Шестичленные гетероциклы π - НЕДОСТАТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

β – пиридинкарбоновая кислота (Никотиновая к-та, или витамин РР)

ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ХИНОЛИНА

БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ИНДОЛА

Биологически активные производные имидазола

Азотистые основания, входящие в состав РНК И ДНК.

2.66M

Category:

chemistry

Гетероциклы

1. Гетероциклические соединения

Кафедра медицинской
и фармацевтической химии
Гетероциклические
соединения
1

2.

Условия ароматичности.
1) Молекула должна иметь плоский замкнутый скелет
из σ-связей, sp2-гибридизацию атомов и единую p–
сопряженную систему р–е , охватывающую все атомы цикла.
2) Число электронов в π-облаке, по правилу Хюккеля,
равно 4n+2, где n=1, 2, 3, 4…
2

3.

Биологически важные
гетероциклические
соединения

4.

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

5.

Гетероциклические соединения
Пятичленные гетероциклы Шестичленные гетероциклы
(π-избыточные)
(π-недостаточные)
- С одним гетероатомом
- С двумя гетероатомами
- С одним гетероатомом
- С двумя гетероатомами
5

6. Шестичленные гетероциклы π - НЕДОСТАТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

N
I. П И Р И Д И Н
= СН заменили на N =
C5 H 5 N
Доказательства 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.

7.

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

8.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
π-недостаточных систем
1) Реакции
SЕ.
Меньшая
реакционная
способность, чем у С6Н6. Реакции SE затруднены.
Функциональная группа встает в β-положение.
2) Основные свойства (у атома N).
3) Реакции SN в -положение

9.

1) Реакции SЕ.
а) сульфирование
N
N
β+ H2SO4к. (SO3)
HgSO 4
o
220
24 ч
+
H2O
SO3H
β – пиридинсульфокислота антиметаболит,
структурный аналог –
β – пиридинкарбоновой кислоты.
(витамина РР)

10. β – пиридинкарбоновая кислота (Никотиновая к-та, или витамин РР)

Окисление гомологов
N
N
+ O
CH 3
β - пиколин
(β – метилпиридин )
KMnO4
+ H2O
+
H
COOH
β – пиридинкарбоновая
кислота (Никотиновая к-та,
или витамин РР)

11. Никотинамид – вторая форма витамин PP

N
O
C
N H2

12.

• В организме свободная никотиновая кислота
быстро превращается в амид никотиновой
кислоты.
• Избыток никотиновой кислоты и её амида
выводится из организма с мочой в виде
главным образом N- метилникотинамида и
частично некоторых других их производных.
CONH2
N+
CH3
N- метилникотинамид

13.

•Амид никотиновой кислоты - в медицине как
лекарственное средство при таких заболеваниях как:
• Диабет. Способно в определенной степени
предотвращать повреждение поджелудочной железы,
приводящее к утрате организмом способности
вырабатывать собственный инсулин
•Остеоартрит. Никотинамид также уменьшает боли и
улучшает подвижность суставов при остеоартрите.
Профилактика и лечение пеллагры

14.

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

15.

3. РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ (ГИДРИРОВАНИЕ)
ПРОТЕКАЮТ В БОЛЕЕ МЯГКИХ УСЛОВИЯХ, ЧЕМ В С6Н6
N
Na + C2H5OH
+ 3Н2 ИЛИ Ni, t
H
N
ПИПЕРИДИН,
входит в состав
промедола

16. пиперидин

Встречается во многих алкалоидах: никотин, кониин
Алкалоиды – гетероциклические азотсодержащие
основания растительного происхождения, обладающие
выраженным физиологическим действием

17. Кониин-производное пиперидина

яд, выделенный из болиголова: этим веществом был
отравлен Сократ
N
H
CH2
CH2
CH3

18.

Никотин
Молекула никотина содержит ядро пиридина и
метилированного у азота пирролидина
(гидрированного пиррола):
Никотин в виде солей лимонной и яблочной
кислот содержится в листьях табака tabacum,
откуда его и получают. Содержание никотина в
табаке достигает 3% и более.
N
N
CH3

19.

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

20. 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,
ДИЭТИЛАМИД НИКОТИНОВОЙ КИСЛОТЫ – КОРДИАМИН –
ЭФФЕКТИВНЫЙ СТИМУЛЯТОР ЦНС
ПИПЕРИДИН ВХОДИТ В СОСТАВ ПРОМЕДОЛА, ВСТРЕЧАЕТСЯ ВО
МНОГИХ алкалоидах.

21.

II. Хинолин (бензопиридин) – 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
8
N
1
2

22. ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ХИНОЛИНА

1) В реакциях SE атаке подвергается бензольное
кольцо (кольцо пиридина является
π –
недостаточным). Замещение протекает в положении
5 или 8.
2) В реакции SN может вступать только π –
недостаточное пиридиновое кольцо (положения 2 и
4).

23.

H2SO4
NaOH, t
- H 2O
N
N
- NaHSO3
SO3H
N
OH
хинолин-8-сульфокислота
8-гидроксихинолин
Реакция сульфирования лежит в основе
получения 8 – гидроксихинолина.

24.

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

25.

и нитроксолин, или 5 – НОК (8 – гидрокси – 5 –
нитрохинолин), который может быть получен
нитрованием 8 – гидроксихинолина
NO2
HNO3
N
OH
N
- H 2O
OH

26.

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

27.

III. ИЗОХИНОЛИН
N
ВХОДИТ В СОСТАВ АЛКАЛОИДОВ МОРФИНА
И ПАПАВЕРИНА

28.

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

29.

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

30.

Шестичленные гетероциклы с несколькими
гетероатомами
Гетероциклы, содержащие два атома азота
называются диазины и различаются взаимным
расположением атомов азота.
пиридазин
пиримидин
пиразин
N
N
N
N
N
N

31. III. Пиримидин

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

32. Биологическое значение

1)
входит в состав:
а) нуклеиновых кислот в форме NH2 – и ОН –
производных пиримидин (урацил, тимин, цитозин)
б) витамина В1 – тиамина, одного 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

33.

Пиримидиновые основания
Пиримидин
N
N
O
HN 3
2
O
4
1
N
NH2
O
5
6
N
CH3
HN
O
N
H
H
Урацил Ura
(2,4-диоксопиримидин)
Тимин Thy
(5-метил-2,4диоксопиримидин,
5-метилурацил
O
N
H
Цитозин Cyt
(4-амино-2оксопиримидин)

34. Свойства тиамина

• Играет важную роль в метаболизме углеводов и жиров.
• Незаменим для утилизации глюкозы
Поддерживает работу сердца,нервной и пищеварительной
систем.
• Недостаток витамина в пище приводит к тяжелому заболеванию
«бери-бери»

35. Источники витамина тиамина

0,96мкг
0,72мкг
0,48мкг
0,51мкг

36.

Пятичленные гетероциклические
соединения

37.

Пятичленные гетероциклические
π – избыточные системы
пиррол
N
фуран
тиофен
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,т.к. N(O) вступает в р- π сопряжение,электронная
плотность в кольце увеличивается,кроме того, 6 е приходится на 5
атомов цикла .В результате электронная плотность в пирроле >
C 6H 6

38.

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

39.

I. ФУРАН
O

40.

ПИРРОЛ
N
H

41.

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

42.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА π-избыточных систем
1) Реакции SЕ. Большая реакционная
способность, чем у С6Н6
а) алкилирование
б) галогенирование
в) ацилирование
г) сульфирование
д) нитрование
2) Слабокислые свойства

43. 1. Реакции SE

а) алкилирование
+
CH3Cl
N
H
б) галогенирование
AlCl3
+
N
H
CH3
HCl

44.

б) галогенирование
+ Cl2
O
AlCl3
+
O
Cl
HCl

45.

Пиррол и фуран обладают свойствами
ацидофобности (т.е. разрушаются в
кислой среде.
Реагент не должен содержать Н+ )
Тиофен – более ароматичен, не боится
кислоты.

46.

б) сульфирование
N
H
+ С5Н5N · SO3
пиридинсульфотриоксид
HO3S
N
+ С 5H 5N
H
α-пирролсульфокислота

47.

г) нитрование
+
O
CH3-COONO2
+
O
CH3COOH
NO2
α-нитрофуран

48.

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

49.

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

50.

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

51.

•При биологическом окислении в печени
гемоглобина и других
порфиринсодержащих метаболитов
образуются билирубиноиды.
•Они содержат линейную
тетрапиррольную структуру.
•Наиболее важный - -билирубин имеет
• оранжевую окраску.Билирубины-пигменты желчи

52. II. ИНДОЛ (БЕНЗОПИРРОЛ)

4
-δ 3
5
2
6
N 1
7
H
Слабая NH-кислота.
Вступает в реакции SE (положение 3).
Биологически активные производные –
триптофан и продукты его метаболизма
(серотонин)

53. 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 5-гидрокситриптамина(серотонина)
.
Серотонин является одним из нейромедиаторов головного мозга.
Нарушение его нормального обмена ведет к шизофрении. Гормон
удовольствия.

54.

III.Имидазол
N
pyrrolic N
pyridinic N
пиридиновый
N
пиррольный
imidasole
H
имидазол
This compound possesses both weak acidic
and weak basic properties. As a result imidasole
possesses amphoteric properties.

55.

Имидазол-амфотерное соединение
1. Проявляет слабокислотные свойства за
счет пиррольного N
2. Слабоосновные – за счет пиридинового N
образует соли с сильными кислотами и
щелочными металлами
NH кислотная группа и –N= основная
образуют межмолекулярные водородные
связи

56. Биологически активные производные имидазола

Гистидин -
Гистамин –
α-амино-β-(4(5)‘-имидазолиллил)
пропионовая кислота.
Входит в состав многих белков-глобина
Участвует в ферментативных реакциях
(кислотный и основной катализ)
биогенный амин, продукт
декарбоксилирования гистидина,
имеет отношение к аллергическим
реакциям организма

57. Пурин

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

58. Свойства пурина

1)
Устойчив к действию окислителей
2)
Хорошо растворяется в воде
3)
Амфотерен, образует соли
не только с сильными
кислотами, но (благодаря наличию NH – группы) и со
щелочными Ме.
!Наиболее важны гидрокси – и аминопурины, принимающие
активное участие в процессах жизнедеятельности.

59. Азотистые основания, входящие в состав РНК И ДНК.

• Азотистые основания(нуклеиновые)гетероциклические соединения, производные пурина
и пиримидина.
NH2
Пуриновые основания
N1 6 5
4
2
3
N
N
N
N
7
8
9
N
H
O
N
NH
N
HN
Пурин
H2N
N
Аденин
(6-аминопурин)
N Гуанин Gua
(2-амино-6-оксопурин)
H