Пиран, пироны и пирилиевые соли

Важнейшими шестичленными гетероциклами с гетероатомом кислорода являются пираны, в формировании цикла которых участвуют четыре углеродных атома в состоянии sp²-гибридизации, один атом углерода в состоянии sp³-гибридизации и гетероатом кислорода. В зависимости от взаимного расположения Сsp³ и гетероатома кислорода различают α- и γ-пираны:

Катионная форма пирана - это пирилий катион, который относится к ароматическим системам. Гетероатом кислорода в катионе пирилия находится в состоянии sp²-гибридизации. Из трех sp²-гибридных орбиталей кислорода две участвуют в образовании связей С-О, а на третьей гибридной орбитали, располагающейся в плоскости цикла, находится неподеленная пара электронов (см. пиридиновый тип гетероатома).

Негибридная p_z-орбиталь участвует в формировании ароматического π-секстета. Таким образом, катион пирилия относится к π-дефицитным системам:

α- и γ- Пиранам соответствуют карбонильные соединения – α- и γ- пироны:

α-Пирон можно получить декарбоксилированием кумалиновой кислоты, γ-пирон – декарбоксилированием хелидоновой кислоты:

В пиронах все атомы, образующие циклическую систему, находятся в состоянии sp²-гибридизации, поэтому имеет место сопряжение, в котором участвуют π-электроны двойных связей, неподеленная пара электронов гетероатома кислорода, а также электронодефицитный атом углерода карбонильной группы. Благодаря такой делокализации α- и γ-пироны сособны вступать в реакции электрофильного замещения по положениям С-2 и С-5.

Пироны проявляют некоторые основные свойства, обусловленные способностью кислорода карбонильной группы протонироваться, причем α-пироны – гораздо более слабые основания. γ-Пироны образуют кристаллические соли с сильными кислотами, которые кристаллизуются из реакционной смеси:

Поскольку α-пироны являются более слабыми основаниями, то продукт протонирования выделить не удается.

γ-Пироны можно переводить в производные 4-алкоксипирилия действием орто-муравьиного эфира в присутствии каталитических количеств хлорной кислоты:

Конденсированнная система, состоящая из сочлененных бензольного ядра и пирана, называется бензпираном, или хроманом: α-пиран образует 2Н-хромен, а γ-пиран – 4Н-хромен:

К производным хромана относятся токоферолы, или витамины группы Е. Их четыре: α-, β-, γ-, δ-. В проросших зернах пшеницы и других злаков, а также в растительных маслах присутствует α-токоферол, представляющий собой производное 6-гидроксихромана, содержащего метильные группы в положениях 2,5,7 и 8, а также боковую цепь, состоящую из 16-углеродных атомов. В медицине применяют α-токоферола ацетат:

Один из наиболее сильных антиоксидантов.

Производные указанных конденсированных систем могут содержать карбонильную группу соответственно в положениях С-2 или С-4 пиронового фрагмента:

Кумарины – широко распространенные природные соединения. Особенно характерны они для растений семейств бобовых, рутовых, зонтичных.

Нередко встречаются конденсированные системы, в которых ядро кумарина сочленено с фурановым или пирановым гетероциклами:

Кумарины характеризуются широким спектром действия. Незамещенный кумарин проявляет седативное и гипнотическое действие на мышей и кроликов, проявляет токсическое действие в отношении домашних животных. Кумарин из конского каштана – эскулетин и его гликозид эскулин входят в состав сухого экстракта из семян конского каштана, который под названием эскузан используется для профилактики тромбозов, при венозном застое и при геморрое. Кроме эскулина в этом препарате содержится и гликозид – фраксин. Действие эскузана аналогично активности синтетических препаратов – дикумарина и неодикумарина, которые используются в качестве антикоагулянтов непрямого действия:

В плодах амми большой содержатся производные фурокумарина – бергаптен и изопимпинеллин, представляющие собой метоксилированные производные псоралена:

Сумма кумаринов данного растения используется для лечения витилиго и гнездовой плешивости.

Производные бензопирана

Ядро хромана лежит в основе обширной группы природных соединений – флавоноидов. В объеме данного раздела учебной программы рассмотрим лишь некоторые производные, содержащие арильный заместитель в положениях 2 или 3.

Ядро флавана лежит в основе катехинов, которыми особенно богаты молодые побеги чайного куста. Катехины, как правило, являюся полигидроксипроизводными флавана, где атомы С-2 и С-3 являются асимметрическими:

Немногочисленная группа структурно близких соединений, в которых гетероциклический фрагмент представлен в виде катиона пирилия, называется антоцианидинами:

В цветковых растениях антоцианидины и их гликозиды – антоцианы обусловливают красные и синие окраски цветов с различными оттенками. Большинство антоцианидинов содержат гидроксигруппы в положениях 3,5,7 и 4′ядра 2-фенилбензопирилия. Различия между отдельными агликонами заключаются в наличии или отсутствии заместителей (ОН или ОСН₃) в положениях 3′ и 5′. Гликозидирование чаще всего происходит по положениям 3 и 5 в большинстве случаев глюкозой. Цветовая гамма лепестков сильно зависит от pH почвы: в кислых почвах преобладают красные оттенки, которые по мере изменения pH до явно щелочной переходят в синие тона. Это объясняется превращением катионной формы цианидина в хиноидную:

Самую многочисленную группу флавоноидов составляют флавоны и флаваноны. В растениях они встречаются как в виде агликонов, так и гликозидов. Многообразие этих двух групп флавоноидов обусловлено следующими причинами: числом и положением гидроксигрупп; количеством метилированных гидроксигрупп; наличием углеводородных заместителей (например, присутствие пренильного радикала); положением и числом углеводных остатков. природой гликозидной связи (О- и С- гликозиды) природой углеводного остатка.

Наличие в положении С-3 ядра флавона или флаванона гидроксигруппы определяет принадлежность соединения к флавонолам и флаванонолам соответственно:

Для флавоноидов в настоящее время описано примерно 50 видов фармакологической активности, из которых особо следует отметить их влияние на системное кровообращение и гепатобилиарную систему. Их участие в биохимических процессах осуществляется опосредовано путем регулирования окислительно-восстановительных процессов. Важно отметить, что они могут проявлять как антиоксидантные, так и прооксидантные свойства. Подсчитано, что в среднем за сутки человек с пищей употребляет примерно 2,0-2,5 гр. различных флавоноидов.

Проявляя антиоксидантный свойства, по образному выражению академика Н.М. Эммануэля, флавоноиды являются «ловушками» свободных радикалов. Благодаря защите клеточных мембран от оксидантного стресса флавоноиды, способствуют нормализации многочисленных биохимических процессов.