Pagsusulit

Mga heterocyclic compound

Nilalaman

• 3. Istraktura ng mga heterocycle
• 5. Azoles
• 6. Pyrrole
• 7. Indole
• 8. Furan
• 9. Thiophene
• 11. Pyridine
• Panitikan

1. Background, pamamahagi at kahalagahan

Ang mga heterocycle ay tinatawag na mga organikong compound, ang ikot ng kung saan ay binuo hindi lamang mula sa mga atomo ng carbon, kundi pati na rin mula sa mga atomo ng iba pang mga elemento ng organogen (nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, atbp.). Ginagawang posible ng modernong kimika na ipasok ang isang atom ng halos anumang elemento ng Periodic Table sa cyclic skeleton ng isang molekula. Ang mga heterocycle ay maaaring puspos at unsaturated, kabilang sa mga huli ay may aromatic at antiaromatic.

Ang ilang saturated heterocyclic compound ay binanggit sa mga nakaraang kabanata - ito ay cyclic secondary amines (piperidine, morpholine), lactones at lactams - derivatives ng hydroxy at amino acids.

Ang kahalagahan ng mga heterocycle sa modernong kimika at biochemistry, molecular biology, at medisina ay maaaring tantiyahin kahit man lang mula sa katotohanan na humigit-kumulang 50% ng mga publikasyon sa mga siyentipikong journal na nakatuon sa mga larangang ito ng kaalaman ay kahit papaano ay nauugnay sa mga heterocycle.

Ang mga aromatikong heterocycle, lalo na ang mga naglalaman ng isa o higit pang nitrogen atoms, ay malawak na ipinamamahagi sa kalikasan at bahagi ng mga kumplikadong istrukturang kemikal na nakapaloob sa bawat buhay na selula. Kaya, ang mga derivatives ng heterocyclic system ng pyrimidine (uracil, thymine, cytosine) at imidazopyrimidine, na tinatawag na purine, (adenine, cytosine) ay bahagi ng DNA - ang genetic apparatus ng lahat ng nabubuhay na nilalang.

Ang mga heterocycle ay bahagi ng mga molekula ng mga a-amino acid na bumubuo ng mga macromolecule ng protina

Ang heterocyclic five-nuclear porphyrin system ay ang pangunahing node sa hemoglobin biomolecule, at ang kaugnay na heterocycle chlorin, na mayroong isang hydrogenated bond, ay ang batayan ng chlorophyll.

Madaling makita na ang dalawang sistemang ito ay may malaking pagkakatulad sa istruktura (kahit ang mga substituent ay magkatulad), na nagmumungkahi ng kanilang karaniwang pinagmulang ebolusyon.

Upang mababad ang bilang ng koordinasyon ng isang iron ion sa hemoglobin na katumbas ng anim (distorted octahedron), bilang karagdagan sa apat na porphyrin nitrogen atoms (tingnan ang formula ng heme), ang mga heterocyclic na fragment ng bahagi ng protina ng hemoglobin o isang molekula ng oxygen ay kumikilos bilang mga ligand. Ang parehong mga ligand ay matatagpuan sa magkabilang panig ng eroplano ng macrocycle.

Ang mga heterocycle ay bahagi ng mga molekula ng bitamina.

Ang macromolecule ng bitamina B 12 (cyanocobalamin) ay isang kobalt complex ng isang napaka-matatag na heterosystem - corrin. Ang biologically active heterocycle benzimidazole ay naroroon din sa komposisyon ng bitamina B 12 molecule.

Ang isang malaking bilang ng mga gamot ay mga derivatives ng heterocyclic compound. Kabilang dito, halimbawa, ang maraming antibiotic ng serye ng penicillin, paghahanda ng sulfonamide, pinalitan ang 5-nitrofurfural na may aktibidad na antiseptiko, analgesics, tranquilizer, antiviral na gamot, atbp.

Maraming heterocyclic compound ay malakas na lason, tulad ng nikotina at LSD. Sa isang maliit na halaga (aktibong dosis ng 50 micrograms), ang LSD ay ginagamit bilang isang psychotropic na gamot - isang malakas na hallucinogen ( gamitin hindi inirerekomenda !) .

Ang isang malaking bilang ng mga natural na kulay na heterocyclic compound ay kilala, na tumutukoy sa kulay ng mga bulaklak, prutas, insekto, atbp. Ang isang malaking bilang ng mga pang-industriyang mahalagang tina ay na-synthesize batay sa mga heterocycle. Ang mga halimbawa ng sintetikong tina ay indigo blue (ginamit, partikular, para sa pagtitina ng denim) at methylene blue (water-soluble dye), thioindigo red, complex insoluble violet pigments - phthalocyanines.

Sa mundo ng halaman, ang mga tina batay sa benzopyran derivatives ay napakakaraniwan: flavones, flavonols at anthocyanidins. Ang kulay ng mga compound na ito ay nag-iiba sa isang malawak na hanay - mula sa maputlang dilaw hanggang madilim na lila.

Ang mga flavones at flavonols ay nagbibigay ng iba't ibang kulay ng cream at dilaw sa mga bulaklak ng mga puno ng prutas; Ang mga anyo ng asin ng anthocyanidin ay tumutukoy sa kulay ng maliliwanag na bulaklak (rosas, liryo) at prutas (cherries, mansanas, strawberry).

2. Pag-uuri at katawagan

Ang mga heterocyclic compound ay inuri ayon sa laki ng singsing, uri ng mga heteroatom at kanilang bilang. Ang pinakakaraniwang mononuclear unsaturated heterocycles ay may mga maliit na pangalan na ginagamit bilang batayan para sa pagbibigay ng pangalan sa kanilang mga derivatives at fused heterosystems. Ang pangalan ng heterocycle na may pinakamalaking bilang ng maramihang mga bono ay kinuha bilang batayan; kadalasan ang gayong heterocycle ay mabango.

Marami sa ganap o bahagyang hydrogenated na heterocycle ay mayroon ding sariling mga maliit na pangalan.

Ang aromatic na anim na miyembro na heterocycle na naglalaman ng hindi bababa sa isang nitrogen atom ay pinagsama sa ilalim ng pangkalahatang pangalang "azines"; alinsunod sa bilang ng mga heteroatom, mono-, di-, three-, atbp ay nakikilala.

Ang limang miyembro na nitrogenous heterocycle na may higit sa isang heteroatom ay tinatawag na azoles. Kabilang dito ang mga sumusunod na uri ng koneksyon:

Ang pagbilang ng mga atomo sa core ng mga heterocycle ay isinasagawa mula sa heteroatom upang ang kabuuan ng mga heteroatom locants ay ang pinakamaliit; kung mayroong mga variant, ang mas lumang heteroatom ay dapat na may pinakamababang bilang. Mga panuntunan para sa pangunguna ng mga heteroatom: N > O > S, ang nitrogen atom ng uri ng "pyrrole" ay mas matanda kaysa sa uri ng "pyridine".

Ang huli ay tinutukoy ng uri ng mga bono na nabuo ng isang atom kasama ang mga kapitbahay nito: kung sa pangunahing istraktura ng hangganan ang isang heteroatom ay bumubuo lamang ng mga s-bond, kung gayon ito ay "pyrrole", kung dalawang s - at isang p-bond, kung gayon " pyridine".

Ang mga katulad na kinakailangan ay nalalapat sa mga atom ng iba pang mga elemento.

Ginagamit din ang mas lumang katawagan: ang mga atomo ay tinutukoy ng mga titik ng alpabetong Griyego, simula sa isa sa tabi ng heteroatom. Ang paraan ng pagnunumero na ito ay kadalasang ginagamit para sa isang hetero ring ng isang simetriko na istraktura na may isang heteroatom at sa pagkakaroon ng isang substituent sa singsing.

Ang isang molekulang heterocyclic ay maaaring binubuo ng dalawa o higit pang mga singsing, carbocyclic o heterocyclic. Ang mga polynuclear heterocycle ay tinatawag na mga sumusunod:

1. Ang pangalan ng mas matandang heterocycle ay kinuha bilang batayan, ang pangalan ng nakababata ay idinagdag bilang isang prefix na nagtatapos sa titik "o".

2. Panuntunan ng pangunguna: a) anumang heterocycle ay mas matanda sa benzene; b) mas maraming heteroatom, mas matanda ang heterocycle; c) na may parehong bilang ng mga heteroatom, ang mas malaking heterocycle ay ang pinakamatanda; d) kung ang mga heteroatom ay pareho, kung gayon ang cycle ay mas matanda, mas malapit sila (pyridazine ay mas matanda kaysa sa pyrimidine); e) na may parehong bilang ng mga heteroatom, ang seniority ay tinutukoy ng seniority ng mga heteroatom.

3. Ang posisyon ng bono kung saan ang mga singsing ay annulated ay ipinahiwatig sa mga square bracket sa pamamagitan ng isang gitling. Ang koneksyon ng senior cycle ay tinutukoy ng isang titik ng alpabetong Latin, ang koneksyon ng junior - sa pamamagitan ng mga bilang ng mga atom na pinaghihiwalay ng isang kuwit, na tumutugma sa pagnunumero sa nakahiwalay na nucleus. Ang pagkakasunud-sunod ng mga numero ay pinili sa paraang ang direksyon ng pagbibilang ng mga bono sa parehong nuclei ay pareho:

4. Ang pagnunumero ng mga atomo ng annelated heterocycle ay isinasagawa upang ang kabuuan ng mga bilang ng mga heteroatom ay ang pinakamaliit, at sa pagkakaroon ng mga variant, ang pinakamaliit na numero ay dapat na nabibilang sa mas lumang mga heteroatom.

Mga halimbawa :

3. Istraktura ng mga heterocycle

Mga heterocycle na may limang miyembro na may isang heteroatom

Ang mga heterocycle na may limang miyembro na may isang heteroatom at dalawang C-C double bond ay nakakatugon sa mga kinakailangan para sa aromaticity. Ang nuclei ng pyrrole, furan at thiophene ay isang planar ring na may conjugated system ng mga electron orbitals, na kinabibilangan ng 4n + 2 p-electrons, dalawa sa mga ito ay ibinibigay ng isang heteroatom.

Isaalang-alang natin ang delokalisasi ng mga p-electron sa pyrrole. Ang nitrogen atom ng uri ng "pyrrole" ay umiiral sa sp 2 hybrid state at pormal na bumubuo ng tatlong s bond: dalawa na may carbon, isa na may hydrogen o isang substituent. Ang mga s-bond ay nabuo ng mga hybrid na orbital, at ang nag-iisang pares ng elektron ay sumasakop sa isang hindi hybrid na p-orbital. Ginagawa nitong may kakayahang mag-conjugation sa C-C p_bonds, sa gayon ay bumubuo ng isang mabangong sextet. Ang elektronikong istraktura ng pyrrole ay maaaring kinakatawan ng mga anyo ng resonance, lima sa mga ito ang may pinakamalaking kontribusyon sa resonance hybrid.

Kaya, ang isang "pyrrole" na uri ng heteroatom ay palaging nagbibigay ng p-system na may dalawang electron.

Upang maunawaan ang aromaticity ng pyrrole, maaari itong ihambing sa isoelectronic cyclopentadiene anion.

Madaling makita na ang lahat ng limang C-atom ng cyclopentadine-nide ion ay katumbas: ang nag-iisang pares ng elektron, tulad ng sa pyrrole, ay nasa p-orbital at delokalisado.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng pyrrole at ng cyclopentadienyl anion ay hindi lahat ng hangganan na istruktura ng pyrrole ay may parehong kontribusyon sa resonant hybrid. Ang kanilang kamag-anak na kontribusyon ay maaaring tantyahin tulad ng sumusunod: 1>3, 5>2, 4.

Ang elektronikong istraktura ng furan at thiophene ay qualitatively na katulad ng istraktura ng pyrrole, ngunit sa halip na ang N-H s-bond, mayroong pangalawang nag-iisang pares ng mga electron ng heteroatom dito. Ang pares ng mga electron na ito ay hindi pumapasok sa conjugation sa p-system, dahil ang axis ng orbital nito ay namamalagi sa eroplano ng singsing, i.e. patayo sa mga axes ng p-orbitals ng mga carbon atoms.

Ang mga umiiral na makabuluhang pagkakaiba sa pamamahagi ng densidad ng elektron sa mga molekula ng tatlong heterocycle na ito ay maaaring mabilang sa batayan ng eksperimentong data. Sa pagpasa mula pyrrole hanggang furan, humihina ang donor mesomeric effect ng heteroatom, habang tumataas ang inductive acceptor effect, na nagreresulta sa pagbabago sa direksyon ng dipole moment.

Samakatuwid, ang furan ay hindi gaanong p-labis kaysa pyrrole at hindi gaanong mabango at hindi gaanong matatag. Ang Thiophene ay mas matatag kaysa sa furan at pyrrole, at kahawig ng kemikal ang benzene. Kapansin-pansin, ang anggulo ng bono ng C-S-C sa molekula ng thiophene ay malapit sa 90°, na hindi katangian ng sp 2 hybrid na atom sa limang-membered na singsing (sa isang regular na pentagon, ang anggulo ay 108°).

Ang mga tampok na ito ng thiophene ay humantong sa paglitaw ng dalawang alternatibong pagpapalagay tungkol sa hybridization ng sulfur atom. Ayon sa una sa kanila, ang sulfur atom ay halos hindi hybridized, s- at p-bond ay nabuo sa pamamagitan ng purong p-orbitals. Ayon sa isang alternatibong bersyon, ang mga d-orbital ng sulfur ay nakikibahagi sa pagbuo ng mga C-S bond, na maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng karagdagang mga istruktura ng resonance:

Sa katunayan, ang tanong ng totoong elektronikong istraktura ng thiophene at ang hybridization ng sulfur atom sa molekula nito ay nananatiling debatable.

Ang mga haba ng bono sa pyrrole, furan, at thiophene molecule ay

Ang mga sistema tulad ng pyrrole, furan, at thiophene, kung saan ang bilang ng mga mabangong electron ay lumampas sa bilang ng mga atomo sa singsing, at, sa pangkalahatan, ang iba pang mga heterocycle na may mga heteroatom na "pyrrole" na uri lamang, ay p-sobra. Sa kabila ng katotohanan na ang p-excess ng mga heterocycle na ito ay mas mababa kaysa sa p-excess ng cyclopentadienyl anion, gayunpaman, tinutukoy nito ang mga pangunahing aspeto ng kanilang reaktibiti.

Ang isang mahalagang kadahilanan na nagpapakilala sa pag-uugali ng kemikal ng limang miyembro na heterocycle ay ang kanilang mas mababang aromaticity kumpara sa benzene. Para sa isang paghahambing na pagtatasa ng aromaticity ng mga compound na ito na may paggalang sa benzene, ang mga katangian na nakuha bilang resulta ng quantum mechanical kalkulasyon ay ginagamit: relative aromaticity, empirical resonance energy. Sa iba't ibang mga mapagkukunan, maaari kang makahanap ng iba't ibang mga halaga ng mga parameter na ito, ngunit sa sandaling ito ay tinatanggap ang mga sumusunod:

Batay sa ideya ng p-excess ng pyrrole at ang mga elektronikong analogue nito, lohikal na ipagpalagay na ang mga compound na ito ay lalo na madaling makilahok sa mga reaksyon sa mga electrophile. Ito ang naoobserbahan sa realidad. Ang mga katangian ng isang tambalan na naglalaman ng isang pyrrole heteroatom sa singsing ay maihahambing sa mga katangian ng aniline, sa molekula kung saan pinapagana din ng grupong amino ang aromatic nucleus.

4. Anim na miyembro heterocycles - azines at ang kanilang mga analogues

Ang Pyridine ay isang elektronikong analogue ng benzene kung saan ang isang CH group (ang methine group) ay pinalitan ng nitrogen atom. Hindi tulad ng pyrrole, ang nitrogen atom sa isang neutral na molekulang pyridine ay bumubuo ng dalawang s- at isang p-bond, i.e. nag-aambag ng isang electron sa aromatic sextet. Ang nag-iisang pares ng mga electron ng nitrogen atom ay hindi maaaring pumasok sa conjugation, dahil ang axis ng orbital nito ay naka-orient sa espasyo na patayo sa mga axes ng orbital ng mga p-electron ng carbon atoms. Ang ganitong uri ng atom ay tinatawag na "pyridine". Ang pagiging nasa komposisyon ng singsing, ang nitrogen atom ng uri ng pyridine ay hindi maaaring maging isang donor; ito ay isang acceptor ng mga p-electron, dahil ang nitrogen ay mas electronegative kaysa sa carbon. Ito ay inilalarawan ng mga canonical na istruktura ng pyridine:

Ang inductive at mesomeric na epekto ng nitrogen atom sa pyridine ay kumikilos sa parehong direksyon (-I - at - M), na inililipat ang electron density patungo sa nitrogen atom. Ito ang dahilan kung bakit ang isang bahagyang positibong singil ay naiimpluwensyahan sa mga atomo ng carbon at ang density ng elektron sa nucleus ay binabaan. Samakatuwid, ang pyridine ay inuri bilang p_deficient aromatic heterocycle. Ang pinakamalaking positibong singil ay puro sa a - at g-posisyon. Dito makikita ang isang pagkakatulad sa elektronikong istraktura ng nitrobenzene, na may bahagyang positibong singil ortho- at pares-mga probisyon.

Ang oxygen at sulfur atoms ay maaari ding nasa uri ng "pyridine". Ang pagkakaroon ng naturang atom sa singsing ay tumutukoy sa pagkakaroon ng cationic isoelectronic analogues ng benzene - pyrylium at thiopyrylium salts. Ang mga positibong sisingilin na oxygen at sulfur atoms, pati na rin ang pyridine nitrogen atom, ay nag-aambag ng isang electron sa p-system ng hetero ring at may hindi nakabahaging mga pares ng electron na hindi nakikilahok sa conjugation sa p-electron system ng ring. Dahil sa ang katunayan na ang mga katangian ng electroacceptor ng isang atom na may kabuuang positibong singil ay mas malaki kaysa sa isang neutral, ang mga pyrylium at thiopyrylium salt ay higit na kulang sa p kaysa sa electrically neutral na pyridine.

Ang mga heterocycle na may anim na miyembro na may ilang heteroatom ay mas p_deficient din kaysa pyridine. Ito ay lalo na kapansin-pansin kapag ang nitrogen atoms ay matatagpuan sa b-posisyon sa bawat isa, halimbawa, sa pyrimidine at simm-triazine. Ang dahilan ay na sa mga kasong ito, ang bawat heteroatom, nang nakapag-iisa sa isa, ay nag-uudyok ng positibong singil sa parehong mga carbon atom, tulad ng sa kaso ng isang coordinated na oryentasyon, halimbawa, sa meta _dinitrobenzene.

limang miyembro na heterocyclic organic compound

Mula sa nabanggit, malinaw na ang pyridine, di- at ​​triazines, at lalo na ang mga pyrylium salts, ay dapat na madaling tumugon sa mga nucleophilic reagents at maging passive na may kinalaman sa mga electrophile.

5. Azoles

Sa mga molekula ng diazol (pyrazole at imidazole) mayroong mga heteroatom ng parehong uri ng "pyrrole" at "pyridine", at samakatuwid ay mga compound ng ganitong uri, sa loob ng konsepto ng p-labis na (pyrrole) at p-deficient (pyridine) heterocycles, ay tinatawag na p-amphoteric . Kabilang sa mga istruktura ng hangganan ng polar na naglalarawan sa estado ng mga molekula ng imidazole at pyrazole, may mga istrukturang may parehong positibo at negatibong singil sa mga atomo ng carbon.

Sa katunayan, ang kemikal na pag-uugali ng azole ay naglalarawan ng kanilang amphotericity - sila ay may kakayahang tumugon sa parehong mga electrophile at nucleophile.

6. Pyrrole

Basicity

Ang nag-iisang pares ng mga electron ng pyrrole nitrogen ay higit na kasangkot sa cyclic p-conjugation, ito ay hindi naa-access at samakatuwid ang pyrrole ay nagpapakita ng napakababang basicity (pK a ng conjugate acid = - 3.8). Ipinapakita ng mga kalkulasyon na kabilang sa mga posibleng pyrrolium cation, ang resonance-stabilized na cation ay pinaka-kanais-nais sa thermodynamically. ako- ang resulta ng protonation ng carbon atom sa isang_posisyon. N-cation III hindi bababa sa matatag, dahil una, ang singil dito ay puro sa isang atom, at, pangalawa, ang aromatic conjugation system ay nasira: ito ay talagang isang diene. Cation II sumasakop sa isang intermediate na posisyon.

Gayunpaman, sa isang acidic na kapaligiran, ang protonation ng lahat ng mga atomo ng nucleus ay posible. Mga kristal na asing-gamot na naaayon sa mga kasyon ng uri ako, ay maaaring ihiwalay sa pamamagitan ng pagpasa ng tuyong HCl sa pamamagitan ng mga solusyon ng polyalkylpyrroles sa inert solvents. Katibayan ng pagbuo ng kation III ay ang madaling pagpapalitan ng deuterium ng isang proton sa pyrrole nitrogen atom sa isang acidic na medium. Bagama't ang cation III hindi bababa sa matatag, ito ay nabuo at nawasak nang mas mabilis kaysa sa mga cation ako at II, kaya ang NH proton ng pyrrole ay deuterates nang mas mabilis kaysa sa mga CH proton. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na kinetic basicity. Ang kinetic basicity ng nitrogen ay palaging mas mataas kaysa sa carbon. C-cation II ay responsable para sa polymerization ng pyrrole sa isang acidic na kapaligiran, kapag ang isang polimer ng variable na istraktura "pyrrole-red" ay nabuo. Ang mekanismo ng mga unang yugto ng reaksyong ito ay nakumpirma ng istraktura ng nakahiwalay na trimer.

Ang pagkahilig ng mga pyrrole na mag-polymerize sa ilalim ng pagkilos ng mga acid ay nagpapataw ng malubhang paghihigpit sa paglahok ng mga pyrrole sa mga reaksyon sa mga electrophile, dahil ang mga pagbabagong ito ay madalas na nagaganap sa isang acidic na kapaligiran.

Mga reaksyon sa nitrogen atom

Ang kaasiman ng pyrrole (pK a 17.0) ay malapit sa kaasiman ng ethanol (pK a 15.9) at ang mga malalakas na base ay nakakapag-convert nito sa pyrril ion, na isang mataas na p_excess na heteroanalogue ng cyclopentadienyl. Ang sodium at potassium salts ng pyrrole na nakuha sa pamamagitan ng pagkilos ng metal o alkali metal amides ay madaling nakikipag-ugnayan sa mga electrophile - ang mga ito ay alkylated at acylated sa nitrogen atom, habang ang pinaghalong N-pyrrylmagnesium halides (ang N-Mg bond ay mas kaunting ionic kaysa sa N- Na) tumutugon pangunahin sa a-posisyon ng nucleus .

Ang kinetic product ng acylation, N-acylpyrrole, sa kawalan ng catalyst, ay muling nag-aayos sa pag-init sa isang mas matatag na thermodynamic na produkto, 2-acetylpyrrole.

Mga reaksyon sa carbon atoms

Sa isang neutral at acidic na kapaligiran, ang mga pyrrole ay halos hindi kailanman tumutugon sa mga electrophile sa nitrogen atom. Ang electrophilic attack ay pangunahing nakadirekta sa a_posisyon ng nucleus. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang uri I s-complexes na nabuo sa kasong ito, tulad ng sa kaso ng protonation, ay ang pinaka-matatag sa lahat ng posibleng mga.

Nitrasyon

Ang pinaghalong nitrating ay nagdudulot ng mabilis na pagkabulok ng pyrrole, samakatuwid, ang mga espesyal na reagents ay ginagamit para sa nitrasyon: acetyl nitrate, na inihanda nang maaga mula sa 70% HNO 3 at acetic anhydride, o crystalline nitronium tetrafluoroborate sa mga non-aqueous solvents. Sa pangalawang kaso (mas malambot na reagent), ang mga ani ay mas mataas. Ang ratio ng a- at b-isomer ay humigit-kumulang 4:1.

Sulfonation

Ang sulfonation ng pyrrole dahil sa acidophobic na kalikasan nito na may oleum ay imposible; gayunpaman, ang pyrrole-2-sulfonic acid ay nabuo sa magandang ani gamit ang SO 3 complex na may pyridine, na tinatawag na pyridine sulfonic trioxide.

Acylation

Ang acylation ng pyrroles sa carbon atoms, hindi katulad ng benzene, ay hindi nangangailangan ng paggamit ng mga catalyst na karaniwang ginagamit sa reaksyon ng Friedel-Crafts. Ang Pyrrole ay napakaaktibo na ito ay tumutugon sa acetic anhydride kapag pinainit, at parehong 2-acyl- at 2,5-diacylpyrroles ay madaling makuha.

Ang alkylation ng pyrrole ayon sa Friedel-Crafts ay bihirang ginagamit para sa sintetikong layunin, dahil sa kasong ito, ang mga polyalkyl derivatives ay mabilis na nabuo.

Halogenation

Ang pakikipag-ugnayan ng mga pyrrole na may mga molekular na halogen ay humahantong, bilang isang panuntunan, sa pagpapalit ng lahat ng mga atomo ng hydrogen sa mga libreng C-atom, sa parehong oras, ang sulfuryl chloride, sa paglamig, monochlorinates ang pyrrole sa isang posisyon.

Ang mga monohalopyrrole, hindi tulad ng mga polysubstituted compound, ay hindi matatag. Ang halogenation ng pyrroles ay nagpapatuloy nang aktibo na madalas itong sinamahan ng pag-aalis ng mga substituent, halimbawa, ang carboxyl group. Sa turn, ang halogen atom, kadalasang yodo, ay madaling maalis sa panahon ng hydrogenation. Ginagawa nitong posible na makakuha ng hindi napalitan na posisyon sa nucleus sa kaso kapag ang isang pinalit na pyrrole ay naging mas madaling ma-access bilang panimulang tambalan, halimbawa:

Mga reaksyon ng pyrrole na may mahinang electrophile

Ang Pyrrole, na may mataas na nucleophilicity, ay madaling tumutugon sa mga mahinang electrophile na ang benzene ay hindi tumutugon kahit na sa ilalim ng malupit na mga kondisyon. Halimbawa, ang pyrrole ay mas madali kaysa sa kahit na mga phenol na pumasok sa reaksyon ng carboxylation ng Kolbe - sapat na ang pagpainit na may ammonium carbonate.

Ang Pyrrole, tulad ng phenol, ay nabuo sa ilalim ng mga kondisyon ng reaksyon ng Reimer-Tiemann, kapag ang dichlorocarbene ay nagsisilbing aktibong reagent. Gayunpaman, ang pakikipag-ugnayan na ito ay kumplikado sa pamamagitan ng isang parallel na proseso - ang singsing ay pinalawak bilang isang resulta ng pagpapakilala ng dichlorocarbene sa isa sa mga p-bond ng pyrrole core, na humahantong sa 3-chloropyridine. Ang paliwanag para dito ay ang isang cyclopropane derivative ay nabuo sa gitna at nagpapatatag sa dalawang alternatibong paraan. Ang ratio ng mga produkto ay nakasalalay sa mga kondisyon ng reaksyon.

Sa isang bahagyang acidic na daluyan, ang pyrrole ay medyo matatag, na nagpapahintulot na ito ay maipasok, halimbawa, sa isang azo coupling reaction, na muling nagpapatunay sa mataas na p_excess nito. Kung ang pyrrole ay ipinakilala sa pakikipag-ugnayan sa isang diazonium salt sa isang mahinang alkaline na medium (nagre-react ang pyrryl ion), pagkatapos ay 2,5- bis(phenylazo)pyrrole.

Ang Pyrrole ay may kakayahang magkondensasyon ng mga carbonyl compound sa a-posisyon nito, na ang resulta ng reaksyon ay depende sa likas na katangian ng aldehyde o ketone. Kung ang reaksyon na may formaldehyde at aliphatic aldehydes sa isang acid medium ay nagbibigay ng higit sa lahat polymers, pagkatapos ay kapag condensed na may acetone, ang pangunahing produkto ay methylated porphyrinogen. Ang mutual repulsion sa espasyo ng mga methyl group ay nag-aambag sa planarization ng intermediate - trimer, samakatuwid, sa kurso ng susunod na yugto, ang isang cyclic tetramer ay nabuo nang mas madali kaysa sa isang linear.

Kapag ang mga pyrrole ay nakikipag-ugnayan sa mga aromatic aldehydes, ang mga porphyrinogens ay nabuo ayon sa isang katulad na mekanismo, na, gayunpaman, ay kusang na-oxidized ng atmospheric oxygen sa mga aromatic compound. meso-tetraarylporphyrins.

Sa kaso ng condensation ng pyrrole na may pares-dimethylaminobenzaldehyde sa isang bahagyang acidic medium, ang pangunahing produkto ng paghalay, ang red-violet arylidenepyrrolenium cation, ay maaaring ihiwalay (kulay Ehrlich reaksyon).

Upang makakuha ng unsubstituted porphyrinogen at porphyrin, ipinapayong i-convert muna ang pyrrole sa isang libreng Mannich base, at pagkatapos ay magsagawa ng condensation. Porphyrinogen sa ilalim ng impluwensya ng karamihan sa mga ahente ng oxidizing, halimbawa, kapag pinainit sa chloroform na may chloranil, ay na-convert sa unsubstituted porphyrin - porphin.

7. Indole

Ang Indole ay isang condensed binuclear system na binubuo ng isang pyrrole nucleus at benzene. Ang sistematikong pangalan para sa indole ay benzo[ b] pyrrole. Ang mga kemikal na katangian ng pyrrole at indole ay halos magkapareho, ngunit may mga pagkakaiba.

Tulad ng pyrrole, ang indole ay may NH-acidity (pK a " 17), ang N-anion nito, na nabuo sa pamamagitan ng malalakas na base (EtONa, t-BuOK, atbp.), ay nagpapakita ng aktibidad na katulad ng pyrril ion: ang sodium at potassium salts ay alkylated at acylated sa nitrogen, habang ang pinaghalong magnesium halide N-derivatives ay nasa C atom (3), ibig sabihin, sa b-posisyon, ngunit hindi sa a-carbon atom, gaya ng nangyayari sa pyrrole.

Ang huling pangyayari ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa anion, tulad ng sa neutral na indole molecule, ang negatibong singil ay puro sa mas malaking lawak sa carbon atom sa posisyon 3 kaysa sa C (2) atom. Ito ay madaling makita sa hanay ng mga istruktura ng resonance na naglalarawan sa indole N-anion:

Malinaw na ang paglipat ng singil sa atom 2 ay hindi kanais-nais (istraktura IV), dahil ito ay nakakagambala sa aromaticity ng singsing ng benzene, habang ang mga istruktura I at II ay naglalaman ng isang mabangong singsing na benzene.

Ang pagkakaroon ng mga electron-withdraw substituents sa posisyon 3 ay lubos na nagpapataas ng acidity, at ang alkylation ay maaaring isagawa sa pagkakaroon ng mas mahihinang base.

Ang Indole ay lubos na aktibo sa mga reaksyon sa iba't ibang mga electrophile, at ang pagpapalit ay nakatuon din sa posisyon 3, ngunit hindi sa a-carbon atom, tulad ng kaso sa pyrrole. Ang mga istruktura ng resonance para sa indole s-complexes na kinasasangkutan ng a- at b-carbon atoms ay humahantong sa parehong mga konklusyon tulad ng nasa itaas na scheme para sa N-anion: ang s-complex na nagreresulta mula sa pagdaragdag ng isang electrophile sa atom 3 ay mas paborable.

Nitrasyon

Ang mga indol na walang mga substituent sa mga posisyon 2 at 3, katulad ng pyrrole, ay nag-polymerize sa ilalim ng pagkilos ng mga malakas na acid, samakatuwid, ang nitration ng naturang mga compound ay isinasagawa na may mahinang nitrating reagents - ethyl nitrate sa pagkakaroon ng sodium methoxide (indole anion reacts) o benzoyl nitrate sa isang neutral na daluyan

Ang 2-Methylindole ay mas matatag sa isang acidic na kapaligiran kaysa sa indole, kaya matagumpay itong na-nitrate sa ilalim ng malubhang mga kondisyon sa pamamagitan ng pagkilos ng nitric acid. Hanggang sa tatlong pangkat ng nitro ay maaaring ipasok sa isang molekula, ngunit ang mga acyl nitrates ay dapat gamitin upang mag-synthesize ng isang purong mononitro derivative.

Ang reaksyon ng 2-methylindole kasama ang nitrating mixture ay nagpapatuloy sa isang kawili-wiling paraan: dahil sa ang katunayan na ang tambalan ay ganap na protonated, ang reaksyon sa heterocyclic nucleus ay hindi nagpapatuloy, at ang intermediate covalent adduct na may sulfuric acid ay tumutugon sa posisyon 5 ng benzene nucleus na pinagsama sa nitrogen atom.

Sulfonation

Ang sulfonation ng indole, tulad ng pyrrole, ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagkilos ng non-acidic reagent pyridine sulfotrioxide. Kung mayroong isang substituent sa posisyon 3, halimbawa, isang methyl group, kung gayon ang reaksyon ay nakatuon sa posisyon 2.

Halogenation

Ang halogenation ng mga indoles ay nagpapatuloy nang napakadali sa posisyon 3, gayunpaman, ang mga nagresultang halogenindoles ay hindi lumalaban sa mga acid, samakatuwid, para sa matagumpay na halogenation, ang mga reagents ay ginagamit sa kurso ng reaksyon kung saan ang HHal ay hindi inilabas kung maaari: N-bromosuccinimide ( NBS), SO 2 Cl 2, KI 3, pyridinium perbromide.

Kung mayroong isang substituent sa C-atom sa posisyon 3, sa simula ay isang cationic adduct na may halogen ang nabuo sa atom na ito, na pagkatapos ay binago bilang isang resulta ng isang nucleophilic attack ng isang solvent, na humahantong sa 2-hydroxyindoles o kanilang mga derivatives.

Bilang karagdagan sa mga pagbabagong nakalista sa itaas, ang mga indoles ay may kakayahang sumailalim sa electrophilic acylation, Vilsmeier formylation, azo coupling, at condensation na may mga carbonyl compound. Ang lahat ng mga reaksyon ay nagpapatuloy sa ilalim ng banayad na mga kondisyon at nakatuon sa posisyon 3.

Ang substituent group sa posisyon 3, bilang panuntunan, ay hindi pumipigil sa electrophilic attack sa posisyon na ito at ang pagbabago ay nakumpleto sa pamamagitan ng pagpapalit ng pangkat na ito ng mga electrophile ( ipso- pagpapalit).

Ang pagbubukod ay diazonium salts, na hindi pumapasok sa reaksyong ito.

8. Furan

Sa tatlong itinuturing na limang-member na heterocycle, ang furan ang hindi gaanong mabango, at ang diene na katangian nito ay kapansin-pansing makikita sa maraming reaksyon.

Ang mga electrophilic aromatic substitution reactions para sa furan ay kilala, ngunit nangangailangan sila ng mga espesyal na reagents, dahil sa ilalim ng pagkilos ng mga protic acid, ang singsing ng furan ay nawasak nang mas madali kaysa sa pyrrole at higit pa sa indole.

At sa mga pangkalahatang tuntunin, ang furan sa mga reaksyong ito ay makabuluhang katulad ng pyrrole - ito ay napaka-aktibo at tumutugon pangunahin sa mga a-posisyon.

Sulfonation

Ang sulfonation ng furan, tulad ng pyrrole, ay maaaring isagawa gamit ang pyridine sulfonyl trioxide sa isang organikong solvent. Ang reaksyon ay gumagawa ng isang maliit na admixture ng furan-2,5-disulfonic acid.

Ang paghihiwalay ng furan-2-sulfonic acid ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagsira sa nagresultang pyridinium 2-furylsulfonate na may barium carbonate, at isang hindi matutunaw na barium salt ay nakuha.

Nitrasyon

Tulad ng pyrrole, ang furan ay hindi maaaring malantad sa isang nitrating mixture, ngunit ang acetyl nitrate sa pyridine ay maaaring gamitin. Ang reaksyon ay nagpapatuloy nang mas mabagal kaysa sa kaso ng pyrrole, at isang covalent na produkto ng pagdaragdag ng reagent sa mga posisyon 2 at 5 ay intermediate na nabuo.

Ang mga furan na may mga electron-withdrawing substituents ay hindi gaanong acidophobic, kaya ang mga ito ay nitrayd at sulfonated na may mga karaniwang reagents.

Halogenation

Ang pakikipag-ugnayan ng furan sa mga halogens (bromine at, lalo na, chlorine) ay nagpapatuloy nang marahas at humahantong sa pagbuo ng mga polyhalogen derivatives. Ang mga monohalofuran ay maaari lamang makuha sa ilalim ng banayad na mga kondisyon, halimbawa, sa pamamagitan ng pagkilos ng dioxane dibromide. Mayroong mga hindi pagkakasundo tungkol sa mekanismo ng mga reaksyon ng halogenation ng furan: posible na magpatuloy sila bilang pagdaragdag ng isang molekula ng halogen sa mga posisyon 2 at 5 at ang kasunod na pag-aalis ng isang molekula ng hydrogen halide.

Ang pagkilos ng bromine sa furan sa isang methanolic solution, na nagreresulta sa pagbuo ng 2,5-dimethoxy-2,5-dihydrofuran, ay itinuturing na kumpirmasyon ng mekanismo ng pagdaragdag-pag-aalis.

Ang intermediate formation ng addducts ay pinatunayan din ng halimbawa ng bromination reaction ng 2,5-dibromofuran.

Formylation

Ang pagbubuo ng furan ayon kay Vilsmeier ay nagpapatuloy nang maayos tulad ng sa kaso ng pyrrole, habang ang acylation ay nangangailangan ng obligadong pagdaragdag ng isang Friedel-Crafts catalyst.

Reaksyon ni Diels-Alder

May mga pagbabagong-anyo kung saan ipinakikita ang diene na katangian ng furan. Ang pinaka-katangiang pagbabago ay ang reaksyon ng diene synthesis (Diels-Alder). Ang Furan mismo at marami sa mga derivatives nito ay madaling tumugon sa maleic anhydride, dehydrobenzene, at iba pang mga dienophile.

9. Thiophene

Kabilang sa mga heterocycle na isinasaalang-alang, ang thiophene ay ang pinaka-mabango at sa maraming paraan ay kahawig ng benzene sa mga katangian nito. Kasama ng mga derivatives ng Thiophene ang mga benzene derivatives sa mga produktong coal tar at halos kapareho sa kanila, kadalasan ay may katulad na amoy.

Ang Thiophene ay higit na lumalaban sa mga acid kaysa sa pyrrole at furan, kaya maaari itong maipasok sa iba't ibang mga reaksyon ng pagpapalit ng electrophilic. na nakatuon sa a-posisyon.

Kapag pinainit na may 100% H 3 PO 4 thiophene trimerizes, ang reaksyon ay nagsisimula sa pagbuo ng a-protonated cation, na inaatake ng neutral na thiophene molecule.

Sulfonation

Ang Thiophene ay tumutugon sa mga electrophile sa pamamagitan ng karaniwang aromatic electrophilic substitution mechanism. Maaari itong sulfonated na may sulfuric acid sa temperatura ng silid, na ginagamit upang ihiwalay ang thiophene mula sa coal benzene sa industriya.

Nitrasyon

Para sa mononitration ng thiophene sa a-position, pinakamahusay na gumamit ng nitronium boron fluoride: ang acetyl nitrate ay nagbibigay ng hanggang 20% ​​na impurities ng 3-nitrothiophene, habang ang nitric acid ay masyadong marahas na tumutugon, kung minsan ay may pagsabog. Matapos ang paglitaw ng isang pangkat ng nitro sa nucleus, ang aktibidad ay bumababa nang husto na ang karagdagang nitration ay nangangailangan ng paggamit ng fuming HNO 3 .

Halogenation

Ang Thiophene ay madaling brominated at iodinated (hindi tulad ng furan) sa a-posisyon. Ang pagkilos ng chlorine ay nagreresulta sa isang halo ng mga produkto.

Acylation

Ang Thiophene ay acylated ayon sa Friedel-Crafts lamang sa pagkakaroon ng mga Lewis acid, at ang reaksyon ay sinamahan ng bahagyang resinification dahil sa self-condensation ng mga resultang ketones.

Ang reaksyon ng Vilsmeier ay nagpapatuloy sa magandang ani ngunit sa mataas na temperatura. Ang intermediate iminium salt ay maaaring ihiwalay.

Kondensasyon na may mga carbonyl compound

Tulad ng pyrrole at furan, ang thiophene ay aktibong namumuo sa mga carbonyl compound, ngunit ang reaksyon ay bihirang matigil sa yugto ng pangunahing carbinol, di-, tri- at ​​polymers ay madalas na nakuha.

Hindi tulad ng furan, na nabubulok sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang thiophene ay maaaring ma-convert sa bis-chloromethyl derivative sa pamamagitan ng pagkilos ng isang malaking labis na formalin at HCl.

Ang kulay na "indophenin reaction" ng thiophene na may isatin sa pagkakaroon ng sulfuric acid, mahalaga mula sa isang makasaysayang punto ng view, ay nararapat pansin.

Ang matinding asul na indophenin ang dahilan ng pagkatuklas ng thiophene. Hanggang 1882, pinaniniwalaan na ang reaksyon ng indophenin ay katangian ng aromatic hydrocarbons, dahil ang coal benzene na ginamit noong panahong iyon ay laging naglalaman ng admixture ng thiophene. Gayunpaman, sa sandaling nabigo ang magandang karanasang ito sa isang panayam ni V. Meyer, dahil sa oras na iyon gumamit siya ng synthetic, hindi karbon, benzene. Ito ay naging malinaw na ang reaksyon ng kulay ay nagbigay ng karumihan, na sa kalaunan ay nahiwalay at nakilala bilang isang bagong tambalan - thiophene.

Extension ng loop

Para sa mga pinalit na thiophenes, kilala ang isang reaksyon ng pagpapalawak ng singsing, na hindi katangian ng pyrrole at furan; hindi alam ang mekanismo ng pagbabagong ito. Kapansin-pansin, bilang isang resulta, ang isang medyo bihirang kababalaghan ay sinusunod - ang pagbabago ng isang aromatic compound sa isang antiaromatic one.

Mga reaksyon sa sulfur atom

Ang Thiophene ay pumapasok sa mga kakaibang reaksyon sa sulfur atom: alkylation at oxidation na may peracids.

Habang ang mga S-alkylthiophene salts ay stable at, base sa kanilang spectral at chemical properties, ang mga aromatic compound, S,S-thiophene dioxides ay hindi mabango at maaari lamang makuha para sa a,a-disubstituted substrates. Ang mga compound na ito ay tumutugon sa mga dienophile.

10. Interconversion ng limang miyembrong heterocycle

Sa ilalim ng malupit na mga kondisyon, ang pyrrole, furan at thiophene ay may kakayahang magbukas ng singsing sa ilalim ng pagkilos ng mga nucleophile, samakatuwid, sa pagkakaroon ng isang angkop na reagent, nagagawa nilang magbago sa bawat isa, na maaaring pagsamahin sa scheme:

Ang reaksyon na ito ay pinangalanan pagkatapos ng Yuriev, nagpapatuloy ito sa 350 ° C sa pagkakaroon ng Al 2 O 3 catalyst.

11. Pyridine

Mga pagbabago sa pamamagitan ng nitrogen atom

Ang Pyridine ay isang medium strength base na may pK a = 5.2 na sinusukat sa tubig (ang basicity ng aliphatic amines ay mula pK a 9-11). Ang pyridine ay bumubuo ng mga mala-kristal na asing-gamot na may karamihan sa mga protonic acid at kadalasang ginagamit bilang isang pangunahing katalista o solvent upang makatulong na magbigkis ng mga acid na inilabas sa panahon ng isang partikular na kemikal na reaksyon.

Bilang isang nucleophile, ang pyridine ay tumutugon sa mga alkyl halides at iba pang mga alkylating reagents sa pamamagitan ng mekanismo ng S N 2 o S N 1, depende sa likas na katangian ng substrate.

Ang N_alkylpyridinium salts ay mga aromatic compound, dahil ang nag-iisang pares ng elektron na ginamit upang bumuo ng isang bagong bono ay hindi nakikilahok sa aromatic conjugation. Ang mga matatag na sangkap na ito ay may posibilidad na tumugon sa mga nucleophile dahil sa kanilang mataas na p-deficiency. Halimbawa, ang nucleophilic hydroxylation sa pamamagitan ng pagkilos ng potassium hydroxide ay nagbibigay ng a-pyridones.

Kapag ang mga pyridine ay tumutugon sa acyl halides, ang mga N-acyl salt ay nabuo. Ang mga compound na ito ay hindi masyadong matatag at madaling ma-hydrolyzed pabalik.

Ito ay tiyak na dahil sa kanilang mababang katatagan na ang acylpyridinium salts ay mahalaga para sa sintetikong kimika bilang banayad na acylating agent. Halimbawa, tandaan namin ang O-acylation ng ketoenols - isang reaksyon na nagpapatuloy ayon sa isang hindi pangkaraniwang mekanismo na may intermediate na pagbuo ng isang adduct sa a_posisyon ng heterocycle.

Kapag ang pyridine at ang mga derivatives nito ay ginagamot ng peracids, nabuo ang pyridine N-oxides, ang mga katangian nito ay tatalakayin nang hiwalay.

Mga reaksyon sa carbon atoms

Pakikipag-ugnayan sa mga electrophile

Tulad ng ipinakita sa itaas, ang pyridine ay isang p-deficient compound, samakatuwid, ang pakikipag-ugnayan sa mga electrophile ay hindi pangkaraniwan para dito, lalo na dahil ang mga electrophilic na reaksyon ay nangyayari sa isang acidic na kapaligiran, kung saan ang pyridinium ion, na may mas malaking p-deficiency, ay pumapasok sa pakikipag-ugnayan sa ang electrophile. Ang mga reaksyong ito ay mas mahirap kaysa sa benzene. Ang Pyridine ay inaatake lamang ng pinakamalakas na electrophile, at sa ilalim ng napakahirap na kondisyon. Ang electrophilic substitution sa ay nakatuon sa posisyon 3, na kahawig ng oryentasyon ng mga reaksyon ng S E 2 sa nitrobenzene. Ang oryentasyong ito ay madaling ipinaliwanag sa pamamagitan ng paghahambing na katatagan ng mga istruktura ng lola na naglalarawan sa mga cationic s_complexes na nagreresulta mula sa pagdaragdag ng isang electrophile sa g-, b-, at a-posisyon ng pyridine ring. Malinaw, ang s-complex lamang II ay hindi naglalaman ng kontribusyon ng istraktura na may positibong sisingilin na nitrogen atom.

Tulad ng nabanggit na, ang pag-atake ng electrophile o proton sa nitrogen ay nangyayari muna, na bukod pa rito ay nagpapasa sa substrate, na ginagawang isang kasyon. Kung ang kumplikadong pagbuo sa heteroatom ay pinipigilan, kung gayon ang reaksyon ng mga atomo ng nucleus na may mga electrophile ay nagpapatuloy nang mas madali.

Nitrasyon

Ang nitrasyon ng pyridine mismo, lalo na sa isang nitrating mixture kapag ang heterocycle ay ganap na na-protonated, ay napakahirap at walang praktikal na kahalagahan.

Ang 2,6-Dimethyl - at 2,4,6-trimethylpyridines, aminopyridines at pyridones ay mas aktibong nitrayd sa anyo ng mga cation.

2,6-dihalogen derivatives ng pyridine, na, bilang mga base, ay mas mahina kaysa sa pyridine, mas madaling gumanti, dahil ang pyridine nitrogen atom ay protonated sa isang mas mababang lawak - ang konsentrasyon ng libreng base ay mas malaki. Mas madali ang nitrasyon kapag gumamit ng aprotic nitrating agent, halimbawa:

Sulfonation

Ang sulfation ng pyridine na may sulfuric acid ay nagpapatuloy nang medyo mas madali kaysa sa nitration, ngunit posible rin sa ilalim ng malupit na mga kondisyon. Sa mas mataas na temperatura, posible ang muling pagsasaayos sa 4_sulfonic acid.

Ang isang kakaibang produkto ay maaaring makuha sa pamamagitan ng sulfonation ng 2,6_di_ tert _butylpyridine. Sa totoo lang ang sulfonation ay madaling nagpapatuloy, tk. ang malalaking substituent ay pumipigil sa pagkakumplikado ng SO 3 sa nitrogen atom. Ang nagresultang 2,6_di_ tert _butylpyridine-3-sulfonic acid, kapag pinainit, nagiging cyclic sulfone dahil sa isa sa mga methyl group tert-butyl substituent.

Halogenation

Pyridines ay maaaring halogenated. Hindi posibleng magpakilala ng isang iodine atom na may kasiya-siyang ani, gayunpaman, ang bromine at chlorpyrimidines ay na-synthesize nang napakasimple.

Ang mga Pyridine N-oxide ay mas aktibo sa mga reaksyon sa mga electrophile kaysa sa pyridine mismo. Mayroong dalawang uri ng electrophilic substitution sa N-oxides: ang unang opsyon (nang walang pagdaragdag ng nucleophile) ay pangunahing humahantong sa N-oxides ng 4-substituted pyridines. Ang tila kakaibang pangyayari na ito ay nauugnay sa kahanga-hangang elektronikong katangian ng N-oxide function, na maaaring sabay na kumilos hindi lamang bilang isang acceptor, kundi pati na rin bilang isang electron donor. Ito ay inilalarawan sa diagram sa ibaba.

Samakatuwid, ang N-oxide ng anumang substituted pyridine na may libreng posisyon 4 ay maaaring ma-nitrate ng fuming HNO 3 sa magandang ani.

Ang isa pang diskarte sa paggamit ng N-oxides ay upang isagawa ang reaksyon sa pagkakaroon ng mahinang nucleophiles, na maaaring maging bahagi ng reagent, halimbawa, acetyl nitrate. Sa kasong ito, ang N-oxide ay na-convert sa isang non-aromatic addduct, na inaatake ng electrophile. Maaari nating sabihin na ang pyridine nitrogen atom ay pansamantalang nagiging isang electron donor. Ginagawang posible ng reaksyon na makakuha ng 3-nitro- at 3,5-dinitropyridines sa magandang ani.

Katulad nito, ang isa pang pangkat ng nitro ay pumapasok sa posisyon 5

Pagpapalit ng nucleophilic

Ang mga karaniwang pagbabago ng pyridine ay mga reaksyon ng pagpapalit ng nucleophilic. Ang amination reaction ng pyridine kapag pinainit ng sodium amide (Chichibabin reaction) ay humahantong sa pagbuo ng a-aminopyridine.

Ang reaksyon ng pagpapalit ng hydrogen atom sa pyridine ng isang amino group sa pamamagitan ng pagkilos ng sodium amide ay palaging nakatuon sa posisyon 2. Ang pagbabagong-anyo ay may kumplikadong mekanismo: ang molecular hydrogen ay inilabas sa panahon ng reaksyon, na nagmumungkahi ng intermediate formation ng sodium hydride. Ang katotohanang ito, pati na rin ang kawalan ng mga produkto ng pagpapalit ng hydrogen sa posisyon 4, ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng paunang koordinasyon ng sodium atom na may pyridine nitrogen atom.

Ang paggamot sa mga pyridine na may bagong tunaw na potassium hydroxide ay humahantong sa hydroxylation sa a_pyridones, na isang mas matatag na anyo ng pagkakaroon ng a - at g-hydroxypyridines.

Ang mga reaksyon ng nucleophilic substitution ng isang halogen sa pyridine ay nagpapatuloy ayon sa parehong dalawang alternatibong mekanismo tulad ng sa halogenarenes - karagdagan-elimination (AE) at elimination-addition (EA). Ang reaksyon ng AE (ang pagdaragdag ng isang nucleophile upang bumuo ng isang s-complex at ang pag-aalis ng umaalis na grupo) ay nagpapatuloy nang nakararami sa mga atomo 2, 4, at 6, kung saan ang pinakamataas na positibong singil ay puro. Bilang karagdagan, ang nitrogen atom ay kasangkot sa delokalisasi ng negatibong singil ng kaukulang s-complexes, tulad ng nitro group sa kaso ng nitrochlorobenzenes. Madaling makita na ang pinaka-matatag ay ang anionic s-complexes ako at III.

Ang iba't ibang mga substituent ay maaaring ipasok sa pyridine molecule gamit ang isang reaksyon ng nucleophilic AE type. Narito ang ilang halimbawa:

Ang mga Pyridine N-oxide at N-alkylpyridinium salt ay mas madaling pumapasok sa parehong mga reaksyon kaysa sa pyridine mismo. Partikular na kawili-wili ang mga N-oxide ng a-halopyridines, na agad na na-convert sa pamamagitan ng pagkilos ng ilang mga nucleophile sa fused binuclear heterocycles, ang pagbuo ng kung saan nagpapatuloy sa pakikilahok ng pangkat ng N-oxide.

Kung ang halogen ay nasa posisyon 3, kung gayon ang reaksyon ng mga pyridine na may mga nucleophile ay madalas na nagpapatuloy ayon sa mekanismo ng EA sa pamamagitan ng intermediate na pagbuo ng isang heteroanalogue ng dehydrobenzene - hetarine.

Mga reaksyon ng libreng radikal

Sa ilalim ng pagkilos ng atomic chlorine at (mataas na temperatura) bromine sa pyridine, nangyayari ang free radical halogenation, na, hindi katulad ng electrophilic, ay nakatuon sa mga posisyon 2 at 6.

Para sa mga layunin ng paghahanda, ang mga reaksyon ng pyridine na may mga nucleophilic radical (Reaksyon ng Minishi) ay mahalaga. Ang mga pinagmumulan ng mga radical ay iba't ibang mga organikong compound sa pagkakaroon ng mga peroxide at salts ng iron (II), ang kation na kung saan ay nagsisilbing isang electron carrier.

Ang mekanismo ng reaksyon ay kinabibilangan ng mga hakbang ng homolytic peroxide decomposition, conversion ng reagent sa isang libreng radical at ang pagdaragdag nito sa pyridine, na sinusundan ng aromatization.

Sa ganitong paraan, ang hydroxymethyl group, dialkylamide at iba pang mga functional na grupo ay maaaring ipakilala sa mga posisyon 2 at 4 ng pyridine at quinoline.

Panitikan

1. Artemenko A.I., Tikunova I.V., Anufriev E.K. Workshop sa organic chemistry. - M.: Mas mataas na paaralan, 2007-187s.

2. Berezin B.D., Berezin D.B. Kurso ng modernong organikong kimika. Textbook para sa mga unibersidad. - M.: Mas mataas na paaralan, 2001. - 768s.

3. Glinka N.L. General Chemistry / Sa ilalim ng editorship ng V.A. Rabinovich. - L .: Chemistry, 1986. - 704 p.

4. Gradberg I.I. Praktikal na gawain at mga seminar sa organikong kimika. - M.: Bustard, 2011. - 352 p.

5. Koleksyon ng mga problema sa organikong kimika. Teksbuk / Sa ilalim ng pag-edit ni A.E. Agronomova. - M.: Publishing House ng Moscow State University, 2010. - 160s.

Mga Katulad na Dokumento

Pag-uuri ng mga heterocyclic compound na may limang-membered na singsing; kanilang pag-iral sa kalikasan. Pag-aaral ng mga pamamaraan para sa synthesis ng mononuclear saturated at fused five-membered heterocycles na may isa at dalawang heteroatoms. Paglalarawan ng paghahanda ng indazol.

term paper, idinagdag 02/24/2015


abstract, idinagdag 02/21/2009


Ang konsepto ng mga heterocyclic compound, ang kanilang kakanyahan at mga tampok, mga pangunahing katangian ng kemikal at pangkalahatang formula. Pag-uuri ng mga heterocyclic compound, varieties, natatanging tampok at paraan ng paghahanda. Mga reaksyon ng electrophilic substitution.

abstract, idinagdag 02/21/2009


Paglalarawan ng pangkalahatang istraktura, mga katangian at pag-andar ng mga heterocyclic compound at ang kanilang mga epekto sa katawan ng tao gamit ang mga alkaloid bilang isang halimbawa. Ang mga paghahambing na katangian ng mga kinatawan ng pangkat ng mga alkaloid, ang kanilang biosynthesis, aplikasyon at pamamahagi sa kalikasan.

pagtatanghal, idinagdag noong 09/22/2016


Synthesis at mga katangian ng N,S,O-containing macroheterocycles batay sa pangunahin at mabangong mga amin na may partisipasyon ng mga Sm-containing catalysts. Ang mga heterocyclic compound, ang kanilang aplikasyon. Mga pamamaraan para sa pagkilala ng mga organikong compound sa pamamagitan ng NMR at mass spectroscopy.

thesis, idinagdag noong 12/22/2014


Pagkilala sa mga heterocyclic compound, ang kanilang biological na kahalagahan, pamamahagi sa kalikasan, pakikilahok sa pagtatayo ng mga amino acid at pag-uuri. Ang istraktura ng gemma ng dugo at chlorophyll. Istraktura ng furan, furfural, imidazole, thiazole, pyran, pyridine.

abstract, idinagdag 06/22/2010


Ang kakanyahan ng mga heterocyclic compound na may saradong kadena na naglalaman, bilang karagdagan sa mga carbon atom, mga atom ng iba pang mga elemento. Reaktibiti, nucleophilicity, electrophilicity. Reaktibiti ng mga substituent at side chain. Produksyon at aplikasyon.

abstract, idinagdag 09/27/2011


Ang konsepto at kakanyahan ng mga compound. Paglalarawan at katangian ng mga aromatic heterocyclic compound. Paghahanda at pagbuo ng mga compound. Mga reaksyon sa atomic nitrogen, electrophilic remark at nucleic substitution. Oksihenasyon at pagbabawas. Quinoline.

lecture, idinagdag 02/03/2009


Ang bono ng kemikal sa mga organikong molekula. Pag-uuri ng mga reaksiyong kemikal. Acid at pangunahing katangian ng mga organikong compound. Heterofunctional derivatives ng benzene series. Carbohydrates, nucleic acids, lipids. mga heterocyclic compound.

tutorial, idinagdag noong 11/29/2011


mga heterocyclic compound. mabangong heterocycle. Ilang pamantayan para sa aromaticity sa mga heterocycle. Monocyclic system na sumusunod sa panuntunan ni Hückel. Reaktibiti ng mga heteroaromatic compound. Ang mga pangunahing tampok ng kimika ng pyridines.

M.I. Antonova, A.S. Berland

BIO-ORGANIC na kimika

HETEROCYCLIC COMPOUNDS

Moscow 2010

Ang institusyong pang-edukasyon ng estado ng mas mataas na propesyonal na edukasyon

"Moscow State University of Medicine at Dentistry" Federal Agency for Health and Social Development ng Russian Federation

Kagawaran ng General at Bioorganic Chemistry

M.I. Antonova, A.S. Berland

BIO-ORGANIC na kimika

HETEROCYCLIC COMPOUNDS

Bioorganic Chemistry Tutorial

para sa malayang gawain ng mga mag-aaral

dental faculties ng mga medikal na unibersidad

Inirerekomenda ng Educational and Methodological Association para sa Edukasyong Medikal at Parmasyutiko ng mga Unibersidad ng Russia bilang tulong sa pagtuturo para sa mga mag-aaral na nag-aaral sa specialty 060105 (040400) - "Dentistry"

Moscow 2010

BBC 24.1 at 73

UDC 546 (075.8)

Mga Reviewer:

ulo Department of Organic Chemistry MMA sila. I.V. Sechenov, d.h. n., Propesor N.A. Tyukavkina,

ulo Kagawaran ng Pharmacology, MGMSU,

Doctor of Medical Sciences, Propesor A.G. Mulyar

M.I. Antonova, A.S. Berland. Bioorganic chemistry, bahagi VI. Pagtuturo. M., MGMSU, 2010, 63s.

Sa ilalim ng pag-edit ni Propesor A.S. Berland

Ang tulong sa pagtuturo na ito ay nakatuon sa mga compound na pinagsama sa ilalim ng pangkalahatang pangalan na "Heterocyclic compounds". Ang manwal ay naglalaman ng teoretikal na materyal, sinuri ang isang bilang ng mga sangguniang gawain, pati na rin ang mga tanong at gawain para sa malayang gawain ng mga mag-aaral. Ang manual ay inirerekomenda para sa paggamit ng mga mag-aaral ng dental, medikal at pediatric faculties ng mga medikal na unibersidad ng Russian Federation upang maghanda para sa mga klase sa bioorganic chemistry.

BBC 24.1 at 73

© MGMSU, 2010

© M.I. Antonova, A.S. Berland. 2010.

Mga heterocyclic compound

1. Pangkalahatang katangian.

Ang mga heterocyclic compound ay tinatawag na mga compound ng isang cyclic na istraktura, na naglalaman sa cycle hindi lamang mga carbon atom, kundi pati na rin ang mga atom ng iba pang mga elemento (heteroatoms).

Ang mga heterocyclic compound ay ang pinakakaraniwang pangkat ng mga organic compound. Ang mga ito ay bahagi ng maraming sangkap ng natural na pinagmulan, tulad ng mga nucleic acid, chlorophyll, heme ng dugo, alkaloids, penicillins, at maraming bitamina. Ang mga heterocyclic compound ay may mahalagang papel sa mga metabolic na proseso at may mataas na biological na aktibidad. Ang isang makabuluhang bahagi ng mga modernong sangkap na panggamot ay naglalaman ng mga heterocycle sa kanilang istraktura.

2. Pag-uuri at katawagan ng mga heterocyclic compound.

2.1. Pag-uuri.

Ang mga sumusunod na tampok ay ginagamit upang pag-uri-uriin ang mga heterocyclic compound.

sa laki ng ikot Ang mga heterocyclic compound ay kadalasang tatlo, apat, lima, anim at pitong miyembro:

sa uri ng elemento , kasama sa cycle, ang mga ito ay pangunahing mga compound na may nitrogen, oxygen o sulfur atoms:

sa bilang ng mga heteroatom , kasama sa cycle, ang pinakakaraniwan ay ang mga heterocycle na may isa at dalawang heteroatom, ngunit ang mga compound na may apat na atom sa isang cycle ay kilala rin:

sa kalikasan at magkaparehong pag-aayos ng ilang heteroatoms iba't ibang mga kumbinasyon ang posible (halimbawa, N at S, N at O, atbp.), at ang mga heteroatom ay maaaring sumakop sa iba't ibang mga posisyon na nauugnay sa bawat isa:

sa antas ng saturation ang mga heterocycle ay maaaring mabango, hindi puspos at puspos:

Ang kimika ng aromatic heterocycles ay pinag-aralan nang detalyado. Ang ganap o bahagyang puspos na mga heterocycle, dahil sa mga kakaibang katangian ng kanilang mga kemikal na katangian, ay isinasaalang-alang, bilang panuntunan, hindi bilang mga heterocyclic compound, ngunit bilang cyclic analogues ng ilang mga aliphatic compound (ether, sulfides, pangalawang amines).

sa bilang ng mga cycle makilala sa pagitan ng monocyclic, polycyclic (pangunahin na condensed) system. Ang bilang ng mga cycle at ang kanilang mga uri ay maaaring ibang-iba:

Ang mga heterocyclic compound ay tinatawag na mga naturang compound ng isang cyclic na istraktura, sa mga cycle kung saan, kasama ang mga carbon atom, mayroong mga atom ng iba pang mga elemento. Ang iba pang mga atom na ito ay tinatawag na heteroatoms. Kadalasan, ang mga heteroatom na ito ay oxygen, sulfur, at nitrogen atoms. Ang mga heterocycle ay maaaring maglaman ng isa, dalawa, tatlo o higit pang mga heteroatom. Gayunpaman, ayon sa teorya ng pag-igting ng ikot, ang tatlo at apat na miyembro na mga siklo ay hindi matatag. Ang pinakamalakas at samakatuwid ay mas karaniwan ay mga heterocycle na may lima at anim na miyembro.

Ang pag-uuri ng mga heterocycle ay isinasagawa depende sa laki ng cycle. Alinsunod dito, ang tatlong-, apat-, lima-, anim na miyembro na heterocycle at heterocycle na may malaking bilang ng mga atom ay nakikilala.

Ang mga heterocyclic compound ay marami, napakakaraniwan sa kalikasan at may malaking praktikal na kahalagahan. Kabilang dito ang mga sangkap tulad ng chlorophyll - ang berdeng sangkap ng mga halaman, hemoglobin - ang pangkulay na sangkap ng dugo at maraming iba pang natural na pangkulay na sangkap, bitamina, antibiotics (penicillin), mga sangkap na panggamot, pestisidyo.

Nomenclature ng heterocycles

Ang mga heterocyclic compound ay pinangalanan ayon sa trivial, rational, at systematic nomenclature. Ang mga trivial na pangalan ay kadalasang ginagamit para sa mga kilalang heterocyclic compound. Halimbawa, pyrrole, pyridine, furan, indole, purine, atbp. Sa rational nomenclature, ang pangalan ng isang partikular na heterocycle ay kinuha bilang batayan - furans, thiophene, pyrrole, pyridine o iba pa, at ang posisyon ng mga substituent sa kanila ay ipinahiwatig sa pamamagitan ng mga numero o titik ng alpabetong Griyego. Sa mga heterocycle na may isang heteroatom, ang pagnunumero ay nagsisimula sa heteroatom na ito.

Larawan 1.

Ang modernong pang-agham na katawagan ng mga heterocyclic system ay kinabibilangan ng laki ng cycle, ang pagka-unsaturated nito, ang bilang ng mga heteroatom, ang kanilang uri at posisyon. Ang pangalan ng heterocycle ayon sa nomenclature na ito ay binubuo ng tatlong bahagi:

• ugat - nagpapahiwatig ng laki ng cycle,
• suffix - nagsasaad ng antas ng unsaturation ng heterocyclic system
• at mga prefix - nagsasaad ng uri ng mga hetero atom at ang kanilang bilang.

Ang singsing na may tatlong miyembro ay may ugat -ir, ang singsing na may apat na miyembro ay may -et, ang singsing na may limang miyembro ay may -ol, ang singsing na may anim na miyembro ay may -in. Ang mga saturated heterocycle na may nitrogen atom ay may suffix -idine, ang mga saturated heterocycle na walang nitrogen atom ay may suffix -an, saturated heterocyclic system ay may suffix -in.

Ang likas na katangian ng heteroatom ay ipinahiwatig ng mga prefix na oxa-, thia- at aza-, ayon sa pagkakabanggit, para sa oxygen, sulfur at nitrogen, ang mga prefix na dioxa-, dithia-, diaza- mean, ayon sa pagkakabanggit, dalawang atomo ng oxygen, sulfur at nitrogen . Kung mayroong dalawa o higit pang magkakaibang heteroatom sa heterocycle, ang mga ito ay nakalista sa pagkakasunud-sunod ng precedence oxygen bago ang sulfur, at sulfur bago ang nitrogen, at sila ay binibilang sa sumusunod na pagkakasunud-sunod: $O$, $S$, $N$.

Kung mayroong isang oxygen atom at isang nitrogen atom sa heterocycle, ang prefix - oxaza- ay ginagamit, at sa pagkakaroon ng isang sulfur atom at isang nitrogen atom - thiaza-. Kapag ang tertiary nitrogen atom at ang grupong $NH$ ay nasa singsing nang sabay, ang numero 1 ay tumutukoy sa nitrogen atom ng pangkat na $NH$. Sa kasong ito, ang pagnunumero ay isinasagawa sa sumusunod na pagkakasunud-sunod: $O$, $S$, $NH$, $N$.

Ang mga heterocycle na hindi naglalaman ng matinding mga bono, bilang panuntunan, ay katulad sa kemikal at pisikal na mga katangian sa mga kaukulang cyclic compound.

Aromaticity ng heterocycles

Mayroong isang malaking grupo ng mga heterocycle na may conjugated system ng maramihang mga bono. Ang ganitong mga heterocycle ay kahawig ng benzene at mga derivatives nito sa kanilang katatagan at mga uri ng mga reaksyon at tinatawag na mga aromatic heterocyclic compound.

Ayon sa panuntunan ni Hückel, ang isang sistema ng singsing ay may mga mabangong katangian kung ito ay:

• naglalaman ng $4n + 2$ generalizing electron;
• ay may tuloy-tuloy na kadena ng conjugation;
• ay planar.

Paghambingin natin ang dalawang compound - benzene at pyridine:

Figure 2.

Larawan 3

Sa benzene molecule, ang carbon atoms ay nasa $sp2$ hybridization state. Ang ikaapat na electron ng bawat C atom ay non-hybridizable. Sa kasong ito, ang isang sextet ng mga electron ay nabuo, na pangkalahatan ng lahat ng mga atomo ng cycle (aromatic sextet).

Ang mga ulap ng hindi na-hybridized na $\pi$-electron na may hugis ng volume eights, na magkakapatong sa isa't isa, ay bumubuo ng isang $\pi$-electron cloud:

Larawan 4

Ang aromatic na katangian ng pyridine ay maaaring ipaliwanag nang katulad. Tanging 5$\pi$-electron mula sa carbon atoms at isang electron mula sa nitrogen ang lumahok sa pagbuo ng isang electron sextet sa kalikasan:

Larawan 5

Ang nitrogen atom ay nagpapanatili ng isang hindi nakabahaging pares ng mga electron. Ang pares ng mga electron na ito ay hindi bahagi ng isang mabangong sextet; planar system; tumutugma sa panuntunan ng Hückel: $4n + 2$.

Elektronikong istraktura ng limang miyembro na heterocycle

Isaalang-alang ang elektronikong istraktura ng isang limang miyembro na heterocycle - pyrrole, na nabuo ng apat na carbon atoms at isang nitrogen atom, at naglalaman ng dalawang double bond:

Larawan 6

Nabubuo din ang aromatic sextet sa pyrrole molecule dahil sa apat na $\pi$-electrons ng carbon atoms at dalawang unshared p-electrons ng nitrogen atom. Kaya, ang isang karaniwang sistema ng isang sextet ng mga electron ay nabuo sa nucleus at ang nucleus ay may mga aromatic na katangian. Ang unang tuntunin ng aromaticity ay mayroong: mayroong $4n + 2 = 4\cdot1 + 2 = 6$ generalized electron. Ang pangalawang kondisyon ng aromaticity ay natutupad din - ang isang tuluy-tuloy na conjugation chain ay napanatili, na kinabibilangan ng isang hindi nahahati na pares ng mga electron ng nitrogen atom. Ang lahat ng mga atom ay namamalagi sa parehong eroplano, ang sistema ay planar. Kaya, sa limang-member na heterocycle, 6 na electron ang na-delocalize sa pagitan ng 5 atoms na bumubuo sa cycle na ito.

Larawan 7

Sa limang-member na heterocyclic compound na may isang heteroatom, ang pinakamahalaga ay: furan, thiophene at pyrrole. Para sa furan, thiophene, pyrrole at ang kanilang mga derivatives, ang mga electrophilic substitution reactions ay tipikal: nitration, sulfonation, halogenation, acylation, atbp. Ang tampok na ito ng mga katangian ng mga heterocyclic compound na ito ay nauugnay sa kanilang elektronikong istraktura. Ang mga siklo ng mga sangkap na ito ay naglalaman ng parehong mga carbon atom at heteroatom. Ang mga carbon atom at heteroatom ay konektado sa mga kalapit na carbon atom sa pamamagitan ng $\sigma$-bond.

Iba pang mga aromatic heterocyclic compound

Dahil ang mga carbon atom ng iba't ibang mga cycle at sa iba't ibang mga kumbinasyon ay maaaring mapalitan ng mga heteroatom sa polycyclic compound, ang bilang ng mga posibleng aromatic heterocyclic compound ay napakalaki:

Larawan 8

Bilang karagdagan sa mga heterocyclic system, na naglalaman ng anim na $\pi$-electron sa bawat ring, maraming mga halimbawa ng aromatic ($4n+2$) p-electron heterocyclic compound kung saan $n >1$. Ang heterocyclic analogs ng aromatic annulenes ay kilala. Kasama sa mga halimbawa ang oxa--annulene, aza--annulene, aza--annulene, isoelectronic hanggang aromatic -annulene:

Larawan 9

Larawan 10.

Ang isa pang magandang halimbawa ng isang aromatic heteroannulene ay ang bridged homoquinoline, na isoelectronic sa 1,6-methano-annulene at naglalaman ng 10 p-electrons:

Larawan 11.

HETEROCYCLIC COMPOUNDS isa sa pinakamaraming klase ng mga organikong compound ( cm. ORGANIC CHEMISTRY), naglalaman ang mga ito sa komposisyon ng hydrocarbon cycle na naglalaman sila ng isa o higit pang mga heteroatom: O, N, S (Larawan 1).

kanin. isa. SIMPLENG HETEROCYCLIC COMPOUNDS

Pag-uuri ng mga heterocyclic compound. Depende sa likas na katangian ng heteroatom, ang mga compound na naglalaman ng oxygen, nitrogen at sulfur ay nakikilala. Mayroon ding mga compound na naglalaman ng sabay-sabay na ilang magkapareho (Fig. 2, dioxane) o iba't ibang heteroatoms (Fig. 2, thiazole, oxazine). Bilang karagdagan, nahahati sila sa mga puspos na compound (Larawan 1, piperidine) at unsaturated, i.e. naglalaman ng maraming mga bono (Larawan 1, furan, pyridine, thiophene). Depende sa bilang ng mga cyclic fragment sa isang molekula, ang mga mononuclear monocyclic compound (Fig. 1) at polynuclear na naglalaman ng ilang mga cycle ay nakikilala, at ang mga cycle ay maaaring condensed (naglalaman ng dalawang karaniwang atoms, Fig. 2, indole), o konektado sa pamamagitan ng isang solong bono (Larawan 2, bipyridyl). Mga macrocyclic compound, ang tinatawag na crown ethers ( korona Ingles korona) na naglalaman ng higit sa apat na heteroatom at higit sa sampung mga link sa istruktura ng singsing (ang isang link ay isang fragment ng dalawang mga atom na nakagapos ng kemikal, (Larawan 2).

kanin. 2. IBA'T IBANG URI NG MAS KOMPLEX NA HETEROCYCLIC COMPOUND: na may dalawang magkaparehong (dioxane) o magkaibang (thiazole, oxazine) heteroatoms. Binuclear compounds: may condensed (indole) o hiwalay na mga cycle (bipyridyl). Crown ethers compounds na may malalaking cycle (macrocyclic).

Nomenclature ng mga heterocyclic compound. Para sa isang malaking grupo ng mga heterocyclic compound, ang paggamit ng trivial ( cm. TRIVIAL NAMES OF SUBSTANCES) mga pangalan na nabuo sa kasaysayan (halimbawa, Fig. 1), may kabuuang 60 tulad ng mga pangalan. Sa ibang mga kaso, ang mga pangalan (tinatawag silang sistematiko) ay pinagsama-sama ayon sa mga espesyal na tuntunin ng IUPAC (International Union of Theoretical at Applied Chemistry), na sa kasong ito ay kakaiba at naiiba sa sistema na tinatanggap para sa karamihan ng mga organikong compound ng iba pang mga klase. Mula sa mga ugat at prefix na espesyal na iminungkahi para sa layuning ito, nabuo ang isang pangalan, na sinusunod ang napagkasunduang pagkakasunud-sunod. Ito ay batay sa salitang-ugat na binubuo ng dalawang pantig. Ang unang pantig ay nagpapahiwatig ng bilang ng mga link sa cycle, halimbawa, ang pantig " ir" (dalawang inayos na titik mula sa salitang-ugat ng Latin " t ri ”) ay tumutugma sa isang tatlong-matagalang siklo, ang pantig na “ hindi" (isang fragment ng Latin t et ra ) apat na link cycle, pantig “ OK"(bahagi ng Latin octa ) ay ginagamit para sa mga cycle na may walong miyembro. Ang pinagmulan ng ilang iba pang mga pantig na nagsasaad ng laki ng cycle ay hindi palaging lohikal na nabibigyang katwiran, halimbawa, para sa anim na terminong cycle, ang pantig " sa”, kinuha mula sa pangalan ng karaniwang heterocycle na “pyride sa» (Larawan 1).

Ang pangalawang pantig ay nagpapahiwatig kung ang heterocycle ay puspos ng pantig " en', o ang hindi puspos na pantig ' en"(isang pagkakatulad sa mga pangalan ng hydrocarbons: et en ito en). Ang isang prefix ay inilalagay sa harap ng ugat, na nagpapahiwatig ng likas na katangian ng heteroatom: O oxa,

S tia, N aza. Dahil ang ugat ay madalas na nagsisimula sa isang patinig, ang pangwakas na "a" ay karaniwang tinanggal mula sa unlapi. Bilang resulta, isang puspos na tatlong miyembro na cycle na naglalaman ng S , ay tinatawag na tiiran (Fig. 3A): “ ti-" pinaikling unlapi "thio-", bahagi ng salitang-ugat " ir” ay nagsasaad ng tatlong-matagalang cycle, at ang pangalawang bahagi ng ugat “ en» tumutugma sa isang saturated compound. Katulad nito, ang isang tatlong miyembro na O-containing unsaturated ring ay tinatawag na oxirene (Fig. 3B). Kung mayroong ilang mga heteroatom sa heterocycle, kung gayon ang kanilang posisyon ay ipinahiwatig gamit ang mga numerical na indeks, na dati nang binilang ang mga atomo sa cycle, at ang bilang ng mga naturang atom ay ipinahiwatig ng mga prefix na di-, tri-, atbp., halimbawa, 1,3,5-triazine (Larawan 3B). Kung mayroong iba't ibang mga heteroatom, binanggit ang mga ito sa sumusunod na pagkakasunud-sunod: O>S>N (ang itinatag na order na ito ay may kondisyon at hindi nauugnay sa mga kemikal na katangian). Sa dulo ng pangalan, isang ugat ang ginagamit upang ipahiwatig ang laki ng singsing at unsaturation, halimbawa, 1,2,6-oxadiazine (Fig. 3E). Paano sumulat ng mga ugat para sa N -naglalaman ng mga cycle ay medyo naiiba mula sa isang inilarawan sa itaas, na kung saan ay espesyal ding itinakda, halimbawa, ang ugat " sa» sa pangalang 1,2,6-oxadiazine (Fig. 3D) ay tumutukoy sa parehong anim na miyembro at unsaturated na singsing.Ang mga patakaran para sa pag-compile ng mga sistematikong pangalan ay naaangkop sa anumang heterocyclic compound, kabilang ang mga kung saan mayroong mahusay na itinatag na mga trivial na pangalan, halimbawa, ang bicyclic compound na may trivial na pangalan na quinoline (Fig. 3F) ay may sistematikong pangalan na benzazine. Sa halip na isang kumplikadong sistema ng mga sistematikong pangalan, ang mga chemist ay kadalasang gumagamit ng isang mas simpleng sistema batay sa mga walang kabuluhang pangalan: "inihiwalay" nila ang isang fragment ng isang maliit na pangalan sa isang molekula at ipinapahiwatig ang posisyon ng mga substituent gamit ang mga digital na indeks. Ang pangalang 8-hydroxyquinoline ay binubuo sa ganitong paraan (Larawan 3G).

kanin. 3. MGA SYSTEMATIKONG PANGALAN NG HETEROCYCLIC COMPOUNDS(IMPYERNO). Paghahambing ng sistematiko at walang kuwentang mga pangalan (E). Ang paggamit ng isang maliit na termino sa komposisyon ng pangalan (G). Sa 8-hydroxyquinoline (G), hindi binibilang ang dalawang carbon atom na sabay-sabay sa dalawang cycle, dahil hindi sila maaaring magkaroon ng mga kapalit.

Mga kemikal na katangian ng mga heterocyclic compound. Ang mga heterocycle na tatlo at apat na miyembro ay mga strained system; ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga reaksiyong pagbubukas ng ring. Ang ethylene oxide (sa 150°C at isang presyon ng 2 MPa) ay na-hydrolyzed upang bumuo ng ethylene glycol (Fig. 4A). Ang reaksyon ng O-containing strained cycles na may mga alcohol ay humahantong sa mga compound na may OH group at isang ether bond (cellosolves, Fig. 4B), at sa ilalim ng pagkilos ng hydrogen halides sa kanila, mga compound na naglalaman ng Hal at isang pangkat ng OH (halohydrins, Fig. 4B). N - naglalaman ng mga pilit na singsing, na nakikipag-ugnayan sa hydrogen halides ay bumubuo ng mga haloalkylamines (Fig. 4d).

kanin. apat. LIMA AT ANIM NA MIYEMBRO ANG UNSATURATED HETEROCYCLIC COMPOUNDS, pati na rin ang kanilang mga derivatives, ay mayroon aromaticity, samakatuwid, ang kanilang kemikal na pag-uugali ay kahawig ng mga katangian ng mga aromatic compound (benzene derivatives) sa panahon ng iba't ibang mga pagbabagong-anyo, ang cyclic fragment ay medyo matatag, at ang H atoms sa carbon atoms ng singsing, tulad ng sa benzene, ay maaaring mapalitan ng iba't ibang grupo ( cm. CHEMISTRY ORGANIC). Sa sulfonation (Larawan 5A), nitrasyon (Larawan 5B), at acylation (Larawan 5C,D), ang mga H atom ay pinapalitan ng kaukulang mga grupo, habang ang cycle ay nananatiling hindi nagbabago. Gayunpaman, ang katatagan ng mga cyclic fragment sa naturang mga compound ay mas mababa kaysa sa singsing ng benzene, kaya ang lahat ng mga reaksyon ng pagpapalit ay isinasagawa sa ilalim ng mas banayad na mga kondisyon.

kanin. 5. MGA REAKSIYON NG PAGPAPALIT sa mga heterocyclic compound: A sulfonation, B nitration, C, D acetylation. Tulad ng mga reaksyon ng pagpapalit sa singsing ng benzene, ang cyclic fragment ay nananatiling hindi nagbabago.

Ito ay tumatagal ng 6 R-mga electron ( cm. AROMATICITY). Ang bawat dobleng bono ay binubuo ng dalawang bono ( cm. ORBITALS), ang una ay binubuo ng dalawa

s -electron ng dalawang magkalapit na atomo, at ang pangalawa ay nabuo ng isang pares R- mga electron (ipinahiwatig ng mga tuldok sa loob ng pyridine cycle, Fig. 6A). Ang anim na electron system sa pyridine ay nabuo ng lima R- mga electron na kabilang sa mga carbon atoms (itim na tuldok) at isa R- electron mula sa nitrogen (asul na tuldok). Bilang resulta, ang nag-iisang pares ng elektron ng nitrogen (mga pulang tuldok) ay hindi nakikilahok sa pagbuo ng isang mabangong sistema, samakatuwid ang naturang nitrogen atom ay maaaring maging isang donor (nagbibigay ng mga electron) sa pagbuo ng isang donor-acceptor bond (ang mga amin ay may parehong ari-arian). Kadalasan ang naturang donor ay tinatawag na Lewis base, dahil ito ay nagpapakita ng mga katangian na tipikal ng isang base: ito ay bumubuo ng mga matatag na asing-gamot na may mga mineral na acid (Larawan 6A), na mga kumplikadong compound. Ang Quinoline ay kumikilos nang katulad (Larawan 6B), na maaaring ituring bilang isang derivative ng pyridine. Ang mga katangian ng base ay pinaka-binibigkas sa 8-hydroxyquinoline (Fig. 3G). Ang tambalang ito ay malakas na nagbubuklod sa mga ion ng karamihan sa mga metal, na bumubuo ng dalawang kumbensyonal na kemikal na mga bono ng isang metal na atom na may dalawang O atomo, at dalawang mga donor-acceptor na bono na may mga atomo. N . Ang ganitong mga complex ay tinatawag na chelated (mula sa Greek chele claw) o claw-shaped. Ang pag-aari na ito ng 8-hydroxyquinoline ay malawakang ginagamit sa analytical chemistry para sa quantitative determination ng mga metal.

kanin. 6. PAGBUO NG COMPLEX SALT na may partisipasyon ng anim na miyembro na N-containing heterocycles (A, B). Chelate complexes ng mga metal ions (B).

Sa paglipat mula sa anim na miyembro hanggang limang miyembro

N -naglalaman ng unsaturated heterocycles (pyrrole, Fig. 7) nagbabago ang sitwasyon. Sa kasong ito, ang nag-iisang pares ng electron ng nitrogen (Larawan 7, mga pulang tuldok) ay kasangkot sa pagbuo ng isang anim na electron aromatic system at hindi maaaring lumahok sa pagbuo ng isang donor-acceptor bond, bilang isang resulta, ang mga katangian ng acid. ng bono ay malinaw na ipinakita N-H : ang hydrogen ay maaaring mapalitan ng metal (Larawan 7). Ang mga naturang metal derivatives ay maginhawang intermediate para sa pagdaragdag ng alkyl (Fig. 7A) o acetyl groups (Fig. 7B) sa nitrogen.

Limang miyembro ang imidazole heterocycle (Larawan 7B) na naglalaman ng dalawang atomo

N , ay isang aromatic compound din 6 R-mga electron. Kapansin-pansin, mayroon itong parehong acidic at pangunahing mga katangian. Atom N sa pagpapangkat N - H maaaring tumugon bilang isang acid, katulad ng pyrrole (Larawan 7A, B), ang pangalawang atom N sa mga katangian na ito ay kahawig ng parehong atom sa pyridine, ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga reaksyon na ipinapakita sa Fig. 6A.

kanin. 7. ACID PROPERTIES NG FIVE-MEMBERED PYRROL HETEROCYCLE(A, B). Ang kumbinasyon ng acidic at pangunahing mga katangian sa imidazole (B). dalawang atomo

N sa imidazole at ang kanilang mga electron ay minarkahan ng iba't ibang kulay.

Ang mga heterocyclic compound ay nakuha gamit ang iba't ibang mga proseso ng condensation na dumadaan sa yugto ng pagsasara ng singsing (Fig. 8A-B). Ang daloy ng naturang mga reaksyon sa nais na direksyon ay pinasigla ng katotohanan na, bilang isang resulta, ang medyo matatag na heteroaromatic compound ay nabuo. Ang ilang mga heterocyclic compound ay nakuha batay sa mga compound na may katulad na komposisyon. Ang Furfural ay nakuha sa pamamagitan ng decarbonylation (pag-alis ng CO) ng furfural (Fig. 8d, ang furfural ay isang mahusay na itinatag na walang kuwentang pangalan na hindi tumpak na sumasalamin sa komposisyon, mas tama, furfural). Ang hydrogenation ng furan ay humahantong sa tetrahydrofuran (Fig. 8E).

kanin. walo. MGA PARAAN PARA MAKAKUHA NG HETEROCYCLIC COMPOUNDS

Sa unsaturated five-membered heterocycles, ang isang heteroatom ay pinapalitan ng isa pa nang hindi binabago ang cyclic fragment (Larawan 9).

kanin. 9. MGA INTERCONVERSION NG LIMANG MEMBER NA HETEROCYCLE

Maraming heterocyclic compound ang nakukuha sa pamamagitan ng pagproseso ng mga natural na produkto. Ang Pyrrole at indole (Fig. 2) ay matatagpuan sa coal tar, ang thiophene ay nakuha mula sa mga produkto ng coal coking at thermal decomposition ng oil shale, ang furan ay nakahiwalay mula sa mga produkto ng dry distillation ng ilang mga uri ng kahoy. Ang pyridine (Larawan 1) ay nakukuha mula sa coal tar, dry distillation products ng kahoy, at pit. Ang Furfural (Larawan 8) ay nakuha sa pamamagitan ng hydrolysis ng mga materyales ng halaman (corn cobs, oat at rice husks) sa pagkakaroon ng dilute mineral acids.

Pakikilahok ng mga heterocyclic compound sa mga biological na proseso. Ang tatlong compound na uracil, thymine at cytosine, na mga derivatives ng nitrogen-containing pyrimidine heterocycle (Fig. 10, sa mga bracket), pati na rin ang dalawang derivatives ng purine heterocycle (Fig. 10, sa mga bracket) guanine at adenine, ay bahagi. ng mga nucleic acid, ang pagkakasunud-sunod ng paghahalili ng mga heterocycle na ito kasama ang polymeric chain ng DNA at RNA ay tumutukoy sa lahat ng namamana na impormasyon ng isang buhay na organismo at ang paraan ng pag-iipon ng mga molekula ng protina.

Fig.10. HETEROCYCLIC COMPOUNDS na bumubuo sa mga nucleic acid

Ang ilang mga amino acid (Larawan 11) na kasangkot sa pagbuo ng mga protina ay naglalaman din ng mga heterocyclic na fragment: ang tryptophan ay may kasamang indole fragment (Larawan 2), ang histidine ay may imidazole cycle (Larawan 7), ang proline ay isang pyrrolidine derivative.

Ang mga fragment ng heterocycle ay matatagpuan sa istruktura ng maraming biologically active substance; kabilang sa mga pinaka ginagamit na gamot, higit sa 60% ay heterocyclic compound. Ang apat na miyembro na ikot ng azetidinone (Larawan 11) ay bahagi ng mga antibiotic na penicillin at cephalosporin, ang ascorbic acid (bitamina C) ay naglalaman ng furan heterocycle, isa pang bitamina nicotinamide ay may kasamang pyridine fragment, ang molekula ng caffeine ay "itinayo" batay sa ang naunang nabanggit na purine (Fig. . sampu).

kanin. labing-isa. ANG PRESENCE OF FRAGMENTS NG HETEROCYCLIC COMPOUNDS sa istraktura ng mga biologically mahalagang molekula

Para sa lahat ng mga compound (Larawan 10), maliban sa azetidinone, ang mga walang kuwentang pangalan ay ibinigay, na itinatag at ginamit bago nabuo ang mga patakaran ng sistematikong katawagan.

Ang paggamit ng mga heterocyclic compound. Ang Dioxane (Larawan 2) at tetrahydrofuran (Larawan 8) ay malawakang ginagamit bilang mataas na polar na solvent sa organic synthesis.

Ang Furfural (Larawan 8) ay ang panimulang produkto para sa pagkuha ng furan (Larawan 8), tetrahydrofuran, pati na rin para sa synthesis ng ilang mga gamot (furatsilin).

Sa panahon ng condensation ng furfural sa isang acidic na daluyan, ang mga polymeric na produkto (furan resins) ay nabuo, na kahawig ng phenolic resins sa istraktura, CH 2 methylene group na kumukonekta sa mga heterocycle (Fig. 12A). Kapag ang mga naturang resin ay pinainit sa pagkakaroon ng mga acid catalysts (halimbawa, toluenesulfonic acid), ang mga dobleng bono ay binuksan sa pagbuo ng mga cross-link, bilang isang resulta, ang polimer ay pumasa sa isang hindi matutunaw na estado, na nagpapahintulot na magamit ito bilang isang binder sa paggawa ng iba't ibang mga filled press na materyales: salamin at carbon plastic, wood fiber board, at iba pa. Sa solid state, ang furan polymers ay mga chemically resistant substance (hanggang 300°C), na nagpapahintulot sa kanila na magamit bilang corrosion-resistant at fire-resistant sealant at mastics.

Sa paghalay ng mga aromatic tetramines (4 na grupo ng amino) na may mga ester ng aromatic dicarboxylic acids ( cm. MGA ESTER) ang mga polimer ay nabuo, sa istraktura kung saan lumilitaw ang mga fragment ng benzimidazole sa panahon ng synthesis (Larawan 12B). Ang ganitong mga polymer, na tinatawag na polybenzimidazoles, ay may mataas na lakas at paglaban sa init (hanggang sa 500 ° C), ginagamit ang mga ito upang gumawa ng mga pelikula, fibers (trade name na ARMOS at RUSAR), reinforced plastics.

kanin. 12. MGA POLYMER NA NAGLALAMAN NG HETEROCYCLIC FRAGMENTS SA CHAIN: furan polymer (A), polybenzimidazole (B).

Ang benzimidazole derivatives ay bahagi ng mga gamot (dibazol).

Ang Indole (Larawan 2) ay ginagamit bilang pang-ayos ng amoy sa industriya ng pabango at sa paggawa ng ilang partikular na gamot (indomethacin).

Mikhail Levitsky

PANITIKAN Gilchrist T. Chemistry ng heterocyclic compounds. M., Mir, 1996
Kim D.G. Panimula sa kimika ng mga heterocyclic compound. Soros Educational Journal, Tomo 7, 2001, Blg. 11

Ang mga heterocyclic compound ay kinabibilangan ng mga organikong compound na naglalaman ng mga siklo sa kanilang mga molekula, kung saan, bilang karagdagan sa carbon, mayroong mga atomo ng iba pang mga elemento (heteroatoms: O, N, S).

Ang mga heterocyclic compound ay inuri:

a) sa pamamagitan ng bilang ng mga atomo sa cycle (mula sa tatlong miyembro hanggang macrocyclic);

b) ayon sa bilang at uri ng mga heteroatom (–O, –N, –S);

c) ayon sa antas ng unsaturation ng heterocycle (saturated at unsaturated).

Ang partikular na interes ay ang mga unsaturated heterocyclic compound na nakakatugon sa mga kondisyon ng aromaticity: ayon sa bilang ng π-electrons, tumutugma sila sa panuntunan ng Hückel; magkaroon ng isang patag na istraktura at isang saradong sistema ng π-electrons.

Kapag pinangalanan ang mga heterocycle, ang mga maliit na pangalan ay malawakang ginagamit:

Ang pagnunumero sa mga heterocycle ay naayos at sa karamihan ng mga kaso ay nakasalalay sa katandaan ng mga substituent. Sa isang hiwalay na grupo, ang mga heterocyclic compound na may condensed nuclei ay nakikilala:

Ang mga heterocyclic compound ay may mahalagang papel sa buhay ng mga organismo at may malaking kahalagahan sa physiological (DNA, RNA, chlorophyll, alkaloids, isang bilang ng mga bitamina, antibiotics).

LIMA-MEMBERED SYSTEMS MAY ISANG HETEROATOM

Ang pinakamahalagang kinatawan ay furan, thiophene, pyrrole. Ang lahat ng mga ito ay mga aromatic compound: natutugunan nila ang panuntunan ng Hückel, 4 na mga electron ng carbon atom ng cycle ay nasa π-conjugation kasama ang nag-iisang pares ng mga electron ng heteroatom, ang cycle mismo ay may planar na istraktura. Samakatuwid, tulad ng para sa benzene, ang kanilang mga formula ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod:

PARAAN NG PAGKUHA

1. Cyclization ng 1,4-dicarbonyl compounds (diketones, dicarboxylic acids o keto acids). Kapag pinainit sila ng isang dehydrating agent (CaCl 2 , H 2 SO 4 , P 2 O 5), nabuo ang mga furan derivatives; kapag nagsasagawa ng dehydration sa isang NH 3 medium - pyrrole; sa pagkakaroon ng P 2 S 5 - thiophene:

2. Paghihiwalay sa mga likas na pinagkukunan. Ang Thiophene at pyrrole ay nakapaloob sa coal tar, furan - mula sa mga hilaw na materyales na naglalaman ng pentosan (sunflower seed husks, corn cobs) sa pamamagitan ng yugto ng pagkuha ng furfural.

3. Ang mga interconversion ng furan, thiophene, pyrrole (reaksyon ni Yuriev) ay nangyayari sa t=450 o C sa Al 2 O 3:

4. Pakikipag-ugnayan ng acetylene sa hydrogen sulfide o ammonia. Kapag ang isang halo ng H 2 S ay ipinasa sa Al 2 O 3, ang thiophene ay nabuo

at mga pinaghalong may NH 3 - pyrrole

Mga Katangiang Pisikal

Ang lahat ng tatlong sangkap ay walang kulay na likido, halos hindi matutunaw sa tubig.

CHEMICAL PROPERTIES

Dahil ang mga compound na ito ay mabango, ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng electrophilic substitution reactions (nitration, sulfonation, halogenation, acylation) na nagpapatuloy sa posisyon 2 (α-position) sa ilalim ng napaka banayad na kondisyon.

Ang Furan, thiophene at pyrrole ay mahinang base. Mga produkto ng protonation ng furan at pyrrole na may mga mineral na acid:

hindi matatag, ang nagresultang cation ay mabilis na nawawala ang aromaticity nito, nakakakuha ng mga katangian ng isang conjugated diene, at madaling polymerizes. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na acidophobia ("takot sa acid").

Ang Thiophene ay hindi acidophobic (dahil sa pagkakapantay-pantay ng electronegativity ng S at C atoms ng cycle). Nagagawa ng Pyrrole na magpakita ng mga acidic na katangian sa N–H bond at palitan ang hydrogen atom na may Na o K atom kapag nakikipag-ugnayan sa mga metal o concentrated alkali KOH:

1. Halogenation. Isinasagawa ito ng isang complex ng Br 2 na may dioxane, Br 2 sa mababang temperatura (bromination) o Cl 2 sa mababang temperatura, SO 2 Cl 2 (chlorination):

2. Sulfonation. Isinasagawa ito gamit ang pyridine sulfotrioxide C 5 H 5 N SO 3, dahil sa kasong ito walang mga acidic compound sa pinaghalong reaksyon:

3.Nitrasyon. Isinasagawa ito gamit ang acetyl nitrate (isang pinaghalong acetic anhydride at HNO 3):

4. Acylation. Isinasagawa ito ng acid anhydride sa pagkakaroon ng mga catalyst: AlCl 3, SnCl 4, BF 3 (Reaksyon ng Friedel-Crafts):

5. Alkylation ayon sa Friedel-Crafts, hindi posible na isagawa, gayunpaman, ang potassium pyrrole, kapag nakikipag-ugnayan sa mga halogen derivatives, ay nagbibigay ng N-alkylpyrroles, na nag-isomerize kapag pinainit sa 2-alkylpyrroles:

6. hydrogenation. Nangyayari sa pagkakaroon ng Ni o Pt catalysts para sa furan at pyrrole, Pd para sa thiophene:

ANIM NA MIYEMBRO NA HETEROCYCLE NA MAY ISANG NITROGEN ATOM

Ang pinakamalaking interes ay pyridine:

Ito ay isang heterocyclic analogue ng benzene, kung saan ang isang –CH= pangkat ay pinalitan ng sp 2 -hybrid carbon atom. Mayroon itong mabangong katangian. Dahil ang nag-iisang pares ng mga electron ng nitrogen atom ay hindi pumapasok sa π-conjugation, ang pyridine ay hindi acidophobic at nagpapakita ng mataas na pangunahing katangian. Ang density ng elektron sa singsing ay nabawasan, lalo na sa mga posisyon 2,4,6, kaya ang pyridine ay mas madaling pumasok sa nucleophilic kaysa sa electrophilic substitution reactions.

PARAAN NG PAGKUHA

1. Paghihiwalay sa mga likas na pinagkukunan. Ang pyridine at ang mga homologue nito ay nakuha mula sa coal tar.

2. Ang mga homologue ng pyridine ay maaaring makuha sa mga sumusunod na paraan:

2.1. Pagkondensasyon ng aldehydes na may ammonia

2.2. Reaksyon ng acetylene na may ammonia (Repe method)

2.3. Condensation ng β-diketones o β-ketoesters na may aldehydes at ammonia (Hanch method). Ang intermediate 1,4-dihydropyridines na nabuo sa kasong ito ay na-oxidized sa pyridines na may nitric acid o NO 2

Ang karagdagang hydrolysis at decarboxylation ng nagresultang produkto ay humahantong sa trialkylpyridines.

Mga Katangiang Pisikal

Ang Pyridine ay isang walang kulay na likido na may katangian na hindi kanais-nais na amoy. I-dissolve natin sa tubig, bumubuo kasama nito na may densidad ρ=1,00347 g/dm 3 .

CHEMICAL PROPERTIES

1. Basicity. Ang pyridine ay nagpapakita ng mga pangunahing katangian sa mas malaking lawak kaysa sa furan, thiophene, at pyrrole. Ang pagiging mahinang base, na may malalakas na mineral na acid ay nagbibigay ito ng mabangong pyridinium salts.

2. Alkylation. Isinasagawa ito ng mga halogen derivatives na may pagbuo ng mga pyridinium salts, na, kapag pinainit, nagbibigay ng 2- (o 4-) alkyl-substituted pyridines

3. Mga reaksyon ng pagpapalit ng electrophilic. Para sa pyridine, ang mga ito ay dumadaloy nang may kahirapan (dahil ang nitrogen atom ay may mga katangian ng acceptor) sa posisyon 3

4. Mga reaksyon ng pagpapalit ng nucleophilic. Madali silang dumaloy (dahil sa pag-ubos ng singsing sa density ng elektron) sa posisyon 2

5. Pagbawi. Isinasagawa gamit ang hydrogen sa ilalim ng malupit na mga kondisyon

6. Oksihenasyon Ang pyridine ay nangyayari lamang sa ilalim ng napakahirap na kondisyon. Ang mga homologue na naglalaman ng mga alkyl side chain ay na-oxidized sa kanila katulad ng mga benzene homologues