Тест

Хетероциклични съединения

Съдържание

• 3. Структура на хетероциклите
• 5. Азоли
• 6. Пирол
• 7. Индол
• 8. Фуран
• 9. Тиофен
• 11. Пиридин
• Литература

1. Предистория, разпространение и значение

Хетероцикли се наричат ​​органични съединения, чийто цикъл е изграден не само от въглеродни атоми, но и от атоми на други органогенни елементи (азот, кислород, сяра, фосфор и др.). Съвременната химия дава възможност да се въведе атом от почти всеки елемент от периодичната таблица в цикличния скелет на молекулата. Хетероциклите могат да бъдат наситени и ненаситени, сред последните има ароматни и антиароматни.

Някои наситени хетероциклични съединения бяха споменати в предишните глави - това са циклични вторични амини (пиперидин, морфолин), лактони и лактами - производни на хидрокси и аминокиселини.

Значението на хетероциклите в съвременната химия и биохимия, молекулярна биология и медицина може да се оцени поне от факта, че около 50% от публикациите в научни списания, посветени на тези области на знанието, са свързани по някакъв начин с хетероциклите.

Ароматните хетероцикли, особено тези, съдържащи един или повече азотни атоми, са широко разпространени в природата и са част от сложните химични структури, съдържащи се във всяка жива клетка. И така, производните на хетероцикличната система на пиримидин (урацил, тимин, цитозин) и имидазопиримидин, наречени пурин (аденин, цитозин), са част от ДНК - генетичния апарат на всички живи същества.

Хетероциклите са част от молекулите на а-аминокиселините, които образуват протеинови макромолекули

Хетероцикличната пет-ядрена порфиринова система е основният възел в биомолекулата на хемоглобина, а свързаният хетероцикъл хлорин, който има една хидрогенирана връзка, е основата на хлорофила.

Лесно се вижда, че тези две системи имат голямо структурно сходство (дори заместителите са сходни), което предполага техния общ еволюционен произход.

За насищане на координационния номер на железен йон в хемоглобина, равен на шест (изкривен октаедър), в допълнение към четири порфиринови азотни атома (вижте формулата на хема), хетероцикличните фрагменти на протеиновата част на хемоглобина или молекулата на кислорода действат като лиганди. И двата лиганда са разположени от противоположните страни на макроцикличната равнина.

Хетероциклите са част от молекулите на витамините.

Макромолекулата на витамин B 12 (цианокобаламин) е кобалтов комплекс от много стабилна хетеросистема - корин. В състава на молекулата на витамин B 12 присъства и биологично активният хетероцикъл бензимидазол.

Огромен брой лекарства са производни на хетероциклични съединения. Те включват, например, множество антибиотици от пеницилиновата серия, сулфонамидни препарати, заместени 5-нитрофурфурали с антисептично действие, аналгетици, транквиланти, антивирусни лекарства и др.

Много хетероциклични съединения са силни отрови, като никотин и LSD. В малко количество (активна доза от 50 микрограма) LSD се използва като психотропно лекарство - мощен халюциноген ( използване не препоръчително !) .

Известни са огромен брой естествено оцветени хетероциклени съединения, които определят цвета на цветя, плодове, насекоми и др. Голям брой промишлено важни багрила са синтезирани на базата на хетероцикли. Примери за синтетични багрила са индиго синьо (използвано по-специално за боядисване на деним) и метиленово синьо (водоразтворимо багрило), тиоиндиго червено, сложни неразтворими виолетови пигменти - фталоцианини.

В растителния свят багрилата на базата на производни на бензопирана са много разпространени: флавони, флавоноли и антоцианидини. Цветът на тези съединения варира в широк диапазон - от бледожълт до тъмно лилав.

Флавоните и флавонолите придават различни нюанси на кремаво и жълто на цветята на овощните дървета; солните форми на антоцианидина определят цвета на ярки цветя (рози, лилии) и плодове (череши, ябълки, ягоди).

2. Класификация и номенклатура

Хетероцикличните съединения се класифицират според размера на пръстена, вида на хетероатомите и техния брой. Най-често срещаните моноядрени ненаситени хетероцикли имат тривиални имена, които се използват като основа за именуване на техните производни и кондензирани хетеросистеми. За основа се взема името на хетероцикъла с най-голям брой множествени връзки; често такъв хетероцикъл е ароматен.

Много напълно или частично хидрогенирани хетероцикли също имат свои собствени тривиални имена.

Ароматни шестчленни хетероцикли, съдържащи най-малко един азотен атом, са комбинирани под общото наименование "азини"; в съответствие с броя на хетероатомите се разграничават моно-, ди-, три- и др.

Петчленните азотни хетероцикли с повече от един хетероатом се наричат ​​азоли. Те включват следните видове връзки:

Номерирането на атомите в сърцевината на хетероциклите се извършва от хетероатома, така че сумата на локантите на хетероатомите да е най-малка; ако има варианти, тогава по-старият хетероатом трябва да има най-нисък номер. Правила за предимство на хетероатомите: N > O > S, азотният атом от типа "пирол" е по-стар от този от типа "пиридин".

Последният се определя от вида на връзките, които атомът образува със своите съседи: ако в основната гранична структура хетероатомът образува само s-връзки, тогава той е "пирол", ако две s - и една p-връзка, тогава " пиридин".

Подобни изисквания важат и за атомите на други елементи.

Използва се и по-старата номенклатура: атомите се обозначават с буквите на гръцката азбука, започвайки от тази до хетероатома. Този метод на номериране най-често се използва за хетеро пръстен със симетрична структура с един хетероатом и в присъствието на един заместител на пръстена.

Хетероцикличната молекула може да се състои от два или повече пръстена, карбоциклични или хетероциклични. Полиядрените хетероцикли се наричат ​​както следва:

1. За основа се взема името на по-стария хетероцикъл, името на по-младия се добавя като префикс, завършващ с буквата "o".

2. Правила за предимство: а) всеки хетероцикъл е по-стар от бензена; б) колкото повече хетероатоми, толкова по-стар е хетероцикълът; в) при еднакъв брой хетероатоми по-големият хетероцикъл е най-старият; г) ако хетероатомите са еднакви, тогава цикълът е толкова по-стар, колкото по-близки са (пиридазинът е по-стар от пиримидина); д) при еднакъв брой хетероатоми старшинството се определя от старшинството на хетероатомите.

3. Позицията на връзката, чрез която пръстените са анулирани, е посочена в квадратни скоби чрез тире. Връзката на старшия цикъл се обозначава с буква от латинската азбука, връзката на младшия - с броя на атомите, разделени със запетая, съответстваща на номерацията в изолираното ядро. Поредицата от числа е избрана по такъв начин, че посоката на преброяване на връзките в двете ядра да е една и съща:

4. Номерирането на атомите на свързания хетероцикъл се извършва така, че сумата от числата на хетероатомите да е най-малка, а при наличие на варианти най-малките числа трябва да принадлежат на по-старите хетероатоми.

Примери :

3. Структура на хетероциклите

Петчленни хетероцикли с един хетероатом

Петчленните хетероцикли с един хетероатом и две С-С двойни връзки отговарят на изискванията за ароматност. Ядрата на пирол, фуран и тиофен са планарен пръстен със спрегната система от електронни орбитали, която включва 4n + 2 p-електрона, два от които се доставят от хетероатом.

Нека разгледаме делокализацията на р-електроните в пирола. Азотният атом от типа "пирол" съществува в sp 2 хибридно състояние и формално образува три s връзки: две с въглерод, една с водород или заместител. s-връзките се образуват от хибридни орбитали, а несподелената електронна двойка заема нехибридна p-орбитала. Това го прави способен да се конюгира с C-C p_връзки, като по този начин образува ароматен секстет. Електронната структура на пирола може да бъде представена чрез резонансни форми, пет от които имат най-голям принос към резонансния хибрид.

По този начин хетероатом от тип "пирол" винаги осигурява на p-системата два електрона.

За да разберете ароматността на пирола, можете да го сравните с изоелектронния циклопентадиенов анион.

Лесно е да се види, че всичките пет C-атома на циклопентадинидния йон са еквивалентни: несподелената електронна двойка, както в пирола, е в p-орбитала и е делокализирана.

Разликата между пирола и циклопентадиениловия анион е, че не всички гранични структури на пирола имат еднакъв принос към резонансния хибрид. Относителният им принос може да се оцени, както следва: 1>3, 5>2, 4.

Електронната структура на фурана и тиофена е качествено подобна на структурата на пирола, но вместо N-H s-връзката тук има втора несподелена електронна двойка на хетероатома. Тази двойка електрони не влиза в конюгация с p-системата, т.к оста на неговата орбитала лежи в равнината на пръстена, т.е. перпендикулярно на осите на p-орбиталите на въглеродните атоми.

Съществуващите значителни разлики в разпределението на електронната плътност в молекулите на тези три хетероцикли могат да бъдат количествено определени въз основа на експериментални данни. При преминаване от пирол към фуран донорният мезомерен ефект на хетероатома отслабва, докато индуктивният акцепторен ефект се увеличава, което води до промяна в посоката на диполния момент.

Следователно фуранът е по-малко р-излишен от пирола и е по-малко ароматен и по-малко стабилен. Тиофенът е много по-стабилен както от фурана, така и от пирола и химически наподобява бензена. Интересно е, че ъгълът на връзката C-S-C в молекулата на тиофена е близо до 90°, което не е характерно за sp 2 хибридния атом в петчленния пръстен (в правилния петоъгълник ъгълът е 108°).

Тези характеристики на тиофена доведоха до появата на две алтернативни предположения за хибридизацията на серния атом. Според първия от тях атомът на сярата почти не е хибридизиран, s- и p-връзките се образуват от чисти p-орбитали. Според алтернативна версия d-орбиталите на сярата участват в образуването на C-S връзки, което може да се изрази чрез допълнителни резонансни структури:

Всъщност въпросът за истинската електронна структура на тиофена и хибридизацията на серния атом в неговата молекула остава спорен.

Дължините на връзките в молекулите на пирол, фуран и тиофен са

Системи като пирол, фуран и тиофен, в които броят на ароматните електрони надвишава броя на атомите в пръстена, и като цяло други хетероцикли с хетероатоми само от типа "пирол", са р-излишни. Въпреки факта, че р-излишъкът на тези хетероцикли е по-малък от р-излишъка на циклопентадиениловия анион, той обаче определя основните аспекти на тяхната реактивност.

Важен фактор, характеризиращ химичното поведение на петчленните хетероцикли, е тяхната по-ниска ароматност в сравнение с бензена. За сравнителна оценка на ароматността на тези съединения по отношение на бензена се използват характеристиките, получени в резултат на квантово-механични изчисления: относителна ароматност, емпирична резонансна енергия. В различни източници можете да намерите различни стойности на тези параметри, но в момента се приемат следните:

Въз основа на идеята за p-излишък на пирол и неговите електронни аналози, логично е да се предположи, че тези съединения са особено склонни да участват в реакции с електрофили. Това се наблюдава в реалността. Свойствата на съединение, съдържащо пирол хетероатом в пръстена, могат да бъдат сравнени със свойствата на анилина, в чиято молекула аминогрупата също активира ароматното ядро.

4. Шестчленни хетероцикли - азини и техните аналози

Пиридинът е електронен аналог на бензена, в който една СН група (метиновата група) е заменена с азотен атом. За разлика от пирола, азотният атом в неутрална пиридинова молекула образува две s- и една p-връзка, т.е. допринася с един електрон към ароматния секстет. Несподелената електронна двойка на азотния атом не може да влезе в конюгация, тъй като оста на нейната орбитала е ориентирана в пространството перпендикулярно на осите на орбиталите на р-електроните на въглеродните атоми. Този тип атом се нарича "пиридин". Тъй като е в състава на пръстена, азотният атом от пиридиновия тип не може да бъде донор, той е акцептор на р-електрони, тъй като азотът е по-електроотрицателен от въглерода. Това се илюстрира от каноничните структури на пиридина:

Индуктивните и мезомерните ефекти на азотния атом в пиридина действат в една и съща посока (-I - и -M), измествайки електронната плътност към азотния атом. Това е причината, поради която върху въглеродните атоми се индуцира частичен положителен заряд и електронната плътност в ядрото се понижава. Следователно, пиридинът се класифицира като p_дефицитен ароматен хетероцикъл. Най-големият положителен заряд е концентриран в a - и g-позициите. Тук може да се види аналогия с електронната структура на нитробензена, който има частични положителни заряди орто- и двойка-провизии.

Кислородните и серните атоми също могат да бъдат от типа "пиридин". Наличието на такъв атом в пръстена определя съществуването на катионни изоелектронни аналози на бензена - пирилиеви и тиопирилиеви соли. Положително заредените кислородни и серни атоми, както и пиридиновият азотен атом, допринасят с един електрон към р-системата на хетеро пръстена и имат несподелени електронни двойки, които не участват в конюгация с р-електронната система на пръстена. Поради факта, че електроакцепторните свойства на атом с общ положителен заряд са по-големи от тези на неутрален, пирилиевите и тиопирилиевите соли са много по-дефицитни на p от електрически неутралния пиридин.

Шест-членните хетероцикли с няколко хетероатома също са по-дефицитни на p_ от пиридина. Това е особено забележимо, когато азотните атоми са разположени в b-позиция един спрямо друг, например в пиримидин и simm-триазин. Причината е, че в тези случаи всеки хетероатом, независимо от другия, индуцира положителен заряд на едни и същи въглеродни атоми, както в случая на координирана ориентация, например в мета _динитробензен.

петчленно хетероциклично органично съединение

От гореизложеното е очевидно, че пиридин, ди- и триазини и особено пирилиеви соли трябва лесно да реагират с нуклеофилни реагенти и да бъдат пасивни по отношение на електрофилите.

5. Азоли

В молекулите на диазолите (пиразол и имидазол) има хетероатоми от двата вида "пирол" и "пиридин", и следователно съединения от този тип, в рамките на концепцията за p-излишни (пирол) и p-дефицитни (пиридин) хетероцикли, се наричат ​​р-амфотерни. Сред полярните гранични структури, които описват състоянието на молекулите на имидазол и пиразол, има структури както с положителни, така и с отрицателни заряди на въглеродните атоми.

Всъщност химичното поведение на азолите илюстрира тяхната амфотерна природа - те са способни да реагират както с електрофили, така и с нуклеофили.

6. Пирол

Основност

Несподелената електронна двойка на пироловия азот е до голяма степен включена в цикличното р-конюгиране, тя е недостъпна и следователно пиролът проявява много ниска основност (pK a на конюгираната киселина = - 3,8). Изчисленията показват, че сред възможните пиролови катиони, резонансно стабилизираният катион е термодинамично най-благоприятен. аз- резултатът от протонирането на въглеродния атом в a_позиции. N-катион IIIнай-малко стабилен, защото първо, зарядът в него е концентриран върху един атом и, второ, ароматната система за свързване е нарушена: това всъщност е диен. Катион IIзаема междинно положение.

Въпреки това, в кисела среда е възможно протониране на всички атоми на ядрото. Кристални соли, съответстващи на катиони от вида аз, могат да бъдат изолирани чрез преминаване на суха HCl през разтвори на полиалкилпироли в инертни разтворители. Доказателство за образуване на катиони IIIе лесен деутериев обмен на протон при пироловия азотен атом в кисела среда. Въпреки че катионът IIIнай-малко стабилен, той се образува и разрушава по-бързо от катионите ази II, така че NH протонът на пирола се деутира по-бързо от CH протоните. Това явление се нарича кинетична основност. Кинетичната основност на азота винаги е по-висока от тази на въглерода. С-катион IIе отговорен за полимеризацията на пирол в кисела среда, когато се образува полимер с променлива структура "пирол-червено". Механизмът на първите етапи на тази реакция се потвърждава от структурата на изолирания тример.

Тенденцията на пиролите да полимеризират под действието на киселини налага сериозни ограничения върху участието на пиролите в реакции с електрофили, тъй като тези трансформации често протичат в кисела среда.

Реакции при азотния атом

Киселинността на пирола (pK a 17,0) е близка до тази на етанола (pK a 15,9) и силните основи са в състояние да го превърнат в пирилов йон, който е хетероаналог на циклопентадиенил с голям р_излишък. Натриевите и калиеви соли на пирола, получени чрез действието на метални или амиди на алкални метали, лесно взаимодействат с електрофили - те се алкилират и ацилират при азотния атом, докато смесените N-пирилмагнезиеви халиди (N-Mg връзката е по-малко йонна от N- Na) реагират главно в a-позиция на ядрото.

Кинетичният продукт на ацилиране, N-ацилпирол, в отсъствието на катализатор, се пренарежда при нагряване в по-стабилен термодинамичен продукт, 2-ацетилпирол.

Реакции при въглеродни атоми

В неутрална и киселинна среда пиролите почти никога не реагират с електрофили при азотния атом. Електрофилната атака е насочена главно към a_позициите на ядрото. Това се обяснява с факта, че s-комплексите от тип I, образувани в този случай, както и в случая на протониране, са най-стабилните сред всички възможни.

Нитриране

Нитруващата смес предизвиква бързо разлагане на пирола, поради което се използват специални реагенти за нитриране: ацетил нитрат, предварително приготвен от 70% HNO 3 и оцетен анхидрид, или кристален нитрониев тетрафлуороборат в неводни разтворители. Във втория случай (по-мек реагент) добивите са по-високи. Съотношението на a- и b-изомерите е приблизително 4:1.

Сулфониране

Сулфонирането на пирола поради неговата ацидофобна природа с олеум е невъзможно; въпреки това, пирол-2-сулфоновата киселина се образува с добър добив, като се използва комплекс SO 3 с пиридин, който се нарича пиридин сулфонов триоксид.

Ацилиране

Ацилирането на пиролите при въглеродни атоми, за разлика от бензена, не изисква използването на катализатори, които обикновено се използват в реакцията на Фридел-Крафтс. Пиролът е толкова активен, че реагира с оцетен анхидрид при нагряване и могат лесно да се получат както 2-ацил-, така и 2,5-диацилпироли.

Алкилирането на пирол според Friedel-Crafts рядко се използва за синтетични цели, т.к. в този случай бързо се образуват полиалкилови производни.

Халогениране

Взаимодействието на пироли с молекулни халогени води като правило до заместване на всички водородни атоми при свободни С-атоми, като в същото време сулфурилхлоридът при охлаждане монохлорира пирола в a-позиция.

Монохалопиролите, за разлика от многократно заместените съединения, са нестабилни. Халогенирането на пиролите протича толкова активно, че често е придружено от елиминиране на заместители, например карбоксилната група. От своя страна халогенният атом, най-често йодът, лесно се отстранява при хидрогениране. Това дава възможност да се получи незаместена позиция в ядрото в случай, че заместен пирол се окаже по-достъпен като изходно съединение, например:

Реакции на пирол със слаби електрофили

Пиролът, който има висока нуклеофилност, лесно реагира с толкова слаби електрофили, с които бензенът не реагира дори при тежки условия. Например, пиролът е много по-лесен дори от фенолите да влезе в реакцията на карбоксилиране на Колбе - достатъчно е нагряването с амониев карбонат.

Пиролът, подобно на фенола, се образува при условията на реакция на Reimer-Tiemann, когато дихлорокарбенът действа като активен реагент. Това взаимодействие обаче се усложнява от паралелен процес - пръстенът се разширява в резултат на въвеждането на дихлорокарбен в една от р-връзките на пироловото ядро, което води до 3-хлоропиридин. Обяснението за това е, че производно на циклопропан се образува междинно и се стабилизира по два алтернативни начина. Съотношението на продуктите зависи от условията на реакцията.

В леко кисела среда пиролът е относително стабилен, което му позволява да бъде въведен, например, в реакция на азосвързване, което още веднъж потвърждава неговия висок p_excess. Ако пиролът се въведе във взаимодействие с диазониева сол в слабо алкална среда (пирилов йон реагира), тогава 2,5- бис(фенилазо)пирол.

Пиролът е способен да кондензира с карбонилни съединения в своята а-позиция, като резултатът от реакцията зависи от природата на алдехида или кетона. Ако реакцията с формалдехид и алифатни алдехиди в кисела среда дава главно полимери, тогава при кондензация с ацетон основният продукт е метилиран порфириноген. Взаимното отблъскване в пространството на метиловите групи допринася за планаризацията на междинния продукт - тример, следователно в хода на следващия етап се образува цикличен тетрамер по-лесно от линеен.

Когато пиролите взаимодействат с ароматни алдехиди, по подобен механизъм се образуват порфириногени, които обаче спонтанно се окисляват от атмосферния кислород в ароматни съединения. мезо-тетраарилпорфирини.

В случай на кондензация на пирол с двойка-диметиламинобензалдехид в леко кисела среда може да се изолира първичният продукт на кондензация, червено-виолетовият арилиденпиролениев катион (цветна реакция на Ерлих).

За да се получи незаместен порфириноген и порфирин, препоръчително е първо да се превърне пиролът в свободна база на Маних и едва след това да се извърши кондензация. Порфириногенът под въздействието на повечето окислители, например при нагряване в хлороформ с хлоранил, се превръща в незаместен порфирин - порфин.

7. Индол

Индолът е кондензирана биядрена система, състояща се от пиролово ядро ​​и бензен. Систематичното наименование на индола е бензо[ b] пирол. Химичните свойства на пирола и индола са до голяма степен сходни, но има разлики.

Подобно на пирола, индолът има NH-киселинност (pK a " 17), неговият N-анион, генериран от силни основи (EtONa, t-BuOK и др.), Проявява активност, подобна на пириловия йон: натриевите и калиеви соли се алкилират и ацилират при азот, докато смесените N-производни на магнезиев халид са при С атома (3), т.е. при b-позицията, но не и при а-въглеродния атом, както се случва в пирола.

Последното обстоятелство се обяснява с факта, че в аниона, както и в неутралната индолова молекула, отрицателният заряд е концентриран в по-голяма степен върху въглеродния атом в позиция 3, отколкото върху атома С (2). Това е лесно да се види в набора от резонансни структури, описващи индоловия N-анион:

Очевидно е, че прехвърлянето на заряд към атом 2 е неблагоприятно (структура IV), тъй като това нарушава ароматността на бензеновия пръстен, докато структурите I и II съдържат ароматен бензенов пръстен.

Наличието на електрон-оттеглящи заместители в позиция 3 значително повишава киселинността и алкилирането може да се извърши в присъствието на много по-слаби основи.

Индолът е силно активен в реакции с различни електрофили и заместването също е ориентирано към позиция 3, но не към a-въглеродния атом, както е в случая с пирола. Резонансните структури за индолови s-комплекси, включващи a- и b-въглеродни атоми, водят до същите заключения като горната схема за N-аниони: s-комплексът, резултат от добавянето на електрофил към атом 3, е по-благоприятен.

Нитриране

Индолите, които нямат заместители в позиции 2 и 3, подобно на пирола, полимеризират под действието на силни киселини, следователно нитрирането на такива съединения се извършва със слаби нитриращи реагенти - етилов нитрат в присъствието на натриев метоксид (индолов анион реагира) или бензоил нитрат в неутрална среда

2-Метилиндолът е по-стабилен в кисела среда от индола, така че успешно се нитрира при тежки условия чрез действието на азотна киселина. До три нитро групи могат да бъдат въведени в молекула, но ацилнитратите трябва да се използват за синтезиране на чисто мононитро производно.

Реакцията на 2-метилиндол с нитриращата смес протича по интересен начин: предвид факта, че съединението е напълно протонирано, реакцията в хетероцикличното ядро ​​изобщо не протича и междинният ковалентен адукт със сярна киселина реагира на позиция 5 на бензеновото ядро, свързано с азотния атом.

Сулфониране

Сулфонирането на индол, подобно на пирол, се извършва чрез действието на некиселинния реагент пиридин сулфотриоксид. Ако има заместител в позиция 3, например метилова група, тогава реакцията е ориентирана към позиция 2.

Халогениране

Халогенирането на индолите протича много лесно в позиция 3, но получените халогениндоли не са устойчиви на киселини, следователно за успешно халогениране се използват реагенти в хода на реакцията, с които HHal не се освобождава, ако е възможно: N-бромосукцинимид ( NBS), SO2Cl2, KI3, пиридиниев пербромид.

Ако има заместител при С-атом в позиция 3, тогава първоначално при този атом се образува катионен адукт с халоген, който след това се трансформира в резултат на нуклеофилна атака от разтворител, което води до 2-хидроксииндоли или техните производни.

В допълнение към трансформациите, изброени по-горе, индолите са способни да претърпят електрофилно ацилиране, формилиране на Vilsmeier, азо свързване и кондензация с карбонилни съединения. Всички реакции протичат при леки условия и са ориентирани към позиция 3.

Заместващата група в позиция 3, като правило, не предотвратява електрофилна атака в тази позиция и трансформацията е завършена чрез заместване на тази група с електрофили ( ipso- заместване).

Изключение правят диазониеви соли, които не влизат в тази реакция.

8. Фуран

От трите разглеждани петчленни хетероцикли фуранът е най-малко ароматен и неговият диенов характер се проявява забележимо в много реакции.

Реакциите на електрофилно ароматно заместване на фуран са известни, но те изискват специални реактиви, т.к. под действието на протонни киселини фурановият пръстен се разрушава много по-лесно от пирола и още повече от индола.

И като цяло фуранът в тези реакции е значително подобен на пирола - той е много активен и реагира главно с a-позиции.

Сулфониране

Сулфонирането на фуран, подобно на пирол, може да се извърши с пиридин сулфонил триоксид в органичен разтворител. Реакцията произвежда малка смес от фуран-2,5-дисулфонова киселина.

Изолирането на фуран-2-сулфонова киселина се извършва чрез разрушаване на получения пиридиниев 2-фурилсулфонат с бариев карбонат и се получава неразтворима бариева сол.

Нитриране

Подобно на пирола, фуранът не може да бъде изложен на нитрираща смес, но може да се използва ацетил нитрат в пиридин. Реакцията протича по-бавно, отколкото в случая на пирол, и междинно се образува ковалентен продукт от добавянето на реагента към позиции 2 и 5.

Фураните с електрон-оттеглящи заместители са по-малко ацидофобни, така че те се нитрират и сулфонират с обичайни реагенти.

Халогениране

Взаимодействието на фуран с халогени (бром и особено хлор) протича бурно и води до образуването на полихалогенни производни. Монохалофураните могат да се получат само при меки условия, например чрез действието на диоксан дибромид. Има разногласия относно механизма на реакциите на халогениране на фуран: възможно е те да протичат като добавяне на халогенна молекула към позиции 2 и 5 и последващо елиминиране на молекула на халогеноводород.

Действието на брома върху фуран в метанолов разтвор, което води до образуването на 2,5-диметокси-2,5-дихидрофуран, се счита за потвърждение на механизма на добавяне-елиминиране.

Междинното образуване на адукти също се доказва чрез примера на реакцията на бромиране на 2,5-дибромофуран.

Формилиране

Формилирането на фуран според Vilsmeier протича толкова гладко, колкото и в случая на пирол, докато ацилирането изисква задължително добавяне на катализатор Friedel-Crafts.

Реакция на Дилс-Алдер

Има трансформации, при които се проявява диеновият характер на фурана. Най-характерната трансформация е реакцията на диенов синтез (Diels-Alder). Самият фуран и много от неговите производни лесно реагират с малеинов анхидрид, дехидробензен и други диенофили.

9. Тиофен

Сред разглежданите хетероцикли тиофенът е най-ароматният и в много отношения наподобява бензена по своите свойства. Производните на тиофена придружават производните на бензена в продуктите от въглищен катран и са много подобни на тях, често дори имат подобна миризма.

Тиофенът е много по-устойчив на киселини от пирола и фурана, така че може да бъде въведен в различни реакции на електрофилно заместване. които са ориентирани към а-позиция.

При нагряване със 100% H 3 PO 4 тиофенът тримеризира, реакцията започва с образуването на а-протониран катион, който се атакува от неутрална тиофенова молекула.

Сулфониране

Тиофенът реагира с електрофилите по обичайния механизъм на ароматно електрофилно заместване. Може да се сулфонира със сярна киселина при стайна температура, която се използва за изолиране на тиофен от въглищен бензен в промишлеността.

Нитриране

За мононитриране на тиофен в а-позиция е най-добре да се използва нитрониев бор флуорид: ацетил нитратът дава до 20% примеси от 3-нитротиофен, докато азотната киселина реагира твърде бурно, понякога с експлозия. След появата на една нитро група в ядрото, активността намалява толкова много, че по-нататъшното нитриране изисква използването на димяща HNO 3 .

Халогениране

Тиофенът лесно се бромира и йодира (за разлика от фурана) в a-позиция. Действието на хлора води до смесване на продукти.

Ацилиране

Тиофенът се ацилира според Friedel-Crafts само в присъствието на киселини на Lewis, като реакцията е придружена от частично осмоляване поради самокондензация на получените кетони.

Реакцията на Вилсмайер протича с добър добив, но при висока температура. Междинната иминиева сол може да бъде изолирана.

Кондензация с карбонилни съединения

Подобно на пирол и фуран, тиофенът активно кондензира с карбонилни съединения, но реакцията рядко може да бъде спряна на етапа на първичен карбинол, често се получават ди-, три- и полимери.

За разлика от фурана, който се разлага при тези условия, тиофенът може да се превърне в бис-хлорометилово производно чрез действието на голям излишък от формалин и НС1.

Важното от историческа гледна точка цветно "индофенинова реакция" на тиофен с изатин в присъствието на сярна киселина заслужава внимание.

Интензивният син индофенин е причината за откриването на тиофена. До 1882 г. се смяташе, че реакцията на индофенин е характерна за ароматните въглеводороди, тъй като въглищният бензен, използван по това време, винаги съдържа примес на тиофен. Веднъж обаче това красиво преживяване се провали на лекция на В. Майер, т.к по това време той използва синтетичен, а не въглищен бензол. Стана ясно, че цветната реакция дава примес, който по-късно е изолиран и идентифициран като ново съединение - тиофен.

Удължаване на цикъла

За заместените тиофени е известна реакция на разширяване на пръстена, която не е характерна за пирола и фурана; механизмът на тази трансформация не е известен. Интересното е, че в резултат на това се наблюдава доста рядко явление - превръщането на ароматно съединение в антиароматно.

Реакции на серния атом

Тиофенът влиза в специфични реакции при серния атом: алкилиране и окисляване с перкиселини.

Докато S-алкилтиофеновите соли са стабилни и, съдейки по техните спектрални и химични свойства, ароматни съединения, S,S-тиофен диоксидите не са ароматни и могат да бъдат получени само за a,a-дизаместени субстрати. Тези съединения реагират с диенофили.

10. Взаимопревръщане на петчленни хетероцикли

При тежки условия пиролът, фуранът и тиофенът са способни да отварят пръстена под действието на нуклеофили, следователно, в присъствието на подходящ реагент, те могат да се трансформират един в друг, което може да се комбинира в схемата:

Тази реакция е кръстена на Юриев, протича при 350°C в присъствието на Al 2 O 3 катализатор.

11. Пиридин

Трансформации с азотен атом

Пиридинът е основа със средна якост с pK a = 5,2, измерено във вода (основността на алифатните амини варира от pK a 9-11). Пиридинът образува кристални соли с повечето протонни киселини и често се използва като основен катализатор или разтворител за подпомагане на свързването на киселини, освободени по време на определена химична реакция.

Като нуклеофил, пиридинът реагира с алкил халиди и други алкилиращи реагенти чрез механизма S N 2 или S N 1, в зависимост от природата на субстрата.

N_алкилпиридиниевите соли са ароматни съединения, т.к несподелената електронна двойка, използвана за образуване на нова връзка, не участва в ароматното конюгиране. Тези стабилни вещества са склонни да реагират с нуклеофили поради техния висок p-дефицит. Например, нуклеофилно хидроксилиране чрез действието на калиев хидроксид дава а-пиридони.

Когато пиридините реагират с ацилхалиди, се образуват N-ацилни соли. Тези съединения не са много стабилни и лесно се хидролизират обратно.

Именно поради тяхната ниска стабилност ацилпиридиниевите соли са важни за синтетичната химия като леки ацилиращи агенти. Например, отбелязваме О-ацилирането на кетоеноли - реакция, протичаща по необичаен механизъм с междинно образуване на адукт в a_позиция на хетероцикъла.

Когато пиридинът и неговите производни се третират с перкиселини, се образуват пиридин N-оксиди, чиито свойства ще бъдат разгледани отделно.

Реакции при въглеродни атоми

Взаимодействие с електрофили

Както е показано по-горе, пиридинът е p-дефицитно съединение, следователно взаимодействието с електрофилите не е типично за него, особено след като електрофилните реакции протичат в кисела среда, където пиридиниевият йон, който има още по-голям p-дефицит, влиза във взаимодействие с електрофилът. Тези реакции са много по-трудни, отколкото в бензена. Пиридинът се атакува само от най-силните електрофили и при много тежки условия. Електрофилното заместване при е ориентирано към позиция 3, което наподобява ориентацията на S E 2 реакциите в нитробензен. Тази ориентация лесно се обяснява със сравнителната стабилност на грани структурите, описващи катионните s_комплекси в резултат на добавянето на електрофил към g-, b- и a-позициите на пиридиновия пръстен. Очевидно само s-комплексът IIне съдържа приноса на структурата с положително зареден азотен атом.

Както вече споменахме, първо се случва атаката на електрофила или протона върху азота, който допълнително пасивира субстрата, превръщайки го в катион. Ако се предотврати образуването на комплекс в хетероатома, тогава реакцията на атомите на ядрото с електрофилите протича по-лесно.

Нитриране

Нитрирането на самия пиридин, особено с нитруваща смес, когато хетероцикълът е напълно протониран, е изключително трудно и няма практическо значение.

2,6-диметил- и 2,4,6-триметилпиридините, аминопиридините и пиридоните са много по-активно нитрирани под формата на катиони.

2,6-дихалоген производните на пиридина, които като основи са по-слаби от пиридина, реагират по-лесно, т.к. пиридиновият азотен атом е протониран в по-малка степен - концентрацията на свободната база е по-голяма. Нитрирането е по-лесно, когато се използва апротонен нитриращ агент, например:

Сулфониране

Сулфирането на пиридин със сярна киселина протича малко по-лесно от нитрирането, но също така е възможно само при тежки условия. При още по-високи температури е възможно пренареждане до 4_сулфонова киселина.

Любопитен продукт може да се получи чрез сулфониране на 2,6_di_ трет _бутилпиридин. Всъщност сулфонирането протича лесно, т.к. обемисти заместители предотвратяват комплексообразуването на SO 3 при азотния атом. Полученият 2,6_di_ трет _бутилпиридин-3-сулфоновата киселина при нагряване се превръща в цикличен сулфон поради една от метиловите групи трет-бутилов заместител.

Халогениране

Пиридините могат да бъдат халогенирани. Не е възможно да се въведе йоден атом със задоволителен добив, но бромът и хлорпиримидините се синтезират много лесно.

Пиридин N-оксидите са по-активни в реакции с електрофили от самия пиридин. Има два вида електрофилно заместване в N-оксидите: първият вариант (без добавяне на нуклеофил) води главно до N-оксиди на 4-заместени пиридини. Това на пръв поглед странно обстоятелство е свързано със забележителната електронна природа на N-оксидната функция, която може едновременно да действа не само като акцептор, но и като донор на електрони. Това е илюстрирано на диаграмата по-долу.

Следователно, N-оксидът на всеки заместен пиридин със свободна позиция 4 може да бъде нитриран с димяща HNO3 с добър добив.

Друг подход към използването на N-оксиди е реакцията да се проведе в присъствието на слаби нуклеофили, които могат да бъдат част от реагента, например ацетил нитрат. В този случай N-оксидът се превръща в неароматен адукт, който се атакува от електрофила. Можем да кажем, че пиридиновият азотен атом временно става донор на електрони. Реакцията прави възможно получаването на 3-нитро- и 3,5-динитропиридини с добри добиви.

По подобен начин друга нитро група влиза в позиция 5

Нуклеофилно заместване

Типичните трансформации на пиридин са реакции на нуклеофилно заместване. Реакцията на аминиране на пиридин при нагряване с натриев амид (реакция на Чичибабин) води до образуването на а-аминопиридин.

Реакцията на заместване на водороден атом в пиридин с аминогрупа чрез действието на натриев амид винаги е ориентирана към позиция 2. Трансформацията има сложен механизъм: по време на реакцията се освобождава молекулярен водород, което предполага междинно образуване на натриев хидрид. Този факт, както и липсата на водородни заместващи продукти в позиция 4, се обяснява с предварителната координация на натриевия атом с пиридиновия азотен атом.

Третирането на пиридини с прясно разтопен калиев хидроксид води до хидроксилиране до a_пиридони, които са по-стабилна форма на съществуване на a- и g-хидроксипиридини.

Реакциите на нуклеофилно заместване на халоген в пиридин протичат по същите два алтернативни механизма, както в халогенарените - добавяне-елиминиране (AE) и елиминиране-добавяне (EA). AE реакцията (добавянето на нуклеофил за образуване на s-комплекс и елиминирането на напускащата група) протича предимно при атоми 2, 4 и 6, в които е концентриран максималният положителен заряд. В допълнение, азотният атом участва в делокализацията на отрицателния заряд на съответните s-комплекси, както и нитрогрупата в случая на нитрохлоробензените. Лесно се вижда, че най-стабилни са анионните s-комплекси ази III.

Разнообразие от заместители могат да бъдат въведени в молекулата на пиридин, като се използва реакция от нуклеофилен тип AE. Ето няколко примера:

Пиридиновите N-оксиди и N-алкилпиридиниевите соли влизат в същите реакции по-лесно от самия пиридин. Особено интересни са N-оксидите на а-халопиридините, които веднага се превръщат под действието на определени нуклеофили в кондензирани биядрени хетероцикли, образуването на които протича с участието на N-оксидната група.

Ако халогенът е в позиция 3, тогава реакцията на пиридини с нуклеофили често протича по механизма на ЕА чрез междинно образуване на хетероаналог на дехидробензен - хетарин.

Свободни радикални реакции

Под действието на атомен хлор и (високи температури) бром върху пиридин възниква свободнорадикално халогениране, което, за разлика от електрофилното, е ориентирано към позиции 2 и 6.

За препаративни цели важни са реакциите на пиридин с нуклеофилни радикали (реакция на Миниши). Източници на радикали са различни органични съединения в присъствието на пероксиди и соли на желязо (II), чийто катион служи като носител на електрони.

Механизмът на реакцията включва етапите на разлагане на хомолитичен пероксид, превръщане на реагента в свободен радикал и добавянето му към пиридин, последвано от ароматизиране.

По този начин хидроксиметилова група, диалкиламид и други функционални групи могат да бъдат въведени в позиции 2 и 4 на пиридин и хинолин.

Литература

1. Артеменко А.И., Тикунова И.В., Ануфриев Е.К. Семинар по органична химия. - М.: Висше училище, 2007-187s.

2. Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс по съвременна органична химия. Учебник за ВУЗ. - М.: Висше училище, 2001. - 768s.

3. Глинка Н.Л. Обща химия / Под редакцията на V.A. Рабинович. - Л .: Химия, 1986. - 704 с.

4. Градберг И.И. Практически и семинарни упражнения по органична химия. - М .: Bustard, 2011. - 352 с.

5. Сборник задачи по органична химия. Учебник / Под редакцията на A.E. Агрономова. - М.: Издателство на Московския държавен университет, 2010. - 160-те.

Подобни документи

Класификация на хетероциклени съединения с петчленни пръстени; съществуването им в природата. Изследване на методите за синтез на моноядрени наситени и кондензирани петчленни хетероцикли с един и два хетероатома. Описание на получаването на индазол.

курсова работа, добавена на 24.02.2015 г


резюме, добавено на 21.02.2009 г


Концепцията за хетероцикличните съединения, тяхната същност и характеристики, основни химични свойства и обща формула. Класификация на хетероцикличните съединения, разновидности, отличителни черти и методи за получаване. Реакции на електрофилно заместване.

резюме, добавено на 21.02.2009 г


Описание на общата структура, свойства и функции на хетероцикличните съединения и техните ефекти върху човешкото тяло с помощта на алкалоиди като пример. Сравнителна характеристика на представители на групата на алкалоидите, техния биосинтез, приложение и разпространение в природата.

презентация, добавена на 22.09.2016 г


Синтез и свойства на N,S,O-съдържащи макрохетероцикли на базата на първични и ароматни амини с участието на Sm-съдържащи катализатори. Хетероциклични съединения, тяхното приложение. Методи за идентификация на органични съединения чрез ЯМР и масспектроскопия.

дисертация, добавена на 22.12.2014 г


Характеристика на хетероцикличните съединения, тяхното биологично значение, разпространение в природата, участие в изграждането на аминокиселините и класификация. Структурата на кръвната гема и хлорофила. Структура на фуран, фурфурол, имидазол, тиазол, пиран, пиридин.

резюме, добавено на 22.06.2010 г


Същността на хетероцикличните съединения със затворена верига, съдържаща, в допълнение към въглеродните атоми, атоми на други елементи. Реактивност, нуклеофилност, електрофилност. Реактивност на заместители и странични вериги. Производство и приложение.

резюме, добавено на 27.09.2011 г


Понятието и същността на съединенията. Описание и характеристика на ароматни хетероциклени съединения. Получаване и образуване на съединения. Реакции на атомарен азот, електрофилна забележка и нуклеиново заместване. Окисление и редукция. Хинолин.

лекция, добавена на 02/03/2009


Химическа връзка в органичните молекули. Класификация на химичните реакции. Киселинни и основни свойства на органичните съединения. Хетерофункционални производни от бензеновата серия. Въглехидрати, нуклеинови киселини, липиди. хетероциклични съединения.

урок, добавен на 29.11.2011 г


хетероциклични съединения. ароматни хетероцикли. Някои критерии за ароматичност в хетероциклите. Моноциклични системи, подчинени на правилото на Хюкел. Реактивност на хетероароматни съединения. Основните характеристики на химията на пиридините.

M.I. Антонова, А.С. Берландия

БИООРГАНИЧНА химия

ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ

Москва 2010 г

Държавна образователна институция за висше професионално образование

"Московски държавен университет по медицина и стоматология"Федерална агенция за здравеопазване и социално развитие на Руската федерация

Катедра по обща и биоорганична химия

M.I. Антонова, А.С. Берландия

БИООРГАНИЧНА химия

ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ

Урок по биоорганична химия

за самостоятелна работа на учениците

дентални факултети на медицински университети

Препоръчва се от Учебно-методическата асоциация за медицинско и фармацевтично образование на руските университети като учебно помагало за студенти, обучаващи се по специалността 060105 (040400) - "Стоматология"

Москва 2010 г

BBC 24.1 и 73

UDC 546 (075.8)

Рецензенти:

глава Катедра по органична химия MMA им. И.В. Сеченов, д.х. н., професор Н.А. Тюкавкина,

глава Катедра по фармакология, MGMSU,

Доктор на медицинските науки, професор А.Г. Муляр

M.I. Антонова, А.С. Берландия. Биоорганична химия, част VI. Урок. М., MGMSU, 2010, 63s.

Под редакцията на професор A.S. Берландия

Това учебно помагало е посветено на съединенията, обединени под общото наименование "Хетероциклични съединения". Помагалото съдържа теоретичен материал, анализирани са редица справочни задачи, както и въпроси и задачи за самостоятелна работа на студентите. Ръководството се препоръчва за използване от студенти от стоматологични, медицински и педиатрични факултети на медицински университети на Руската федерация за подготовка за часове по биоорганична химия.

BBC 24.1 и 73

© MGMSU, 2010

© M.I. Антонова, А.С. Берландия. 2010 г.

Хетероциклични съединения

1. Обща характеристика.

Хетероцикличните съединения се наричат ​​съединения с циклична структура, съдържащи в цикъла не само въглеродни атоми, но и атоми на други елементи (хетероатоми).

Хетероцикличните съединения са най-често срещаната група органични съединения. Те са част от много вещества от естествен произход, като нуклеинови киселини, хлорофил, кръвен хем, алкалоиди, пеницилини и много витамини. Хетероцикличните съединения играят важна роля в метаболитните процеси и имат висока биологична активност. Значителна част от съвременните лекарствени вещества съдържат в структурата си хетероцикли.

2. Класификация и номенклатура на хетероцикличните съединения.

2.1. Класификация.

Следните характеристики се използват за класифициране на хетероцикличните съединения.

На размер на цикъла хетероцикличните съединения най-често са три-, четири-, пет-, шест- и седемчленни:

На тип елемент , включени в цикъла, това са главно съединения с азотни, кислородни или серни атоми:

На брой хетероатоми , включени в цикъла, най-често срещаните са хетероцикли с един и два хетероатома, но са известни и съединения с четири атома в един цикъл:

На природа и взаимно разположение на няколко хетероатома възможни са различни комбинации (например N и S, N и O и т.н.), а хетероатомите могат да заемат различни позиции един спрямо друг:

На степени на насищане хетероциклите могат да бъдат ароматни, ненаситени и наситени:

Най-подробно е проучена химията на ароматните хетероцикли. Напълно или частично наситени хетероцикли, поради особеностите на техните химични свойства, като правило не се разглеждат като хетероциклични съединения, а като циклични аналози на някои алифатни съединения (етери, сулфиди, вторични амини).

На брой цикли разграничават моноциклични, полициклични (главно кондензирани) системи. Броят на циклите и техните видове могат да бъдат много различни:

Хетероцикличните съединения се наричат ​​такива съединения с циклична структура, в чиито цикли, заедно с въглеродни атоми, има атоми на други елементи. Тези други атоми се наричат ​​хетероатоми. Най-често такива хетероатоми са кислородни, серни и азотни атоми. Хетероциклите могат да съдържат един, два, три или повече хетероатома. Въпреки това, според теорията за напрежението на цикъла, три- и четиричленните цикли са нестабилни. Най-силните и следователно по-често срещаните са пет- и шестчленните хетероцикли.

Класификацията на хетероциклите се извършва в зависимост от размера на цикъла. В съответствие с това се разграничават три-, четири-, пет-, шестчленни хетероцикли и хетероцикли с голям брой атоми.

Хетероцикличните съединения са многобройни, много разпространени в природата и от голямо практическо значение. Те включват вещества като хлорофил - зеленото вещество на растенията, хемоглобин - оцветяващото вещество на кръвта и много други естествени оцветители, витамини, антибиотици (пеницилин), лечебни вещества, пестициди.

Номенклатура на хетероциклите

Хетероцикличните съединения се наименуват според тривиална, рационална и систематична номенклатура. Често се използват тривиални имена за добре известни хетероциклични съединения. Например, пирол, пиридин, фуран, индол, пурин и др. В рационалната номенклатура за основа се приема наименованието на определен хетероцикъл - фурани, тиофен, пирол, пиридин или друго, и се посочва позицията на заместителите в тях с цифри или букви от гръцката азбука. При хетероцикли с един хетероатом номерирането започва от този хетероатом.

Снимка 1.

Съвременната научна номенклатура на хетероцикличните системи включва размера на цикъла, неговата ненаситеност, броя на хетероатомите, техния тип и позиция. Името на хетероцикъла според тази номенклатура се състои от три части:

• корен - показва размера на цикъла,
• суфикс - показва степента на ненаситеност на хетероцикличната система
• и префикси - показва вида на хетероатомите и техния брой.

Тричленният пръстен има корен -ir, четиричленният пръстен има -et, петчленният пръстен има -ol, шестчленният пръстен има -in. Наситените хетероцикли с азотен атом имат наставката -идин, наситените хетероцикли без азотен атом имат наставката -an, наситените хетероциклични системи имат наставката -in.

Природата на хетероатома се обозначава с префиксите окса-, тиа- и аза-, съответно за кислород, сяра и азот, префиксите диокса-, дитиа-, диаза- означават съответно два атома кислород, сяра и азот . Ако има два или повече различни хетероатома в хетероцикъла, тогава те са изброени по реда на предшестване кислород преди сяра и сяра преди азот и са номерирани в следния ред: $O$, $S$, $N$.

Ако в хетероцикъла има един кислороден атом и един азотен атом, се използва префиксът - оксаза-, а при наличие на един серен атом и един азотен атом - тиаза-. Когато третичният азотен атом и групата $NH$ са в пръстена едновременно, числото 1 означава азотния атом от групата $NH$. В този случай номерирането се извършва в следния ред: $O$, $S$, $NH$, $N$.

Хетероциклите, които не съдържат екстремни връзки, като правило, са подобни по химични и физични свойства на съответните циклични съединения.

Ароматичност на хетероцикли

Има огромна група хетероцикли, които имат спрегната система от множество връзки. Такива хетероцикли приличат на бензен и неговите производни по своята стабилност и видове реакции и се наричат ​​ароматни хетероциклени съединения.

Според правилото на Хюкел пръстенната система има ароматни свойства, ако:

• съдържа $4n + 2$ обобщаващи електрони;
• има непрекъсната верига на конюгиране;
• е планарна.

Нека сравним две съединения - бензен и пиридин:

Фигура 2.

Фигура 3

В молекулата на бензена въглеродните атоми са в състояние на хибридизация $sp2$. Четвъртият електрон на всеки С атом не може да се хибридизира. В този случай се образува секстет от електрони, обобщен от всички атоми на цикъла (ароматен секстет).

Облаци от нехибридизирани $\pi$-електрони с формата на обемни осмици, припокриващи се един с друг, образуват единичен $\pi$-електронен облак:

Фигура 4

Ароматният характер на пиридина може да се обясни по подобен начин. Само 5$\pi$-електрона от въглеродните атоми и един електрон от азота участват в образуването на електронен секстет в природата:

Фигура 5

Азотният атом запазва несподелена двойка електрони. Тази двойка електрони не е част от ароматен секстет; равнинна система; съответства на правилото на Хюкел: $4n + 2$.

Електронна структура на петчленни хетероцикли

Помислете за електронната структура на петчленен хетероцикъл - пирол, образуван от четири въглеродни атома и азотен атом и съдържа две двойни връзки:

Фигура 6

В молекулата на пирола също се образува ароматен секстет, дължащ се на четири $\pi$-електрона на въглеродни атоми и два несподелени р-електрона на азотния атом. По този начин в ядрото се образува обща система от секстет от електрони и ядрото има ароматни свойства. Първото правило за ароматичност е в сила: има $4n + 2 = 4\cdot1 + 2 = 6$ обобщени електрони. Второто условие за ароматичност също е изпълнено - запазва се непрекъсната верига на конюгиране, която включва неразделена двойка електрони на азотния атом. Всички атоми лежат в една и съща равнина, системата е равнинна. Така в петчленните хетероцикли 6 електрона са делокализирани между 5 атома, които образуват този цикъл.

Фигура 7

От петчленните хетероциклени съединения с един хетероатом най-важни са: фуран, тиофен и пирол. За фуран, тиофен, пирол и техните производни са типични реакции на електрофилно заместване: нитриране, сулфониране, халогениране, ацилиране и др. Тази характеристика на свойствата на тези хетероциклични съединения е свързана с тяхната електронна структура. Циклите на тези вещества съдържат както въглеродни атоми, така и хетероатоми. Въглеродните атоми и хетероатомите са свързани със съседни въглеродни атоми чрез $\sigma$-връзки.

Други ароматни хетероциклени съединения

Тъй като въглеродните атоми от различни цикли и в различни комбинации могат да бъдат заменени с хетероатоми в полициклични съединения, броят на възможните ароматни хетероциклични съединения е изключително голям:

Фигура 8

В допълнение към хетероцикличните системи, които съдържат шест $\pi$-електрона във всеки пръстен, има множество примери за ароматни ($4n+2$) р-електронни хетероциклични съединения, в които $n >1$. Известни са хетероциклични аналози на ароматни анулени. Примерите включват окса-анулен, аза-анулен, аза-анулен, изоелектронен до ароматен -анулен:

Фигура 9

Фигура 10.

Друг добър пример за ароматен хетероанулен е мостовият хомохинолин, който е изоелектронен на 1,6-метано-анулен и съдържа 10 p-електрона:

Фигура 11.

ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ един от най-многобройните класове органични съединения ( см. ОРГАНИЧНА ХИМИЯ), те съдържат в състава на въглеводородния цикъл съдържат един или повече хетероатоми:О, Н, С (Фиг. 1).

Ориз. един. ПРОСТИ ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ

Класификация на хетероцикличните съединения. В зависимост от естеството на хетероатома се разграничават кислород-, азот- и сяра-съдържащи съединения. Има и съединения, които съдържат едновременно няколко еднакви (фиг. 2, диоксан) или различни хетероатоми (фиг. 2, тиазол, оксазин). Освен това те се разделят на наситени съединения (фиг. 1, пиперидин) и ненаситени, т.е. съдържащи множество връзки (фиг. 1, фуран, пиридин, тиофен). В зависимост от броя на цикличните фрагменти в молекулата се разграничават едноядрени моноциклични съединения (фиг. 1) и полиядрени, съдържащи няколко цикъла, като циклите могат да бъдат кондензирани (съдържат два общи атома, фиг. 2, индол) или свързани чрез a единична връзка (фиг. 2, бипиридил). Макроциклични съединения, така наречените краун етери (корона Английскикорона), съдържаща повече от четири хетероатома и повече от десет връзки в пръстенната структура (връзката е фрагмент от два химически свързани атома (фиг. 2).

Ориз. 2. РАЗЛИЧНИ ВИДОВЕ ПО-КОМПЛЕКСНИ ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ: с два еднакви (диоксан) или различни (тиазол, оксазин) хетероатома. Биядрени съединения: с кондензирани (индол) или разделени цикли (бипиридил). Краун етери съединения с големи цикли (макроциклични).

Номенклатура на хетероцикличните съединения. За голяма група хетероциклични съединения, използването на тривиални ( см. ТРИВИАЛНИ НАИМЕНОВАНИЯ НА ВЕЩЕСТВАТА) имена, които са се развили исторически (например фиг. 1), има общо около 60 такива имена.В други случаи имената (те се наричат ​​систематични) се съставят съгласно специалните правила на IUPAC (Международен съюз на теоретичните и приложна химия), които в този случай са особени и се различават от системата, която е приета за повечето органични съединения от други класове. От специално предложените за целта корени и представки се образува наименование, като се спазва договореният ред. Основава се на корен, състоящ се от две срички. Първата сричка показва броя на връзките в цикъла, например сричката " ir" (две пренаредени букви от латинския корен " T ри “) съответства на тричленен цикъл, сричката „ не“ (фрагмент от лат T etра ) цикъл с четири връзки, сричка „ Добре“ (част от лат окта ) се използва за осемчленни цикли. Произходът на някои други срички, обозначаващи размера на цикъла, не винаги е логически обоснован, например за шестчленни цикли, сричката " в”, взето от името на общия хетероцикъл „пирид в" (Фиг. 1).

Втората сричка показва дали хетероцикълът е наситен сричката " en' или ненаситената сричка ' en"(аналогия с имената на въглеводородите: et enтова en). Пред корена се поставя префикс, който показва естеството на хетероатома: O oxa,

С тя, Н аза. Тъй като коренът често започва с гласна, крайната "а" обикновено се пропуска от префикса. В резултат на това се получава наситен тричленен цикъл, съдържащС , се наричат ​​tiiran (фиг. 3A): „ ти-" съкратен префикс "тио-", част от корена " ir” обозначава тричленен цикъл, а втората част от корена „ en» съответства на наситено съединение. По подобен начин, тричленен О-съдържащ ненаситен пръстен се нарича оксирен (фиг. 3B). Ако има няколко хетероатома в хетероцикъла, тогава тяхната позиция се обозначава с помощта на цифрови индекси, като предварително се номерират атомите в цикъла, а броят на тези атоми се обозначава с префиксите ди-, три- и т.н., например, 1,3,5-триазин (фиг. 3В). Ако има различни хетероатоми, те се споменават в следния ред: O>S>N (този установен ред е условен и не е свързан с химични свойства). В края на името се използва корен, за да се посочи размерът на пръстена и ненаситеността, например 1,2,6-оксадиазин (фиг. 3E). Как се пишат корени зан -съдържащи цикли е малко по-различен от описания по-горе, който също е специално уточнен, например коренът " в» в името 1,2,6-оксадиазин (фиг. 3D) обозначава както шестчленен, така и ненаситен пръстен.Правилата за съставяне на систематични имена са приложими за всички хетероциклични съединения, включително тези, за които има добре установени тривиални имена, например бицикличното съединение с тривиално име хинолин (фиг. 3F) има систематичното наименование бензазин. Вместо сложна система от систематични имена, химиците често използват по-проста система, базирана на тривиални имена: те "изолират" фрагмент от тривиално име в молекула и посочват позицията на заместителите, използвайки цифрови индекси. Името 8-хидроксихинолин е съставено по този начин (фиг. 3G).

Ориз. 3. СИСТЕМАТИЧНИ НАИМЕНОВАНИЯ НА ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ(АД). Сравнение на систематични и тривиални имена (E). Използването на тривиален термин в състава на името (G). В 8-хидроксихинолин (G) два въглеродни атома, принадлежащи едновременно към два цикъла, не са номерирани, т.к. те не могат да имат заместители.

Химични свойства на хетероцикличните съединения. Три- и четиричленните хетероцикли са напрегнати системи; те се характеризират с реакции на отваряне на пръстена. Етиленовият оксид (при 150°C и налягане от 2 MPa) се хидролизира до образуване на етиленгликол (фиг. 4А). Реакцията на О-съдържащи напрегнати цикли с алкохоли води до съединения с ОН група и етерна връзка (целозолви, фиг. 4В), а под действието на халогеноводороди върху тях, съединения, съдържащиХал и ОН група (халохидрини, Фиг. 4В).н - съдържащи напрегнати пръстени, взаимодействащи с халогеноводороди образуват халоалкиламини (фиг. 4d).

Ориз. четири. ПЕТ- И ШЕСТ-ЧЛЕННИ НЕНАСИТЕНИ ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ, както и техните производни, имат ароматност, следователно тяхното химично поведение прилича на свойствата на ароматни съединения (бензенови производни) по време на различни трансформации, цикличният фрагмент е относително стабилен и Н атомите при въглеродните атоми на пръстена, както в бензена, могат да бъдат заменени с различни групи ( см. ОРГАНИЧНА ХИМИЯ). При сулфониране (фиг. 5A), нитриране (фиг. 5B) и ацилиране (фиг. 5C, D), Н атомите се заместват със съответните групи, докато цикълът остава непроменен. Въпреки това, стабилността на цикличните фрагменти в такива съединения е по-ниска от тази на бензеновия пръстен, така че всички реакции на заместване се провеждат при по-меки условия.

Ориз. 5. РЕАКЦИИ НА ЗАМЕСТВАНЕв хетероциклени съединения: A сулфониране, B нитриране, C, D ацетилиране. Подобно на реакциите на заместване в бензеновия пръстен, цикличният фрагмент остава непроменен.

Отнема 6 Р-електрони ( см.АРОМАТНОСТ). Всяка двойна връзка е изградена от две връзки ( см. ОРБИТАЛНИ), първият се образува от две

с -електрон на два съседни атома, а вторият е образуван от двойка Р-електрони (означени с точки вътре в пиридиновия цикъл, фиг. 6А). Системата от шест електрона в пиридина се формира от пет Р-електрони, принадлежащи на въглеродни атоми (черни точки) и един Р-електрон от азот (синя точка). В резултат на това несподелената електронна двойка на азот (червени точки) не участва в образуването на ароматна система, следователно такъв азотен атом може да бъде донор (даващ електрони) при образуването на донорно-акцепторна връзка (амините имат същият имот). Често такъв донор се нарича база на Люис, тъй като проявява свойства, типични за основата: образува стабилни соли с минерални киселини (фиг. 6А), които са сложни съединения. Хинолинът се държи подобно (фиг. 6B), който може да се разглежда като производно на пиридин. Свойствата на основата са най-силно изразени в 8-хидроксихинолин (фиг. 3G). Това съединение силно свързва йоните на повечето метали, образувайки две конвенционални химични връзки на метален атом с два O атома и две донорно-акцепторни връзки с атомин . Такива комплекси се наричат ​​хелатни (от гръцки chele нокът) или с форма на нокът. Това свойство на 8-хидроксихинолина се използва широко в аналитичната химия за количествено определяне на метали.

Ориз. 6. ОБРАЗУВАНЕ НА КОМПЛЕКСНА СОЛс участието на шестчленни N-съдържащи хетероцикли (A, B). Хелатни комплекси на метални йони (В).

При прехода от шестчленен към петчленен

н -съдържащи ненаситени хетероцикли (пирол, фиг. 7) ситуацията се променя. В този случай несподелената електронна двойка на азот (фиг. 7, червени точки) участва в образуването на шестелектронна ароматна система и не може да участва в образуването на донорно-акцепторна връзка, в резултат на което свойствата на киселината на връзката са ясно проявени N-H : водородът може да бъде заменен с метал (фиг. 7). Такива метални производни са удобни междинни продукти за добавяне на алкилови (фиг. 7A) или ацетилови групи (фиг. 7B) към азота.

Петчленен имидазолов хетероцикъл (фиг. 7B), съдържащ два атома

н , също е ароматно съединение 6 Р- електрони. Интересното е, че има както киселинни, така и основни свойства. атом N в група N - H може да реагира като киселина, подобно на пирол (фиг. 7A, B), вторият атомн по свойства прилича на същия атом в пиридина, характеризира се с реакциите, показани на фиг. 6А.

Ориз. 7. КИСЕЛНИ СВОЙСТВА НА ПЕТ-ЧЛЕННИЯ ПИРОЛОВ ХЕТЕРОЦИКЪЛ(А, Б). Комбинацията от киселинни и основни свойства в имидазол (В). два атома

н в имидазол и техните електрони са маркирани с различни цветове.

Хетероцикличните съединения се получават чрез различни процеси на кондензация, които преминават през етапа на затваряне на пръстена (фиг. 8A-B). Потокът от такива реакции в желаната посока се стимулира от факта, че в резултат на това се образуват относително стабилни хетероароматни съединения. Някои хетероциклични съединения се получават на базата на съединения с подобен състав. Фурфуролът се получава чрез декарбонилиране (отстраняване на CO) на фурфурол (фиг. 8d, фурфурол е утвърдено тривиално наименование, което неточно отразява състава, по-правилно фурфурол). Хидрогенирането на фуран води до тетрахидрофуран (фиг. 8E).

Ориз. осем. МЕТОДИ ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ

В ненаситените петчленни хетероцикли един хетероатом се заменя с друг, без да се променя цикличният фрагмент (фиг. 9).

Ориз. 9. ВЗАИМОДЕЙСТВУВАНИЯ НА ПЕТЧЛЕННИ ХЕТЕРОЦИКЛИ

Много хетероциклични съединения се получават чрез обработка на природни продукти. Пиролът и индолът (фиг. 2) се намират в каменовъглен катран, тиофенът се извлича от продуктите на коксуване на въглища и термичното разлагане на нефтени шисти, фуранът се изолира от продуктите на сухата дестилация на някои видове дървесина. Пиридинът (фиг. 1) се получава от въглищен катран, продукти от суха дестилация на дървесина и торф. Фурфурол (фиг. 8) се получава чрез хидролиза на растителни суровини (царевични кочани, овесени и оризови люспи) в присъствието на разредени минерални киселини.

Участие на хетероциклени съединения в биологични процеси. Три съединения урацил, тимин и цитозин, които са производни на азотсъдържащия пиримидинов хетероцикъл (фиг. 10, в скоби), както и две производни на пуриновия хетероцикъл (фиг. 10, в скоби) гуанин и аденин, са част на нуклеинова киселина, редът на редуване на тези хетероцикли по полимерните вериги на ДНК и РНК определя цялата наследствена информация на живия организъм и метода на сглобяване на протеинови молекули.

Фиг.10. ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯкоито изграждат нуклеиновите киселини

Някои аминокиселини (фиг. 11), участващи в образуването на протеини, също съдържат хетероциклични фрагменти: триптофанът включва индолен фрагмент (фиг. 2), хистидинът има имидазолов цикъл (фиг. 7), пролинът е пиролидиново производно.

Фрагменти от хетероцикли се намират в структурата на много биологично активни вещества, сред най-използваните лекарства над 60% са хетероциклични съединения. Четиричленният цикъл азетидинон (фиг. 11) е част от антибиотиците пеницилин и цефалоспорин, аскорбиновата киселина (витамин С) съдържа фуранов хетероцикъл, друг витамин никотинамид включва пиридинов фрагмент, молекулата на кофеина е „изградена“ на базата на споменатият по-горе пурин (фиг. 10).

Ориз. единадесет. НАЛИЧИЕТО НА ФРАГМЕНТИ ОТ ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯв структурата на биологично важни молекули

За всички съединения (фиг. 10), с изключение на азетидинона, са дадени тривиални имена, които са били установени и влезли в употреба, преди да бъдат формулирани правилата на систематичната номенклатура.

Използването на хетероциклични съединения. Диоксан (фиг. 2) и тетрахидрофуран (фиг. 8) са широко използвани като силно полярни разтворители в органичния синтез.

Фурфуролът (фиг. 8) е изходният продукт за получаване на фуран (фиг. 8), тетрахидрофуран, както и за синтеза на някои лекарства (фурацилин).

По време на кондензацията на фурфурол в кисела среда се образуват полимерни продукти (фуранови смоли), наподобяващи фенолни смоли в структурата, CH 2 метиленови групи, свързващи хетероцикли (фиг. 12А). Когато такива смоли се нагряват в присъствието на киселинни катализатори (например толуенсулфонова киселина), двойните връзки се отварят с образуването на напречни връзки, в резултат на което полимерът преминава в неразтворимо състояние, което му позволява да се използва като свързващо вещество при производството на различни напълнени пресови материали: стъкло и въглеродна пластмаса, плочи от дървесни влакна и др. В твърдо състояние фурановите полимери са химически устойчиви вещества (до 300 ° C), което им позволява да се използват като устойчиви на корозия и пожароустойчиви уплътнители и мастики.

При кондензация на ароматни тетрамини (4 аминогрупи) с естери на ароматни дикарбоксилни киселини ( см.ЕСТЕРИ) се образуват полимери, в структурата на които по време на синтеза се появяват бензимидазолови фрагменти (фиг. 12В). Такива полимери, наречени полибензимидазоли, имат висока якост и топлоустойчивост (до 500 ° C), те се използват за производство на филми, влакна (търговско наименование ARMOS и RUSAR), подсилени пластмаси.

Ориз. 12. ПОЛИМЕРИ, СЪДЪРЖАЩИ ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ ФРАГМЕНТИ ВЪВ ВЕРИГАТА: фуранов полимер (A), полибензимидазол (B).

Производните на бензимидазол са част от лекарства (дибазол).

Индолът (фиг. 2) се използва като фиксатор на миризмата в парфюмерийната индустрия и при производството на някои лекарства (индометацин).

Михаил Левицки

ЛИТЕРАТУРА Гилкрист Т. Химия на хетероцикличните съединения. М., Мир, 1996
Ким Д.Г. Въведение в химията на хетероцикличните съединения. Soros Educational Journal, Том 7, 2001, № 11

Хетероцикличните съединения включват органични съединения, съдържащи цикли в техните молекули, в които освен въглерод има атоми на други елементи (хетероатоми: O, N, S).

Хетероцикличните съединения се класифицират:

а) по броя на атомите в цикъла (от тричленен до макроцикличен);

б) по броя и вида на хетероатомите (–O, –N, –S);

в) според степента на ненаситеност на хетероцикъла (наситени и ненаситени).

От особен интерес са ненаситените хетероциклични съединения, които отговарят на условията за ароматност: според броя на π-електроните те отговарят на правилото на Хюкел; имат плоска структура и затворена система от π-електрони.

При именуване на хетероцикли широко се използват тривиални имена:

Номерацията в хетероциклите е фиксирана и в повечето случаи зависи от старшинството на заместителите. В отделна група се разграничават хетероцикличните съединения с кондензирани ядра:

Хетероцикличните съединения играят важна роля в живота на организмите и имат голямо физиологично значение (ДНК, РНК, хлорофил, алкалоиди, редица витамини, антибиотици).

ПЕТЧЛЕННИ СИСТЕМИ С ЕДИН ХЕТЕРОАТОМ

Най-важните представители са фуран, тиофен, пирол. Всички те са ароматни съединения: те отговарят на правилото на Хюкел, 4 електрона от въглеродния атом на цикъла са в π-конюгация с несподелената електронна двойка на хетероатома, самият цикъл има равнинна структура. Следователно, що се отнася до бензена, техните формули могат да бъдат изобразени, както следва:

МЕТОДИ ЗА ПОЛУЧАВАНЕ

1. Циклизиране на 1,4-дикарбонилни съединения (дикетони, дикарбоксилни киселини или кетокиселини). При нагряване с дехидратиращ агент (CaCl2, H2SO4, P2O5) се образуват производни на фуран; при извършване на дехидратация в среда на NH3 - пирол; в присъствието на P 2 S 5 - тиофен:

2. Изолация от естествени източници. Тиофенът и пиролът се съдържат в каменовъглен катран, фуран - от съдържащи пентозан суровини (люспи от слънчогледово семе, царевични кочани) през етапа на получаване на фурфурол.

3. Взаимни превръщания на фуран, тиофен, пирол (реакция на Юриев) протичат при t=450 o C над Al 2 O 3:

4. Взаимодействие на ацетилена със сероводород или амоняк. Когато смес от H 2 S се прекара през Al 2 O 3, се образува тиофен

и смеси с NH 3 - пирол

Физични свойства

И трите вещества са безцветни течности, практически неразтворими във вода.

ХИМИЧНИ СВОЙСТВА

Тъй като тези съединения са ароматни, те се характеризират с реакции на електрофилно заместване (нитриране, сулфониране, халогениране, ацилиране), преминаващи към позиция 2 (α-позиция) при много меки условия.

Фуранът, тиофенът и пиролът са слаби основи. Продукти на протониране на фуран и пирол с минерални киселини:

нестабилен, полученият катион бързо губи своята ароматност, придобива свойствата на спрегнат диен и лесно се полимеризира. Това явление се нарича ацидофобия („страх от киселина“).

Тиофенът не е ацидофобен (поради равенството на електроотрицателността на S и C атомите на цикъла). Пиролът може да проявява киселинни свойства при връзката N–H и да замества водородния атом с Na или K атом, когато взаимодейства с метали или концентриран алкален КОН:

1. Халогениране. Извършва се чрез комплекс от Br 2 с диоксан, Br 2 при ниска температура (бромиране) или Cl 2 при ниска температура, SO 2 Cl 2 (хлориране):

2. Сулфониране. Извършва се с пиридин сулфотриоксид C 5 H 5 N SO 3, тъй като в този случай в реакционната смес няма киселинни съединения:

3.Нитриране. Извършва се с ацетил нитрат (смес от оцетен анхидрид и HNO 3):

4. Ацилиране. Извършва се от киселинни анхидриди в присъствието на катализатори: AlCl 3, SnCl 4, BF 3 (реакция на Friedel-Crafts):

5. Алкилиранеспоред Friedel-Crafts обаче не е възможно да се извърши, калиевият пирол, когато взаимодейства с халогенни производни, дава N-алкилпироли, които се изомеризират при нагряване до 2-алкилпироли:

6. хидрогениране. Възниква в присъствието на Ni или Pt катализатори за фуран и пирол, Pd за тиофен:

ШЕСТЧЛЕННИ ХЕТЕРОЦИКЛИ С ЕДИН АЗОТЕН АТОМ

Най-голям интерес представлява пиридинът:

Това е хетероцикличен аналог на бензена, в който една –CH= група е заменена с sp 2 -хибриден въглероден атом. Има ароматен характер. Тъй като несподелената електронна двойка на азотния атом не влиза в π-конюгация, пиридинът не е ацидофобен и проявява високи основни свойства. Електронната плътност в пръстена е намалена, особено в позиции 2,4,6, така че пиридинът по-лесно влиза в нуклеофилни, отколкото в електрофилни реакции на заместване.

МЕТОДИ ЗА ПОЛУЧАВАНЕ

1. Изолация от естествени източници. Пиридинът и неговите хомолози се получават от каменовъглен катран.

2. Пиридиновите хомолози могат да бъдат получени по следните начини:

2.1. Кондензация на алдехиди с амоняк

2.2. Реакция на ацетилен с амоняк (метод на Репе)

2.3. Кондензация на β-дикетони или β-кетоестери с алдехиди и амоняк (метод на Ханч). Образуваните в този случай междинни 1,4-дихидропиридини се окисляват до пиридини с азотна киселина или NO 2

Допълнителна хидролиза и декарбоксилиране на получения продукт води до триалкилпиридини.

Физични свойства

Пиридинът е безцветна течност с характерна неприятна миризма. Разтваря се във вода, образува с нея смес с плътност ρ=1,00347 g/dm 3 .

ХИМИЧНИ СВОЙСТВА

1. Основност. Пиридинът проявява основни свойства в по-голяма степен от фурана, тиофена и пирола. Като слаба основа, със силни минерални киселини дава ароматни пиридиниеви соли.

2. Алкилиране. Извършва се от халогенни производни с образуването на пиридиниеви соли, които при нагряване дават 2- (или 4-) алкил-заместени пиридини

3. Реакции на електрофилно заместване. За пиридина те протичат трудно (тъй като азотният атом има акцепторни свойства) до позиция 3

4. Реакции на нуклеофилно заместване. Те преминават лесно (поради изчерпването на електронната плътност на пръстена) до позиция 2

5. Възстановяване. Извършва се с водород при тежки условия

6. Окисляванепиридин се среща само при много тежки условия. Хомолозите, съдържащи алкилни странични вериги, се окисляват при тях подобно на бензеновите хомолози