Контрольна робота

Гетероциклічні сполуки

Зміст

• 3. Будова гетероциклів
• 5. Азоли
• 6. Піррол
• 7. Індол
• 8. Фуран
• 9. Тіофен
• 11. Пірідін
• Література

1. Загальні відомості, поширення та значимість

Гетероциклами називаються органічні сполуки, цикл яких побудований як з вуглецевих атомів, але й атомів інших елементів-органогенів (азоту, кисню, сірки, фосфору та інших.). Сучасна хімія дозволяє запровадити у складі циклічного скелета молекули атом практично будь-якого елемента Періодичної системи. Гетероцикли можуть бути насиченими та ненасиченими, серед останніх є ароматичні та антиароматичні.

Деякі насичені гетероциклічні сполуки згадувалися у попередніх розділах – це циклічні вторинні аміни (піперидин, морфолін), лактони та лактами – похідні окси – та амінокислот.

Оцінити значущість гетероциклів у сучасній хімії та біохімії, молекулярній біології, медицині можна хоча б з того, що близько 50% публікацій у наукових журналах, присвячених цим областям знання, так чи інакше пов'язані з гетероциклами.

Ароматичні гетероцикли, що особливо містять один або кілька атомів азоту, широко поширені в природі і входять до складу складних хімічних структур, що містяться в кожній живій клітині. Так, похідні гетероциклічної системи піримідину (урацил, тимін, цитозин) та імідазопіримідину, званого пурином, (аденін, цитозин), входять до складу ДНК – генетичного апарату всіх живих істот.

Гетероцикли входять до складу молекул a-амінокислот, що утворюють білкові макромолекули.

Гетероциклічна п'ятиядерна система порфірину є головним вузлом у біомолекулі гемоглобіну, а споріднений гетероцикл хлорин, що має один гідрований зв'язок, є основою хлорофілу.

Легко бачити, що ці дві системи мають велику структурну подібність (навіть заступники схожі), це наводить на думку про їхнє загальне еволюційне походження.

Для насичення координаційного числа іона заліза в гемоглобіні, рівного шести (спотворений октаедр.), Крім чотирьох порфіринових атомів азоту (див. формулу гема), як ліганди виступають гетероциклічні фрагменти білкової частини гемоглобіну або молекула кисню. Обидва ліганди знаходяться по різні боки площини макроциклу.

Гетероцикли входять до складу молекул вітамінів.

Макромолекула вітаміну B 12 (ціанокобаламіну) є кобальтовим комплексом досить стійкої гетеросистеми - корина. У складі молекули вітаміну B 12 є також біологічно активний гетероцикл бензімідазол.

Величезна кількість лікарських препаратів є похідними гетероциклічних сполук. До них відносяться, наприклад, численні антибіотики ряду пеніциліну, сульфоніламідні препарати, заміщені 5-нітрофурфуроли, які мають антисептичну активність, анальгетики, транквілізатори, противірусні препарати і т.д.

Багато гетероциклічних сполук є сильними отрутами, наприклад, нікотин і ЛСД. У невеликій кількості (активна доза від 50 мкг) ЛСД застосовують як психотропний засіб – потужний галюциноген ( вживати не рекомендується !) .

Відомо величезна кількість природних пофарбованих гетероциклічних сполук, які зумовлюють фарбування квітів, плодів, комах тощо. На основі гетероциклів синтезовано велику кількість важливих у промисловому відношенні барвників. Прикладами синтетичних барвників є синій індиго (застосовується, зокрема, для фарбування джинсової тканини) та метиленовий синій (водорозчинний барвник), червоний тіоіндиго, комплексні нерозчинні фіолетові пігменти – фталоціаніни.

У рослинному світі дуже поширені барвники на основі похідних бензопірану: флавони, флавоноли та антоціанідини. Забарвлення цих сполук варіюється в широкому інтервалі - від блідо-жовтого до темно-фіолетового.

Флавони та флавоноли надають різні відтінки кремового та жовтого забарвлення квітів плодових дерев; сольові форми антоціанідину обумовлює забарвлення яскравих кольорів (троянди, лілії) та плодів (вишня, яблука, полуниця).

2. Класифікація та номенклатура

Гетероциклічні сполуки класифікують за розміром кільця, за типом гетероатомів та їх кількістю. Найбільш поширені моноядерні ненасичені гетероцикли мають тривіальні назви, які використовуються як основа для назви їх похідних та конденсованих гетеросистем. За основу береться назва гетероцикла, що має найбільшу кількість кратних зв'язків, нерідко такий є ароматичним.

Багато хто повністю або частково гідровані гетероцикли теж мають свої тривіальні назви.

Ароматичні шестичленні гетероцикли, що містять хоча б один атом азоту, об'єднують під загальною назвою "азини"; відповідно до кількості гетероатомів розрізняють моно-, ді-, три - і т.д.

П'ятичленові азотисті гетероцикли з більш як одним гетероатомом називають азолами. До них відносяться з'єднання таких типів:

Нумерація атомів у ядрі гетероциклів проводиться від гетероатома так, щоб сума локантів гетероатомів була найменшою; якщо є варіанти, то найменший номер повинен мати старший гетероатом. Правила старшинства гетероатомів: N > O > S, атом азоту "піррольного" типу старше такого "піридинового" типу.

Останнє визначається за типом зв'язків, які атом утворює із сусідами: якщо в основній граничній структурі гетероатом утворює тільки s-зв'язки, то він "пірольний", якщо два s - і один p-зв'язок, то "піридиновий".

Аналогічні вимоги поширюються атоми інших елементів.

Має застосування також стара номенклатура: атоми позначають буквами грецького алфавіту, починаючи від сусіднього з гетероатомом. Такий спосіб нумерації найчастіше використовується для гетерокільця симетричної будови з одним гетероатомом та за наявності одного заступника до кільця.

Гетероциклічна молекула може складатися з двох і більше кілець, карбоциклічних та гетероциклічних. Багатоядерні гетероцикли називають таким чином:

1. За основу приймають назву старшого гетероцикла, назву молодшого додають як приставку із закінченням літерою "о".

2. Правила старшинства: а) будь-який гетероцикл старший за бензол; б) що більше гетероатомів, то гетероцикл старший; в) за однакової кількості гетероатомів старшим є гетероцикл більшого розміру; г) якщо гетероатоми однакові, то цикл тим старший, чим ближче вони знаходяться (піридазин старший за піримідин); д) за однакової кількості гетероатомів старшинство визначається старшинством гетероатомів.

3. Положення зв'язку, за яким анеловані кільця, вказується у квадратних дужках через дефіс. Зв'язок старшого циклу позначають буквою латинського алфавіту, зв'язок молодшого - номерами атомів з розділенням коми, що відповідають нумерації в ізольованому ядрі. Послідовність номерів вибирають таким чином, щоб напрям відліку зв'язків в обох ядрах збігався:

4. Нумерація атомів анелованого гетероциклу проводиться так, щоб сума номерів гетероатомів була найменшою, причому за наявності варіантів найменші номери повинні належати старшим гетероатомам.

Приклади :

3. Будова гетероциклів

П'ятичленові гетероцикли з одним гетероатомом

П'ятичленові гетероцикли з одним гетероатомом та двома подвійними С-С-зв'язками відповідають вимогам ароматичності. Ядра пірола, фурану і тіофену є плоским циклом із сполученою системою електронних орбіталей, яка включає 4n+2 р-електрона, два з яких постачає гетероатом.

Розглянемо ділокалізацію p-електронів у піролі. Атом азоту "піррольного" типу існує в sp 2 -гібридному стані і утворює формально три s-зв'язку: дві з вуглецем, одну з воднем або замісником. s-зв'язки сформовані за рахунок гібридних орбіталей, а неподілена електронна пара займає негібридну p-орбіталь. Це робить її здатною до поєднання з p_зв'язками С-С, за рахунок чого утворюється ароматичний секстет. Електронна будова піролу може бути представлена ​​резонансними формами, п'ять з яких мають найбільший внесок у резонансний гібрид.

Таким чином, гетероатом "піррольного" типу завжди надає p-системі два електрони.

Для розуміння ароматичності піролу можна порівняти з ізоелектронним йому аніоном циклопентадієну.

Легко бачити, що всі п'ять С-атомів циклопентадіненід-іона еквівалентні: неподілена електронна пара, як і в піролі, знаходиться на p-орбіталі і справакалізована.

Відмінність піролу від циклопентадієнільного аніону полягає в тому, що не всі граничні структури піролу мають однаковий внесок у резонансний гібрид. Їх відносний внесок можна оцінити так: 1>3, 5>2, 4.

Електронна будова фурану і тіофену на якісному рівні аналогічна до будови піролу, тільки замість s-зв'язку N-H тут знаходиться друга неподілена пара електронів гетероатома. Ця пара електронів у пару з p-системою не вступає, т.к. вісь її орбіталі лежить у площині кільця, тобто. перпендикулярно до осей p-орбіталей атомів вуглецю.

Існуючі відмінності у розподілі електронної щільності в молекулах цих трьох гетероциклів можуть бути оцінені кількісно на підставі експериментальних ланних. При переході від піролу до фурану донорний мезомерний ефект гетероатому слабшає, а індуктивний акцепторний – зростає, результатом стає зміна напряму дипольного моменту.

Тому фуран менш p-надлишковий, ніж пірол, і менш ароматичний і менш стабільний. Тіофен набагато стійкіший як фурану, так і піролу, і за хімічними властивостями нагадує бензол. Цікаво, що валентний кут C-S-C в молекулі тіофену близький до 90°, що не є характерним для sp 2 -гібридного атома в циклі п'ятичленного (у правильному п'ятикутнику кут дорівнює 108°).

Ці особливості тіофену призвели до появи двох альтернативних припущень щодо гібридизації атома сірки. Згідно з першим з них, атом сірки майже не гібридизований, s- та p-зв'язки утворені чистими p-орбіталями. Відповідно до альтернативної версії у освіті зв'язків C-S беруть участь d-орбіталі сірки, що можна виразити за допомогою додаткових резонансних структур:

Насправді питання про справжню електронну будову тіофену та гібридизації атома сірки в його молекулі залишається дискусійним.

Довжини зв'язків у молекулах піролу, фурану та тіофену мають величини

Системи типу піролу, фурану і тіофену, в яких кількість ароматичних електронів перевищує число атомів у кільці, а в загальному уявленні та інші гетероцикли з гетероатомами тільки "піррольного" типу, відносяться до p-надлишкових. Незважаючи на те, що p-надмірність цих гетероциклів менша, ніж p-надмірність аніону циклопентадієнілу, проте вона обумовлює основні сторони їхньої реакційної здатності.

Важливим фактором, що характеризує хімічну поведінку п'ятичленних гетероциклів, є їхня нижча ароматичність порівняно з бензолом. Для порівняльної оцінки ароматичності цих сполук стосовно бензолу використовуються характеристики, отримані в результаті квантово-механічних розрахунків: відносна ароматичність, емпірична енергія резонансу. У різних джерелах можна знайти різні величини цих параметрів, але зараз прийняті такі:

Виходячи з уявлення про p-надмірність піролу та його електронних аналогів, логічно припустити, що ці сполуки особливо схильні до участі в реакціях з електрофілами. Це і спостерігається насправді. Властивості сполуки, що містять у циклі пірольний гетероатом, можна порівняти з властивостями аніліну, у молекулі якого аміногрупа також активує ароматичне ядро.

4. Шестичлені гетероцикли - азини та їх аналоги

Піридін є електронним аналогом бензолу, в якому одна група СН (метинова група) замінена атомом азоту. На відміну від піролу, атом азоту в нейтральній молекулі піридину утворює дві s-і одну p-зв'язок, тобто. вносить до ароматичного секстету один електрон. Неподілена пара електронів атома азоту в пару не може вступати, тому що вісь її орбіталі орієнтована в просторі перпендикулярно осям орбіталей p-електронів атомів вуглецю. Цей тип атома називається "піридиновий". Перебуваючи у складі кільця атом азоту піридинового типу не може бути донором, він є акцептором p-електронів, тому що азот більш електронегативний, ніж вуглець. Це ілюструють канонічні структури піридину:

Індуктивний і мезомерний ефекти азоту азоту в піридині діють в одному напрямку (-I - і - M), зміщуючи електронну щільність до атома азоту. Це є причиною того, що на атомах вуглецю індуковано частковий позитивний заряд і електронна щільність в ядрі знижена. Тому піридин відносять до типу p-дефіцитних ароматичних гетероциклів. Найбільший позитивний заряд зосереджений в a-і g-положеннях. Тут проглядається аналогія з електронною будовою нітробензолу, що має часткові позитивні заряди орто- І пара-Положення.

Атоми кисню та сірки також можуть бути атомами "піридинового" типу. Наявність такого атома в циклі обумовлює існування катіонних ізоелектронних аналогів бензолу - солей пірилію та тіопірилію. Позитивно заряджені атоми кисню і сірки, як і піридиновий атом азоту, вносять в p-систему гетерокільця один електрон і мають неподілені електронні пари, які в поєднанні з p-електронною системою кільця участі не беруть. Зважаючи на те, що електроакцепторні властивості атома з повним позитивним зарядом більше, ніж нейтрального, солі пірилію та тіопірилію значно більш p-дефіцитні, ніж електронейтральний піридин.

Шестичленні гетероцикли з кількома гетероатомами також більш p_дефіцитні, ніж піридин. Особливо це відчувається тоді, коли атоми азоту розташовані в b-положенні один до одного, наприклад, в піримідині і сімм-тріазіні. Причина полягає в тому, що в цих випадках кожен гетероатом незалежно від іншого наводить позитивний заряд на тих самих атомах вуглецю, як у разі узгодженої орієнтації, наприклад, в мета _дінітробензоле.

гетероциклічна органічна сполука п'ятичленна

З вищевикладеного очевидно, що піридин, ді - і тріазини і, особливо солі пірилію, повинні легко вступати в реакції з нуклеофільними реагентами і бути пасивними по відношенню до електрофілів.

5. Азоли

У молекулах діазолів (піразолу та імідазолу) є гетероатоми як "пірольного", так і "піридинового" типів, у зв'язку з чим сполуки такого типу в рамках концепції p-надлишкових (піррол) і p-дефіцитних (піридин) гетероциклів називають p-амфотерними. . Серед полярних граничних структур, що описують стан молекул імідазолу та піразолу, є структури як з позитивними, так і з негативними зарядами на атомах вуглецю.

Насправді, хімічна поведінка азолів ілюструє їхню амфотерність - вони здатні до реакцій і з електрофілами, і з нуклеофілами.

6. Піррол

Основність

Неподілена пара електронів пірольного азоту значною мірою залучена в циклічне p-сполучення, вона малодоступна і тому пірол виявляє дуже низьку основність (pK a сполученої кислоти = - 3,8). Розрахунки показують, що серед можливих катіонів піролію термодинамічно найвигідніший резонансно-стабілізований катіон I- Результат протонування атома вуглецю в a_положеннях. N-катіон IIIменш стабільний, т.к. по-перше, заряд у ньому зосереджений одному атомі, і, по-друге, порушена ароматична система сполучення: це - фактично дієн. Катіон IIзаймає проміжне положення.

Тим не менш, у кислому середовищі можливе протонування всіх атомів ядра. Кристалічні солі, що відповідають катіонам типу Iможуть бути виділені при пропусканні сухого HCl через розчини поліалкілпірролів в інертних розчинниках. Доказом утворення катіону IIIє легкий дейтерообмін протону при пірольному атомі азоту в кислому середовищі. Незважаючи на те, що катіон IIIнайменш стійкий, він утворюється і руйнується швидше, ніж катіони Iі IIтому NH-протон піролу дейтерується швидше, ніж CH-протони. Це називається кінетичною основністю. Кінетична основність азоту завжди вища, ніж вуглецю. С-катіон IIвідповідає за процес полімеризації піролу в кислому середовищі, коли утворюється полімер змінної будови "піррол-червоний". Механізм перших стадій цієї реакції підтверджується будовою виділеного тримеру.

Схильність піролів до полімеризації під впливом кислот накладає серйозні обмеження щодо участі піролів у реакціях з електрофілами, т.к. ці перетворення протікають найчастіше у кислому середовищі.

Реакції по атому азоту

Кислотність піролу (рК а 17,0) близька до кислотності етанолу (рК а 15,9) і сильні основи здатні перетворити його пірил-іон, який являє собою високо p_надлишковий гетероаналог циклопентадієнілу. Отримані дією амідів металів або лужних металів натрієві і калієві солі піролу легко взаємодіють з електрофілами - алкілюються і ацилюються по атому азоту, тоді як змішані N-пірилмагнійгалогеніди (зв'язок N-Mg менш іонний, ніж N-Na) реагують переважно за a-положенням .

Кінетичний продукт ацилювання N-ацилпіррол без каталізатора при нагріванні перегрупується в більш стійкий термодинамічний продукт - 2-ацетилпіррол.

Реакції щодо атомів вуглецю

У нейтральному та кислому середовищі піроли майже ніколи не реагують з електрофілами по атому азоту. Електрофільна атака направляється, головним чином, в положення ядра. Це тим, що утворювані у своїй s-комплекси типу I, як й у разі протонування, найбільш стабільні серед усіх можливих.

Нітрування

Нітруюча суміш викликають швидке розкладання піролу, тому для нітрування використовують спеціальні реагенти: ацетилнітрат, що готується заздалегідь з 70%-ної HNO 3 і оцтового ангідриду, або кристалічний тетрафторборат нітронію в неводних розчинниках. У другому випадку (м'якший реагент) виходи вищі. Співвідношення a - та b-ізомерів становить приблизно 4: 1.

Сульфування

Сульфування піролу через його ацидофобність олеумом неможливе; однак, пірол-2-сульфокислота утворюється з гарним виходом при використанні комплексу SO 3 з піридином, який називається піридинсульфотриоксидом.

Ацилювання

Ацилювання піролів по атомах вуглецю, на відміну від бензолу, не вимагає застосування каталізаторів, які зазвичай використовуються в реакції Фріделя-Крафтса. Піррол настільки активний, що реагує при нагріванні з оцтовим ангідридом, при цьому легко можуть бути отримані 2-ацил-, так і 2,5-діацилпіроли.

Алкілювання піролу за Фріделем-Крафтсом рідко застосовується в синтетичних цілях, т.к. при цьому швидко утворюються поліалкілпохідні.

Галогенування

Взаємодія піролів з молекулярними галогенами призводить, як правило, до заміщення всіх атомів водню при вільних С-атомах, в той же час сульфурилхлорид при охолодженні монохлорує пірол в a-положення.

Моногалогенпіроли, на відміну полізаміщених сполук, нестійкі. Галогенування піролів протікає настільки активно, що найчастіше супроводжується відщепленням заступників, наприклад, карбоксильної групи. У свою чергу, атом галогену, найчастіше йоду, легко видаляється при гідруванні. Це дозволяє отримати незаміщене положення в ядрі в тому випадку, коли більш доступним як вихідне з'єднання виявляється заміщений пірол, наприклад:

Реакції піролу зі слабкими електрофілами

Піррол, що має високу нуклеофільність, легко вступає в реакції з такими слабкими електрофілами, з якими бензол не реагує навіть у жорстких умовах. Наприклад, пірол набагато легше, ніж навіть феноли, вступає в реакцію карбоксилювання по Кольбі – достатньо нагрівання з карбонатом амонію.

Піррол, як і фенол, формується в умовах реакції Реймера-Тімана, коли як активний реагент виступає дихлоркарбен. Однак це взаємодія ускладнюється паралельним процесом - відбувається розширення циклу в результаті впровадження дихлоркарбену в одну з p-зв'язків пірольного ядра, що призводить до 3-хлорпіридин. Пояснення цього у тому, що проміжно утворюється похідне циклопропана, яке стабілізується двома альтернативними шляхами. Співвідношення товарів залежить від умов проведення реакції.

У слабокислому середовищі пірол порівняно стійкий, що дозволяє ввести його, наприклад, реакцію азосполучення, яка ще раз підтверджує його високу p_надмірність. Якщо пірол вводити у взаємодію із сіллю діазонію в слаболужному середовищі (реагує пірил-іон), то можна отримати 2,5- біс(Фенілазо) пірол.

Піррол здатний до конденсації з карбонільними сполуками своїм a-положенням, причому результат реакції залежить від природи альдегіду або кетону. Якщо реакція з формальдегідом та аліфатичними альдегідами в кислому середовищі дає, переважно, полімери, то при конденсації з ацетоном основним продуктом виявляється метильований порфіриноген. Взаємне відштовхування у просторі метильних груп сприяє планаризації інтермедіату - тримера, у ході наступної стадії легше утворюється циклічний тетрамер, ніж лінійний.

При взаємодії піролів з ароматичними альдегідами за аналогічним механізмом утворюються порфіриногени, які мимоволі окислюються киснем повітря в ароматичні. мезо-Тетраарилпорфірини.

У разі конденсації піролу з пара-диметиламінобензальдегідом у слабокислому середовищі може бути виділений первинний продукт конденсації - червоно-фіолетовий катіон аріліденпіроленія (кольорова реакція Ерліха).

Для отримання незаміщених порфіриногену та порфірину пірол доцільно спочатку перетворити на вільну основу Манніха, а вже потім проводити конденсацію. Порфіриноген під дією більшості окислювачів, наприклад, при нагріванні в хлороформі з хлоранілом, перетворюється на незаміщений порфірин - порфін.

7. Індол

Індол є конденсованою біядерною системою, що складається з ядра пірола і бензолу. Систематична назва індолу - бензо [ b] пірол. Хімічні характеристики піролу та індолу багато в чому схожі, але є й відмінності.

Як і пірол, індол має NH-кислотність (pK a "17), його N-аніон, що генерується сильними основами (EtONa, t-BuOK, і т.д.), проявляє схожу з пірил-іоном активність: натрієві та калієві солі алкілюються і ацилюються азотом, тоді як змішані магнійгалогенідні N-похідні - по атому С (3), тобто по b-положенню, але не по a-вуглецевому атому, як це відбувається в піролі.

Остання обставина пояснюється тим, що в аніоні, як і в нейтральній молекулі індолу, негативний заряд зосереджений переважно на вуглецевому атомі в положенні 3, ніж С (2) - атомі. Це легко бачити в наборі резонансних структур, що описують N-аніон індолу:

Очевидно, що перенесення заряду на атом 2 невигідне (структура IV), тому що при цьому порушується ароматичність бензольного ядра, тоді як структури I і II містять ароматичне бензольне кільце.

Наявність електроноакцепторних замісників у положенні 3 сильно підвищує кислотність, і алкілування можна проводити у присутності значно слабших підстав.

Індол виявляє високу активність у реакціях з різноманітними електрофілами, причому заміщення орієнтується також у положення 3, але не за a-вуглецевим атомом, як це має місце в піролі. Резонансні структури для s-комплексів індолу за участю a - і b-вуглецевих атомів призводять до тих же висновків, що наведена вище схема для N-аніонів: s-комплекс, що утворюється в результаті приєднання електрофіла до атома 3, більш вигідний.

Нітрування

Індоли, що не мають замісників у положеннях 2 і 3, аналогічно піролу полімеризуються під дією сильних кислот, тому нітрування таких сполук проводять слабкими нітруючими реагентами - етилнітратом у присутності метилату натрію (реагує аніон індолу) або бензоїлнітратом в нейтральній

2-Метиліндол стійкіший у кислому середовищі, ніж індол, тому він успішно нітрується в жорстких умовах дією азотної кислоти. У молекулу можна ввести до трьох нітрогруп, проте для синтезу чистого мононитропроізводного слід використовувати ацилнітрати.

Цікаво протікає реакція 2-метиліндолу з нітруючої сумішшю: зважаючи на те, що з'єднання націло протоноване, реакція по гетероциклічному ядру не йде зовсім, а проміжний ковалентний аддукт з сірчаною кислотою реагує в сполучене з атомом азоту положення 5 бензольного ядра.

Сульфування

Сульфування індолу, як і піролу, проводять дією не кислотного реагенту піридинсульфотриоксиду. Якщо в положенні 3 присутній заступник, наприклад, метильна група, реакція орієнтується в положення 2.

Галогенування

Галогенування індолів протікає дуже легко в положення 3, проте отримувані галогеніндоли не стійкі до дії кислот, тому для успішного галогенування використовують реагенти, в ході реакції з якими HHal по можливості не виділяється: N-бромсукцинімід (NBS), SO 2 Cl 2 , KI 3 пербромід піридинія.

Якщо при С-атомі в положенні 3 стоїть заступник, спочатку за цим атомом утворюється катіонний аддукт з галогеном, який потім трансформується в результаті нуклеофільної атаки розчинником, що призводить до 2-оксииндолам або їх похідним.

Крім перерахованих вище перетворень, індоли здатні вступати в реакції електрофільного ацилювання, формування по Вільсмайєру, азосполучення та конденсації з карбонільними сполуками. Всі реакції йдуть у м'яких умовах та орієнтуються у положення 3.

Заміщувальна група в положенні 3, як правило, не перешкоджає електрофільній атаці в це положення і перетворення завершується заміщенням цієї групи електрофілами ( іпсо-заміщення).

Виняток становлять солі діазонію, які в цю реакцію не вступають.

8. Фуран

З трьох розглянутих п'ятичленних гетероциклів фуран є найменш ароматичним і в багатьох реакціях помітно проявляється дієновий характер.

Реакції електрофільного ароматичного заміщення для фурану відомі, проте вимагають спеціальних реагентів, т.к. під дією протонних кислот фуранове кільце руйнується набагато легше, ніж пірол і тим паче індол.

А загалом, фуран у цих реакціях значно схожий на пірол - дуже активний і реагує переважно a-положеннями.

Сульфування

Сульфування фурану, як і піролу, можна провести за допомогою піридинсульфотріоксиду в органічному розчиннику. У реакції утворюється невелика домішка фуран-2,5-дисульфокислоти.

Виділення фуран-2-сульфокислоти здійснюють, руйнуючи 2-фурилсульфонат утворюється піридинію карбонатом барію, і отримують нерозчинну барієву сіль.

Нітрування

Як і пірол, фуран не можна піддавати дії нітруючої суміші, проте можна використовувати ацетилнітрат у піридині. Реакція йде повільніше, ніж у випадку піролу, причому проміжно утворюється ковалентний продукт приєднання реагенту положення 2 і 5.

Фурани, що мають електроноакцепторні заступники, менш ацидофобні, тому вони нітруються та сульфуються звичайними реагентами.

Галогенування

Взаємодія фурану з галогенами (бромом і особливо з хлором) протікає бурхливо і призводить до утворення полігалогенпохідних. Моногалогенфурани можуть бути отримані лише в м'яких умовах, наприклад дією діоксандиброміду. Існують розбіжності щодо механізму реакцій галогенування фурану: не виключено, що вони протікають як приєднання молекули галогену до положень 2 і 5 і подальше відщеплення галогеноводородної молекули.

Як підтвердження механізму приєднання-відщеплення розглядається дія брому на фуран у метанольному розчині, в результаті якого утворюється 2,5-диметокси-2,5-дигідрофуран.

Проміжне утворення аддуктів доводиться також на прикладі реакції бромування 2,5-дибромфурану.

Формілювання

Формілювання фурану по Вільсмайєру протікає так само гладко, як і у випадку піролу, тоді як ацилювання вимагає обов'язкового додавання каталізатора Фріделя-Крафтса.

Реакція Дільса-Альдера

Існують перетворення, у яких проявляється дієновий характер фурану. Найбільш характерним перетворенням є реакція дієнового синтезу (Дільс-Альдер). Сам фуран та багато його похідних легко реагують з малеїновим ангідридом, дегідробензолом та іншими дієнофілами.

9. Тіофен

Серед гетероциклів, що розглядаються, тіофен є найбільш ароматичним і за своїми властивостями багато в чому нагадує бензол. Похідні тіофену супроводжують похідним бензолу в продуктах кам'яновугільної смоли і дуже схожі на них, часто мають навіть схожий запах.

Тіофен набагато стійкіший до дії кислот, ніж пірол і фуран, тому він може бути введений у різноманітні реакції електрофільного заміщення. які орієнтуються в a-положення.

При нагріванні зі 100%-ною H 3 PO 4 тіофен тримеризується, реакція починається з утворення a-протонованого катіону, який піддається атаці нейтральною молекулою тіофену.

Сульфування

З електрофілами тіофен реагує механізмом звичайного ароматичного електрофільного заміщення. Його можна сульфувати сірчаною кислотою за кімнатної температури, що застосовується для виділення тіофену з кам'яновугільного бензолу в промисловості.

Нітрування

Для мононітрування тіофену в a положення краще всього застосовувати борфторид нітронію: ацетилнітрат дає до 20% домішки 3-нітротіофену, тоді як азотна кислота реагує занадто бурхливо, іноді з вибухом. Після появи в ядрі однієї нітрогрупи активність знижується настільки, що подальше нітрування вимагає застосування диму HNO 3 .

Галогенування

Тіофен легко бромується та іодується (на відміну від фурану) в a-положення. Дія хлору призводить до суміші продуктів.

Ацилювання

Тіофен ацилюється по Фріделю-Крафтсу тільки в присутності кислот Льюїса, причому реакція супроводжується частковим осмолінням через самоконденсацію кетонів, що утворюються.

Реакція Вільсмайєра протікає з добрим виходом, але за високої температури. Проміжну сіль імінію можна виділити.

Конденсація з карбонільними сполуками

Аналогічно піролу і фурану, тіофен активно конденсується з карбонільними сполуками, проте реакцію рідко вдається зупинити на стадії первинного карбінолу, найчастіше виходять ді-, три- та полімери.

На відміну від фурану, що розкладається в цих умовах, тіофен може бути з непоганим виходом перетворений на біс-хлорметильне похідне дією великого надлишку формаліну та HCl.

Заслуговує на увагу важлива з історичної точки зору кольорова "індофенінова реакція" тіофену з ізатином у присутності сірчаної кислоти.

Інтенсивно-синій індофенін став причиною відкриття тіофену. До 1882 р. вважалося, що індофенінова реакція властива ароматичним вуглеводням, т.к. використовуваний тоді кам'яновугільний бензол завжди містив домішок тіофену. Проте якось цей прекрасний досвід не вдався на лекції У. Мейєра, т.к. того разу він використовував синтетичний, а не кам'яновугільний, бензол. Стало ясно, що кольорову реакцію давала домішка, яка пізніше була виділена та ідентифікована як нова сполука – тіофен.

Розширення циклу

Для заміщених тіофенів відома реакція розширення циклу, не характерна для піролу та фурану; механізм цього перетворення не відомий. Цікаво, що в результаті спостерігається досить рідкісне явище - перетворення ароматичного з'єднання на антиароматичне.

Реакції по атому сірки

Тіофен вступає у своєрідні реакції по атому сірки: алкілування та окислення надкислотами.

Якщо солі S-алкілтіофенія є стійкими і, судячи з спектральних та хімічних властивостей, ароматичними сполуками, то S,S-діоксиди тіофену не ароматичні, і можуть бути отримані тільки для a,a-дизаміщених субстратів. Ці сполуки реагують із дієнофілами.

10. Взаємоперетворення п'ятичленних гетероциклів

У жорстких умовах пірол, фуран і тіофен здатні до розкриття кільця під дією нуклеофілів, тому за наявності відповідного реагенту вони здатні переходити один в одного, що можна поєднати на схемі:

Ця реакція має ім'я Юр'єва, вона протікає при 350°С у присутності каталізатора Al 2 O 3 .

11. Пірідін

Перетворення по атому азоту

Пиридин - основа середньої сили з величиною рК а = 5,2, виміряної у воді (основність аліфатичних амінів коливається в інтервалі pK a 9-11). Піридін утворює кристалічні солі з більшістю протонних кислот і часто застосовується як основний каталізатор або розчинник, що сприяє зв'язуванню кислот, що виділяються в ході тієї чи іншої хімічної реакції.

Як нуклеофіл, піридин реагує з алкілгалогенідами та іншими алкілуючі реагентами за механізмом S N 2 або S N 1 залежно від природи субстрату.

Солі N_алкілпіридинію є ароматичними сполуками, т.к. неподілена електронна пара, що використовується для утворення нового зв'язку, не бере участі в ароматичному поєднанні. Ці стійкі речовини виявляють схильність до реакцій із нуклеофілами через високу p-дефіцитність. Наприклад, нуклеофільне гідроксилювання дією їдкого калі дає a-піридони.

При взаємодії піридину з ацилгалогенідами утворюються N-ацилієві солі. Ці сполуки мало стійкі, легко гідролізуються назад.

Саме через низьку стійкість ацилпіридінієві солі мають важливе значення для синтетичної хімії як м'які ацилюючі реагенти. Наприклад, відзначимо О-ацилювання кетоенолів - реакція, що протікає по незвичайному механізму з проміжним утворенням адукту за a_положенням гетероциклу.

При обробці піридину та його похідних надкислотами утворюються N-оксиди піридину, про властивості яких буде сказано окремо.

Реакції щодо атомів вуглецю

Взаємодія з електрофілами

Як було показано вище, піридин є p-дефіцитною сполукою, тому взаємодія з електрофілами для неї не характерна, тим більше, що електрофільні реакції протікають у кислому середовищі, де у взаємодію з електрофілом входить піридинієвий іон, що володіє ще більшою p-дефіцитністю. Ці реакції протікають значно складніше, ніж у бензолі. Пиридин атакується лише сильними електрофілами, причому у дуже жорстких умовах. Електрофільне заміщення при орієнтуються положення 3, що нагадує орієнтацію S E 2-реакцій в нітробензолі. Така орієнтація легко пояснюється порівняльною стійкістю грн. структур, що описують катіонні s_комплекси, що виникають в результаті приєднання електрофіла до g-, b-, і a-положень піридинового кільця. Очевидно, що лише s-комплекс IIне містить вкладу структури із позитивно зарядженим атомом азоту.

Як сказано, спочатку відбувається атака електрофіла чи протона по азоту, що додатково пасивує субстрат, переводячи їх у катіон. Якщо запобігти комплексоутворенню гетероатому, то реакція атомів ядра з електрофілами протікає легше.

Нітрування

Нітрування власне піридину, особливо нітруючої сумішшю, коли гетероцикл націло протонований, протікає надзвичайно важко і практичного значення не має.

2,6-Диметил- та 2,4,6-триметилпіридини, амінопіридини та піридони набагато активніше нітруються у формі катіонів.

2,6-Дігалогенпохідні піридину, які як підстави слабші за піридину, реагують легше, т.к. піридиновий атом азоту протонований меншою мірою - концентрація вільної основи більша. Нітрування протікає легше у разі використання апротонного нітруючого реагенту, наприклад:

Сульфування

Сульфування піридину сірчаною кислотою протікає дещо легше, ніж нітрування, але також можливе лише за жорстких умов. При ще вищих температурах можливе перегрупування в 4_сульфокислоту.

Цікавий продукт може бути отриманий при сульфуванні 2,6_ді_ трет _бутілпіридину. Власне, сульфування протікає легко, т.к. об'ємні заступники перешкоджають комплексоутворення SO 3 по атому азоту. Утворюється 2,6_ді_ трет _бутилпіридин-3-сульфокислота при нагріванні перетворюється на циклічний сульфон за рахунок однієї з метильних груп трет-бутільного заступника.

Галогенування

Піридини можуть бути прогалогеновані. Ввести атом йоду із задовільним виходом не вдається, проте бром - і хлорпіримідин синтезуються отримані дуже просто.

N-оксиди піридину проявляють більшу активність у реакціях з електрофілами, ніж сам піридин. Існують два типи електрофільного заміщення в N-оксидах: перший варіант (без додавання нуклеофіла) призводить переважно до N-оксидів 4-заміщених піридинів. Це на перший погляд дивна обставина пов'язана із чудовою електронною природою N-оксидної функції, яка може проявляти себе одночасно не лише як акцептор, а й як донор електронів. Це ілюструє наведену нижче схему.

Тому N-оксид будь-якого заміщеного піридину, що має вільне положення 4, можна нітрувати димучою HNO 3 з хорошим виходом.

Інший підхід до використання N-оксидів - проведення реакції при слабких нуклеофілів, які можуть входити до складу реагенту, наприклад, ацетилнітрату. При цьому N-оксид перетворюється на неароматичний аддукт, який атакується електрофілом. Можна сказати, що піридиновий атом азоту на якийсь час стає донором електронів. Реакція дозволяє отримувати 3-нітро- та 3,5-дінітропіридини з хорошими виходами.

Аналогічно відбувається вступ до положення 5 ще однієї нітрогрупи

Нуклеофільне заміщення

Характерними перетвореннями піридину є реакції нуклеофільного заміщення. Реакція амінування піридину при нагріванні з амідом натрію (реакція Чичибабіна) призводить до утворення a-амінопіридину.

Реакція заміщення атома водню в піридині аміногрупою дією аміду натрію завжди орієнтується в положення 2. Перетворення має складний механізм: в ході реакції виділяється молекулярний водень, що змушує припустити проміжне утворення гідриду натрію. Цей факт, а також відсутність продуктів заміщення водню в положенні 4 пояснюють попередньою координацією натрію атома з піридиновим атомом азоту.

Обробка піридинів свіжоплавленим їдким калі призводить до гідроксилювання до a_піридонів, які є більш стійкою формою існування a- та g-гідроксипіридинів.

Реакції нуклеофільного заміщення галогену в піридині протікають за такими двома альтернативними механізмами, як і в галогенаренах - приєднання-відщеплення (АЕ) і відщеплення-приєднання (ЕА). Реакція АЕ (приєднання нуклеофіла з утворенням s-комплексу, і відщеплення групи, що йде) протікають переважно по атомах 2, 4 і 6, в яких зосереджений максимальний позитивний заряд. Крім того, атом азоту бере участь у ділалізації негативного заряду відповідних s-комплексів, як нітрогрупа у разі нітрохлорбензолів. Легко бачити, що найбільш стабільними є аніонні s-комплекси. Iі III.

За допомогою реакції типу нуклеофільного АЕ в молекулу піридину можна ввести найрізноманітніші замісники. Ось кілька прикладів:

N-оксиди піридину і N-алкілпіридінієві солі вступають у ті ж реакції легше самого піридину. Особливо цікаві N-оксиди a-галогенпіридинів, які відразу перетворюються при дії деяких нуклеофілів на конденсовані біядерні гетероцикли, освіта яких протікає за участю N-оксидної групи.

Якщо галоген знаходиться в положенні 3, то реакція піридинів з нуклеофілами частіше йде механізмом ЕА через проміжне утворення гетероаналогу дегідробензолу - гетарину.

Вільнорадикальні реакції

При дії атомарних хлору та (високих температур) брому на піридин відбувається вільнорадикальне галогенування, яке, на відміну від електрофільного, орієнтується в положення 2 і 6.

Для препаративних цілей мають значення реакції піридину з нуклеофільними радикалами (реакція Мініші). Джерелами радикалів служать різні органічні сполуки в присутності перекисів і солі заліза (II), катіон якого служить переносником електронів.

Механізм реакції включає стадії гомолітичного розкладання перекису, перетворення реагенту на вільний радикал та його приєднання до піридину та подальшу ароматизацію.

Таким шляхом положення 2 і 4 піридину і хіноліну можна ввести гідроксиметильну групу, диалкіламідну та інші функціональні групи.

Література

1. Артеменко А.І., Тікунова І.В., Ануфрієв Є.К. Практикум з органічної хімії. – К.: Вища школа, 2007-187с.

2. Березін Б.Д., Березін Д.Б. Курс сучасної органічної хімії. Навчальний посібник для вишів. – М.: Вища школа, 2001. – 768с.

3. Глінка Н.Л. Загальна хімія / За ред.В.А. Рабіновича. – Л.: Хімія, 1986. – 704с.

4. Градберг І.І. Практичні роботи та семінарські заняття з органічної хімії. – К.: Дрофа, 2011. – 352с.

5. Збірник завдань з органічної хімії. Навчальний посібник/За ред.А.Е. Агрономова. – М.: Вид-во МДУ, 2010. – 160с.

Подібні документи

Класифікація гетероциклічних сполук із п'ятичленними циклами; їх існування у природі. Вивчення методів синтезу моноядерних насичених та конденсованих п'ятичленних гетероциклів з одним та двома гетероатомами. Опис одержання індазолу.

курсова робота , доданий 24.02.2015


реферат, доданий 21.02.2009


Поняття гетероциклічних сполук, їх сутність та особливості, основні хімічні властивості та загальна формула. Класифікація гетероциклічних сполук, різновиди, відмінні риси та способи одержання. Реакція електрофільного заміщення.

реферат, доданий 21.02.2009


Опис загальної будови, властивостей та функцій гетероциклічних сполук та їх впливу на організм людини на прикладі алкалоїдів. Порівняльна характеристика представників групи алкалоїдів, їх біосинтез, застосування та поширення у природі.

презентація , доданий 22.09.2016


Синтез і властивості N,S,О-містять макрогетероциклів на основі первинних і ароматичних амінів за участю Sm-каталізаторів. Гетероциклічні сполуки, їхнє застосування. Методи ідентифікації органічних сполук ЯМР- та мас-спектроскопією.

дипломна робота , доданий 22.12.2014


Характеристика гетероциклічних сполук, їх біологічне значення, поширення у природі, що у побудові амінокислот і класифікація. Будова гема крові та хлорофілу. Структура фурану, фурфуролу, імідазолу, тіазолу, пірану, піридину.

реферат, доданий 22.06.2010


Суть гетероциклічних сполук із замкнутим ланцюгом, що містить, крім атомів вуглецю, атоми інших елементів. Реакційна здатність, нуклеофільність, електрофільність. Реакційна здатність заступників та бічних ланцюгів. Виробництво та застосування.

реферат, доданий 27.09.2011


Поняття та сутність сполук. Опис та характеристика ароматичних гетероциклічних сполук. Отримання та утворення сполук. Реакції з атомного азоту, електрофільного зауваження та нуклеїнового заміщення. Окислення та відновлення. Хінолін.

лекція, доданий 03.02.2009


Хімічний зв'язок у органічних молекулах. Класифікація хімічних реакцій Кислотні та основні властивості органічних сполук. Гетерофункціональні похідні бензольного ряду. Вуглеводи, нуклеїнові кислоти, ліпіди. Гетероциклічні сполуки.

навчальний посібник, доданий 29.11.2011


Гетероциклічні сполуки. Ароматичні гетероцикли. Деякі критерії ароматичності у гетероциклах. Моноциклічні системи, що підкоряються правилу Хюккеля. Реакційна спроможність гетероароматичних сполук. Основні особливості хімії піридину.

М.І. Антонова, О.С. Берлянд

БІООРГАНІЧНА ХІМІЯ

ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ

Москва 2010

Державний освітній заклад вищої професійної освіти

"Московський Державний медико-стоматологічний університет"федерального агентства з охорони здоров'я та соціального розвитку Російської Федерації

Кафедра загальної та біоорганічної хімії

М.І. Антонова, А.С. Берлянд

БІООРГАНІЧНА ХІМІЯ

ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ

Навчальний посібник з біоорганічної хімії

для самостійної роботи студентів

стоматологічних факультетів медичних вузів

Рекомендується Навчально-методичним об'єднанням з медичної та фармацевтичної освіти ВНЗ Росії як навчальний посібник для студентів, які навчаються за спеціальністю 060105(040400) - «Стоматологія»

Москва 2010

ББК 24.1 я 73

УДК 546 (075.8)

Рецензенти:

зав. кафедрою органічної хімії ММА ім. І.В. Сєченова, д. х. н., професор Н.А. Тюкавкіна,

зав. кафедрою фармакології МДМСУ,

д.м.н., професор О.Г. Муляр

М.І. Антонова, А.С. Берлянди. Біоорганічна хімія, частина VI. Навчальний посібник. М., МДМСУ, 2010, 63с.

За редакцією професора А.С. Берлянда

Цей навчально-методичний посібник присвячений сполукам, об'єднаним під загальною назвою «Гетероциклічні сполуки». У посібнику викладено теоретичний матеріал, розібрано низку еталонних завдань, а також наведено питання та завдання для самостійної роботи студентів. Посібник рекомендується використовувати студентам стоматологічних, лікувальних та педіатричних факультетів медичних вузів Російської Федерації для підготовки до занять з біоорганічної хімії.

ББК 24.1 я 73

© МДМСУ, 2010

© М.І. Антонова, А.С. Берлянди. 2010 року.

Гетероциклічні сполуки

1. Загальна характеристика.

Гетероциклічними називають сполуки циклічної будови, що містять у циклі не лише атоми вуглецю, а й атоми інших елементів (гетероатоми).

Гетероциклічні сполуки – найпоширеніша група органічних сполук. Вони входять до складу багатьох речовин природного походження, таких як нуклеїнові кислоти, хлорофіл, гем крові, алкалоїди, пеніциліни, багато вітамінів. Гетероциклічні сполуки відіграють важливу роль у процесах метаболізму, мають високу біологічну активність. Значна частина сучасних лікарських речовин містить у структурі гетероцикли.

2. Класифікація та номенклатура гетероциклічних сполук.

2.1. Класифікація.

Для класифікації гетероциклічних сполук використовують такі ознаки.

по розміру циклу гетероциклічні сполуки бувають найчастіше три-, чотири-, п'яти-, шести- і семичленними:

по типу елемента , входить до складу циклу, це головним чином сполуки з атомами азоту, кисню або сірки:

по числу гетероатомів , входять до циклу, найбільш поширені гетероцикли з одним і двома гетероатомами, але відомі сполуки і з чотирма атомами в одному циклі:

по природі та взаємному розташуванню кількох гетероатомів можливі різноманітні комбінації (наприклад, N і S, N і O і т.д.), причому гетероатоми можуть займати різні положення щодо один одного:

по ступеня насиченості гетероцикли можуть бути ароматичними, ненасиченими та насиченими:

Хімію ароматичних гетероциклів вивчено найбільш докладно. Повністю чи частково насичені гетероцикли з особливостей їх хімічних властивостей розглядаються, зазвичай, як гетероциклічні сполуки, бо як циклічні аналоги тих чи інших аліфатичних сполук (прості ефіри, сульфіди, вторинні аміни).

по числу циклів розрізняють моноциклічні, поліциклічні (головним чином конденсовані) системи. Число циклів та їх типи можуть бути різними:

Гетероциклічні називають такі сполуки циклічної будови, в циклах яких поряд з атомами вуглецю знаходяться атоми інших елементів. Ці інші атоми називаються гетероатомами. Найчастіше такими гетероатомами є атоми кисню, сірки та азоту. У гетероциклах може бути один, два, три і більше гетероатомів. Однак, згідно з теорією напруги циклів, три- і чотиричленні цикли малостійкі. Найбільш міцні і тому найчастіше зустрічаються п'яти-і шестичленні гетероцикли.

Класифікацію гетероциклів здійснюють залежно від величини циклу. Відповідно до цього розрізняють три-, чотири-, п'яти-, шестичленні гетероцикли та гетероцикли з великою кількістю атомів.

Гетероциклічні сполуки численні, дуже поширені у природі та мають важливе практичне значення. До них відносяться такі речовини, як хлорофіл - зелена речовина рослин, гемоглобін - фарбувальна речовина крові та багато інших природних барвників, вітаміни, антибіотики (пеніцилін), лікарські речовини, пестициди.

Номенклатура гетероциклів

Гетероциклічні сполуки називають за тривіальною, раціональною та систематичною номенклатурою. Для відомих гетероциклічних сполук часто використовують тривіальні назви. Наприклад, пірол, піридин, фуран, індол, пурин та ін. У раціональній номенклатурі за основу беруть назву певного гетероциклу - фуранів, тіофену, піролу, піридину або іншого, а положення заступників у них позначають цифрами або літерами грецького алфавіту. У гетероциклах з одним гетероатомом нумерацію починають із цього гетероатома.

Малюнок 1.

Сучасна наукова номенклатура гетероциклічних систем включає величину циклу, його ненасиченість, кількість гетероатомів, їхній вигляд і становище. Назва гетероциклу з цієї номенклатури складається з трьох частин:

• кореня - вказує розмір циклу,
• суфікса – вказує ступінь ненасиченості гетероциклічної системи
• та приставки - вказує вид гетеро атомів та їх кількість.

Тричленне кільце має корінь -ір, чотиричленне - -ет, п'ятичленний - -ол, шестичленний - ін. Насичені гетероцикли з атомом азоту мають суфікс-ідин, насичені гетероцикли без атома азоту мають суфікс-ан, насичені гетероциклічні системи мають суфікс-ін.

Природа гетероатома вказується приставками окса-, тіа- та аза-відповідно для кисню, сірки та азоту префікси діокса-, дитіа-, діаза- означають відповідно два атоми кисню, сірки та азоту. Якщо в гетероциклі два і більше різних гетероатомів, то вони перераховуються за старшинством кисень раніше від сірки, а сірка раніше від азоту, і їх нумерують у наступному порядку: $O$, $S$, $N$.

За наявності в гетероциклі одного атома кисню та одного атома азоту використовують префікс - оксаза-, а за наявності одного атома сірки та одного атома азоту - тіаза-. При одночасному перебуванні у циклі третинного атома азоту та групи $NH$ цифрою 1 позначають атом азоту групи $NH$. У цьому випадку нумерацію проводять у такому порядку: $O$, $S$, $NH$, $N$.

Гетероцикли, які не містять крайніх зв'язків, як правило, за хімічними та фізичними властивостями схожі на відповідні циклічні сполуки.

Ароматичність гетероциклів

Існує величезна група гетероциклів, які мають пов'язану систему кратних зв'язків. Такі гетероцикли нагадують за своєю стійкістю і типами реакцій бензол і його похідні і називаються ароматичними гетероциклічними сполуками.

Відповідно до правила Хюккеля, циклічна система має ароматичні властивості, якщо вона:

• містить $4n + 2$ узагальнюючих електронів;
• має безперервний ланцюг сполучення;
• є планарний.

Порівняємо дві сполуки - бензол і піридин:

Малюнок 2.

Малюнок 3.

У молекулі бензолу атоми вуглецю перебувають у стані $sp2$ - гібридизації. Четвертий електрон кожного атома є не гібридизуючим. У цьому утворюється секстет електронів, узагальнених всіма атомами циклу (ароматичний секстет).

Хмари негібридизованих $\pi$-електронів, що мають форму об'ємних вісімок, перекриваючись один з одним, утворюють єдину хмару:

Малюнок 4.

Аналогічно можна пояснити ароматичний характер піридину. Тільки в освіті електронного секстету в природі беруть участь 5$-pi$-електронів від атомів вуглецю та один електрон від азоту:

Малюнок 5.

В атомі азоту зберігається нерозділена пара електронів. Ця пара електронів не входить у ароматичний секстет; система планарна; відповідає правилу Хюккеля: $ 4n + 2 $.

Електронна будова п'ятичленних гетероциклів

Розглянемо електронну будову п'ятичленного гетероциклу - піролу, утвореного чотирма атомами вуглецю та атомом азоту, і містить два подвійні зв'язки:

Малюнок 6.

У молекулі піролу також утворюється ароматичний секстет за рахунок чотирьох $pi$-електронів атомів вуглецю і двох нерозділених р-електронів атома азоту. Таким чином, у ядрі утворюється загальна система секстету електронів і ядро ​​має ароматичні властивості. Виконується перше правило ароматичності: міститься $ 4n + 2 = 4 \ cdot1 + 2 = 6 $ узагальнених електронів. Виконується і друга умова ароматичності - зберігається безперервний ланцюг сполучення, до якого входить нерозділена пара електронів атома азоту. Усі атоми лежать у одній площині, система планарна. Таким чином, у п'ятичленних гетероциклах 6 ділових електронів делекалізованих між 5-ма атомами, що утворюють даний цикл.

Малюнок 7.

p align="justify"> З п'ятичленних гетероциклічних сполук з одним гетероатомом найважливіше значення мають: фуран, тіофен і пірол. Для фурану, тіофену, піролу та їх похідних типові реакції електрофільного заміщення: нітрування, сульфування, галогенування, ацилювання та ін. Така особливість властивостей цих гетероциклічних сполук пов'язана з їхньою електронною будовою. У циклах цих речовин містяться як атоми вуглецю, і гетероатомы. Вуглецеві атоми та гетероатоми з'єднані з сусідніми атомами вуглецю $sigma$-зв'язками.

Інші ароматичні гетероциклічні сполуки

Оскільки в поліциклічних сполуках на гетероатоми можуть бути замінені атоми вуглецю різних циклів і в різних комбінаціях, число можливих ароматичних гетероциклічних сполук виключно велике:

Малюнок 8.

Крім гетероциклічних систем, що містять у кожному кільці по шість $\pi$-електронів, відомі численні приклади ароматичних ($4n+2$) p-елеткронних гетероциклічних сполук, у яких $n >1$. Відомі гетероциклічні аналоги ароматичних ануленів. Як приклади можна навести окса-анулен, аза-анулен, аза-анулен, ізоелектронні ароматичному-анулену:

Малюнок 9.

Малюнок 10.

Іншим наочним прикладом ароматичного гетероаннулену є містковий гомохінолін, ізоелектронний 1,6-метано-анулену, що містить 10 p-електронів:

Малюнок 11.

ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ один із найчисленніших класів органічних сполук ( см. ОРГАНІЧНА ХІМІЯ), вони містять у складі вуглеводневого циклу вони містять один або кілька гетероатомів: O, N, S (Рис. 1).

Рис. 1. Найпростіші гетероциклічні з'єднання

Класифікація гетероциклічних сполук. Залежно від природи гетероатома розрізняють кисень-, азот-і сірковмісні сполуки. Існують і з'єднання, у складі яких є одночасно кілька однакових (рис. 2, діоксан) або різних гетероатомів (рис. 2, тіазол, оксазин). З іншого боку, їх поділяють насичені сполуки (рис. 1, пиперидин) і ненасичені, тобто. містять кратні зв'язки (рис. 1, фуран, піридин, тіофен). Залежно від числа циклічних фрагментів в молекулі розрізняють моноядерні моноциклічні сполуки (рис. 1) і поліядерні містять кілька циклів, причому цикли можуть бути конденсовані (містити два загальних атоми, рис. 2, індол), або з'єднані простим зв'язком (рис. 2, біпіриділ). У особливу групу виділяють макроциклічні сполуки, звані краун-эфиры ( crown англ.корона), що містять понад чотири гетероатоми і більше десяти ланок у структурі циклу (ланкою називають фрагмент з двох хімічно зв'язаних атомів, (рис. 2).

Рис. 2. РІЗНІ ТИПИ БІЛЬШ СКЛАДНИХ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНИХ СПОЛУК: із двома однаковими (діоксан), або різними (тіазол, оксазин) гетероатомами. Біядерні сполуки: з конденсованими (індол) або розділеними циклами (біпіридил). Краун-ефіри з'єднання з великими циклами (макроциклічні).

Номенклатура гетероциклічних сполук. Для великої групи гетероциклічних сполук допускають використання тривіальних ( см. ТРИВІАЛЬНІ НАЗВИ РЕЧОВИН) назв, що склалися історично (наприклад, рис. 1), всього таких назв близько 60. В інших випадках назви (їх називають систематичними) становлять за спеціальними правилами ІЮПАК (Міжнародний Союз Теоретичної та Прикладної Хімії), які в цьому випадку своєрідні та відрізняються від тієї системи, яка прийнята більшості органічних сполук інших класів. Зі спеціально запропонованих для цієї мети коренів і приставок формують назву, дотримуючись обумовленого порядку. У його основі лежить корінь, що з двох складів. Перший склад вказує на кількість ланок циклу, наприклад, склад ір(дві переставлені літери з латинського кореня) t ri ») відповідає тричленному циклу, склад « ет» (Фрагмент латинського t et ra ) ¦ чотириланковий цикл, склад « ок» (частина латинського octa ) використовують для восьмичленних циклів. Походження деяких інших складів, що позначають розмір циклу, не завжди логічно обґрунтовано, наприклад, для шестичленних циклів використовують склад ін», взятий із назви поширеного гетероциклу «пірид ін(рис. 1).

Другий склад укаює, чи є гетероцикл насиченим | ан», або ненасиченим | склад « він»(аналогія з назвами вуглеводнів: ет анет ін). Перед коренем поміщають приставку, що позначає природу гетероатома: Окса,

S тіа, N Аза. Оскільки корінь часто починається з голосної літери, у приставці зазвичай опускають останню літеру "а". В результаті насичений тричленний цикл, що містить S , називають тііран (рис. 3А): « ти-» скорочена приставка «тіо-», частина кореня « ір» позначає тричленний цикл, а друга частина кореня « ан» відповідає насиченому з'єднанню. Аналогічно тричленний Про містить ненасичений цикл називають оксирен (рис. 3Б). Якщо в гетероциклі кілька гетероатомів, їх положення вказують за допомогою числових індексів, пронумерувавши попередньо атоми в циклі, а кількість таких атомів позначають приставками ді-, три-і т.д., наприклад, 1,3,5-триазин (рис. 3В). Якщо є різні гетероатоми, їх згадують у такому порядку: O > S > N (Цей встановлений порядок має умовний характер і не пов'язаний з хімічними властивостями). В кінці назви за допомогою кореня вказують розмір циклу та ненасиченість, наприклад, 1,2,6-оксадіазин (рис. 3Д). Спосіб написання коренів для N циклів, що містять, дещо відрізняється від описаного вище, що також спеціально обумовлено, наприклад, корінь « ін» у назві 1,2,6-оксадіазин (рис. 3Д) позначає одночасно і шестичленний та ненасичений цикл.Правила складання систематичних назв застосовні до будь-яких гетероциклічних сполук, у тому числі і до тих, для яких є усталені тривіальні назви, наприклад, біциклічна сполука з тривіальною назвою хінолін (рис. 3Е) систематична назва бензазин. Часто хіміки замість складної системи систематичних назв використовують більш просту, засновану на тривіальних назвах: у молекулі «виокремлюють» фрагмент тривіальної назви та за допомогою цифрових індексів вказують положення заступників. За такою схемою складено назву 8-оксихінолін (рис. 3Ж).

Рис. 3. СИСТЕМАТИЧНІ НАЗВИ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНИХ СПОЛУК(А-Д). Зіставлення систематичної та тривіальної назви (Е). Використання тривіального терміна під час складання назви (Ж). У 8-оксихіноліні (Ж) два атоми вуглецю, що належать одночасно двом циклам, не нумерують,т.к. у них не може бути заступників.

Хімічні властивості гетероциклічних сполук. Три- і чотиричленні гетероцикли є напруженими системами, для них характерні реакції з розкриттям циклу. Етиленоксид (при 150° С та тиску 2 мПа) гідролізується, утворюючи етиленгліколь (рис. 4А). Реакція О-вмісних напружених циклів зі спиртами призводить до сполук з ОН-групою і простим ефірним зв'язком (целозольви, рис. 4Б), а при дії на них галогенводнів утворюються сполуки, що містять Hal та ОН-групу (галогенгідрини, рис. 4В). N -містять напружені цикли, взаємодіючи з галогеноводородами утворюють галогеналкіламіни (рис. 4Г).

Рис. 4. П'яти-і шестичасті ненасичені гетероциклічні з'єднання, а також їх похідні мають ароматичністю, тому їх хімічна поведінка нагадує властивості ароматичних сполук (похідних бензолу) при різних перетвореннях циклічний фрагмент порівняно стійкий, а атоми Н при вуглецевих атомах кільця, як у бензолу, можуть заміщатися різноманітними групами ( см. ХІМІЯ ОРГАНІЧНА). При сульфуванні (рис. 5А), нітруванні (рис. 5Б), ацилюванні (рис. 5В, Г) атоми Н заміщаються відповідними групами, а цикл зберігається незмінним. Тим не менш, стійкість циклічних фрагментів у таких сполуках нижче, ніж у бензольного циклу, тому всі реакції заміщення проводять більш м'яких умовах.

Рис. 5. РЕАКЦІЇ ЗАМІЩЕННЯв гетероциклічних сполуках: А сульфування, Б нітрування, В, Г ацетилювання. Подібно до реакцій заміщення в бензольному ядрі, циклічний фрагмент залишається незмінним.

Для виникнення ароматичної системи в циклах середнього розміру (57-ланкових) потрібно 6 р-електронів ( див.АРОМАТИЧНІСТЬ). Кожен подвійний зв'язок складається з двох зв'язків ( см. ОРБІТАЛІ), першу утворюють два

s -електрона двох сусідніх атомів, а другу втворює пара р-електронів (позначені точками всередині циклу піридину, рис. 6А). Шестиелектронна система у піридині утворюється за рахунок п'яти р-електронів, що належать атомам вуглецю (чорні точки) та одного р-електрону від азоту (синя точка). В результаті неподілена електронна пара азоту (червоні точки) не бере участі в утворенні ароматичної системи, тому такий атом азоту може бути донором (що дає електрони) при утворенні донорно-акцепторного зв'язку (це ж властивість мають і аміни). Часто такий донор називають Льюїсовською основою, оскільки він виявляє властивості, типові для основи: утворює з мінеральними кислотами стійкі солі (рис. 6А), які є комплексними сполуками. Аналогічно поводиться хінолін (рис. 6б), який можна розглядати як похідне піридину. Найбільш яскраво властивості основи проявляються у 8-оксихіноліну (рис. 3Ж). Ця сполука міцно пов'язує іони більшості металів, утворюючи два звичайні хімічні зв'язки атома металу з двома атомами О, і два донорно-акцепторні зв'язки з атомами N . Такі комплекси називають хелатними (від грец. chele ? клешня) або клешнеподібними. Цю властивість 8-оксихіноліну широко використовують в аналітичній хімії для кількісного визначення металів.

Рис. 6. УТВОРЕННЯ КОМПЛЕКСНИХ СОЛІЙза участю шестичленних N-місних гетероциклів (А, Б). Хелатні комплекси іонів металів (В).

При переході від шестичленних до п'ятичленних

N -Змістом ненасиченим гетероциклам (піррол, рис. 7) ситуація змінюється. В цьому випадку неподілена електронна пара азоту (рис. 7, червоні точки) залучена в утворення шестиелектронної ароматичної системи і не може брати участь в утворенні донорно-акцепторного зв'язку, в результаті виразно виявляються кислотні властивості зв'язку N - H : водень може заміщуватися металом (рис. 7). Такі металовиробні є зручними проміжними сполуками для приєднання азоту алкільних (рис. 7А) або ацетильних груп (рис. 7Б).

П'ятичленний гетероцикл імідазол (рис. 7В), що містить два атоми

N , також являє собою ароматичну сполуку в освіті циклу бере участь 6 р-електронів. Цікаво, що він має одночасно і кислотні та основні властивості. атом N угрупованні N - H може реагувати як кислота, аналогічно піролу (рис. 7А, Б), другий атом N за властивостями нагадує такий самий атом у піридині, йому характерні реакції, показані на рис. 6А.

Рис. 7. КИСЛОТНІ ВЛАСТИВОСТІ П'ЯТИЧЛЕННОГО ГЕТЕРОЦИКЛУ ПІРРОЛУ(А, Б). Поєднання кислотних та основних властивостей в імідазолі (В). Два атоми

N в імідазолі і електрони, що їм належать, відзначені різними квітами.

Гетероциклічні сполуки одержують за допомогою різних конденсаційних процесів, що проходять через стадію замикання циклу (рис. 8А-В). Перебіг таких реакцій у потрібному напрямку стимулюється тим, що в результаті утворюються порівняно стабільні гетероароматичні сполуки. Деякі гетероциклічні сполуки одержують, взявши за основу сполуки подібного складу. При декарбонілировании (видаленні СО) фурфуролу отримують фуран (рис. 8Г, фурфурол усталену тривіальну назву, що неточно відображає склад, правильніше, фурфураль). Гідрування фурану призводить до тетрагідрофурану (рис. 8Д).

Рис. 8. СПОСОБИ ОТРИМАННЯ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНИХ СПОЛУК

У ненасичених п'ятичленних гетероциклах один гетероатом замінюється на інший без зміни циклічного фрагмента (рис. 9).

Рис. 9. Взаємоперетворення п'ятичленних гетероциклів

Багато гетероциклічних сполук отримують переробкою природних продуктів. Піррол та індол (рис. 2) містяться в кам'яновугільній смолі, тіофен видобувають із продуктів коксування кам'яного вугілля та термічного розкладання горючих сланців, фуран виділяють із продуктів сухої перегонки деяких порід деревини. Пиридин (рис. 1) одержують із кам'яновугільної смоли, продуктів сухої перегонки дерева та торфу. Фурфурол (рис. 8) отримують гідролізом рослинної сировини (кукурудзяних качанів, вівсяного та рисового лушпиння) у присутності розведених мінеральних кислот.

Участь гетероциклічних сполук у біологічних процесах. Три сполуки урацил, тимін і цитозин, які являють собою похідні азотовмісного гетероциклу піримідину (рис. 10, у дужках), а також два похідних гетероциклу пурину (рис. 10, у дужках) гуанін і аденін, входять до складу нуклеїнових кислот, порядок чергування цих гетероциклів уздовж полімерних ланцюгів ДНК та РНК визначає всю спадкову інформацію живого організму та спосіб збирання білкових молекул.

Рис.10. ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ, що входять до складу нуклеїнових кислот

Деякі амінокислоти (рис. 11), що беруть участь в утворенні білків, також містять гетероциклічні фрагменти: триптофан включає фрагмент індолу (рис. 2), в гістидині є цикл імідазолу (рис. 7), пролін похідне піролідину.

Фрагменти гетероциклів є у структурі багатьох біологічно-активних речовин, серед лікарських препаратів, що найбільш використовуються, понад 60% складають гетероциклічні сполуки. Чотиричленний цикл азетидинон (рис. 11) входить до складу антибіотиків пеніциліну і цефалоспорину, аскорбінова кислота (вітамін С) містить у своєму складі фурановий гетероцикл, інший вітамін нікотинамід включає фрагмент піридину, молекула кофеїну «побудована» на базі згаданого 10).

Рис. 11. ПРИСУТНІСТЬ ФРАГМЕНТІВ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНИХ СПОЛУКу структурі біологічно важливих молекул

Для всіх сполук (рис. 10), за винятком азетидинону, наведено тривіальні назви, які утвердилися і увійшли до вживання до того, як були сформульовані правила систематичної номенклатури.

Застосування гетероциклічних сполук. Діоксан (рис. 2) і тетрагідрофуран (рис. 8) широко використовують як високополярні розчинники в органічному синтезі.

Фурфурол (рис. 8) є вихідним продуктом для одержання фурану (рис. 8), тетрагідрофурану, а також для синтезу деяких лікарських препаратів (фурацилін).

При конденсації фурфуролу в кислому середовищі утворюються полімерні продукти (фуранові смоли), що за будовою нагадують фенольні смоли, метиленові групи СН 2 , що з'єднують гетероцикли (рис. 12А). При нагріванні таких смол у присутності кислотних каталізаторів (наприклад, толуолсульфокислота) подвійні зв'язки розкриваються з утворенням поперечних зшивок, в результаті полімер переходить у нерозчинний стан, що дозволяє його використовувати як сполучний при виготовленні різних наповнених пресматеріалів: скло- та вуглепластиків, деревоволокнистих плит та т.п. У твердому стані фуранові полімери являють собою хімічно стійкі речовини (до 300° С), це дозволяє застосовувати їх як корозійностійкі і вогнестійкі герметики і мастики.

При конденсації ароматичних тетрамінів (4 аміно-групи) з ефірами ароматичних дикарбонових кислот ( див.СКЛАДНІ ЕФІРИ) утворюються полімери, у структурі яких у процесі синтезу виникають фрагменти бензімідазолу (рис. 12Б). Такі полімери, що дістали назву полібензімідазоли, мають високу міцність і термостійкість (до 500° С), з них виготовляють плівки, волокна (торгова назва АРМОС і РУСАР), армовані пластики.

Рис. 12. ПОЛІМЕРИ, ЩО МІСТЮТЬ У ЛАНЦЮГУ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ ФРАГМЕНТИ: фурановий полімер (А), полібензімідазол (Б).

Похідні бензімідазолу входять до складу лікарських засобів (дибазол).

Індол (рис. 2) застосовують як фіксатор запахів у парфумерній промисловості та при виготовленні деяких ліків (індометацин).

Михайло Левицький

ЛІТЕРАТУРА Джилкріст Т. Хімія гетероциклічних сполук. М., Світ, 1996
Кім Д.Г. Введення в хімію гетероциклічних сполук. Соросівський освітній журнал, т. 7, 2001 № 11

До гетероциклічних відносяться органічні сполуки, що містять у своїх молекулах цикли, в яких, крім вуглецю, є атоми інших елементів (гетероатоми: O, N, S).

Гетероциклічні сполуки класифікуються:

а) за кількістю атомів у циклі (від тричленного до макроциклічного);

б) за кількістю та видом гетероатомів (–O, –N, –S);

в) за ступенем ненасиченості гетероциклу (насичені та ненасичені).

Особливий інтерес становлять ненасичені гетероциклічні сполуки, які задовольняють умов ароматичності: за кількістю π-електронів відповідають правилу Хюккеля; мають плоску будову та замкнуту систему π-електронів.

При найменуванні гетероциклів широко використовуються тривіальні назви:

Нумерація в гетероциклах фіксована і здебільшого залежить від старшинства заступників. В окрему групу виділяють гетероциклічні сполуки з конденсованими ядрами:

Гетероциклічні сполуки відіграють велику роль у життєдіяльності організмів та мають важливе фізіологічне значення (ДНК, РНК, хлорофіл, алкалоїди, ряд вітамінів, антибіотиків).

П'ЯТИЧЛЕНІ СИСТЕМИ З ОДНИМ ГЕТЕРОАТОМОМ

Найважливішими представниками є фуран, тіофен, пірол. Всі вони є ароматичними сполуками: задовольняють правилу Хюккеля, 4 електрони атома вуглецю циклу знаходяться в π-сполученні з неподіленою парою електронів гетероатома, сам цикл має плоску будову. Тому як для бензолу їх формули можуть бути зображені наступним чином:

СПОСОБИ ОТРИМАННЯ

1. Циклізація 1,4-дикарбонільних сполук (дикетонів, дикарбонових кислот або кетокислот). При їх нагріванні з дегідратуючим агентом (CaCl 2 , H 2 SO 4 , P 2 O 5) утворюються похідні фурану; при проведенні дегідратації в середовищі NH 3 – піролу; у присутності P 2 S 5 – тіофену:

2. Виділення із природних джерел. Тіофен і пірол містяться в кам'яновугільній смолі, фуран - з пентозансодержащей сировини (лушпиння насіння соняшника, кукурудзяні качан) через стадію отримання фурфуролу.

3. Взаємоперетворення фурану, тіофену, піролу (реакція Юр'єва) відбуваються при t=450 o C над Al 2 O 3:

4. Взаємодія ацетилену із сірководнем чи аміаком. При пропусканні суміші H 2 S над Al 2 O 3 утворюється тіофен

а суміші з NH 3 - пірол

Фізичні властивості

Усі три речовини – безбарвні рідини, що практично нерозчинні у воді.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Так як дані сполуки мають ароматичний характер, для них характерні реакції електрофільного заміщення (нітрування, сульфування, галогенування, ацилювання), що протікають у положення 2 (α-положення) в дуже м'яких умовах.

Фуран, тіофен та пірол є слабкими підставами. Продукти протонування фурану та піролу мінеральними кислотами:

нестійкі, катіон, що виходить, швидко втрачає ароматичність, набуває властивостей сполученого дієна і легко полімеризується. Це називається ацидофобностью (“боязнь кислоти”).

Тіофен не ацидофобен (через рівні електронегативності атомів S і С циклу). Піррол здатний виявляти кислотні властивості зв'язку N-H і заміщати атом водню на атом Na або К при взаємодії з металами або концентрованим лугом КОН:

1. Галогенування. Проводиться комплексом Br 2 з діоксаном, Br 2 при низькій температурі (бромування) або Cl 2 при зниженій температурі, SO 2 Cl 2 (хлорування):

2. Сульфування. Проводиться піридинсульфотриоксидом C 5 H 5 N·SO 3 так як у цьому випадку в реакційній суміші відсутні сполуки кислотного характеру:

3.Нітрування. Проводиться ацетилнітратом (суміш оцтового ангідриду та HNO 3):

4. Ацилювання. Здійснюється ангідридами кислот у присутності каталізаторів: AlCl 3 , SnCl 4 , BF 3 (реакція Фріделя-Крафтса):

5. Алкілюванняза Фріделем-Крафтсом провести не вдається, однак піролкалій при взаємодії з галогенопроизводными дає N-алкілпіроли, що ізомеризуються при нагріванні в 2-алкілпіроли:

6. Гідрування. Відбувається у присутності каталізаторів Ni або Pt – для фурану та піролу, Pd – для тіофену:

ШЕСТИЧНІ ГЕТЕРОЦИКЛИ З ОДНИМ АТОМОМ АЗОТУ

Найбільший інтерес є піридин:

Є гетероциклічним аналогом бензолу, у якого одна група СН замінена на sp 2 -гібридний атом вуглецю. Має ароматичний характер. Оскільки неподілена пара електронів атома азоту не входить у π-сполучення, піридин не ацидофобен і виявляє високі основні властивості. Електронна щільність у кільці знижена, особливо в положеннях 2,4,6, тому піридин легше входить у реакції нуклеофільного, ніж електрофільного заміщення.

СПОСОБИ ОТРИМАННЯ

1. Виділення із природних джерел. Пиридін та його гомологи отримують з кам'яновугільного дьогтю.

2. Гомологи піридину можуть бути отримані такими способами:

2.1. Конденсація альдегідів з аміаком

2.2. Взаємодія ацетилену з аміаком (метод Репе)

2.3. Конденсація β-дикетонів або β-кетоефірів з альдегідами та аміаком (метод Ганча). 1,4-дигідропіридини, що проміжно утворюються при цьому, окислюють до піридинів азотною кислотою або NO 2

Подальший гідроліз та декарбоксилювання отриманого продукту призводить до триалкілпіридинів.

Фізичні властивості

Піридін – безбарвна рідина з характерним неприємним запахом. Розчинний у воді, утворює з нею суміш із щільністю ρ=1,00347 г/дм 3 .

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

1. Основність. Пиридин виявляє основні властивості більшою мірою, ніж фуран, тіофен і пірол. Будучи слабкою основою, із сильними мінеральними кислотами дає солі піридинія, що мають ароматичний характер.

2. Алкілювання. Проводиться галогенопохідними з утворенням солей піридинія, які при нагріванні дають 2- (або 4-) алкілзаміщені піридини.

3. Реакції електрофільного заміщення. Для піридину протікають насилу (оскільки атом азоту володіє акцепторними властивостями) в положення 3

4. Реакції нуклеофільного заміщення. Протікають легко (через збіднення кільця електронною щільністю) у положення 2

5. Відновлення. Проводиться воднем у твердих умовах

6. Окисленняпіридину відбувається лише у дуже жорстких умовах. Гомологи, що містять алкільні бічні ланцюжки, окислюються за ними аналогічно гомологам бензолу