гетероциклы-мп

1.

Гетероциклические
соединения

2. Гетероциклическими называют соединения, в цикле которых помимо атомов углерода содержатся и другие атомы (так называемые

гетероатомы –
от древнегреческого ετερος –
«этерос» –иной, другой), чаще
всего азот, кислород, сера.

3. Классификация гетероциклов

По размеру цикла
трех–, четырех–, пяти–, шестичленные
По характеру гетероатома
азот–, кислород–,серусодержащие и тд.
По количеству гетероатомов в
цикле
с одним, двумя гетероатомами и тд.

4. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом

N
H
пиррол
O
фуран
S
тиофен

5. Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами

1
5
2
N
H
3
1
5
N
H
имидазол
4
N3
4
5
4
N
4
1
2
S
тиазол
5
N2
пиразол
N3
1
O
2
оксазол

6. Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом

4
5
6
1
N
..
5
3
6
2
7
пиридин
4
3
1
8
N
..
хинолин
2

7. Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами

4
N
4
N3
5
6
5
1
N
6
2
3
1
N
2
пиразин
4
3
5
пиримидин
6
1
N
N2
пиридазин

8. Конденсированные гетероциклические системы

Фрагмент
пиримидина
6
1
5
N
2
3
N
Фрагмент
имидазола
7
N
9
4
8
N
H
пурин
4
N3
5
5
6
N
4
1
N
2
1
N
H
2

9. Ароматические свойства пиррола

все атомы цикла
sp2–гибридизованы
цикл плоский
количество ē
удовлетворяет
правилу Хюккеля
4n+2, где n-целое число
замкнутая сопряженная
4n+2=6; 4n=6-2=4; n=1
система p-π типа

10. Пиррол, фуран и тиофен – «π-избыточные» системы

..
S
..
N
H
Снижение степени ароматичности
..
O

11. Ароматические свойства пиразола и имидазола

4
5
3
1
N
H
N2
все атомы цикла
sp2–гибридизованы
цикл плоский
сопряженная
система p-π типа
удовлетворяет
правилу Хюккеля
4n+2, где n-целое число
пиразол и имидазол –
замкнутая
ē
«π–избыточные количество
циклы»
4n+2=6; 4n=6-2=4; n=1

12. Ароматические свойства пиридина и хинолина

все атомы цикла
sp2–гибридизованы
5
цикл плоский
6
замкнутая сопряженная
система π-π типа
7
количество ē
удовлетворяет
правилу Хюккеля
4n+2, где n-целое число
4
3
1
8
N
..
2
4n+2=6; 4n=6-2=4; n=1
4n+2=10; 4n=10-2=8; n=2

13. Ароматические свойства пиримидина

все атомы цикла
sp2–гибридизованы
4
N3
5
цикл плоский
замкнутая сопряженная
система π-π типа
количество ē
удовлетворяет
правилу Хюккеля
4n+2, где n-целое число
4n+2=6; 4n=6-2=4; n=1
6
1
N
2

14. Пиридин, хинолин, пиримидин– «π-недостаточные» системы

5
δ+4
4
δ–
6
1
7
8
N
..
3
5
2
δ+ 6
1
N
..
4
3 δ–
5
2 δ+
6
Увеличение «π-недостаточности»
N3
1
N
2

15. Ароматические свойства пурина

6
все атомы цикла
sp2–гибридизованы
цикл плоский
замкнутая сопряженная
система p-π типа
количество ē
удовлетворяет
правилу Хюккеля
4n+2, где n-целое число
4n+2=10; 4n=10-2=8; n=2
1
5
N
2
7
3
N
N
9
4
N
H
8

16. Тетрапиррольные ароматические соединения

все атомы цикла
sp2–гибридизованы
порфин
цикл плоский
замкнутая сопряженная
система p-π типа
840 кДж/моль
количество ē
удовлетворяет
правилу Хюккеля
4n+2, где n-целое число
4n+2=26; 4n=26-2=24; n=6

17.

Витамин В12
цианокоболамин
Гем

18. Реакционная способность гетероциклов, как ароматических соединений

«π-недостаточные»
«π-избыточные»
Для ароматических
соединений, как
N
замкнутых сопряженных систем
..
характерны реакции замещения (S)
N
N
..
SE
Активность в реакциях SE
Активность в реакциях SN
N
H

19. Реакции электрофильного замещения в π-избыточных циклах бромирование

..
N
H
пиррол
α
+ Br2
..
N
H
Br
+ HBr
α–бромпиррол

20. Особенности реакций электрофильного замещения в ацидофобных π-избыточных циклах

..
N
H
+
N
+ HNO3
H
+
N
H H
NO3
H
полимеризация
n
ацидофобность –
«кислотобоязнь»

21. Особенности реакций электрофильного замещения в ацидофобных π-избыточных циклах

O
O
фуран
..
N
H
пиррол
+ CH3-C
O-NO2
ацетилнитрат
+
N . SO3
пиридин–
сульфотриоксид
O
NO2 + CH3-COOH
α–нитрофуран уксусная кислота
..
N
H
SO3H +
α–пиррол–
сульфокислота
N
пиридин

22. Реакции электрофильного замещения в π-недостаточных циклах

NO2
KNO3,H2SO4
4
δ–
5
300°
3
N
δ–
β–нитропиридин
6
1
N
..
2
SO3H
H2SO4
350°
N
β–пиридинсульфо–
кислота

23. Особенности реакции электрофильного замещения в хинолине

5
4
6
7
1
N
8
3
HNO3
2
H2SO4
NO2
+
N
N
5–нитрохинолин
NO2
8–нитрохинолин

24. Реакции нуклеофильного замещения в π-недостаточных циклах

+ NaNH2 to
δ+4
5
δ+ 6
NH3
-H2
N
NHNa
N
..
+ NaNH2
2 δ+
HCl
+ KOH
300
NH2
α–аминопиридин
3
1
N
+ KCl
o
N
OK
N
OH
α–гидроксипиридин

25. Кислотно-основные свойства пятичленных гетероциклов

..
N
H
K
- H2
N
K+
H2O
пирролкалий
NH–кислотный
центр
..
N
H
+ KOH

26. Кислотно-основные свойства пятичленных гетероциклов

+
N H Cl
HCl
N:
..
N
H
имидазол
N
H
основный центр
K
NH–кислотный центр
имидазолия хлорид
N
N
+
K
имидазол калий

27. Кислотно-основные свойства пятичленных гетероциклов

основный центр
N:
S
тиазол
+
NH Cl
HCl
S
тиазолия хлорид

28. Кислотно-основные свойства шестичленных гетероциклов

+ HCl
+
N Cl H
N
..
основный центр
+ H2O
Пиридиния
хлорид
+
N OH H
Пиридиния
гидроксид

29. Кислотно-основные свойства шестичленных гетероциклов

основный центр
..
N + H SO
2
4
N
..
N
+
N
HSO4 -
H
основный центр
Пиримидиния
гидросульфат

30. Кислотно-основные свойства пурина

основный центр
N
N
..
N
..
N
Na
N
N
Na
Натриевая соль пурина
N
..
N
H
NH–кислотный
центр
HCl
+
N H Cl -
N
N
N
H
Пуриния хлорид

31. Прототропная (азольная) таутомерия гетероциклов

основный центр
4
1
5
2
5
4
N
H
4
NH
2
3
1
кислотный
центр
5
..
N
3
N
..
имидазол
3
..
2
1 N
N
H
5
4
3
пиразол
2
N
..
NH
1

32. ТАУТОМЕРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРОИЗВОДНЫХ ПИРАЗОЛА

кето–енольная таутомерия
HO
H
H
H
H
5
..
N2
N1
H
5-гидроксипиразол
O
5
H
N1
H
N2
пиразолон–5
H
H
O
3
N2
H
N H
1
пиразолон–3

33. Лекарственные препараты, производные пиразолона–3(5)

H
H
O
3
N2
H
H3C
H3C
N H
1
H3C
N
CH3
C6H5
амидопирин
CH3
N
O
N
O
пиразолон–3
NaSO3-H2C
CH3
N
N
N
C6H5
CH3
H9C4
O
O
N
N
C6H5
C6H5
анальгин
бутадион

34. Прототропная (азольная) таутомерия в пурине

..
N
N
пиридиновый
азот
7
N
9
пиррольный
азот
N
H
N
пиррольный
азот
N
пиридиновый
азот
H
N7
N
.. 9

35. Барбитуровая кислота – производное пиримидина

Барбитуровая
кислота
– производное
Барбитуровая
кислота
2,4,6, пиримидина
тригидроксипиримидин
OH
N
HO
Енольный
фрагмент
OH
N
Кето–енольная таутомерия
лактамный
фрагмент
кетонный
фрагмент
O
лактимный
фрагмент
O
H
H
N
HO
N
OH
H N3
2
4
1
O
N
Лактим–лактамная
таутомерия
H
H
5 H
6
O

36. Свойства гетероциклов, связанные с нуклефильностью атома азота

O
O S O
Пиридинсульфо–
триоксид
N .SO3
N
..
пиридин
CH3
I
+
N ICH3
N-метил–
пиридиния
иодид

37. Реакция нуклеофильного присоединения при действии гидрид-аниона

Реакция нуклеофильного
присоединения при действии гидриданиона
H
H
H
+
N
CH3
N-метилпиридиния
катион
[O]
N
CH3
1,4-дигидроN-метилпиридин

38. Никотинамидадениндинуклеотид (НАД+)

никотинамид
аденин
O
C
NH2
+
N
NH2
O
N
O
CH2 -O-P-O-P-O-CH2
OH
HO
O
N
N
N
O
OH OH
OH
OH
Никотинамидадениндинуклеотид
(НАД+)

39.

H-
НАД+
Гидрид ион
O
H
H
C
NH2
N
NH2
O
N
O
CH2 -O-P-O-P-O-CH2
OH
HO
O
OH OH
N
N
N
O
OH
OH
Никотинамидадениндинуклеотид (НАДН)

40. Лекарственные препараты, производные гетероциклов

O
фуран
O
C
фурфурол
O
H
O2N
O
CH=N-NH-C-NH2
O
семикарбазон 5-нитрофурфурола

41.

O
S
тиофен
S
Тетрагидро–
тиофен
N
N
S
(CH2)4-COOH
Биотин–витамин H,
антисеборейный

42.

N
CH2
H5C2
N
H
O
имидазол
N
CH3
N
O
пилокарпин
N
N
N
H
CH2-CH-COOH
гистидин
NH2
- CO2
N
H
CH2-CH2-NH2
гистамин

43.

N
N
N
тиазол
пиримидин
S
NH2
CH2
N
H3C
N
+
N
CH3
S
CH2-CH2-OH
витамин B1 (тиамин) антиневритный

44. β-ламный антибиотик пенициллин

N
NH
4 [H]
S
S
тиазол
тиазолий
O
R-C-NH
β-ламный
антибиотик
пенициллин
S
N
O
CH3
CH3
COOH

45.

O
C
N
..
N
пиридин
кордиамин
O
COOH
C
β
N Никотиновая
N(C2H5)2
N
NH2
Никотинамид
кислота
Витамин РР–антипеллагрический

46.

γ
COOH
O
C
NH-NH2
N
изоникотиновая
кислота
N
Изониазид –
тубазид
NH-N=C
OH
O
C
OCH3
N
фтивазид

47.

4
5
6
3
1
7
N
..
8
2
Cl
хинолин
Fe2+
NO2
N
I
OH
8-гидроксихинолин
(оксин)
N
OH
8-гидрокси-5-нитрохинолин
(5-НОК, нитроксолин)
N
O
N
+
OH
Fe
8-гидрокси-7-иод5-хлорхинолин
(энтеросептол)

48.

O
H N3
2
4
1
N
O
R
5
R'
6
O
H
O
Барбитал (веронал)
R
N3
H
5
Фенобарбитал
R'
2
4
H
R
O этил
R
4 этил
N3
5
R' NaOH
2
1
люминал
6
1
O
N
O
O
N этил
HO
Этаминал (амитал)
6
H
R1
этилO
R
4
фенил
H N3
5
2
1
6
R'
O
N
NaO
изоамил