Пятичленные гетероциклы с одним атомом азота

Пятичленные гетероциклы с одним атомом азота

Пиррол – π-избыточное ароматическое соединение, для него в большей степени характерны реакции S_Е, которые протекают легче, чем у бензола, заместитель направляется преимущественно в α-положение.

Пиррол ацидофобен, в присутствии сильных минеральных кислот легко протонируется в α-положение, что приводит к потере ароматичности, дальнейшему осмолению или полимеризации.

Ацидофобность пиррола учитывается при выборе реагентов для S_Е, их проводят либо в щелочной среде, либо используют комплексы электрофильных реагентов с основаниями.

 

α-пирролсульфокислота

 

α-нитропиррол

Пиррол и его производные представляют интерес в виду того, что соединения, содержащие пиррольные ядра синтезируются в процессе жизнедеятельности животных и растений, применяются в медицине и фармацевтической промышленности.

4 пиррольных кольца образуют циклическую сопряженную систему порфин, которая входит в состав хлорофилла, гемоглобина и цитохромов. Порфиновое кольцо обладает высокой термодинамической устойчивостью, его энергия сопряжения ≈ 840 кДж/моль. Порфиновый цикл может содержать различные заместители. Порфин – плоскостная ароматическая система. В сопряжении участвуют 26 π-электронов.

Пиррол входит в состав конденсированной системы – бензопиррола (индол).

 

Индол – б/ц кристаллическое вещество, его циклическая система входит в состав многих природных веществ – аминокислот, алкалоидов и т.д.

Индол – ароматическое соединение, содержит 10 π-электронов, по химическим свойствам сходен с пирролом, но в отличие от него, реакции S_Е протекают по β-положению.

Индол относят как и пиррол к NН-кислотам, однако его кислотность выше, чем у пиррола, что связано с электроноакцепторными свойствами бензольного ядра.

Биологически важные производные индола

3-метилиндол (скатол)

 

В живом организме образуется как конечный продукт азотистого обмена веществ.

Индолил-3-уксусная кислота

 

Кристаллическое вещество – природный гормон – стимулятор роста растений), оказывает стимулирующий эффект в малых дозах.

Триптофан

 

Незаменимая L – (-) – аминокислота, необходимая для синтеза белков.

Продуктами биологического расщепления триптофана являются различные вещества: скатол, гетероауксин, триптамин – биогенный амин, серотонин – один из нейромедиаторов головного мозга, нарушение его обмена приводит к шизофрении и другим психическим заболеваниям.

Изоникотиновая кислота и ее производные как лечебные препараты

На основе производных изоникотиновой кислоты созданы лекарственные препараты изониазид (тубазид) и фтивазид. Эти соединения широко применяются при лечении различных форм туберкулеза.

 

 

 

 

 

Гидроксипроизводные пурина

Пурин – бициклическое гетероциклическое соединение, состоящее из пиримидинового и имидазольного циклов. Ароматическое соединение, хорошо растворимо в воде, устойчиво к действию окислителей, амфотерно, образует соли с сильными кислотами, а также со щелочными металлами, благодаря наличию NН группы.

Из гидроксипроизводных наиболее важны

 

Все эти соединения являются продуктами превращения нуклеиновых кислот в организме. Для них возможна лактам-лактимная и прототропная таутомерия. В кристаллическом виде эти гидроксипроизводные существуют преимущественно в лактамной форме.

Гипоксантин

 

Мочевая кислота – конечный продукт метаболизма пуриновых соединений в организме. Впервые была открыта в камнях мочевого пузыря, т.к. является продуктом азотистого обмена в организме. Это бесцветное кристаллическое вещество, труднорастворимое в воде, легко, не плавясь при нагревании, разлагается.

Мочевая кислота двухосновная, кислотный характер обусловлен ОН-группами в лактимной форме.

 

 

 

ОН-группа в 6-положении не проявляет кислотных свойств из-за наличия внутримолекулярной водородной связи.

Соли мочевой кислоты называют уратами, при нарушениях обмена могут откладываться в суставах и в виде почечных камней.

 

Понятие об алкалоидах

Алкалоиды – гетероциклические азотсодержащие соединения растительного происхождения, для которых характерна высокая физиологическая активность.

Метилированные ксантины составляют группу пуриновых алкалоидов. К ним относят: теофиллин, теобромин, кофеин, они находят широкое применение в медицине, которое основано на их стимулирующем действии на ЦНС и сердце.

Теофиллин содержится в листьях чая, теобромин – в бобах какао, кофеин – в кофе.

Теофиллин и теобромин обладают в большей степени мочегонным и расширяющим сосуды действием. Кофеин обладает наиболее сильным возбуждающим действием.

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Лабораторная работа № 1

ОПЫТ 1. Реакции антипирина и амидопирина с железа (III) хлоридом

В пробирку поместите несколько кристаллов антипирина, прибавьте 2 капли воды и каплю 1% раствора железа (III) хлорида, появляется интенсивное оранжево-красное окрашивание, не исчезающее при стоянии. Для сравнения поместите в другую пробирку несколько кристаллов амидопирина, добавьте 2 капли воды и каплю 1% раствора железа (III) хлорида. Появляется фиолетовое окрашивание, быстро исчезающее. Добавьте сразу еще 3 капли железа (III) хлорида. Окраска вновь появляется, сохраняется несколько дольше, но постепенно бледнеет.

Окрашивание антипирина с железа (III) хлоридом обусловлено образованием комплексного соединения ферропирина, амидопирина – образованием продуктов окисления. Реакция с хлоридом железа (III) является качественной, позволяющей отличить амидопирин от антипирина.

ОПЫТ 2. Реакция антипирина и амидопирина с азотистой кислотой

В пробирку поместите несколько кристаллов антипирина добавьте 2 капли воды, 1 каплю 10% раствора серной кислоты и 1 каплю 5% раствора натрия нитрита. Появляется изумрудно-зеленое окрашивание, постепенно исчезающее, особенно при избытке натрия нитрита. Для сравнения в другую пробирку поместите несколько кристаллов амидопирина. Добавьте 2 капли воды, 1 каплю 10% раствора серной кислоты и 1 каплю 5% раствора натрия нитрита. Появляется нестойкое фиолетовое окрашивание. Если окрашивание исчезает слишком быстро, добавьте несколько кристаллов амидопирина. С амидопирином образуются окрашенные продукты окисления.

Подобно приведенным реакциям с хлоридом железа (III), реакция с азотистой кислотой применяется в фармацевтической практике для распознавания антипирина и амидопирина и отличия их друг от друга.

ОПЫТ 3. Реакция никотиновой кислоты с меди (II) ацетатом

Никотиновая кислота в уксусной среде образует с меди (II) ацетатом синий осадок меди (II) никотината. 5-10 мг порошка никотиновой кислоты растворяют при нагревании в 15-20 каплях 10% раствора уксусной кислоты. К нагретому до начала кипения раствору прибавляют 15-20 капель 5% раствора меди (II) ацетата. Появляется голубая муть. При стоянии выпадает синий осадок медной соли никотиновой кислоты.

ОПЫТ 4. Восстановление никотиновой кислоты натрия гидросульфитом

При действии гидросульфитов щелочных металлов на никотиновую кислоту происходит восстановление последней с образованием соединений желтого цвета.

К 20-30 мг порошка никотиновой кислоты прибавляют 15-20 капель 10% раствора натрия гидрокарбоната, перемешивают и добавляют 15-20 капель свежеприготовленного 5% натрия гидросульфита. Жидкость окрашивается в желтый цвет.

ОПЫТ 5. Растворимость кислоты и соли

Внесите в пробирку маленькую щепотку салициловой кислоты и около 2-3 мл воды. Перемешайте. Растворяется ли кислота в воде? Влейте туда немного щелочи и снова перемешайте. Что теперь наблюдается? Влейте в раствор минеральную кислоту. Что теперь происходит?

Запишите результаты опыта и уравнение реакции салициловой кислоты со щелочью.

ОПЫТ 6. Аспирин

Несколько кристаллов аспирина и 5-6 капель воды внесите в пробирку и тщательно перемешайте. Отлейте половину раствора в другую пробирку. Жидкость в одной из них прокипятите 1-2 мин. и затем охладите в стакане с водой. В обе пробирки влейте 2-3 капли раствора железа хлорида. Что наблюдается? Почему это происходит?

Запишите результат опыта и реакцию гидролиза аспирина.

 

Пятичленные гетероциклы с одним атомом азота

Пиррол – π-избыточное ароматическое соединение, для него в большей степени характерны реакции S_Е, которые протекают легче, чем у бензола, заместитель направляется преимущественно в α-положение.

Пиррол ацидофобен, в присутствии сильных минеральных кислот легко протонируется в α-положение, что приводит к потере ароматичности, дальнейшему осмолению или полимеризации.

Ацидофобность пиррола учитывается при выборе реагентов для S_Е, их проводят либо в щелочной среде, либо используют комплексы электрофильных реагентов с основаниями.

 

α-пирролсульфокислота

 

α-нитропиррол

Пиррол и его производные представляют интерес в виду того, что соединения, содержащие пиррольные ядра синтезируются в процессе жизнедеятельности животных и растений, применяются в медицине и фармацевтической промышленности.

4 пиррольных кольца образуют циклическую сопряженную систему порфин, которая входит в состав хлорофилла, гемоглобина и цитохромов. Порфиновое кольцо обладает высокой термодинамической устойчивостью, его энергия сопряжения ≈ 840 кДж/моль. Порфиновый цикл может содержать различные заместители. Порфин – плоскостная ароматическая система. В сопряжении участвуют 26 π-электронов.

Пиррол входит в состав конденсированной системы – бензопиррола (индол).

 

Индол – б/ц кристаллическое вещество, его циклическая система входит в состав многих природных веществ – аминокислот, алкалоидов и т.д.

Индол – ароматическое соединение, содержит 10 π-электронов, по химическим свойствам сходен с пирролом, но в отличие от него, реакции S_Е протекают по β-положению.

Индол относят как и пиррол к NН-кислотам, однако его кислотность выше, чем у пиррола, что связано с электроноакцепторными свойствами бензольного ядра.

Биологически важные производные индола

3-метилиндол (скатол)

 

В живом организме образуется как конечный продукт азотистого обмена веществ.

Индолил-3-уксусная кислота

 

Кристаллическое вещество – природный гормон – стимулятор роста растений), оказывает стимулирующий эффект в малых дозах.

Триптофан

 

Незаменимая L – (-) – аминокислота, необходимая для синтеза белков.

Продуктами биологического расщепления триптофана являются различные вещества: скатол, гетероауксин, триптамин – биогенный амин, серотонин – один из нейромедиаторов головного мозга, нарушение его обмена приводит к шизофрении и другим психическим заболеваниям.