Материал по химии по теме "Гетероциклические соединения"

Гетероциклические соединения содержат в цикле не только атомы углерода, но и атомы других элементов (N, O, S).

Гетероциклические соединения входят в состав многих природных веществ (хлорофилл, нуклеиновые кислоты, витамины, алкалоиды, пенициллин). Более половины лекарственных веществ содержат в структуре гетероциклы.

Классификация и номенклатура

Гетероциклические соединения могут быть насыщенными, ненасыщенными, в том числе ароматическими. Чаще встречаются ненасыщенные. Названия, как правило, тривиальные, принятые ИЮПАК.

Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами.

Шестичленные гетероциклы с одним и двумя гетероатомами.

В гетероциклах с одним гетероатомом атомы углерода иногда обозначаются через a, b, g…буквы (пиррол, пиридин) В гетероциклах с несколькими равноценными гетероатомами нумеруют так, чтобы гетероатомы получили наименьшие номера (пиримидин). Если имеются два атома азота с различным электронным строением (-N= и -NH-), то нумеруют от -NH- (пиразол). В гетероциклах с различными гетероатомами старшим считается кислород, далее сера, затем азот.

Полную информацию смотрите в файле. 

Гетероциклические соединения

Гетероциклические соединения содержат в цикле не только атомы углерода, но и атомы других элементов (N, O, S).

Гетероциклические соединения входят в состав многих природных веществ (хлорофилл, нуклеиновые кислоты, витамины, алкалоиды, пенициллин). Более половины лекарственных веществ содержат в структуре гетероциклы.

Классификация и номенклатура

Гетероциклические соединения могут быть насыщенными, ненасыщенными, в том числе ароматическими. Чаще встречаются ненасыщенные. Названия, как правило, тривиальные, принятые ИЮПАК.

 4

3

тиофен

фуран

1

2

5

4

3

S

1

2

5

4

3

 5

N1



H

2

пиррол

Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами.

3

N

3

N

тиазол

S

1

2

5

4

N1



H

2

5

4

имидазол

пиразол

N1



H

2

5

4

3

Шестичленные гетероциклы с одним и двумя гетероатомами.

4

3 N

4

N

5

3

5

4

4

5

3

3

5

2N

N

1

2



N

1

N

1

N

1

6

2

6

6

2

пиразин

пиримидин

пиридазин

пиридин

Конденсированные системы гетероциклов

H



N

3

4

N

индол

(бензопиррол)

пурин

хинолин

2

7

6

5

N

N1



H

N

N

Нумерация начинается от гетероатома.

В гетероциклах с одним гетероатомом атомы углерода иногда обозначаются через   …буквы (пиррол, пиридин) В гетероциклах с несколькими равноценными гетероатомами нумеруют так, чтобы гетероатомы получили наименьшие номера (пиримидин). Если имеются два атома азота с различным электронным строением (N= и NH), то нумеруют от NH (пиразол). В гетероциклах с различными гетероатомами старшим считается кислород, далее сера, затем азот.

Названия производных гетероциклов строятся по общим правилам.

COOH

4

пиридин-4-карбоновая кислота

3

N1

\

СН₃

2-метилпиридин

2

N

Ароматичность

Наибольшее значение представляют ароматические гетероциклические соединения, которые имеют электронное строение, подобное бензолу.

Пиридин – шестичленный гетероцикл с одним атомом азота. Все атомы углерода и азот находятся в состоянии sp²-гибридизации, но одна гибридная орбиталь азота содержит неподеленную пару электронов. Такой атом азота называется пиридиновым.

N

 

1. Пиррол – пятичленный гетероцикл с одним атомом азота. Все атомы также находятся в состоянии sp²-гибридизации. Но атом азота имеет иное электронное строение. Неподеленная пара электронов находится на негибридной р-орбитали. Она принимает участие в сопряжении с р-электронами четырех атомов с образованием единого шестиэлектронного облака, а три гибридных sp²-орбитали образуют три -связи. Такой атом N называется пиррольным. Примерами ароматических гетероциклов с двумя гетероатомами является:

имидазол, пиразол (по одному N- пирольного типа, по одному N – пиридинового типа), пиримидин (имеет 2N пиридинового типа).

Кислотно – основные свойства

1. Основные свойства – имеет пиридиновый атом N, способный присоединять протон (Н⁺).

   
   

   N

   

+ HBr 

Br ^-

пиридиний бромид

N⁺



H

пиридин

1. Кислотные свойства – имеет пиррольный атом азота.

гидролиз

+ Na  + NaOH

N



H

N^-



N⁺

N



H

НОН

(протекает легко)

-H₂

пиррол

пиррол натрий

1. Амфотерные свойства

Гетероциклы, содержащие атомы азота пиридинового и пиррольного типа, проявляют основные и кислотные свойства.

N :

N



H

N⁺H

пиразол

+ HBr  Br ^-

N



H

пиразолнитробромид

N

N

+ Na 

N



H

N



Na

-H₂

пиразолнатрий