение электронной плотности, а именно: азот имеет большую электронную плотность. Углерод в α-положении – имеет меньшую электронную плотность. В бензоле же этого не наблюдается. У бензола смещение электронной плотности наблюдается в том случае, если вводится какой-либо заместитель.


В результате смещения электронной плотности молекула пиридина становится полярной. Дипольный момент ее составляет μ=2,2Д.


СН +


НС – СН –


НС+СН +


N –


2. В молекуле пиридина происходит введение электрофильных заместителей с большими трудностями, чем в бензоле, а нуклеофильные заместители вводятся легче, чем в бензоле.


Производные пиридина


1.никотиновая кислота.
2.амид никотиновой кислоты


СН ОН СН NH2


НС С – С = О НС С – С = О



НССН НС СН


NN


Никотиновая кислота и ее амид представляют собой витамин РР. Недостаток этого витамина вызывает заболевание пеллагру, выражающуюся в своеобразной сухости кожи, поражении центральной нервной системы.


Производными пиридина является ряд алкалоидов. Это азотсодержащие органические соединения гетероциклического строения. Они содержатся и в растительных организмах и являются продуктами обмена веществ в растениях. Наиболее богаты алкалоидами двудольные растения(семейства маковых, пасленовых и др.)


Многие алкалоиды обладают сильным физиологически действием: в больших количествах они являются ядами, а в малых их часто применяют как ценные лекарственные средства. На вкус эти вещества горькие, железистого цвета.


К алкалоидам, производным пиридина относятся следующие:


1.Конин:


Это жидкость маслообразная, содержится в дурмане. Чрезвы- чайно ядовит, вызывает паралич двигательных нервных оконча ний.


СН2


Н2
С СН2


Н2
ССН – CH2
– CH2
– CH3


NH пропил


2.Никотин


H2
CCH2


СН


НС С – HCCH2


N


НССН CH3
гидрированное ядро пиролла


N


ядро пиридина


Никотин это бесцветная маслянистая жидкость, смешивающаяся с водой, обладает запахом табака, на воздухе быстро буреет. Содержится в листьях табака (до 8%). Небольшие количества никотина возбуждают нервную систему, большие количества ядовиты, вызывают паралич дыхательных центров. Смертельная доза никотина для человека составляет около 40мг.


Водные суспензии никотина в больших количествах используются для борьбы с вредителями сельского хозяйства.


3. Анабазин


СН2


H2
CCH2


СН


НС С – HCCH2



НССН гидрированное ядро пиридина


N


ядро пиридина


Это важнейший алкалоид ядовитого азиатского растения ежовника безлистного. Анабазин, подобно никотину, очень ядовит и обладает высоким инсектицидным действием.


Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами


Важнейшим представителем является пиримидин: Это кристаллическое вещество, обладающее слабоосновными свойствами Пиримидиновое ядро встречается в многочисленных природных соединениях витаминах, коферментах, нуклеиновых кислотах. В молекуле пиримидина два азота. В ядре наблюдается смещение электронной плотности. Наибольшая электронная плотность у атомов азота и у 5-го углеродного атома. В молекуле пиримидина образуется секстет из р- электронных облаков. Это придает соединению ароматический характер.


6
CH+ .


N – 1
5
CH – ,



HC+2
4
СН +


3
N –


В природе большое биологическое значение имеют окси и аминопроизводные пиримидина, так называемые пиримидиновые основания:


1. Урацил – 2,6-диоксипиримидин


2. Тимин – 2,6-диокси-5-метилпиримидин


3. Цитозин – 2-окси-6-аминопиримидин


4. Барбитуровая кислота – 2,4,6 – триоксипиримидин.


Эти соединения входят в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот. Они проявляют кето-енольную таутомерию, то есть могут находиться в енольной и кетонной формах.


Урацил:


С – ОН C = O


NCHHNCH



HO – C CH O = C CH


N NH


енольная форма кетонная форма


Тимин:


С – ОН C = O


NC – СН3
HNC – СН3



HO – C CH O = C CH


N NH


енольная форма кетонная форма


Цитозин:


С – NH2
C – NH2


N CH N CH



HO – C CH O = C CH


N NH


енольная форма кетонная форма


Барбитуровая кислота:


С – ОН C = O


NCHHNCH2



HO – CC – ОHO = CC= О


NNH


енольная форма кетонная форма


Производными барбитуровой кислоты являются снотворные вещества: барбитол, люминал и др.


Производным пиримидина является витамин В1
:


C – NH2
– HCL


N C – CH2
– N C – CH3


CH3
– C CH HC C – CH2
– CH2
– OH


N S


Витамин В1
содержится большом количестве в оболочке рисовых зерен, отрубях, дрожжах, ростках пшеницы. При отсутствии или недостатке его в пище у человека развивается болезнь бери-бери, а у животных – полиневрит.


Список использованной литературы


1. Березов Т.Т. , Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. Под ред. Дебова С.С. / М., «Медицина», 1990.


2. Николаев А.Я. Биохимия. / М., «Высшая школа», 1989.


3. Строев Е.А. Биологическая химия. / М., «Высшая школа», 1986.


4. Бышевский А.Ш.. Терсенев О.А. Биохимия для врача. /Екатеринбург, 1994.


5. Кушманова О.Д., Ивченко Г.М. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. / М., «Медицина», 1983.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Гетероциклические соединения

Слов:1919
Символов:15532
Размер:30.34 Кб.