д-р елементи (хетероатоми). Наиб. т.е. цикълът to-rykh включва N, O, S. Те включват много, n. ; те се включват под формата на структурни фрагменти в нуклеинови киселини и др. Хетероцикличните съединения са най-многобройният клас на орг. връзка, включително прибл. 2/3 от цялата позната природа. и синтетичен. орг. .

Номенклатура.Според правилата на номенклатурата за най-важните хетероциклични съединения се запазват тривиалните им имена, например. (форма I), (II), (III). Систематичен име моноцикличен Тоест, съдържащи от 3 до 10 в цикъла, те се образуват чрез комбиниране на префикси, обозначаващи хетероатоми (N-аза, О-окса, S-тиа, Р-фосфа и т.н.), с корени, които са за основните хетероциклични съединения са посочени в таблицата. Степента на ненаситеност. хетероцикъл се отразява в името. с помощта на корени или префикси "дихидро" (два прикачени), "тетрахидро", "перхидро" и др. Примери за систематичност наименования: (IV), тиирен (V), стопи (VI), 1,3-диоксолан (VII), перхидропиримидин (VIII).

За хетероциклични съединения с 11 или повече членове в цикъла, мостови и някои кондензатори. системи се използва "а"-номенклатура, по правилата на която се използва първият компонент на името. означава хетероатом, а вторият се нарича. , която м. б. се образува, ако приемем, че във f-le на хетероциклично съединение всички хетероатоми са заместени с С, СН или СН2 групи, например. 1,5-диазабицикло (Xill). За наименованието на хетероциклични съединения от този тип се използват и традиционни имена, напр. пентадеканолид (XIV), 18-краун-6-етер (XV).

КОРЕНИ, ИЗПОЛЗВАНИ ПРИ СЪСТАВЯНЕ НА НАИМЕНОВАНИЯ НА ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ СЪГЛАСНО НОМЕНКЛАТУРАТА

Химични свойства.За 3- и 4-членните хетероциклични съединения напрегнатият пръстен се отваря лесно. 5- и 6-членни ненаситени. хетероцикли (най-многобройният тип хетероциклични съединения), затворена система от спрегнати връзки включва (4m + 2), имат аромат. характер (правило на Хюкел) и т.нар. хетероароматни съединения. За тях, както и за бензоидни ароматни. съедин., наиб. характерна р-ция заместване. В този случай хетероатомът играе ролята на "вътрешна" функция, която определя ориентацията, както и активиращ или дезактивиращ ефект върху пръстена към действието на разлагането. .

Хетероароматни конн. подразделени на i-прекомерни и недостатъчни. Първите включват 5-членни хетероциклични съединения с един хетероатом, в които секстетът е делокализиран между пет цикъла, което причинява тяхното нарастване. по отношение на електрическия агенти. 6-членните хетероцикли с шест се считат за оскъдни, за да се разпределят, както в случая, между шест пръстена, но един или няколко. от които са хетероатоми с повече от y , . Такива Comm. напомня чрез реакция. производни на способностите

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. 1. 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 по теоретични 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 "т ри “) съответства на тричленен цикъл, сричката „ не“ (фрагмент от лат т 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. пет. 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 Луис, 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. 8. 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. девет. 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-рано 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, чиито цикли включват, в допълнение към въглеродните атоми, един или повече други елементи. В образуването на цикли могат да участват различни хетероатоми, но най-често - кислород, азот и сяра.

Хетероцикличните съединения са широко разпространени в природата. Те представляват около 50% от естествените вещества, включително тези с висока биологична активност (алкалоиди, витамини, ензими, антибиотици). Много от тези биологично активни вещества се използват като лекарства или изходни продукти за техния синтез. Източниците на биологично активни природни вещества с хетероциклична структура са продукти от растителен и животински произход.

Благодарение на хетероцикличните съединения броят на синтетичните лекарствени вещества непрекъснато се попълва. Предпоставка за това е „афинитетът” на тяхната структура с естествените биологично активни вещества на човешкия организъм. Следователно понастоящем хетероцикличните съединения представляват повече от половината от лекарствените вещества, използвани в медицината.

Химическата структура на хетероцикличните съединения е много разнообразна. Те се различават по общия брой атоми в цикъла, природата на хетероатомите и техния брой в цикъла.

Според броя на всички атоми в циклите хетероцикличните съединения се разделят на три-, четири-, пет-, шест- и седемчленни, а според характера на хетероатомите - на азот-, кислород-, сяра- съдържащи съединения. Броят на тези хетероатоми може да бъде от един до четири.

Класифицирайте хетероцикличните съединения в следните групи.

Тричленни хетероцикли с един хетероатом:

Петчленни хетероцикли с един хетероатом:

Петчленни хетероцикли с множество хетероатоми:

Шестчленни хетероцикли с един хетероатом:

Шестчленни хетероцикли с няколко хетероатома:

Седемчленни хетероцикли с един и два хетероатома:

Хетероцикличните молекули могат да съдържат различни заместители. Също така са известни голям брой системи, в които хетероциклите са кондензирани един към друг и към други ароматни или хидроароматни пръстени. Кондензираните хетероциклични системи формират структурната основа на много природни и синтетични лекарства.

Наличието на хетероатоми в молекулите на хетероцикличните съединения определя значителната лабилност на техните молекули в сравнение с други органични съединения. Това е особено очевидно в хетероцикли с няколко хетероатома и в присъствието на различни заместители в молекулата. Такива производни имат най-голяма склонност към отваряне на пръстена и рециклиране, както и към различни видове тавтомерни трансформации.

Изброените характеристики на химичната структура са важни за синтеза и анализа на хетероцикличните съединения. Освен това има всички основания да се смята, че една от основните причини за високата биологична активност на много хетероциклични съединения е особеността на тяхната химическа структура, която осигурява възможност за движение на електрони в широк диапазон.

Лекарствата с хетероциклична структура могат да бъдат получени от естествени суровини или синтетично. Някои хетероциклични съединения се изолират от продукти за преработка на каменовъглен катран, съдържащи пиридин и неговите хомолози, хинолин, изохинолин, акридин, индол и др. Дървесният катран съдържа метилфуран, фурфурал. По-сложни по химическа структура хетероциклични съединения са много алкалоиди, витамини, ензими, съдържащи се в растенията.

Методите за синтез на хетероциклични съединения са разнообразни. Те се синтезират от редица алифатни производни чрез затваряне на пръстена, превръщане на хетероциклите един в друг (рециклизация), хидрогениране на ненаситени хетероциклени съединения до наситени, въвеждане на различни радикали в хетероцикли с проста структура или получаване на кондензирани системи от тях.

Повечето синтетични методи се основават на така наречената хетероциклизация, т.е. върху образуването на хетероцикъл в резултат на затварянето на едно или две алифатни съединения в цикъл. Такива реакции се основават главно на кондензацията на дикарбонилни съединения (алдехиди, карбоксилни киселини) с амоняк или алифатни и ароматни съединения, съдържащи първична ароматна аминогрупа в молекулата. Този общ принцип е използван за получаване на различни азотсъдържащи хетероцикли, които формират структурната основа на много синтетични и естествени лекарствени вещества. Хетероцикличните системи също се получават от ароматни и хетероциклични съединения, съдържащи аминогрупи в техните молекули чрез кондензация с карбонилни съединения (алдехиди, кетони).

ГЛАВА 51

ПРОИЗВОДНИ НА ФУРАН

Производни на 5-нитрофуран

Използвани като лекарствени вещества, 5-нитрофурановите производни имат различни заместители в позиция 2:

От многото нитрофуранови производни, синтезирани през 50-те години на миналия век в Института по органичен синтез на Латвийската академия на науките (S.A. Giller, K.K. Venter, R.Yu. Kalnberg) като химиотерапевтични средства, следните са най-широко използвани: нитрофурал (фурацилин), нитрофурантоин (фурадонин), фуразолидон, фуразидин (фурагин).

Първоначалният продукт от синтеза на 5-нитрофуранови производни е фурфурол (a-фурилалдехид). Получава се от отпадъци от дървообработващата промишленост, както и от слама, слънчогледови люспи, памукови семена чрез обработка с разредена сярна киселина и парна стрипинг. В този случай се получава образуването на фурфурол от пентози (монозахариди) и пентозани (полизахариди), съдържащи се в тази суровина.

От фурфурол чрез нитриране се получава 5-нитрофурфурол. Този процес е най-икономичен, когато първо се получава последователно 5-нитрофурфурол диацетат, който след това се хидролизира с разредена сярна киселина до 5-нитрофурфурал:

По-нататъшният синтез се основава на кондензацията на 5-нитрофурфурол с различни вещества, съдържащи аминогрупа, съгласно общата схема:

За синтеза на нитрофурал, семикарбазид хидрохлорид действа върху 5-нитрофурфурал:

Фуразолидонът се синтезира по подобен начин чрез кондензация на 5-нитрофурфурол с 3-аминооксазолидон-2:

При синтеза на фуразидин, при който иминовата група е отделена от нитрофурановия фрагмент чрез етиленов радикал, 5-нитрофурфуролът първо се кондензира с ацеталдехид и след това се комбинира с 1-аминохидантоин:

Производните на нитрофуран са сходни по физични свойства (Таблица 51.1). Това са жълто-зеленикави кристални вещества без мирис. Те са много слабо разтворими или практически неразтворими във вода и етанол (нитрофуралът е много слабо и бавно разтворим), слабо или умерено разтворими в диметилформамид, малко или много малко в ацетон. Поради наличието не само на нитро, но и на имидни групи, нитрофуралът проявява киселинни свойства в разтвори и се разтваря по-добре от други в основи. Във вряща вода нитрофуралът е разтворим в съотношение 1:5000. Фуразидин се предлага и като водоразтворима калиева сол.

51.1. Свойства на 5-нитрофурановите производни

лекарствено вещество	Химическа структура	Описание
Нитрофурал - нитрофурал (фурацилин)	5-нитрофурфурол семикарбазон	Жълт или зеленикаво-жълт фин кристален прах, без мирис. Така че мн. 230-236°С
Нитрофурантоин - нитрофурантоин (фурадонин)	н-(5-нитро-2-фурфурилиден)-1-аминохидантоин	Прахообразно жълт или жълт със зелен оттенък. Така че мн. 258-263°C (с разлагане)
Фуразолидон - фуразолидон	н-(5-нитро-2-фурфурилиден)-3-аминооксазолидон-2	Жълт или жълт със зеленикав оттенък фин кристален прах, без мирис. Така че мн. 253-258°C (с разлагане)
Фуразидин - фуразидин (Фурагин)	1-хидантоин	Жълт до оранжев прах, без мирис

За проверка на автентичността се използват инфрачервени спектри на нитрофуранови производни. Те се пресоват под формата на таблетки с калиев бромид и се вземат спектри в областта 1900–700 cm–1. IR спектрите трябва да са в пълно съответствие с IR спектрите на GSO. IR спектърът на нитрофурала има ивици на поглъщане при 971, 1020, 1205, 1250, 1587, 1724 cm–1.

Химичните реакции, използвани за тестване на производни на 5-нитрофуран, се основават на тяхното хидролитично разцепване, редокс, киселинно-алкални свойства и образуването на ацизоли (нитро група).

Автентичността на производните на 5-нитрофуран се установява чрез цветна реакция с воден разтвор на натриев хидроксид. Структурата на получените продукти зависи от условията на реакцията, химичната структура на производните на 5-нитрофурана, температурата, разтворителя и концентрацията на реагента. Нитрофуралът при използване на разредени алкални разтвори образува ацизол, оцветен в оранжево-червено:

При нагряване на нитрофурал в разтвори на хидроксиди на алкални метали цикълът на фуран се прекъсва и се образуват натриев карбонат, хидразин и амоняк. Последното се открива по промяната в цвета на мокра червена лакмусова хартия:

Фуразидин след нагряване (2 минути) с 30% разтвор на натриев хидроксид придобива кафяв цвят.

Нитрофурантоинът в разредени алкални разтвори при стайна температура образува тъмнокафяв ацизол в резултат на тавтомерни трансформации на хидантоин:

Разтвор на фуразолидон при същите условия, но при нагряване придобива кафяв цвят поради разкъсването на лактонния цикъл и образуването на ацизол:

Тази реакция може да се използва за разграничаване на нитрофурал от нитрофурантоин и фуразолидон.

Фуразолидон и нитрофурантоин могат да бъдат разграничени един от друг по различния цвят на реакционните продукти с разяждащи алкали в среда на неводни основни разтворители, като диметилформамид. Като реагент се използва водно-алкохолен разтвор на калиев хидроксид. След това нитрофурантоинът последователно става жълт, а след това кафяво-жълт и светлокафяв. Фуразолидон придобива червено-виолетов цвят, превръщайки се в тъмно син, а след това в лилав или червено-виолетов.

Характерни цветни реакции, които позволяват да се разграничат 5-нитрофурановите производни един от друг, се дават от алкохолен разтвор на калиев хидроксид в комбинация с ацетон: нитрофуралът придобива тъмночервен цвят, нитрофурантоинът става зеленикаво-жълт, превръщайки се в кафяв с кафява утайка , фуразолидон постепенно се появява червен цвят, превръщащ се в кафяв, фуразидин придобива червен цвят с утаяване на обемна червена утайка.

Нитрофурал, нитрофурантоин и фуразолидон се идентифицират с помощта на общата реакция на образуване на 2,4-динитрофенилхидразон (точка на топене 273 °C). Той се утаява, когато разтвор на лекарството в диметилформамид се вари с наситен разтвор на 2,4-динитрофенилхидразин и 2М разтвор на солна киселина.

Разтвор на нитрофурал в диметилформамид, след добавяне на прясно приготвен 1% разтвор на натриев нитропрусид и 1М разтвор на натриев хидроксид, дава червен цвят. При тези условия нитрофурантоинът придобива жълт цвят, а фуразолидонът (след 5 минути) - маслиненозелен цвят.

Нитрофурановите производни образуват оцветени неразтворими комплексни съединения със соли на сребро, мед, кобалт и други тежки метали в слабо алкална среда. При добавяне към разтвор на нитрофурантоин (в смес от диметилформамид и вода) 1% разтвор на меден (II) сулфат, няколко капки пиридин и 3 ml хлороформ, след разклащане, хлороформният слой придобива зелен цвят. Комплексни съединения на нитрофурал и фуразолидон при тези условия не се екстрахират с хлороформ.

Редокс реакции (образуване на сребърно огледало, с реактив на Fehling) могат да се извършат след алкална хидролиза, придружена от образуване на алдехиди.

При тестване за чистота се установява допустимото съдържание на чужди примеси в 5-нитрофурановите производни (от 0,4 до 1%). Тестовете се извършват чрез TLC с помощта на готови хроматографски плаки като Silufol UV-254 или Silica Gel G, различни системи разтворители за възходяща хроматография. Проявителят е фенилхидразин хидрохлорид или UV светлина при 254 nm. Сравнете със свидетели броя, размера и цвета на петната върху хроматограмите. При фуразидин се определя липсата на лесно овъгляващи се (при 250 °C) примеси.

Количественото определяне на нитрофурал, който проявява редуциращи свойства, се извършва чрез йодометричен метод, базиран на окисление с йод в алкална среда (към пробата се добавя натриев хлорид за подобряване на разтворимостта и сместа се нагрява). Титриран разтвор на йод в алкална среда образува хипойодит:

I 2 + 2NaOH ® NaI + NaIO + H 2 O

Хипойодитът окислява нитрофурала до 5-нитрофурфурала:

След приключване на процеса на окисляване на нитрофурала, разтворът се подкислява и освободеният излишък от йод се титрува с натриев тиосулфат:

NaI + NaIO + H 2 SO 4 ¾® I 2 + Na 2 SO 4 + H 2 O

I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 ¾® 2NaI + Na 2 S 4 O 6

Нитрофурантоин (според PS) и фуразолидон, които показват слаби основни свойства, се определят количествено чрез неводно титруване в диметилформамид. Титрува се с 0,1 М разтвор на натриев метоксид (индикатор тимолово синьо).

Известен е метод за определяне на нитрофурал чрез броматометричен метод, базиран на окисляването на хидразиновата група в присъствието на концентрирани киселини при температура 80–90 ° C:

H 2 N–NH 2 ¾¾® N 2 + 2H 2 O

Фуразидин-калий се определя количествено ацидиметрично чрез титруване с 0,01 М разтвор на солна киселина (индикатор бромотимолово синьо).

За установяване на идентичността и количествено определяне на нитрофурала се използват UV спектрите на неговите 0,0006% разтвори в смес от диметилформамид с вода (1:50). Абсорбционните максимуми на такъв разтвор в областта 245-450 nm са при 260 и 375 nm, а минимумът е при 306 nm. Максимумите на втората лента на поглъщане (365-375 nm) са по-специфични за 5-нитрофурановите производни, тъй като се дължат на наличието на различни електрон-донорни групи в позиция 2 на фурановия пръстен. Количественото спектрофотометрично определяне се извършва при 375 nm и съдържанието се изчислява, като се използва стандартна проба нитрофурал.

За да се провери автентичността на нитрофурантоин, фуразолидон и фуразидин, се използват UV спектри на разтвори в областта 240-450 nm. Разтворителят е диметилформамид с вода или ацетатен буферен разтвор. При тези условия нитрофурантоинът има максимуми на абсорбция при 266 и 367 nm; фуразолидон - максимуми при 260 и 367 nm и минимум - при 302 nm; фуразидин - максимуми при 292 и 396 nm. Количественото спектрофотометрично определяне на фуразолидон се извършва при 367 nm (разтворител 0,5% разтвор на диметилформамид във вода). Съдържанието се изчислява според GSO на фуразолидон или според стойността на специфичния индекс на абсорбция (750). Фуразидинът се определя количествено при дължина на вълната 396 nm (разтворител 0,6% разтвор на диметилформамид в ацетатен буферен разтвор). Изчисленията се извършват съгласно GSO на стандартната проба на фуразидин.

Разтворителят за UV спектрофотометрично определяне може да бъде 50% разтвор на сярна киселина, в който нитрофуралът, нитрофурантоинът и фуразолидонът имат максимум на абсорбция при 227 nm.

Количественото определяне на нитрофурал, нитрофурантоин и фуразолидон може да се извърши чрез фотоколориметричен метод, основан на използването на цветни реакции с каустик в различни разтворители.

Производните на 5-нитрофуран се съхраняват съгласно списък Б на хладно място в добре затворен съд, защитен от светлина и влага.

Нитрофуралът се предписва външно за лечение и профилактика на гнойно-възпалителни процеси (под формата на 0,02% водни, 0,066% алкохолни разтвори и 0,2% мехлем) и вътре (по 0,1 g) за лечение на бактериална дизентерия. Нитрофурантоин се предписва перорално за лечение на инфекциозни заболявания на пикочните пътища (0,1-0,15 g всяка). Фуразолидон в същите дози е по-малко токсичен и по-активен. Присвояване на смесени инфекции. Фуразидин се използва перорално по 0,1-0,2 g и локално под формата на капки за очи 1:13000, за промиване на рани, изгаряния и др. Калиевият фуразидин се използва при тежки инфекциозни и възпалителни процеси. Въведете под формата на 1% разтвор интравенозно.

Производни на бензофуран

Бензофуранът е в основата на химичната структура на две лекарствени вещества, различни по фармакологично действие - амиодарон и гризеофулвин (Таблица 41.2).

Амиодарон е синтетичен антиангинозен и антиаритмичен агент. Гризеофулвин е антибиотик, произвеждан от различни видове гъбички, по-специално Penicillium nigricans griseofulvum. По време на биосинтезата се натрупва в мицела и ензимния разтвор, откъдето се извлича чрез екстракция с хлороформ. Екстрактът се изпарява, остатъкът се екстрахира с горещ бензен и се прекристализира от етанол. Проявява противогъбично действие.

В допълнение към бензофурановото ядро, молекулата на амиодарона съдържа фенилов радикал с два йодни атома и две алифатни вериги (Таблица 51.2). Основата на химическата структура на гризеофулвин е хетероцикличната гризанова система, която включва 2,3-дихидробензофуран и кондензиран с него циклохексан (в позиция 2):

51.2. Свойства на лекарствени вещества, получени от бензофуран

Амиодарон и гризеофулвин са бели или жълтеникави (кремообразни) кристални вещества. Амиодарон е много слабо разтворим във вода, умерено разтворим в етанол, свободно разтворим в метиленхлорид. Гризеофулвинът е практически неразтворим във вода и етер, слабо разтворим в етанол, ацетон, бутилацетат, свободно разтворим в диметилформамид.

За проверка на автентичността на амиодарон и гризеофулвин се използват IR спектроскопия, UV спектрофотометрия, както и методите TLC и HPLC. Сравнете IR спектрите на изпитваните вещества и стандартните проби, взети в дискове с калиев бромид в областта на 4000-400 cm -1 (амиодарон) или 3300-680 cm -1 (гризеофулвин). Те трябва да съвпадат точно. Със същите стандартни проби се сравняват UV абсорбционните спектри на гризеофулвин в областта от 230-300 nm. Неговите разтвори в етанол трябва да имат максимуми на абсорбция при 231 и 291 nm. Хроматограмите на тестовите и стандартните разтвори на амиодарон, получени върху плочи със силикагел F 254, не трябва да се различават по местоположението и интензитета на цвета на основното петно ​​(в UV светлина). Времената на задържане на амиодарон и неговия GSO също трябва да съвпадат при извършване на HPLC анализ.

Цветните реакции се използват за тестване на автентичността. Разтвор на гризеофулвин в концентрирана сярна киселина под действието на калиев дихромат придобива тъмночервен цвят. Ако поставите амиодарон в епруветка, добавете калиев дихромат и концентрирана сярна киселина, покрийте епруветката с филтърна хартия, навлажнена с разтвор на дифенилкарбазид в оцетна киселина, тогава хартията става лилаво-червена. Автентичността на гризеофулвин се установява и от синкаво-лилавото сияние на неговия 1% разтвор в ацетон, нанесен върху филтърна хартия, което се получава при облъчване с живачно-кварцова лампа. При нагряване до кипене алкохолен разтвор на гризеофулвин с 0,2 g натриев бисулфит и 2 ml разтвор на натриев хидроксид се появява лимоненожълт цвят. Същият разтвор, след добавяне на концентрирана солна киселина и магнезиев прах, придобива жълт цвят, превръщайки се в жълто-кафяв. Оцветеното съединение се екстрахира с амилов алкохол.

Амиодарон се тества за наличие на хлориден йон.

Използват се различни методи за тестване на чистотата на амиодарон. Наличието на йодидни примеси се определя чрез фотоколориметричен метод чрез интензитета на абсорбция на тестовите и стандартните разтвори при дължина на вълната 420 nm след излагане на разтвор на калиев йодат в кисела среда. Чрез TLC се определят примеси от структурно свързани съединения (не повече от 0,5%) и примес от (2-хлороетил)-диетиламин (не повече от 0,2%). Остатъчни разтворители: ацетон (не повече от 0,5%), метиленхлорид (не повече от 0,01%) се определят чрез GLC с плазмен йонизационен детектор.

Използвайки метода HPLC на хроматограф с UV детектор, наличието на специфични примеси в гризеофулвин с относителни времена на задържане 0,56-0,57; 0,87-0,88 и 1,09-1,10. Подвижната фаза се състои от вода, ацетонитрил и ледена оцетна киселина (49:45:1). Открит при дължина на вълната 291 nm. Общото съдържание на примеси не трябва да надвишава 2%. При тестване на чистотата на гризеофулвин на прах е необходим микроскопски контрол с помощта на окулярен микрометър, т.к. неговата активност нараства с увеличаване на степента на дисперсност и достига оптималната си стойност при размер на кристала не повече от 4 μm. Извършва се и изследване за микробиологична чистота.

Количественото определяне на амиодарон (според ND) се извършва по метода на неутрализация. Пробата се разтваря в смес от етанол и 0,01 М разтвор на солна киселина. Титрува се с помощта на потенциометър с 0,1 М разтвор на натриев хидроксид. Обемът титрант, използван за титруване, се задава на потенциометричната крива между две инфлексни точки.

Количественото определяне на амиодарон и гризеофулвин може да се извърши чрез HPLC. При определяне на гризеофулвин се използва подвижната фаза вода-ацетонитрил-тетрахидрофуран (60:35:5). Открит при дължина на вълната 254 nm, в сравнение със стандартен разтвор на гризеофулвин в метанол.

Можете да определите съдържанието на гризеофулвин спектрофотометрично (чрез MF) при дължина на вълната 291 nm, като използвате безводен етанол като разтворител. Изчисленията се извършват по стойността на специфичния индекс на абсорбция (686). Известен фотоколориметричен метод, базиран на използването на цветна реакция със стабилизирана диазониева сол на 4-амино-2',5'-диметоксибензанилид. Описан е луминесцентен метод за определяне на гризеофулвин.

Съхранявайте амиодарон и гризеофулвин съгласно списък Б на сухо и тъмно място при температура не по-висока от 25 ° C, в добре затворен контейнер. Амиодарон се използва перорално при хронична исхемия на сърцето с ангина пекторис и сърдечни аритмии под формата на таблетки от 0,2 g или интравенозно инжектиране на 5% разтвор. Гризеофулвин, който е фунгицидно средство, се прилага перорално в таблетки от 0,125 g или външно под формата на 2,5% линимент (суспензия) за лечение на пациенти с дерматомикоза, причинена от патогенни гъбички.

ГЛАВА 52

Хетероцикличните органични съединения са съединения, които включват цикли, съдържащи един или повече невъглеродни атоми (хетероатоми), например азотни, кислородни, серни атоми.

Класификация на хетероцикличните съединения.

Хетероцикличните съединения могат да бъдат класифицирани според броя на членовете и броя на хетероатомите в хетероцикъла. Като пример за такава класификация са представени хетероцикли с един хетероатом, с два или повече хетероатома.

По естеството на химичната връзка между атомите на цикъла се разграничават наситени, ненаситени и ароматни хетероциклични съединения.

Тричленни хетероцикли с един хетероатом:

етиленов оксид (оксиран, етиленов оксид)

етилен сулфид (тииран)

етиленимин (азиридин)

Петчленни хетероцикли с един хетероатом:

Шестчленни хетероцикли с един хетероатом:

тетрахидропиран

пиперидин

Петчленни хетероцикли с множество хетероатоми:

имидазол

1,3-тиазол

тиазолидин

1,3-оксазол

1,2,3-оксадиазол

1,3,4-тиадиазол

1,2,4-тиадиазол

12,3,4-тетразол

Шестчленни хетероцикли с няколко хетероатома:

пиридиазин

пиримидин

1,3,5-триазин

пиперазин

морфолин

Фигура 1. Представители на наситени, ненаситени и ароматни хетероциклени съединения

Петчленни хетероцикли с един хетероатом

Най-важните представители на петчленни хетероцикли с един хетероатом са фуран (I), тиофен (II) и пирол (III).

Тези съединения са сходни по структура и имат способността да се преобразуват едно в друго.

Пиролът, фуранът и тиофенът имат химични свойства, характерни за ароматните съединения и са силно реактивни (в сравнение с бензена). Те се характеризират с реакции на електрофилно заместване (например халогениране и ацилиране):

тетраоидпирол

4NaOH + 4NaI + 4H2O

2-ацетилфуран, както и реакцията на хидрогениране:

(CH 3 CO) 2O +

пиролин пиролидин

Пиролът се характеризира с леко изразени киселинни свойства:

пиролаткалий

Най-важните производни на фурана са фурфурол (IV) и пирозакена киселина (V):

фурфурол (IV)

янтарна киселина (V)

Производни на пирол са индол (VI) и аминокиселина пролин (VII):

пролин (VII)

Молекулата на индола съдържа пиролови и бензенови ядра. Производните на индола са багрила и стимулатори на растежа на растенията. Сред индоловите производни най-голямо практическо значение имат аминокиселините триптофан (VIII) и хетероауксин (IX):

триптофан (VIII)

хетероауксин (IX)

От петчленните хетероцикли с един хетероатом пиролът е най-често срещаният в природата. Пиролните ядра са част от хлорофила, в който азотните атоми на пиролните ядра са свързани с магнезия (фиг. 2). Подобна структура има небелтъчен компонент на хемоглобина - хем, в който азотните атоми на пиролните ядра са свързани с железния атом.

Фигура 2. Структура на хлорофил b

Шестчленнахетероцикли с един азотен атом

Най-важните шестчленни хетероцикли с един азотен атом I са пиридин (X), пиперидин (XI) и хинолин (XII):

пиридин (X)

пиперидин (XI)

хинолин (XII)

Пиридинът проявява основни свойства и е подобен по своята реактивност на нитробензена.

При каталитично хидрогениране на пиридин се получава пиперидин:

Фрагменти от пиридин и пиперидин са част от много съединения. Например пиридиновият фрагмент е част от алкалоидите кониин (XIII) и анабазин (XIV), а пиридиновият фрагмент се наблюдава в същия анабазин (XIV), никотинова киселина (XV) и никотин (XVI):

кониин (XIII)

анабазин (XIV)

никотинова киселина (XV)

никотин (XVI)

Хинолинът съдържа бензенови и пиридинови пръстени и наподобява пиридина по свойствата си. Хинолиновите производни включват оксин (XVII) и алкалоид хинин (XVIII):

оксин (XVII) хинин XVIII)

Шестчленнахетероцикли с два азотни атома и техните производни

В това ръководство разглеждаме пиримидин (XIX) и пурин (XX) от шестчленни хетероцикли с два хетероатома:

пиримидин (XIX)

И двата хетероцикла са безцветни кристални вещества. Пуринът, за разлика от пиримидина, е бицикличен хетероцикъл, в молекулата на който цикличните структури на пиримидин и имидазол са свързани заедно.

Сред пиримидиновите производни особено важни са урацилът, тиминът, цитозинът и барбитуровата киселина (фиг. 3), а сред пуриновите производни трябва да се отбележат аденин, гуанин, кофеин и пикочна киселина (фиг. 4).

Фигура 3. Пиримидинови производни - пиримидинови бази: цитозин урацил (U) и тимин (T) и барбитурова киселина

Фигура 4. Пуринови производни - пуринови бази: аденин (A), гуанин (G) и кофеин и пикочна киселина

Производните на пиримидин и пурин играят важна роля в живота на живите организми. И така, пиримидиновите и пуриновите бази: урацил, тимин, цитозин, аденин и гуанин са част от нуклеиновите киселини (ДНК и РНК). Производните на барбитуровата киселина - барбитуратите - се използват като хипнотици, пикочната киселина е крайният продукт от метаболизма на пуриновите съединения в организма, а кофеинът е ефективен стимулант на сърцето и централната нервна система.

Пиримидиновите бази (фиг. 3) имат слабо основни свойства, дължащи се на несподелени електронни двойки на азотни атоми. Пуриновите бази (фиг. 4) имат слабо алкални свойства, дължащи се на несподелени електронни двойки на азотните атоми на пиримидиновия пръстен и слабо киселинни свойства, дължащи се на NH групата на пиразоловия пръстен.

Цитозин, урацил, тимин (пиримидинови бази) и аденин, гуанин (пуринови бази) са част от нуклеиновите киселини. Тези основи могат да се свързват помежду си чрез водородни връзки на принципа на допълване една с друга и задължително пиримидин с пурин и обратно. Например тиминът образува водородни връзки с аденин, а цитозинът с гуанин:

аденин тимин гуанин цитозин

Такова явление на образуване на водородна връзка между строго определени двойки азотни бази (аденин - тимин; гуанин - цитозин) се нарича комплементарност, а самите бази се наричат ​​комплементарни бази. Комплементарността осигурява сдвояването на две вериги на ДНК, връзката на ензим със субстрат, антиген с антитяло. Образно казано, допълващите се структури си пасват "като ключ към ключалка".

хетероциклично съединение химически индол

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 природни 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.