Тема Соединения со смешанными функциями Гидроксиальдегиды и гидроксикетоны. Гидрокси и оксокислоты Цель занятия

• Название: Тема Соединения со смешанными функциями Гидроксиальдегиды и гидроксикетоны. Гидрокси и оксокислоты Цель занятия
• Анкор: Chast_2.doc
• Дата: 17.05.2018
• Размер: 1.67 Mb.
• Имя файла: Chast_2.doc
• Тип: Документы; #19326
• страница: 10 из 10

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

(-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 -фуранозной форме.

Общая схема построения нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты

Нуклеотиды

H₃PO₄


Нуклеозиды



Гетероциклические

основания

Углеводы


Названия нуклеозидов и нуклеотидов

Азотистые основания	Нуклеозиды	Нуклеотиды
Цитозин Урацил Тимин	Цитидин (или дезоксицитидин) Уридин Тимидин	Цитидиловая кислота; цитидин-5’-фосфат (дезоксицитидиловая кислота; дезоксицитидин-5’-фосфат) Уридиловая кислота; уридин-5’-фосфат Тимидиловая кислота или тимидин-5’-фосфат
Аденин Гуанин	Аденозин (или дезоксиаденозин) Гуанозин (или дезоксигуанозин)	Адениловая кислота; аденозин-5’-фосфат (дезоксиадениловая кислота; дезоксиаденозин-5’-фосфат) Гуаниловая кислота; гуанозин-5’-фосфат (дезоксигуаниловая кислота; дезоксигуанозин-5’-фосфат)

Схема образования нуклеозида


Цитозин 2-дезокси-,D-рибофураноза Дезоксицитидин
Схема образования мононуклеотида
Дезоксицитидин Дезоксицитидин-5’-фосфат

(дезоксицитидиловая

кислота)

Полинукклеотиды – это полимеры, составленные из нескольких мононуклеотидов, связанные 3’,5’-фосфодиэфирными связями.

Составим динуклеотид, состоящий из цитидиловой и адениловой кислот.

Нуклеотиды могут иметь и самостоятельное значение. Так, движущей силой биохимических процессов является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Молекула АТФ содержит две макроэргические связи, при расщеплении которых высвобождается энергия (32 кДж/моль).



АТФ

Эта энергия используется при мышечных сокращениях, биосинтезе белков, нуклеиновых кислот, липидов.

В организме (in vivo) ATФ может претерпевать следующие превращения:
H₂O

АТФ АМФ + ФФн + энергия

Пирофосфорная

H₂O кислота


АДФ + Фн + энергия

Фосфорная

кислота


Глоссарий
Гетероциклические системы – системы, в состав которых помимо атомов углерода, входят один или несколько атомов других элементов (гетероатомов).

Конденсированные гетероциклы – это полициклические системы, состоящие из нескольких циклов.

Макроэргические связи – связи богатые энергией.

Ацидофобность («кислотобоязнь») – способность осмоляться под действием сильных минеральных кислот.

 - Избыточные гетероциклические системы – системы, имеющие повышенную электронную плотность внутри кольца по сравнению с бензолом.

 - Недостаточные гетероциклические системы – системы, имеющие пониженную электронную плотность внутри кольца по сравнению с бензолом, вследствие влияния гетероатома.