Bệnh về tai 

Tính chất cấu trúc bazơ dị vòng thơm. Các hợp chất dị vòng thơm


Cơm. một. CÁC HỢP CHẤT HETEROCYCLIC ĐƠN GIẢN

Phân loại hợp chất dị vòng.

Tùy thuộc vào bản chất của dị nguyên tử, người ta phân biệt các hợp chất chứa oxy, nitơ và lưu huỳnh. Cũng có những hợp chất chứa đồng thời một số nguyên tử giống hệt nhau (Hình 2, dioxan) hoặc các dị nguyên tử khác nhau (Hình 2, thiazole, oxazine). Ngoài ra, chúng được chia thành các hợp chất bão hòa (Hình 1, piperidin) và không bão hòa, tức là chứa nhiều liên kết (Hình 1, furan, pyridine, thiophene). Tùy thuộc vào số lượng các đoạn mạch vòng trong phân tử, các hợp chất đơn nhân đơn nhân (Hình 1) và đa nhân chứa một số chu kỳ được phân biệt, và các chu kỳ có thể ngưng tụ (chứa hai nguyên tử chung, Hình 2, indole), hoặc được nối với nhau bằng một liên kết đơn (Hình 2, bipyridyl). Các hợp chất mạch vòng, được gọi là ete vương miện (vương miện Tiếng Anh vương miện) chứa hơn bốn nguyên tử dị nguyên và hơn mười liên kết trong cấu trúc vòng (liên kết là một đoạn của hai nguyên tử liên kết hóa học, (Hình 2).

Cơm. 2. CÁC LOẠI HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÁC NHAU KHÁC NHAU: với hai dị nguyên tử giống nhau (dioxan) hoặc khác nhau (thiazole, oxazine). Hợp chất hạt nhân: với chu trình ngưng tụ (indole) hoặc tách rời (bipyridyl). Hợp chất ete Crown có chu kỳ lớn (macrocyclic).

Danh pháp hợp chất dị vòng.

Đối với một nhóm lớn các hợp chất dị vòng, việc sử dụng ( cm. TÊN RIÊNG CỦA CÁC CHẤT) tên đã phát triển trong lịch sử (ví dụ, Hình 1), có tổng cộng khoảng 60 tên như vậy. Và khác với hệ thống được chấp nhận cho hầu hết các hợp chất hữu cơ thuộc các lớp khác. Từ các gốc và tiền tố được đề xuất đặc biệt cho mục đích này, một tên được hình thành, tuân theo thứ tự đã thống nhất. Nó dựa trên một gốc bao gồm hai âm tiết. Âm tiết đầu tiên cho biết số lượng liên kết trong chu kỳ, ví dụ, âm tiết " ir"(hai chữ cái được sắp xếp lại từ gốc Latinh" t ri”) Tương ứng với một chu kỳ ba kỳ, âm tiết“ không"(một đoạn tiếng Latinh t et ra) chu trình liên kết bốn, âm tiết “ ĐƯỢC RỒI"(một phần của tiếng Latinh oc ta) được sử dụng cho các chu kỳ có tám ghi nhớ. Nguồn gốc của một số âm tiết khác biểu thị kích thước của chu kỳ không phải lúc nào cũng hợp lý về mặt logic, ví dụ, đối với chu kỳ sáu kỳ, âm tiết " Trong”, Được lấy từ tên của dị vòng phổ biến“ pyride Trong»(Hình 1).

Âm tiết thứ hai cho biết liệu dị vòng có bão hòa âm tiết hay không " en', hoặc âm tiết không bão hòa' en"(một phép tương tự với tên của các hydrocacbon: et enđây vi). Một tiền tố được đặt trước gốc biểu thị tính chất của dị nguyên tử: O oxa, S tia, N aza. Vì gốc thường bắt đầu bằng một nguyên âm, "a" cuối cùng thường bị bỏ qua khỏi tiền tố. Kết quả là, vòng ba ghi nhớ bão hòa chứa S được gọi là thiiran (Hình 3A): “ ti- "tiền tố viết tắt" thio- ", một phần của gốc" ir"Biểu thị chu kỳ ba kỳ hạn và phần thứ hai của gốc" en»Tương ứng với một hợp chất no. Tương tự, một vòng không bão hòa chứa O ba ghi nhớ được gọi là oxirene (Hình 3B). Nếu có một số nguyên tử dị hình trong dị vòng, thì vị trí của chúng được chỉ ra bằng cách sử dụng các chỉ số, trước đó đã đánh số các nguyên tử trong chu kỳ và số lượng các nguyên tử đó được biểu thị bằng các tiền tố di-, tri-, v.v., ví dụ, 1,3,5-triazine (Hình 3B). Nếu có các dị nguyên tử khác nhau, chúng được đề cập theo thứ tự sau: O> S> N (thứ tự thiết lập này là tùy ý và không liên quan đến tính chất hóa học). Ở cuối tên, một gốc được sử dụng để chỉ kích thước vòng và độ không bão hòa, ví dụ, 1,2,6-oxadiazine (Hình 3E). Cách viết gốc cho các chu trình chứa N có phần khác với cách viết ở trên, cách viết này cũng được quy định cụ thể, ví dụ: gốc " Trong»Trong tên 1,2,6-oxadiazine (Hình 3D) biểu thị cả một vòng sáu cạnh và một vòng không bão hòa.

Các quy tắc biên soạn tên hệ thống có thể áp dụng cho bất kỳ hợp chất dị vòng nào, bao gồm cả những hợp chất có tên thông thường được thiết lập tốt, ví dụ, hợp chất hai vòng với tên thông thường quinoline (Hình 3F) có tên hệ thống là benzazine. Thay vì một hệ thống phức tạp của các tên có hệ thống, các nhà hóa học thường sử dụng một hệ thống đơn giản hơn dựa trên các tên tầm thường: họ "cô lập" một đoạn của một tên nhỏ trong phân tử và chỉ ra vị trí của các nhóm thế bằng cách sử dụng chỉ số. Tên 8-hydroxyquinoline được cấu tạo theo cách này (Hình. 3G).

Cơm. 3. TÊN HỆ THỐNG CỦA CÁC HỢP CHẤT HETEROCYCLIC(ĐỊA NGỤC). So sánh tên có hệ thống và tên tầm thường (E). Việc sử dụng một thuật ngữ tầm thường trong thành phần của tên (G). Trong 8-hydroxyquinolin (G), hai nguyên tử cacbon thuộc đồng thời hai chu kỳ không được đánh số, bởi vì chúng không thể có sản phẩm thay thế.

Tính chất hóa học của hợp chất dị vòng.

Các dị vòng ba và bốn ghi nhớ là các hệ thống căng thẳng; chúng được đặc trưng bởi các phản ứng mở vòng. Etylen oxit (ở 150 ° C và áp suất 2 MPa) bị thủy phân để tạo thành etylen glycol (Hình 4A). Phản ứng của các vòng căng có chứa O với rượu dẫn đến các hợp chất có nhóm OH và liên kết ete (cellosolves, Hình 4B), và khi chúng được xử lý với hydro halogenua, các hợp chất chứa Hal và một nhóm OH được hình thành (halohydrins, Hình 4C). Các vòng căng chứa N phản ứng với hydro halogenua để tạo thành haloalkylamines (Hình 4d).

Cơm. bốn. CÁC HỢP CHẤT HETEROCYCLIC KHÔNG ĐƯỢC AN TOÀN NĂM VÀ SÁU, cũng như các dẫn xuất của chúng, có thơm, do đó, hành vi hóa học của chúng giống với tính chất của các hợp chất thơm (dẫn xuất benzen) trong quá trình biến đổi khác nhau, đoạn mạch vòng tương đối ổn định và các nguyên tử H ở nguyên tử cacbon của vòng, giống như trong benzen, có thể được thay thế bằng các nhóm khác nhau ( cm. HÓA HỌC HỮU CƠ). Khi sulfo hóa (Hình 5A), nitrat hóa (Hình 5B) và acyl hóa (Hình 5C, D), các nguyên tử H được thay thế bằng các nhóm tương ứng, trong khi chu kỳ không thay đổi. Tuy nhiên, độ ổn định của các đoạn mạch vòng trong các hợp chất này thấp hơn so với vòng benzen, vì vậy tất cả các phản ứng thay thế được thực hiện trong điều kiện nhẹ hơn.

Cơm. 5. PHẢN ỨNG PHỤ GIA trong các hợp chất dị vòng: A sulfo hóa, B nitrat hóa, C, D axetyl hóa. Giống như các phản ứng thế trong vòng benzen, đoạn vòng không thay đổi.

Phải mất 6 R-electron ( cm. AROMATICITY). Mỗi liên kết đôi được tạo thành từ hai liên kết ( cm. ORBITALS), cái đầu tiên được hình thành bởi hai S- electron của hai nguyên tử lân cận, và electron thứ hai được tạo thành bởi một cặp R- electron (được biểu thị bằng các dấu chấm bên trong chu trình pyridin, Hình 6A). Hệ thống sáu điện tử trong pyridine được hình thành bởi năm R- các điện tử thuộc nguyên tử cacbon (chấm đen) và một R- electron từ nitơ (chấm màu xanh). Kết quả là, cặp electron duy nhất của nitơ (chấm đỏ) không tham gia vào việc hình thành hệ thơm, do đó, một nguyên tử nitơ như vậy có thể là chất cho (cho electron) trong việc hình thành liên kết cho-nhận (amin có cùng tính chất). Thường thì chất cho như vậy được gọi là bazơ Lewis, vì nó thể hiện các đặc tính đặc trưng của một bazơ: nó tạo thành muối bền với axit khoáng (Hình 6A), là những hợp chất phức tạp. Quinoline hoạt động tương tự (Hình 6B), có thể được coi là một dẫn xuất của pyridine. Các tính chất của bazơ được thể hiện rõ nhất trong 8-hydroxyquinoline (Hình. 3G). Hợp chất này liên kết mạnh mẽ với các ion của hầu hết các kim loại, tạo thành hai liên kết hóa học thông thường của một nguyên tử kim loại với hai nguyên tử O. Tính chất này của 8-hydroxyquinoline được sử dụng rộng rãi trong hóa học phân tích để xác định định lượng kim loại.

Cơm. 6. SỰ HÌNH THÀNH MUỐI COMPLEX với sự tham gia của các dị vòng chứa N sáu cạnh (A, B). Chelate tạo phức của ion kim loại (B).

Khi chuyển từ các vòng dị vòng không no chứa N có sáu cạnh sang năm ghi nhớ (pyrrole, Hình 7), tình hình sẽ thay đổi. Trong trường hợp này, cặp electron duy nhất của nitơ (Hình 7, các chấm đỏ) tham gia vào việc hình thành hệ thơm sáu electron và không thể tham gia vào việc hình thành liên kết cho-nhận, do đó, có tính axit của liên kết N-H được biểu hiện rõ ràng: hydro có thể được thay thế bằng kim loại (Hình 7). Các dẫn xuất kim loại như vậy là chất trung gian thuận tiện để thêm nhóm alkyl (Hình 7A) hoặc acetyl (Hình 7B) vào nitơ.

Dị vòng imidazole năm cạnh (Hình 7C) chứa hai nguyên tử N cũng là một hợp chất thơm 6 R-điện tử. Điều thú vị là nó có cả tính chất axit và tính bazơ. Nguyên tử N trong nhóm N-H có thể phản ứng như một axit, tương tự như pyrrole (Hình 7A, B), nguyên tử N thứ hai giống với cùng một nguyên tử trong pyridine về các tính chất, nó được đặc trưng bởi các phản ứng được thể hiện trong Hình. 6A.

Cơm. 7. TÍNH CHẤT AXIT CỦA CHU KỲ PYRROL HETEROCYCLE NĂM THÀNH VIÊN(A, B). Sự kết hợp của tính chất axit và tính bazơ trong imidazole (B). Hai nguyên tử N trong imidazole và các electron của chúng được đánh dấu bằng các màu khác nhau.

Các hợp chất dị vòng thu được bằng cách sử dụng các quá trình ngưng tụ khác nhau đi qua giai đoạn đóng vòng (Hình 8A-B). Luồng của các phản ứng như vậy theo hướng mong muốn được kích thích bởi thực tế là, kết quả là các hợp chất dị sắc tương đối ổn định được hình thành. Một số hợp chất dị vòng thu được dựa trên các hợp chất có thành phần tương tự. Furfural thu được bằng cách khử cacbonyl hóa (loại bỏ CO) của furfural (Hình 8d, furfural là một cái tên tầm thường được nhiều người biết đến phản ánh không chính xác thành phần, đúng hơn là furfural). Hydro hóa furan dẫn đến tetrahydrofuran (Hình 8E).

Cơm. tám. CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HỢP CHẤT HETEROCYCLIC

Trong các dị vòng có năm thành phần không bão hòa, một dị nguyên tử được thay thế bằng một nguyên tử khác mà không làm thay đổi đoạn tuần hoàn (Hình 9).

Cơm. 9. CÁC PHIÊN BẢN CỦA HETEROCYCLES NĂM THÀNH VIÊN

Nhiều hợp chất dị vòng thu được bằng cách chế biến các sản phẩm tự nhiên. Pyrrole và indole (Hình 2) được tìm thấy trong nhựa than đá, thiophene được chiết xuất từ ​​các sản phẩm luyện cốc và phân hủy nhiệt của đá phiến dầu, furan được phân lập từ các sản phẩm chưng cất khô của một số loại gỗ. Pyridine (Hình 1) thu được từ nhựa than đá, các sản phẩm chưng cất khô của gỗ và than bùn. Furfural (Hình 8) thu được bằng cách thủy phân các nguyên liệu thực vật (lõi ngô, yến mạch và trấu) với sự có mặt của axit khoáng loãng.

Sự tham gia của các hợp chất dị vòng trong các quá trình sinh học.

Ba hợp chất uracil, thymine và cytosine, là dẫn xuất của dị vòng pyrimidine chứa nitơ (Hình 10, trong ngoặc), cũng như hai dẫn xuất của dị vòng purin (Hình 10, trong ngoặc) guanin và adenin, là một phần của các axit nucleic, thứ tự luân phiên của các dị vòng này dọc theo các chuỗi cao phân tử của DNA và RNA xác định tất cả thông tin di truyền của một cơ thể sống và phương thức lắp ráp các phân tử protein.

Hình 10. HỢP CHẤT HETEROCYCLIC tạo nên axit nucleic

Một số axit amin (Hình 11) tham gia vào quá trình hình thành protein cũng chứa các đoạn dị vòng: tryptophan bao gồm một đoạn indole (Hình 2), histidine có chu trình imidazole (Hình 7), proline là dẫn xuất pyrrolidine.

Các mảnh của dị vòng được tìm thấy trong cấu trúc của nhiều chất có hoạt tính sinh học, trong số các loại thuốc được sử dụng nhiều nhất, trên 60% là các hợp chất dị vòng. Chu trình bốn ghi nhớ azeprisnone (Hình 11) là một phần của kháng sinh penicillin và cephalosporin, axit ascorbic (vitamin C) chứa dị vòng furan, một vitamin nicotinamide khác bao gồm một đoạn pyridine, phân tử caffeine được “xây dựng” trên cơ sở purine đã đề cập trước đây (Hình 10).

Cơm. mười một. SỰ BIỆN CHỨNG CỦA CÁC HỢP CHẤT HETEROCYCLIC trong cấu trúc của các phân tử quan trọng về mặt sinh học

Đối với tất cả các hợp chất (Hình 10), ngoại trừ azeprisnone, các tên nhỏ được đưa ra, được thiết lập và sử dụng trước khi các quy tắc của danh pháp hệ thống được xây dựng.

Việc sử dụng các hợp chất dị vòng.

Dioxan (Hình 2) và tetrahydrofuran (Hình 8) được sử dụng rộng rãi làm dung môi phân cực cao trong tổng hợp hữu cơ.

Furfural (Hình 8) là sản phẩm ban đầu để thu được furan (Hình 8), tetrahydrofuran, cũng như để tổng hợp một số loại thuốc (furatsilin).

Trong quá trình ngưng tụ của furfural trong môi trường axit, các sản phẩm cao phân tử (nhựa furan) được hình thành, giống như nhựa phenolic về cấu trúc, các nhóm metylen CH 2 kết nối các dị vòng (Hình 12A). Khi các loại nhựa này được nung nóng với sự có mặt của chất xúc tác axit (ví dụ, axit toluenulfonic), các liên kết đôi được mở ra với sự hình thành các liên kết chéo, kết quả là polyme chuyển sang trạng thái không hòa tan, cho phép nó được sử dụng như chất kết dính trong sản xuất các vật liệu ép đầy khác nhau: thủy tinh và nhựa carbon, ván sợi gỗ, v.v. Ở trạng thái rắn, các polyme furan là các chất bền về mặt hóa học (lên đến 300 ° C), cho phép chúng được sử dụng làm chất trám trét và ma tít chống ăn mòn và chống cháy.

Khi ngưng tụ các tetramin thơm (4 nhóm amin) với các este của axit đicacboxylic thơm ( cm. ESTERS), các polyme được hình thành, trong cấu trúc mà các mảnh benzimidazole xuất hiện trong quá trình tổng hợp (Hình 12B). Các polyme như vậy, được gọi là polybenzimidazoles, có độ bền và khả năng chịu nhiệt cao (lên đến 500 ° C), chúng được sử dụng để làm màng, sợi (tên thương mại là ARMOS và RUSAR), chất dẻo gia cường.

Cơm. 12. POLYMERS CHỨA CÁC KHOẢNH KHẮC HETEROCYCLIC TRONG CHUỖI: polyme furan (A), polybenzimidazole (B).

Các dẫn xuất của benzimidazole là một phần của thuốc (dibazol).

Indole (Hình 2) được sử dụng như một chất cố định mùi trong ngành công nghiệp nước hoa và sản xuất một số loại thuốc (indomethacin).

Mikhail Levitsky

Dr. nguyên tố (dị nguyên tử). Naib. tức là, chu trình thành-rykh bao gồm N, O, S. Chúng bao gồm nhiều, n. ; chúng được bao gồm dưới dạng các đoạn cấu trúc trong axit nucleic, v.v ... Các hợp chất dị vòng là loại có nhiều tổ chức nhất. kết nối, bao gồm khoảng. 2/3 của tất cả các bản chất đã biết. và tổng hợp. tổ chức. .

Danh pháp. Theo các quy tắc của danh pháp, ví dụ, đối với các hợp chất dị vòng quan trọng nhất, tên nhỏ của chúng được giữ lại. (dạng I), (II), (III). Có hệ thống Tên một vòng Tức là, chứa từ 3 đến 10 trong chu kỳ, chúng được hình thành bằng cách kết hợp các tiền tố biểu thị dị nguyên tử (N-aza, O-oxa, S-thia, P-phospha, v.v.), với các gốc dành cho các hợp chất dị vòng chính. được liệt kê trong bảng. Mức độ không bão hòa. dị vòng được phản ánh trong tên. với sự trợ giúp của các gốc hoặc tiền tố "dihydro" (hai phần đính kèm), "tetrahydro", "perhydro", v.v. Ví dụ về hệ thống tên: (IV), thiirene (V), melts (VI), 1,3-dioxolane (VII), perhydropyrimidine (VIII).

Đối với các hợp chất dị vòng có 11 cấu tử trở lên trong chu kỳ, có cầu nối và một số chất ngưng tụ. hệ thống, danh pháp "a" được sử dụng, theo quy tắc mà thành phần đầu tiên của tên được sử dụng. biểu thị một dị nguyên tử, và cái thứ hai được gọi. , mà m. b. được hình thành nếu chúng ta giả định rằng trong f-le của một hợp chất dị vòng, tất cả các nguyên tử dị nguyên được thay thế bằng các nhóm C, CH hoặc CH 2, chẳng hạn. 1,5-diazabicyclo (Xill). Ví dụ, đối với tên của các hợp chất dị vòng thuộc loại này, các tên truyền thống cũng được sử dụng. pentadecanolide (XIV), 18-Crown-6-ete (XV).

CÁC ROOTS ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG TỔNG HỢP TÊN CÁC HỢP CHẤT HỮU HẠN THEO DÕI

Tính chất hóa học.Đối với các hợp chất dị vòng 3 và 4, vòng căng được mở ra dễ dàng. 5 và 6-membered không bão hòa. dị vòng (loại hợp chất dị vòng nhiều nhất), một hệ thống liên kết liên hợp khép kín với-rykh bao gồm (4m + 2), có mùi thơm. ký tự (quy tắc của Hückel) và được gọi. dị sắc Các hợp chất. Đối với họ, cũng như đối với benzoid thơm. conn., Naib. sự thay thế p-tion đặc trưng. Trong trường hợp này, dị nguyên tử đóng vai trò của một chức năng "bên trong" xác định hướng, cũng như tác động kích hoạt hoặc vô hiệu hóa vòng đối với hành động phân hủy. .

Dị sắc conn. được chia thành i-quá mức và thiếu hụt. Loại đầu tiên bao gồm các hợp chất dị vòng 5 ghi nhớ với một dị nguyên tử, trong đó sextet được phân định vị trí giữa năm chu kỳ, điều này gây ra sự gia tăng của chúng. liên quan đến điện các đại lý. Các dị vòng 6 cạnh có sáu vòng được coi là khan hiếm, đến lúa mạch đen được phân bố, như trong trường hợp, giữa sáu vòng, nhưng một hoặc một số. trong số đó là các dị nguyên tử có nhiều hơn y,. Comm như vậy. nhắc nhở bằng phản ứng. dẫn xuất khả năng

Hợp chất dị vòng

Hợp chất dị vòng là những hợp chất có vòng (chu kỳ) trong thành phần của chúng, trong quá trình hình thành, ngoài nguyên tử cacbon, nguyên tử của các nguyên tố khác cũng tham gia.

Các nguyên tử khác với nguyên tử cacbon là một phần của dị vòng được gọi là dị nguyên tử. Các dị nguyên tử nitơ (N), oxy (O) và lưu huỳnh (S) thường được tìm thấy trong các dị vòng.

Phân loại xe dị vòng

1. bằng tổng số nguyên tử trong chu kỳ: ba, bốn, năm, sáu chu kỳ, v.v.

2. theo bản chất của dị nguyên tử: chứa oxy-, nitơ-, lưu huỳnh-, photpho

3. Theo số nguyên tử: 1,2 trở lên trong chu kỳ

4. Theo mức độ bão hòa của các chu kỳ

5. Theo số chu kỳ

Quan trọng nhất là các dị vòng năm và sáu cạnh có chứa nitơ, oxy và lưu huỳnh. Các chu kỳ này được hình thành dễ dàng nhất và được đặc trưng bởi sức mạnh lớn. Điều này là do góc liên kết của các dị nguyên tử bị khử khác một chút so với góc liên kết của cacbon. Theo mức độ bão hòa, các hợp chất dị vòng có thể bão hòa, không no và thơm. Đặc biệt lưu ý là các hợp chất dị vòng, có tính chất khác với tất cả các hợp chất mạch vòng và mạch hở khác, giống benzen và các dẫn xuất của nó ở tính ổn định và phản ứng của chúng. Đây là những hợp chất dị vòng thơm.

Các hợp chất dị vòng có tầm quan trọng lớn. Nhiều người trong số họ là cơ sở của các loại thuốc quan trọng, tham gia vào việc xây dựng các axit amin nhất định tạo nên protein. Heterocycles là thành phần cấu trúc của axit nucleic, chúng tạo nên cơ sở của các chất có màu tự nhiên như chất diệp lục, hemoglobin.

Các hợp chất dị vòng thơm

Trong các hợp chất dị vòng thơm, chỉ xảy ra các dị nguyên tử sau: nitơ, oxi, lưu huỳnh. Chúng là những nguyên tố duy nhất ngoài cacbon có thể hình thành liên kết π và do đó tham gia cấu tạo nhân thơm.

Xe dị vòng năm cạnh với một dị nguyên tử

Các dị vòng 5 cạnh quan trọng nhất với một dị nguyên tử là:

Indole (benzpyrrole) là một ví dụ về hợp chất dị vòng hợp nhất, bao gồm một benzen và một vòng pyrrole có một mối nối chung.

Các dẫn xuất pyrrole phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Bản thân Pyrrole rất hiếm. Nó được tìm thấy trong nhựa than đá và dầu xương. Một số dẫn xuất pyrrole và indole được thu nhận nhân tạo và chiếm vị trí quan trọng trong tổng hợp hữu cơ công nghiệp: thuốc nhuộm, thuốc, chất dẻo. Indole là một thành phần cấu trúc của axit amin thiết yếu tryptophan.

Dị vòng sáu cạnh với một dị nguyên tử

Dị vòng sáu cạnh quan trọng nhất với một dị nguyên tử nitơ là pyridin. Cùng với pyridin, các hệ thống cô đặc trong đó nhân pyridin được kết hợp với một hoặc hai nhân benzen có tầm quan trọng lớn. Ví dụ, quinoline.


Xe dị vòng năm cạnh và sáu cạnh với hai dị nguyên tử


Trong các dị vòng chứa nitơ, hai nguyên tử nitơ có thể nằm gần nhau và có thể được phân cách bởi một hoặc hai nhóm CH (sắp xếp 1,2-, 1,3- và 1,4-).

Purine là một hệ dị vòng phức tạp bao gồm hai dị vòng hợp nhất: pyrimidine và imidazole.

Tiêu chí về độ thơm

1. Hệ tuần hoàn phẳng

2. Hệ kín, hệ liên hợp, bao hàm tất cả các nguyên tử của chu trình

3. Số electron tham gia liên hợp là 4n + 2, trong đó n = 0,1,2,3,… (n là số chu kỳ)

Trong hợp chất dị vòng có một vòng, 6 electron tham gia liên hợp

Công thức cấu tạo của benzen theo sơ đồ

Pyridine. Như trong trường hợp của benzen, đặc tính thơm của pyridin là do sự liên hợp của sáu điện tử p (sextet thơm), một từ mỗi nguyên tử vòng. Nguyên tử nitơ (pyridin) được liên kết với hai nguyên tử cacbon liền kề bằng các obitan lai hóa sp 2, tương tự như nguyên tử cacbon trong benzen. Khoảng cách C-C giữa các nguyên tử trong pyridin bằng nhau và thực tế bằng khoảng cách C-C trong vòng benzen; Khoảng cách C-N nhỏ hơn nhiều so với khoảng cách giống nhau trong các phân tử không liên hợp. Cặp electron không chia sẻ trên sp 2 -AO của nitơ không tham gia cộng hợp. Chính cô ấy là người xác định các đặc tính chính của pyridine.

Pyrrole. Sextet thơm của pyrrole được hình thành do sự kết hợp của bốn điện tử p của cacbon và hai điện tử đơn lẻ của nitơ trên mỗi pz-AO để tạo thành một hệ thống điện tử π duy nhất. Nguyên tử nitơ trong trường hợp này được gọi là pyrrole.

Sự hiện diện của một dị nguyên tử dẫn đến sự phân bố không đồng đều của mật độ electron. Ảnh hưởng của dị nguyên tử khác nhau tùy thuộc vào việc nó đóng góp một hay hai điện tử p vào sextet thơm. Sự phân bố mật độ electron, độ dài liên kết và góc liên kết trong các phân tử pyridin và pyrrole được thể hiện trong hình. Vì độ âm điện của nitơ lớn hơn của cacbon nên trong pyridin, mật độ electron tăng lên ở nguyên tử nitơ và giảm xuống ở các nguyên tử còn lại của chu kỳ, chủ yếu ở các nguyên tử ở vị trí 2,4 và 6.

Do sự tham gia của một cặp electron đơn lẻ của nguyên tử nitơ pyrrole trong liên hợp thơm, dị nguyên tử trở nên nghèo electron hơn. Các nhóm CH liền kề với dị nguyên tử (vị trí α) sẽ giàu electron hơn đáng kể và do đó phản ứng mạnh hơn trong các phản ứng thế electron so với các nhóm CH ở xa hơn (vị trí β)

Pyrimidine chứa hai nguyên tử nitơ pyridin, và imidazole và purine là các nguyên tử nitơ pyrrole và pyridin. Điều này quyết định tính chất axit-bazơ của các hợp chất này.


Pyrrole. Chất lỏng không màu, ít tan trong nước, bị oxi hóa nhanh và sẫm màu trong không khí. Biên nhận:

1. Furan, thiophene và pyrrole có thể chuyển thành nhau khi đun nóng đến 400-450 với sự có mặt của chất xúc tác Al 2 O 3 (chu trình Yuriev)

2. Pyrrole được tạo thành khi cho hỗn hợp C 2 H 2 và NH 3 đi qua katFe 2 O 3 nung nóng


Tính chất hóa học

1. Pyrrole thể hiện tính axit nhẹ, phản ứng với kiềm Me hoặc với bazơ rất mạnh ở t.

2. Dễ hơn benzen tham gia phản ứng thế. Sự phân bố mật độ electron do sự hiện diện của dị nguyên tử sao cho phản ứng mạnh nhất là các vị trí alpha đối với nguyên tử nitơ.

3. Khi bị khử ở điều kiện nhẹ (Zn + HCl), pyrrole được chuyển thành pyrroline. Sự khử mạnh (ví dụ, quá trình hydro hóa với sự có mặt của niken ở 200) dẫn đến sự hình thành tetrahydropyrrole (pyrrolidine).


Các tính chất chính của pyrrole trên thực tế không tự biểu hiện do sự tham gia của một cặp electron đơn độc trong hệ thống liên hợp vòng (nitơ pyrrole). Trong dãy pyrrole - pyrroline - pyrrolidine, tính bazơ tăng lên.

Lõi của pyrrole và một số dẫn xuất của nó là một phần của cấu trúc sinh học và hóa sinh quan trọng nhất. Ví dụ. vòng pyrrole là một phần của porphin và gemma. Khi chúng bị phá hủy trong cơ thể, hình thành các tứ cầu "tuyến tính", được gọi là sắc tố mật (biliverdin, bilirubin, stercobilin, v.v.). Tỷ lệ sắc tố quyết định loại vàng da và nguyên nhân gây bệnh (vàng da tắc nghẽn, viêm gan siêu vi, v.v.)

Pyridine. Chất lỏng không màu, có mùi khó chịu đặc trưng, ​​có thể hòa tan với nước theo bất kỳ tỷ lệ nào. Biên nhận:

1. Chiết xuất từ ​​nhựa than đá

2. Tổng hợp từ axit hydrocyanic và axetylen

Tính chất hóa học

1. Pyridin có tính chất cơ bản, vì chứa một nguyên tử nitơ PYRIDINE, ở một mức độ nhất định tương tự như nguyên tử nitơ của amin (cặp electron không tham gia vào việc hình thành một sextet thơm):

2. Dung dịch nước của pyridin làm xanh quỳ tím, dưới tác dụng của axit khoáng tạo thành muối pyridinium kết tinh.

3. Pyridin và các chất đồng đẳng của nó cộng thêm các ankin halogen, tạo ra muối pyridinium

4. Pyridin khó tham gia phản ứng thế hơn benzen do độ âm điện của nguyên tử nitơ lớn hơn độ âm điện của nguyên tử cacbon. Trong trường hợp này, sự thay thế chủ yếu xảy ra ở vị trí β

5. Quá trình khử xúc tác chuyển pyridine thành piperidine

6. Pyridine có khả năng chống lại các tác nhân oxy hóa. Các chất đồng đẳng của nó bị oxy hóa để tạo thành các axit cacboxylic dị vòng

7. Đốt cháy pyridin

Pyridine và các dẫn xuất của nó là cơ sở của nhiều loại thuốc. Ví dụ, axit nicotinic và amit của nó là các vitamin thuộc nhóm PP.

Bazơ hạt nhân


Từ những điều đã nói ở trên, các hợp chất có chứa một nguyên tử nitơ pyridin có tính chất cơ bản (bazơ nitơ). Các dẫn xuất của pyrimidine và purine, là một phần của axit nucleic. được gọi là bazơ nucleic.

M.I. Antonova, A.S. Berland

Hóa học HỮU CƠ

HỢP CHẤT HETEROCYCLIC

Matxcova 2010

Cơ sở giáo dục đại học chuyên nghiệp của Nhà nước

"Đại học Y khoa và Nha khoa Bang Moscow" Cơ quan Liên bang về Y tế và Phát triển Xã hội của Liên bang Nga

Khoa Hóa học Đại cương và Sinh học

M.I. Antonova, A.S. Berland

Hóa học HỮU CƠ

HỢP CHẤT HETEROCYCLIC

Hướng dẫn Hóa học Bioorganic

cho công việc độc lập của sinh viên

khoa nha khoa của trường đại học y khoa

Được khuyến nghị bởi Hiệp hội Giáo dục và Phương pháp cho Giáo dục Y khoa và Dược phẩm của các trường Đại học Nga như một trợ giúp giảng dạy cho sinh viên theo học chuyên ngành 060105 (040400) - "Nha khoa"

Matxcova 2010

BBC 24,1 i 73

UDC 546 (075,8)

Người đánh giá:

cái đầu Bộ môn Hóa hữu cơ MMA chúng. I.V. Sechenov, d.h. n., Giáo sư N.A. Tyukavkina,

cái đầu Khoa Dược, MGMSU,

Tiến sĩ Khoa học Y khoa, Giáo sư A.G. Mulyar

M.I. Antonova, A.S. Berland. Hóa học tổ chức sinh học, phần VI. Hướng dẫn. M., MGMSU, 2010, 63s.

Dưới sự chủ biên của Giáo sư A.S. Berland

Trợ giúp giảng dạy này được dành cho các hợp chất được thống nhất dưới tên chung "Hợp chất dị vòng". Sách hướng dẫn này bao gồm tài liệu lý thuyết, phân tích một số nhiệm vụ tham khảo, cũng như các câu hỏi và nhiệm vụ làm việc độc lập của học sinh. Hướng dẫn này được khuyến khích sử dụng cho sinh viên các khoa nha khoa, y khoa và nhi khoa của các trường đại học y khoa của Liên bang Nga để chuẩn bị cho các lớp học về hóa học hữu cơ sinh học.

BBC 24,1 i 73

© MGMSU, 2010

© M.I. Antonova, A.S. Berland. Năm 2010.

Hợp chất dị vòng

1. Đặc điểm chung.

Hợp chất dị vòng được gọi là hợp chất có cấu trúc mạch vòng, trong chu kỳ không chỉ chứa nguyên tử cacbon mà còn chứa nguyên tử của các nguyên tố khác (dị nguyên tử).

Hợp chất dị vòng là nhóm hợp chất hữu cơ phổ biến nhất. Chúng là một phần của nhiều chất có nguồn gốc tự nhiên, chẳng hạn như axit nucleic, chất diệp lục, heme huyết, ancaloit, penicilin và nhiều loại vitamin. Các hợp chất dị vòng có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất và có hoạt tính sinh học cao. Một phần đáng kể của các dược chất hiện đại có chứa dị vòng trong cấu trúc của chúng.

2. Phân loại và danh pháp hợp chất dị vòng.

2.1. Phân loại.

Các đặc điểm sau đây được sử dụng để phân loại các hợp chất dị vòng.

    trên kích thước chu kỳ các hợp chất dị vòng thường nhất là ba, bốn, năm, sáu và bảy thành phần:

    trên loại nguyên tố , bao gồm trong chu trình, đây chủ yếu là các hợp chất với các nguyên tử nitơ, oxy hoặc lưu huỳnh:

    trên số lượng dị nguyên tử , bao gồm trong chu kỳ, phổ biến nhất là các dị vòng có một và hai nguyên tử khác, nhưng các hợp chất có bốn nguyên tử trong một chu kỳ cũng được biết đến:

    trên bản chất và sự sắp xếp lẫn nhau của một số dị nguyên tử có thể có nhiều kết hợp khác nhau (ví dụ, N và S, N và O, v.v.), và các dị nguyên tử có thể chiếm các vị trí khác nhau so với nhau:

    trên mức độ bão hòa dị vòng có thể thơm, không bão hòa và bão hòa:

Hóa học của dị vòng thơm đã được nghiên cứu chi tiết nhất. Theo quy luật, các dị vòng bão hòa hoàn toàn hoặc một phần, do đặc thù của các tính chất hóa học của chúng, được coi là không phải là hợp chất dị vòng, mà là các chất tương tự mạch vòng của một số hợp chất béo nhất định (ete, sulfua, amin bậc hai).

    trên số chu kỳ phân biệt giữa các hệ đơn chức, đa vòng (chủ yếu là ngưng tụ). Số lượng chu kỳ và loại của chúng có thể rất khác nhau:

Các hợp chất dị vòng được gọi là các hợp chất có cấu trúc tuần hoàn, trong chu kỳ của nó, cùng với các nguyên tử cacbon, còn có các nguyên tử của các nguyên tố khác. Những nguyên tử khác này được gọi là dị nguyên tử. Thông thường, các dị nguyên tử như vậy là các nguyên tử oxy, lưu huỳnh và nitơ. Vòng dị vòng có thể chứa một, hai, ba hoặc nhiều dị nguyên tử. Tuy nhiên, theo lý thuyết về lực căng chu kỳ, chu kỳ ba và bốn ghi nhớ là không ổn định. Loại mạnh nhất và do đó phổ biến hơn là các xe dị vòng năm và sáu cạnh.

Việc phân loại dị vòng được thực hiện tùy thuộc vào kích thước của chu kỳ. Theo điều này, dị vòng ba, bốn, năm, sáu cạnh và dị vòng có một số lượng lớn nguyên tử được phân biệt.

Các hợp chất dị vòng rất nhiều, rất phổ biến trong tự nhiên và có tầm quan trọng thực tế lớn. Chúng bao gồm các chất như diệp lục - chất màu xanh của thực vật, huyết sắc tố - chất tạo màu của máu và nhiều chất tạo màu tự nhiên khác, vitamin, kháng sinh (penicillin), dược chất, thuốc trừ sâu.

Danh pháp của xe dị vòng

Các hợp chất dị vòng được đặt tên theo danh pháp tầm thường, hợp lý và hệ thống. Tên tầm thường thường được sử dụng cho các hợp chất dị vòng nổi tiếng. Ví dụ, pyrrole, pyridine, furan, indole, purine, v.v. Trong danh pháp hợp lý, tên của một dị vòng nhất định được lấy làm cơ sở - furan, thiophene, pyrrole, pyridine hoặc một loại khác, và vị trí của các nhóm thế trong chúng được chỉ định bằng số hoặc chữ cái trong bảng chữ cái Hy Lạp. Trong các dị vòng có một dị nguyên tử, việc đánh số bắt đầu từ dị nguyên tử này.

Bức tranh 1.

Danh pháp khoa học hiện đại của các hệ dị vòng bao gồm kích thước của chu kỳ, độ không bão hòa của nó, số lượng dị nguyên tử, loại và vị trí của chúng. Tên gọi của dị vòng theo danh pháp này bao gồm ba phần:

  • root - cho biết kích thước của chu kỳ,
  • hậu tố - cho biết mức độ không bão hòa của hệ dị vòng
  • và các tiền tố - cho biết loại nguyên tử dị và số lượng của chúng.

Vòng ba ghi nhớ có gốc, vòng bốn ghi nhớ có -et, vòng năm ghi nhớ có -ol, vòng sáu ghi nhớ có -in. Dị vòng no có nguyên tử nitơ có hậu tố -idine, dị vòng no không có nguyên tử nitơ có hậu tố -an, hệ dị vòng no có hậu tố -in.

Bản chất của dị nguyên tử được biểu thị bằng các tiền tố oxa-, thia- và aza-, tương ứng đối với oxy, lưu huỳnh và nitơ, các tiền tố dioxa-, dithia-, diaza- tương ứng là hai nguyên tử oxy, lưu huỳnh và nitơ. . Nếu có hai hoặc nhiều dị nguyên tử khác nhau trong dị vòng, thì chúng được liệt kê theo thứ tự ưu tiên oxy trước lưu huỳnh và lưu huỳnh trước nitơ, và chúng được đánh số theo thứ tự sau: $ O $, $ S $, $ N $.

Nếu có một nguyên tử oxy và một nguyên tử nitơ trong dị vòng, tiền tố - oxaza- được sử dụng, và khi có một nguyên tử lưu huỳnh và một nguyên tử nitơ - thiaza-. Khi nguyên tử nitơ bậc ba và nhóm $ NH $ ở trong vòng cùng một lúc, số 1 biểu thị nguyên tử nitơ của nhóm $ NH $. Trong trường hợp này, việc đánh số được thực hiện theo thứ tự sau: $ O $, $ S $, $ NH $, $ N $.

Theo quy luật, các vòng dị vòng không chứa các liên kết cực, có tính chất hóa học và vật lý tương tự như các hợp chất mạch vòng tương ứng.

Mùi thơm của dị vòng

Có một nhóm khổng lồ các dị vòng có một hệ thống liên hợp gồm nhiều liên kết. Các dị vòng như vậy giống benzen và các dẫn xuất của nó ở tính ổn định và các loại phản ứng và được gọi là các hợp chất dị vòng thơm.

Theo quy tắc của Hückel, một hệ thống vòng có đặc tính thơm nếu nó:

  • chứa $ 4n + 2 $ tổng quát electron;
  • có một chuỗi liên hợp liên tục;
  • là phẳng.

Hãy so sánh hai hợp chất - benzen và pyridin:

Hình 2.

Hình 3

Trong phân tử benzen, các nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hóa $ sp2 $. Electron thứ tư của mỗi nguyên tử C không lai hóa được. Trong trường hợp này, một tập hợp các điện tử được hình thành, được tổng quát bởi tất cả các nguyên tử của chu trình (tập hợp thơm).

Các đám mây của $ \ pi $ -electron không bị thu hẹp có hình dạng khối tám, chồng lên nhau, tạo thành một đám mây $ \ pi $ -electron duy nhất:

hinh 4

Đặc tính thơm của pyridine có thể được giải thích tương tự. Chỉ có 5 $ \ pi $ -electron từ nguyên tử cacbon và một electron từ nitơ tham gia vào việc hình thành tập hợp electron trong tự nhiên:

Hình 5

Nguyên tử nitơ giữ lại một cặp electron không chia sẻ. Cặp electron này không phải là một phần của một sextet thơm; hệ thống phẳng; tương ứng với quy tắc Hückel: 4n $ + 2 $.

Cấu trúc điện tử của xe dị vòng năm ghi nhớ

Hãy xem xét cấu trúc điện tử của một dị vòng năm cạnh - pyrrole, được tạo thành bởi bốn nguyên tử cacbon và một nguyên tử nitơ, và chứa hai liên kết đôi:

Hình 6

Một chuỗi thơm cũng được hình thành trong phân tử pyrrole do bốn $ \ pi $ -electron của nguyên tử cacbon và hai điện tử p không chia sẻ của nguyên tử nitơ. Vì vậy, một hệ thống chung của một tập hợp các điện tử được hình thành trong hạt nhân và hạt nhân có tính chất thơm. Quy tắc độ thơm đầu tiên giữ nguyên: có $ 4n + 2 = 4 \ cdot1 + 2 = 6 $ điện tử tổng quát. Điều kiện thứ hai của tính thơm cũng được đáp ứng - một chuỗi liên hợp liên tục được bảo toàn, bao gồm một cặp electron chưa phân chia của nguyên tử nitơ. Tất cả các nguyên tử nằm trong cùng một mặt phẳng, hệ thống là mặt phẳng. Do đó, trong các dị vòng năm nhớ, 6 điện tử được phân chia giữa 5 nguyên tử tạo thành chu trình này.

Hình 7

Trong số các hợp chất dị vòng năm mem với một dị nguyên tử, hợp chất quan trọng nhất là: furan, thiophene và pyrrole. Đối với furan, thiophene, pyrrole và các dẫn xuất của chúng, các phản ứng thay thế electrophin là điển hình: nitrat hóa, sulfo hóa, halogen hóa, acyl hóa, v.v ... Đặc điểm về tính chất của các hợp chất dị vòng này gắn liền với cấu trúc điện tử của chúng. Chu kỳ của các chất này chứa cả nguyên tử cacbon và dị nguyên tử. Các nguyên tử cacbon và dị nguyên tử được kết nối với các nguyên tử cacbon lân cận bằng $ \ sigma $ -bonds.

Các hợp chất dị vòng thơm khác

Vì các nguyên tử cacbon của các chu kỳ khác nhau và trong các tổ hợp khác nhau có thể được thay thế bằng các nguyên tử dị nguyên trong các hợp chất đa vòng, nên số lượng các hợp chất dị vòng thơm có thể có là rất lớn:

Hình 8

Ngoài các hệ dị vòng chứa sáu $ \ pi $ -electron trong mỗi vòng, có rất nhiều ví dụ về các hợp chất dị vòng p-electron thơm ($ 4n + 2 $) trong đó $ n> 1 $. Các chất tương tự dị vòng của vòng thơm đã được biết đến. Các ví dụ bao gồm oxa - annulene, aza - annulene, aza - annulene, isoelectronic to aroma -annulene:

Hình 9

Hình 10.

Một ví dụ điển hình khác về dị nhân thơm là homoquinoline bắc cầu, có tính đẳng điện tử với 1,6-methano-annulene và chứa 10 điện tử p:

Hình 11.