 |
Взаимные каталитические превращения пятичленных гетероароматических соединений.
|
|
|
|
Лекция № 21
Гетероциклические соединения
Время – 45 минут
Общая характеристика.
Гетероциклическими называют соединения циклического строения, содержащие в цикле не только атомы углерода, но и атомы других элементов (гетероатомы).
Гетероциклические соединения – самая распространенная группа органических соединений. Они входят в состав многих веществ природного происхождения, таких как нуклеиновые кислоты, хлорофилл, гем крови, алкалоиды, пенициллины, многие витамины. Гетероциклические соединения играют важную роль в процессах метаболизма, обладают высокой биологической активностью. Значительная часть современных лекарственных веществ содержит в своей структуре гетероциклы.
Классификация.
Для классификации гетероциклических соединений используют следующие признаки.
· по размеру цикла;
· по типу элемента, входящего в состав цикла;
· по числу гетероатомов, входящих в цикл;
· по природе и взаимному расположению нескольких гетероатомов;
· по степени насыщенности;
· по числу циклов.
Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом.
Ароматичность.
Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом – пиррол, фуран и тиофен - представляют собой плоские пятиугольники с четырьмя атомами углерода и соответствующим гетероатомом – азотом, кислородом или серой.
Ароматический секстет π-электронов в этих молекулах образуется за счет π-электронов атомов углерода и неподеленных электронов гетероатомов.
Теория резонанса подтверждает ароматический характер фурана, пиррола и тиофена.
Пиррол, фуран и тиофен относятся к π -избыточным гетероциклам, так как в них число электронов, образующих ароматическую систему, превышает общее число атомов в цикле (соотношение равно 6:5).
|
|
|
Поскольку пиррол, фуран и тиофен имеют сходное электронное строение, в их химическом поведении имеется много общего.
Химические превращения гетероциклов можно классифицировать следующим образом:
· кислотно-основные превращения с участием гетероатома;
· реакции присоединения;
· реакции замещения;
· реакции замены гетероатома.
Основу химии пиррола, тиофена и фурана определяет способность этих соединений с легкостью вступать в реакции электрофильного замещения, преимущественно по α-положению.
В сильнокислой среде ароматическая система пиррола и фурана нарушается вследствие протонирования по атомам углерода. Поэтому их относят к ацидофобным соединениям, т.е. не выдерживающим присутствия кислот.
Тиофен, в отличие от пиррола и фурана, устойчив к действию сильных кислот и не относится к ацидофобным гетероциклам.
Относительная активность пятичленных гетероциклов в реакциях SE снижается в ряду:
пиррол > фуран > тиофен > бензол
В связи с повышенной чувствительностью пятичленных гетероароматических соединений к сильным кислотам в ряде их реакций электрофильного замещения применяют модифицированные электрофильные реагенты.
Пиррол
Реакции электрофильного замещения
Окисление
|
3-пирролинон-2 4-пирролинон-2
Восстановление
|
пирролидин 3-пирролин
Реакции с основаниями
|
пирролат натрия
Фуран
Реакции электрофильного замещения
Окисление
|
малеиновый ангидрид
Восстановление
|
тетрагидрофуран
Тиофен
Реакции электрофильного замещения
Циклическая система тиофена, если она не содержит электроннодонорных заместителей, относительно устойчива к действию окислителей и восстановителей.
|
|
|
Взаимные каталитические превращения пятичленных гетероароматических соединений.
В этих превращениях применяют катализаторы на основе Al2O3 и высокие температуры, 400-5000С.
Индол.
Индол представляет собой конденсированную систему пиррола и бензола, встречающуюся во многих природных соединениях и продуктах их метаболизма
Индольная система является структурным фрагментом незаменимой аминокислоты триптофана и продуктов его метаболических превращений – триптамина и серотонина, относящихся к биогенным аминам.
По всем критериям индол относится к ароматическим соединениям.
Наличие пиррольного кольца в конденсированной системе приводит к аналогии в химических свойствах индолов и пирролов. Оба гетероцикла проявляют NH-кислотные свойства.
Главное различие между индолами и пирролами заключается в том, что в индоле электрофильной атаке легче подвергается β-положение (атом С-3), а не α-положение (С-2), как в пирроле.
|
|
|
