Биологически важные гетероциклические соединения. Лекция 2

1.

Лекция 2
Биологически важные
гетероциклические соединения

2.

БИОЛОГИЧЕСКИ ВАЖНЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ
СОЕДИНЕНИЯ
Гетероциклическими называются
циклические органические
соединения, в состав цикла которых,
помимо атомов углерода, входят
один или несколько атомов других
элементов (гетероатомов).

3.

π - НЕДОСТАТОЧНЫЕ
СИСТЕМЫ
N
= СН заменили на N =
C 5H 5N
ПИРИДИН
Доказательство ароматичности:
1) Плоский скелет из -связей, N – в SP2
2) π е облако замкнуто, содержит 4 х 1 + 2 = 6 е ( правило
Хюккеля)
N вступает в π – π сопряжение и оттягивает электронную
плотность на себя (ЭОN > ЭОC) в результате в кольце
пиридина электронная плотность меньше, чем в С6Н6.

4.

Атом N называют пиридиновым – на внешней
sp2-гибридизованной атомной орбитали располагается
неподеленная электронная пара, которая придаёт
основные свойства С5Н5N.
N
•

5.

Химические свойства
1. Реакции SE более затруднены
N
N
+ H2SO4к. (SO3)
HgSO 4
220o
24 ч
SO3H
– пиридинсульфокислота
является антиметаболитом,
структурный аналог – –
пиридинкарбоновой кислоты.

6.

N
N
+ Cl2
220o 24ч
kat
+ HCl
Cl

7.

N
H2SO4 300o
N
+ HNO3
+ H2O
NO2

8.

N
N
+ O
CH3
β - пиколин
(β – метилпиридин )
KMnO4
+ H2O
+
H
COOH
витамин РР –
β – пиридинкарбоновая
кислота

9.

Никотинамид (витамин PP)
O
N
C
NH 2

10.

2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
N
+ H2O
OHN
H
гидроксид пиридиния
+ HCl
ClN
H
хлорид пиридиния

11.

3. РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ (ГИДРИРОВАНИЕ)
ПРОТЕКАЮТ В БОЛЕЕ МЯГКИХ УСЛОВИЯХ, ЧЕМ В С6Н6
N
Na + C2H5OH
+ 3Н2 ИЛИ Ni, t
N
ПИПЕРИДИН
ВХОДИТ В СОСТАВ
ПРОМЕДОЛА,
встречается во
многих
Алкалоидах.

12.

4. РЕАКЦИИ SN
N
N
NH 2
α
+ NaNH2
+ NaH
α - аминопиридин

13.

ГРУППА ПИРИДИНА
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
ВДЫХАНИЕ ПАРОВ ПИРИДИНА МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К
ТЯЖЕЛОМУ ПОРАЖЕНИЮ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
ГОМОЛОГ ПИРИДИНА β – ПИКОЛИН ПРЕВРАЩАЕТСЯ В
НИКОТИНОВУЮ КИСЛОТУ, НИКОТИНАМИД, КОТОРЫЕ
ИЗВЕСТНЫ КАК ДВЕ ФОРМЫ ВИТАМИНА РР,
ПРИМЕНЯЮЩИЕСЯ В МЕДИЦИНЕ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ
ПЕЛЛАГРЫ.
ДИЭТИЛАМИД НИКОТИНОВОЙ КИСЛОТЫ – КОРДИАМИН –
ЭФФЕКТИВНЫЙ СТИМУЛЯТОР ЦНС
ИЗОНИКОТИНОВАЯ КИСЛОТА – ИСХОДНОЕ СОЕДИНЕНИЕ В
СИНТЕЗЕ ПРОТИВОТУБЕРКУЛЕЗНЫХ СРЕДСТВ –
ТУБАЗИДА И ФТИВАЗИДА

14.

Алкалоиды – гетероциклические азотсодержащие
основания растительного происхождения,
обладающие выраженным физиологическим
действием.
Никотин – производное пиридина и пирролидина.

15.

Никотин
Классификация: Алкалоид группы пиридина.
Молекула никотина содержит ядро пиридина и
метилированного у азота пирролидина
(гидрированного пиррола):
Эта формула строения никотина подтверждена
синтезом (1904).
Никотин в виде солей лимонной и яблочной кислот
содержится в листьях табака (Nicotiana tabacum,
семейство пасленовых), откуда его и получают.
Содержание никотина в табаке достигает 3% и более.
N
N
CH3

16.

Хинолин (бензпиридин) – ароматическое
соединение, содержит пиридиновое и
бензольное кольцо, относится к πнедостаточным системам.
Имеет плоский σ- скелет и единую
сопряженную систему из десяти p –
электронов.
5
4
6
3
7
2
N
8
1

17.

Особенности химического поведения
хинолина
1) В
реакциях
SE
атаке
подвергается
бензольное
кольцо
(кольцо
пиридина
является π – недостаточным). Замещение
протекает в положении 5 или 8.
1) В реакции SN может вступать только π –
недостаточное
пиридиновое
кольцо
(положения 2 и 4). Реакция сульфирования
лежит в основе получения
8 –
гидроксихинолина.

18.

NaOH
H2SO4
TOC
N
N
SO3H
N
OH
хинолин-8-сульфокислота
8-гидроксихинолин

19.

Антибактериальным действием обладают
такие производные 8 – гидроксихинолина, как
энтеросептол (8 – гидрокси – 7 иод – 5
хлорхинолин)
Cl
J
N
OH

20.

и нитроксолин, или 5 – НОК (8 – гидрокси – 5 –
нитрохинолин), который может быть получен
нитрованием 8 – гидроксихинолина
NO2
HNO3
N
N
OH
OH

21.

Бактерицидное действие средств на основе 8 –
гидроксихинолина заключается в их способности
связывать в прочные комплексы ионы некоторых Ме
(Со2+, Сu2+, Bi3+ и другие). Таким путем происходит
выведение микроэлементов, необходимых
для
жизнедеятельности кишечных бактерий.
O
N
Me
O
N
хелат 8-гидроксихинолина

22.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
• ЯДРО ХИНОЛИНА ВХОДИТ В СОСТАВ
НЕКОТОРЫХ АЛКАЛОИДОВ И
ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
• ПРИ ЛЕЧЕНИИ КИШЕЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
ИСПОЛЬЗУЮТ ПРОИЗВОДНОЕ 8ГИДРОКСИХИНОЛИНА – ЭНТЕРОСЕПТОЛ

23.

ИЗОХИНОЛИН
N
ВХОДИТ В СОСТАВ АЛКАЛОИДОВ МОРФИНА
И ПАПАВЕРИНА

24.

Применяют морфин как
болеутоляющее средство при
травмах и различных заболеваниях,
сопровождающихся сильными
болевыми ощущениями

25.

А так же при подготовке к
операции, при бессоннице, иногда
при сильном кашле.

26.

АКРИДИН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ ОБЛАДАЮТ СИЛЬНЫМ ТОКСИЧНЫМ
И БАКТЕРИЦИДНЫМ ДЕЙСТВИЕМ.НАПРИМЕР, ЭТАКРИДИН (РИВАНОЛ)
ИСПОЛЬЗУЮТ ДЛЯ ДЕЗИНФЕКЦИИ
N
БОЛЬШУЮ РОЛЬ В БОРЬБЕ С МАЛЯРИЕЙ СЫГРАЛ АКРИХИН

27.

Шестичленные гетероциклы с
несколькими гетероатомами

28.

Гетероциклы, содержащие два атома азота
называются диазины и различаются взаимным
расположением атомов азота.
пиридазин
пиримидин
пиразин
N
N
N
N
N
N

29.

N
N
пиримидин
1) менее основный (2N конкурируют)
N
N
+
HCl
N
N
H
1) почти не вступает в SЕ
Cl-

30.

1)
входит в состав:
а) нуклеиновых кислот в форме NH2 – и ОН –
производных
б) витамина В1 – тиамина, одиного из важнейших
витаминов. В1 содержит два гетероцикличиских кольца
– пиридиновое и тиазольное, связанные метиленовой
группой
H3C
N
N
NH2
CH2
тиамин
S
CH2
N
CH2
CH3
CH2
OH

31.

Свойства тиамина
• Влияет на активность ряда окислительных
ферментов.
• Обладает антиоксидантными свойствами в
отношении аскорбиновой кислоты,
пиридоксина.
• Легко взаимодействует с оксигруппами
полифенолов.

32.

Источники витамина тиамина
0,96мкг
0,72мкг
0,48мкг
0,51мкг

33.

Важнейшая
конденсированная
гетероциклическая система – пурин состоит
двух сочлененных колец – имидозола и
пиримидина.
3
2
N
4
H
N 7
пурин
8
1 N
6
5
N
9

34.

Свойства пурина
1)
2)
3)
устойчив к действию окислителей
хорошо растворяется в воде
амфотерен, образует соли не только с сильными
кислотами, но (благодаря наличию NH – группы) и
щелочами Ме.
Наиболее важны гидрокси – и
принимающие активное участие
жизнедеятельности.
аминопурины,
в процессах

35.

Гипоксантин, ксантин, мочевая кислота –
продукты превращения нуклеиновых кислот в организме
N
NH
H
N
O
N
H
N
H
N
O
H
N
H
N
O
HN
N
O
O
гипоксантин
ксантин
HN
N
H
O
мочевая кислота

36.

К пуриновым алкалоидам относятся:
O
CH3
H
N
N
N
N
CH3
O
теофиллин
(чай)
O
CH3
CH3
N
N
N
O
CH3
N
N
N
N
CH3
CH3
N
H
O
кофеин
(кофе, чай)
O
теобромин
(какао)
Эти алкалоиды оказывают возбуждающее действие на
центральную нервную систему.

37.

Пятичленные гетероциклические
соединения

38.

π – избыточные системы
(суперароматические)
пиррол
фуран
тиофен
N
O
S
H
ДОКАЗАТЕЛЬСТВА АРОМАТИЧНОСТИ:
1) Замкнутые, циклические, плоские скелеты (атомы
углерода и азота в sp2 гибридизации )
2) 4n + 2 = 4 х 1 + 2 = 6 (е)
π – избыточные, так как 6 е на 5 атомов цикла
электронная плотность в пирроле > C6H6

39.

Пиррольный атом азота имеет неподеленную
электронную пару и участвует в р- сопряжении.
Связь N–Н ослабляется, и пиррол проявляет
кислотные свойства.
N
H

40.

ПИРРОЛ
N
H

41.

ФУРАН
O

42.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПИРРОЛА
1) Реакции SЕ. Большая реакционная способность, чем у С6Н6
Ацидофобен. Реагент не должен содержать Н+, так как
может произойти разрушение π-избыточной системы
(кроме тиофена: он более ароматичен).
N
H
+ С5Н5N · SO3
пиридинсульфотриоксид
HO3S
N
+ С 5H 5N
H
α-пирролсульфокислота

43.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
H2O, Al2O3, to
N
H
O
NH3
H 2S
H 2S
NH3
H 2O
S

44.

2) Слабокислые свойства (Н
N
H
+ NaNH2
Ме)
N
Na
+ NH3

45.

3) восстановление пиррола:
4[H]
N
N
H
Н
H
Н
пирролидин
Входит в состав лекарственных средств,
некоторых алкалоидов,α-аминокислоты
пролина.

46.

Пиррол образует кольца из четырех пиррольных
циклов – порфиновые, (если водород
замещается, то – порфириновые). Входит в
состав хлорофилла, гемоглобина.

47.

ИНДОЛ (БЕНЗОПИРРОЛ)
4
-δ 3
5
2
6
N 1
7
H
Практически не обладает основными
свойствами, ведет себя как слабая NHкислота. Вступает в реакции SE
(положение 3).

48.

БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ИНДОЛА
Триптофан – α-амино-β-(β‘-индолил)
пропионовая кислота. Входит в состав
полипептидов растительных и животных
организмов. Участвует в реакции
гидроксилирования (получение 5гидрокситриптофана, который подвергается
декарбоксилированию с образованием 5гидрокситриптамина(серотонина)).
Серотонин является одним из
нейромедиаторов головного мозга.
Нарушение его нормального обмена ведет к
шизофрении.

49.

МЕДИКО- БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
КОНЕЧНЫЙ ПРОДУКТ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПИРРОЛА –
ПИРРОЛИДИН ВХОДИТ В СОСТАВ
РЯДА ПРИРОДНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ, ЛЕКАРСТВЕННЫХ
СРЕДСТВ, АЛКАЛОИДОВ.
ВИТАМИН В12 БЛИЗОК ПО
СТРУКТУРЕ ПОРФИРИНОВЫМ
КОМПЛЕКСАМ МЕТАЛЛОВ.ОН
НЕОБХОДИМ ДЛЯ НОРМАЛЬНОГО
КРОВЕТВОРЕНИЯ.
СЕРОТОНИН – ПРОИЗВОДНЫЙ
ИНДОЛА (БЕНЗПИРРОЛА), ОДИН
ИЗ НЕЙРОМЕДИАТОРОВ
ГОЛОВНОГО МОЗГА.НАРУШЕНИЕ
ЕГО НОРМАЛЬНОГО ОБМЕНА В
ОРГАНИЗМЕ ВЕДЕТ К
ШИЗОФРЕНИИ.

50.

Спасибо за внимание!