Гетероциклические соединения. Гетероциклические соединения
 Скачать 94.46 Kb.
|
|
Гетероциклические соединения — это органические соединения, содержащие в своих молекулах кольца (циклы), в образовании которых кроме атома углерода принимают участие и атомы других элементов. Атомы других элементов, входящие в состав гетероцикла, называются гетероатомами. Наиболее часто встречаются в составе гетероциклов гетероатомы азота, кислорода, серы, хотя могут существовать гетероциклические соединения с самыми различными элементами, имеющими валентность не менее двух. Гетероциклические соединения могут иметь в цикле 3, 4, 5, 6 и более атомов. Однако наибольшее значение имеют пяти- и шестичленные гетероциклы. Эти циклы, как и в ряду карбоциклических соединений, образуются наиболее легко и отличаются наибольшей прочностью. В гетероцикле может содержаться один, два и более гетероатомов. Во многих гетероциклических соединениях электронное строение связей в кольце такое же, как и в ароматических соединениях. Поэтому типичные гетероциклические соединения условно обозначают не только формулами, содержащими чередующиеся двойные и одинарные связи, но и формулами, в которых сопряжение p-электронов обозначается кружком, вписанным в формулу. Пятичленные гетероциклы  Шестичленные гетероциклы  Большое значение имеют гетероциклы, конденсированные с бензольным кольцом или с другим гетероциклом, например пурин:  Пиридин Азотсодержащее гетероциклическое соединение. Его особенности: 1) это шестичленное гетероциклическое соединение с одним гетероатомом азота в цикле:  2) это бесцветная жидкость с неприятным запахом, хорошо растворимая в воде; 3) пиридин и его гомологи содержатся в каменноугольной смоле, которая и служит источником их получения; 4) на основании структурной формулы можно высказать двоякое суждение о свойствах пиридина; 5) наличие двойных связей в молекуле указывает на его высокую реакционноспособность, а сходство по строению с бензолом позволяет предположить, что вещество обладает большой химической способностью; 6) пиридин также имеет и много общего с бензолом по строению и свойствам. В молекуле бензола каждый атом углерода, находясь в состоянии sр2-гибридизации, три электрона затрачивает на образование δ-связей и один электрон – на образование общего для молекулы π-облака (при боковом перекрывании облаков шести р -электронов). В молекуле пиридина одну группу СН заменяет атом азота, и он «поставляет» два электрона на установление δ-связей с двумя соседними углеродными атомами и один электрон – в систему π-облака, при этом, как и в молекуле бензола, образуется устойчивый секстет электронов. У атома азота остается после этого еще пара свободных электронов; 7) пиридин, как и бензол, устойчив по отношению к окислителям: он не обесцвечивает раствор перманганата калия даже при нагревании; 8) пиридин нитруется, реакция идет в более жестких условиях, чем у бензола, образуется нитропиридин:  Гетероциклическое соединение пиридин – это азотистое основание ароматического характера. Применение пиридина: 1) ароматические и основные свойства пиридина используются при синтезе разного рода лекарственных препаратов, красителей, гербицидов; 2) также пиридин используется как растворитель для денатурирования этанола; 3) Ядро пиридина содержится в молекулах витамина РР, предупреждающего развитие пеллагры – заболевания кожи. Пиррол Пятичленный гетероцикл с одним атомом азота.  При рассмотрении электронного строения молекулы пиррола видно, что электронная пара пиррольного азота участвует в образовании шестиэлектронной структуры, поэтому этот азот практически не обладает основными свойствами. Пиррол — жидкость без цвета, tкип=130°С. Пиррол на воздухе окисляется и при этом темнеет. Значение пиррола и его соединении Пиррол — важный продукт для получения пирролидина путем каталитического гидрирования. Огромное значение в жизни растений и животных имеет ядро пиррола, которое является составной частью гемоглобина и хлорофилла. Пурин Пурин — гетероцикл, включающий два сочлененных цикла: пиримидиновый и имидазольный:  Ароматическая система пурина включает десять p -электронов (восемь электронов двойных связей и два электрона пиррольного атома азота). Пурин — амфотерное соединение. Слабые основные свойства пурина связаны с атомами азота шестичленного цикла, а слабые кислотные свойства — с группой NH пятичленного цикла. Основное значение пурина состоит в том, что он является родоначальником класса пуриновых оснований. Пиримидиновые и пуриновые основания В группе гетероциклических соединений наиболее важными являются гетероциклы, содержащие два атома азота. Пиримидин — кристаллическое вещество, tпл=20-22 С.  Рассмотрим производные пиримидина — урацил, цитозин, тимин. Урацил (У) — в зависимости от условий может существовать в разных формах:  Цитозин (Ц):  Тимин (Т):  Пиримидиновое кольцо вместе с кольцом имидазола образуют бициклическое основание — пурин: Наиболее широко из производных пурина в природе распространены аденин и гуанин. Аденин (А), представляет собой кристаллическое вещество, плавящееся с разложением при 360°С, труднорастворимое в воде:  В свободном состоянии он содержится в растительных и животных тканях Гуанин (Г), содержится в растительных и животных тканях. В воде и спирте гуанин почти не растворим, но легко растворяется в кислотах и щелочах с образованием солей:  Производные пиримидина — урацил, тимин, цитозин — и производные пурина — аденин и гуанин — называются пиримидиновыми и пуриновыми основаниями соответственно. Пиримидиновые и пуриновые основания входят в состав нуклеиновых кислот. |