Heterociklički spojevi nazivaju se takvi spojevi, u ciklusima kojih, osim atoma ugljika, postoje i atomi drugih elemenata (N, O, S, itd.), Heteroatomi.

Heterociklički spojevi se dijele u skupine: 1) prema broju atoma u ciklusu, 2) prema broju heteroatoma u ciklusu; 3) spojevi sa kondenziranim ciklusima.

Peteročlani heterociklički spojevi s jednim heteroatomom:

furan pirol tiofen

Šesteročlani heterociklički spojevi s jednim heteroatomom:

piridin α-piran γ-piran

Heterociklički spojevi s dva heteroatoma:

pirazol imidazol tiazol pirimidin

Heterocikli s kondenziranom jezgrom:

indol kinolin kromon

purin

Heterociklički spojevi su široko rasprostranjeni u prirodi, ulaze u sastav vitamina, alkaloida, pigmenata, nekih aminokiselina, boja, antibiotika itd. Purinske i pirimidinske baze ulaze u sastav nukleinskih kiselina.

Svojstva nekih heterocikličkih spojeva. Peteročlani heterocikli.

pirol (C 4 H 5 N), čija jezgra ulazi u sastav mnogih važnih prirodnih spojeva: hemoglobina, klorofila, triptofana (esencijalne aminokiseline) i dr., uljasta je tekućina s mirisom kloroforma. Na zraku pirol postaje smeđi zbog oksidacije, dobro se otapa u alkoholu i eteru, a slabo u vodi. Dobiva se suhom destilacijom odmašćenih kostiju ili sintetski, npr. iz jantarne kiseline.

S koncentriranom otopinom KOH, pirol stvara pirol-kalij, koji pokazuje kisela svojstva.

+H2O

Pod djelovanjem mineralnih kiselina pirol prolazi kroz polimerizaciju.

Kada se pirol reducira, nastaje pirolidin.

+2H2

pirolidin je dio aminokiselina:

prolin
hidroksiprolin

Biološki aktivni derivati ​​pirola su hemoglobin i klorofil.

Hemoglobin – to je složeni protein koji se sastoji od proteinske komponente i neproteinskog dijela – hema, koji uključuje pirolne jezgre – policiklički sustav koji sadrži četiri pirolne jezgre – porfin.

Porfin, ima Fe 2+ ion u središtu, obojen je crveno, tijekom toplinske obrade stvara Fe 3+ ion i postaje siv.

Klorofil – zeleni biljni pigment koji sadrži porfinsku jezgru, koja je povezana s Mg 2+. Klorofil sudjeluje u stvaranju organskih spojeva iz CO 2 i H 2 O.

Heterociklički spojevi koji sadrže kisik.

Furan - - bezbojna tekućina, topljiva u vodi. Furanska jezgra nalazi se u furanoznim oblicima ugljikohidrata (npr. riboza). Najvažniji derivat furana je furfural.

riboza furfural

Furfural - uljasta tekućina oštrog mirisa, u malim koncentracijama miriše na raženi kruh. Koristi se za proizvodnju najlonskih vlakana, otapala, antiseptika, fungicida.

Spojevi kondenzirani s drugim ciklusima.

benzopirol (indol) - kristalna tvar, u malim koncentracijama ima miris jasmina, u čijem se eteričnom ulju nalazi, u velikim koncentracijama ima odvratan miris. Indol je kemijski sličan pirolu. Jezgra indola nalazi se u heteroauksinu (hormon rasta biljaka), triptofanu (esencijalna aminokiselina), indigu (bojilo) i drugim spojevima.

Šesteročlani heterociklički spojevi(heterociklički spojevi koji sadrže kisik).

Piran (α- i γ-) je nestabilna tvar, njegovi derivati ​​su široko rasprostranjeni u prirodi, γ-piran i benzopiran (kromon) čine osnovu molekula biljnih boja i tanina - flavona, antocijana i katehina.

flavoni su žuti biljni pigmenti (u cvjetovima, plodovima) i nalaze se u biljkama u obliku glikozida.

flavon

Antocijanini i katehini po strukturi su vrlo slični flavonima. Antocijanini su također biljni pigmenti, njihova boja varira od plave do ljubičaste. Boja otopine antocijana mijenja se ovisno o pH medija (u kiselom mediju je crvena, u alkalnom mediju je siva).

Flavoni i antocijanini genetski su povezani i mogu se pretvarati jedan u drugi.

flavon, kvercetin, antocijan, cijanidin

(žuti) klorid (crveni)

Katehini imaju taninska svojstva (čaj, hmelj, ptičja trešnja itd.), sprječavaju razvoj plijesni, kao polifenoli.

Flavoni, antocijani i katehini se razgrađuju, gubeći boju i aktivnost P-vitamina, pod utjecajem temperature i u prisutnosti metalnih iona (Fe 3+, Ag +, Cu 2+, itd.). CFeCl 3 daju tamnu boju (kvalitativna reakcija za fenolni hidroksil).

piridin - bezbojna tekućina neugodnog mirisa, topiva u vodi. Dobiva se iz katrana ugljena i sintetski.

U reakcijama piridin pokazuje glavna svojstva:

C 5 H 5 N + HOH → OH - (piridinijev hidroksid);

C 5 H 5 N + HCl → Cl - (piridinijev klorid).

Vodena otopina piridina reagira s FeCl3 i nastaje željezov hidroksid i piridinijev klorid

OH - + FeCl 3 → Fe (OH) 3 + 3Cl -

Kada se piridin reducira, nastaje piperidin:

Piridin je otporan na oksidirajuća sredstva, ali kada se homolozi piridina oksidiraju, bočni lanci se oksidiraju.

β-pikolin nikotinska kiselina

Amid nikotinske kiseline je vitamin PP, koji se nalazi u mesu, krumpiru, heljdi itd.

ja jezgre piridina i pirolidina tvore nikotin, koji se nalazi u duhanu u obliku soli limunske i jabučne kiseline; je otrov za srce.

Derivati ​​pirimidina i purina.

Šesteročlani heterocikli s dva heteroatoma - derivati ​​pirimidina:

uracil (U) timin (G) citozin (C)

Spaljeni heterocikli -derivati ​​purina.

adenin (A) gvanin (G)

Sve ove heterocikličke dušične baze dio su nukleinskih kiselina koje imaju izuzetno važnu ulogu u životnim procesima organizama.

Nukleinske kiseline su polimeri koji nastaju kondenzacijom nukleotida - kemijskih spojeva koji se sastoje od ostataka fosforne kiseline, ugljikohidratne komponente i jedne od purinskih ili pirimidinskih baza. Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina. Dezoksiribonukleinska kiselina (DNK) sadrži deoksiribozu kao ugljikohidratnu komponentu, a adenin, gvanin, citozin i timin su heterocikličke baze:

deoksiriboza

R
ibonukleinska kiselina (RNA) sastoji se od ugljikohidrata riboze i heterocikličkih baza - adenina, gvanina, citozina, uracila.

RNA i DNA razlikuju se jedna od druge ne samo ugljikohidratima, već i heterocikličkim bazama: ribonukleinska kiselina sadrži uracil, a deoksiribonukleinska kiselina sadrži timin.

Polimerizacija nukleotida nastaje zbog stvaranja eterske veze između H 3 RO 4 jednog nukleotida i trećeg pentoznog hidroksila:

dušična baza – šećer

ostatak H3RO4

dušična baza – šećer

ostatak H3RO4

Polinukleotid(DNK ili RNK). Nasljedna informacija stanice kodirana je određenim slijedom baza u molekuli DNA, izgrađenom u obliku dvostruke spirale RNA, a nukleotidni slijed jedne spirale se takoreći reflektira u drugoj. RNK se formira u obliku jedne spirale.

UGLJIKOVODICI 8

Aciklički ugljikovodici 9

Aliciklički ugljikovodici 15

Aromatični ugljikovodici 17

HALOGENI UGLJIKOVODICI 21

ELEMENTO-ORGANSKI SPOJEVI 22

ORGANSKE KISELINE 33

OKSIKISELINE (HIDROKSIKISELE) 39

Fosfatidi 51

Stearini 54

UGLJIKOHIDRATI 57

Monosaharidi 57

Disaharidi 62

Polisaharidi 67

Aminokiseline 79

BOJE 90

Azo boje 90

Trifenilmetanske boje 91

Indigoidne boje 93

Antrakinonske boje 94

Tehnička klasifikacija boja 95

HETEROCIKLIČKI SPOJEVI 96

Piridin je predstavnik šesteročlanih heterocikla s jednim heteroatomom, a to je atom dušika

Monometilpiridini se nazivaju pikolini, dimetilpiridini se zovu lutidini, trimetilpiridini se zovu kolidini. Zasićeni piridinski prsten naziva se piperidin.

Piridin je poznat od 1851. kada je izoliran iz koštanog ulja, a nešto kasnije iz katrana ugljena (1854.).

Metode stjecanja. Kao što je već navedeno, piridin se izolira iz katrana ugljena. Nažalost, njegov sadržaj u ovom izvoru ne prelazi 0,1%.

Od sintetskih metoda dobivanja piridina važne su metode koje se temelje na transformacijama akroleina te zasićenih i nezasićenih aldehida.

Prema metodi Chichibabina (1937), supstituirani piridini dobivaju se iz aldehida i amonijaka (bolje je koristiti aldehid amonijak) zagrijavanjem na 250 o C u prisutnosti amonijevog acetata.

Nezasićeni aldehidi također mogu reagirati s amonijakom.

Praktično važna sinteza supstituiranih piridina temelji se na zagrijavanju smjese dien ugljikovodika i nitrila na 400 o C

Razvijena je metoda za dobivanje piridina iz acetilena i amonijaka Reppe. Reakcija se odvija u prisutnosti kompleksnih katalizatora nikla ili kobalta

Spoj sa zasićenim piridinskim prstenom, piperidin, može se pripraviti zagrijavanjem pentametilendiamin hidroklorida.

Od složenijih sinteza prikazujemo sintezu kolidina prema Ganchu. U ovoj sintezi, etil ester 2,4,6-trimetil-1,4-dihidropiridin-3,5-dikarboksilne kiseline dobiva se iz acetooctenog estera i aldehida (kao aldehid amik). U dobivenom proizvodu, dva vodika se oksidiraju s dušikastom kiselinom, čime se stvara supstituirani piridinski prsten. Nakon toga slijedi korak hidrolize i dekarboksilacije.

Kemijska svojstva. Piridin je gotovo pravilan šesterokut, čiji svi atomi leže u istoj ravnini. Geometrijski, piridinski prsten je sličan benzenskom prstenu.

Ugljikovi atomi u piridinu su u sp 2 - hibridno stanje. Za nastanak aromatskog seksteta, pet ugljika daje po jedan p-elektron, a šesti elektron dovodi atom dušika, koji ne sudjeluje u hibridizaciji. Os ove orbitale je okomita na ravninu položaja svih atoma i veza piridinskog prstena. Od tri dušikove hibridne orbitale, dvije se koriste za stvaranje σ -vezuje se s dva susjedna atoma ugljika, a usamljeni par elektrona je u trećoj orbiti

U skladu sa zadanom strukturom, piridin je ciklička, planarna tvorevina s Hueckelovim brojem R-elektrona (4n+2=6 pri n=1) i ima aromatski karakter. Osim toga, zbog usamljenog para elektrona dušika – bazičnost.

Slika strukture piridina dopunjena je značajnim dipolnim momentom (2.26 D) piridin, zbog visoke elektronegativnosti atoma dušika, kao i neravnomjerne raspodjele gustoće π -elektronski oblak kod heterocikličnih atoma. Hückelova metoda molekularne orbite dala je sljedeću distribuciju π -naboji na atomima piridinskog prstena

Piridin ješesteročlani aromatski heterocikl s jednim atomom dušika, bezbojna tekućina oštrog neugodnog mirisa; miješa se s vodom i organskim otapalima.

Piridin je slaba baza, daje soli s jakim mineralnim kiselinama, lako stvara dvostruke soli i kompleksne spojeve.

Elektronska struktura molekule piridina slična je strukturi benzena. Atomi ugljika i dušika su u stanju sp2 hibridizacije. Sve C–C, C–H i C–N σ veze tvore hibridne orbitale, a kutovi između njih iznose približno 120°. Stoga ciklus ima ravnu strukturu. Šest elektrona smještenih u nehibridnim p-orbitalama tvore aromatski sustav π-elektrona.

Od tri hibridne orbitale atoma dušika, dvije tvore C–N σ veze, a treća sadrži usamljeni par elektrona koji ne sudjeluju u π elektronskom sustavu. Stoga piridin, kao i amini, pokazuje svojstva baze. Njegova vodena otopina postaje lakmus plava. Kada piridin reagira s jakim kiselinama, nastaju piridinijeve soli.

P iridin pokazuje svojstva karakteristična za tercijarne amine: tvori N-okside, N-alkilpiridinijeve soli i može djelovati kao sigma-donor ligand.

U isto vrijeme, piridin ima jasna aromatična svojstva. Međutim, prisutnost atoma dušika u konjugacijskom prstenu dovodi do ozbiljne redistribucije gustoće elektrona, što dovodi do snažnog smanjenja aktivnosti piridina u reakcijama elektrofilne aromatske supstitucije. U takvim reakcijama reagiraju pretežno meta pozicije prstena.

Temeljna razlika između piridina i benzena je u tome što, zbog veće elektronegativnosti dušika u usporedbi s ugljikom, u slučaju piridina, u skupu graničnih struktura koje opisuju distribuciju gustoće p-elektrona, doprinos struktura s odvojenim negativnim i pozitivni naboji su značajni:

Iz njihovog razmatranja vidljivo je da je negativni naboj lokaliziran na atomu dušika, a pozitivni je raspoređen uglavnom između atoma ugljika na pozicijama 2, 4 i 6 (a- i g-pozicije). U tom smislu, piridin je klasificiran kao aromatski heterocikl s nedostatkom elektrona, za razliku od gore razmatranih furana, pirola i tiofena. To znači da je piridinska jezgra, kao aromatski sustav, deaktivirana u odnosu na elektrofilni sustav i, obrnuto, aktivirana u odnosu na nukleofilni napad u usporedbi s benzenom.

Međutim, činjenica da atom dušika ima usamljeni par elektrona i višak p-elektronske gustoće čini ga vrlo aktivnim središtem napada od strane elektrofila, pogotovo zato što stvaranje s-veze ne utječe na aromatski sustav. Dakle, piridin je aktivni N-nukleofil, a to se njegovo svojstvo uvijek ostvaruje na početku tijekom elektrofilnog napada.

Drugi mogući pravci reakcije povezani s manifestacijom C-nukleofilnosti piridinom - elektrofilni napad na ugljikove atome - izuzetno su teški i za njihovu provedbu potrebni su vrlo strogi uvjeti. Uz gore naznačenu prirodu manjka elektrona p-elektronskog sustava, u okviru općeg pristupa kvalitativnom objašnjenju obrazaca elektrofilne supstitucije u aromatskoj jezgri, to treba povezati s činjenicom da prisutnost dušik u prstenu, koji je elektronegativniji od atoma ugljika, destabilizira međuformirani kationski s-kompleks.

Dakle, piridin kombinira svojstva visoko aktivnog n-nukleofila i bitno deaktiviranog p-nukleofila. Kao što će se vidjeti iz donjih primjera, proizvod koji se lako formira kao rezultat elektrofilnog napada na atom dušika često je nestabilan i njegovo je stvaranje, iako kinetički poželjno, reverzibilan proces. Nasuprot tome, elektrofilni napad na atome ugljika mnogo je teži, ali dovodi do stvaranja stabilnijih supstitucijskih proizvoda koji su termodinamički poželjniji. Zbog toga se mnoge reakcije derivata piridina mogu odvijati u uvjetima kinetičke, tj. heteroatomske, ili termodinamičke, tj. ugljikovih atoma prstena, kontrole, što ih čini sličnim sličnim reakcijama oksiarena i aromatskih amina.

Kao što je ranije navedeno, piridin je baza i protoniran je u stabilne piridinijeve soli. Slično, dolazi do N-alkilacije piridina s alkil halidima, što dovodi do alkilpiridinijskih soli. Oksidacija s perkiselinama uz stvaranje piridin N-oksida također se može pripisati sličnim reakcijama s elektrofilima na slobodnom paru elektrona atoma dušika.

Na sličan način piridin u interakciji s bromom stvara N-bromopiridinijevu sol - piridinijev bromid perbromid, a s oleumom nakon hlađenja stvara piridin sulfotrioksid.

Reakcije klorida karboksilne kiseline s piridinom odvijaju se na sličan način. Međutim, nastala N-acilpiridinijeva sol je tako aktivan elektrofilan, u ovom slučaju acilirajući reagens, da se ne može izolirati u slobodnom stanju.

Piridin karakteriziraju reakcije aromatske nukleofilne supstitucije koje se pretežno javljaju na orto-para položajima prstena. Ova reaktivnost ukazuje na prirodu piridinskog prstena s manjkom elektrona, što se može sažeti u sljedeće pravilo: reaktivnost piridina kao aromatskog spoja otprilike odgovara reaktivnosti nitrobenzena.

Piridin pokazuje svojstva aromatskog spoja, ali, za razliku od benzena, teško ulazi u reakcije elektrofilne supstitucije - nitrira se, sulfonira i bromira samo na oko 300 ° C uz stvaranje pretežno b-derivata. Nukleofilna supstitucija se odvija lakše nego u benzenu.

Dakle, piridin s NaNH2 daje a-aminopiridin, s KOH - a-oksipiridin. Piridin se reducira natrijem u alkoholu ili H2 preko Ni na 120°C u piperidin. Pod djelovanjem, na primjer, baza na piridinijevu sol, piridinski prsten se lomi da nastane glutakonski dialdehid HOCCH = CHCH2COH ili njegovi derivati.

S anorganskim kiselinama stvara stabilne soli, s alkil halidima piridinijeve soli, a s metalnim halidima SO2, SO3, Br2, H2O kompleksne spojeve.

Elektrofilna supstitucija se odvija s velikim poteškoćama (piridin je blizak nitrobenzenu u svojoj sposobnosti elektrofilne supstitucije) i ide u položaj 3. Većina ovih reakcija odvija se u kiseloj sredini, u kojoj početni spoj više nije sam piridin, već njegova sol.

Uz osnovna svojstva, piridin pokazuje svojstva aromatskog spoja. Međutim, njegova aktivnost u reakcijama elektrofilne supstitucije niža je od one benzena. To je zbog činjenice da dušik, kao elektronegativniji element, privlači elektrone prema sebi i smanjuje gustoću elektronskog oblaka u prstenu, posebno u položajima 2, 4 i 6 (orto i para položaji).

Stoga se, na primjer, reakcija nitracije piridina odvija u teškim uvjetima (na 300 °C) i s malim iskorištenjem. Orijentacijski učinak atoma dušika na uvođenje novog supstituenta tijekom elektrofilne supstitucije u piridinu sličan je učinku nitro skupine u nitrobenzenu: reakcija se nastavlja do položaja 3.

Poput benzena, piridin može dodati vodik u prisutnosti katalizatora da nastane zasićeni piperidinski spoj.

Piperidin pokazuje svojstva sekundarnog amina (jake baze).

Piridin se nitrira samo pod djelovanjem NaNO3 ili KNO3 u dimećoj H2SO4 pri temperaturi od 300 0C, stvarajući 3-nitropiridin s malim iskorištenjem; sulfoniran oleumom u prisutnosti Hg sulfata na 220-270°C u piridin-3-sulfonsku kiselinu.

Kada se piridin tretira sa živinim acetatom na 1550C, nastaje 3-piridilmerkuracetat; na višim temperaturama di- i polisupstituirani derivati.

Djelovanje Br2 u oleumu na 3000C dovodi do smjese 3-bromo- i 3,5-dibromo-piridina. Na višoj temperaturi (oko 5000C) reakcija se odvija radikalnim mehanizmom; produkti reakcije - 2-bromo- i 2,6-dibromopiridini.

Radikalske reakcije također uključuju interakciju piridina s fenildiazonijevim hidratom (Gomberg-Bachmann-Hey reakcija), što rezultira smjesom koja sadrži 55% 2-fenil-, 30% 3-fenil- i 15% 4-fenil-piridina.

Nukleofilna supstitucija u piridinu odvija se na položajima 2 i 4 i lakša je nego u benzenu, na primjer, sinteza 2-aminopiridina reakcijom piridina s natrijevim amidom. (Chichibabina reakcija).

Piridin je u pravilu otporan na oksidirajuća sredstva, ali pod djelovanjem perkiselina lako stvara piridin N-oksid, u kojem je gustoća elektrona na C-2 i C-4 atomima povećana u usporedbi s piridinom.

Pri 300 0C pod djelovanjem FeCl3 piridin oksidira u smjesu izomernih dipiridila opće formule C5H4N-C5H4N.

Katalitičkim hidrogeniranjem u prisutnosti Pt ili Ni, redukcijom Na u alkoholu, kao i elektrokemijskom redukcijom dolazi do piperidina (potonji postupak se koristi u industriji). Jača redukcija piridina praćena je cijepanjem prstena i deaminacijom.

Nitriranje piridina odvija se pod djelovanjem kalijevog nitrata i sumporne kiseline na 370 °C, što dovodi do b-nitropiridina. Sulfacija piridina provodi se oleumom u prisutnosti živinog sulfata na 220 °C, bromiranje se može izvesti djelovanjem otopine broma u oleumu na 300 °C. Na ovaj način nije moguće uvesti drugi supstituent u prsten. Piridin ne ulazi u Friedel-Craftsove reakcije.

U kemiji piridina općenito, au dijelu koji se tiče njegove funkcionalizacije uz pomoć reakcija elektrofilne supstitucije, od velike je važnosti mogućnost njegove transformacije u N-oksid. Razmotrimo elektronsku strukturu ovog spoja.

Analiza ovih rezonantnih struktura dovodi do iznenađujućeg zaključka da N-oksidna skupina može djelovati u odnosu na p-elektronski sustav prstena i kao donor (gornji red struktura) i kao akceptor elektrona, tj. može pridonijeti pojavi reakcija elektrofilne supstitucije na a i g-pozicijama, kao i adiciji nukleofila na istim pozicijama! Što se zapravo promatra?

Elektronski utjecaj koji stvarno pokazuje ova skupina ovisi o prirodi reagensa. Nitriranje piridin N-oksida odvija se mnogo lakše nego za sam piridin, pod djelovanjem smjese dimeće dušične kiseline i sumporne kiseline na 90 °C, što dovodi do g-nitro derivata s prinosom od 90%, što je u skladu s aktivirajućim učinkom N-oksidne skupine . Nasuprot tome, reakcija sulfonacije odvija se pod uvjetima bliskim onima samog piridina, što rezultira b-sulfonskom kiselinom. Ovaj smjer reakcije sulfoniranja objašnjava se koordinacijom SO3 na atom kisika N-oksidne skupine, čime se ova skupina pretvara u akceptor i, posljedično, meta-orijentirajući agens.

Pretvorba piridina u njegov N-oksid, provođenje reakcija elektrofilne supstitucije s njim i naknadno reduktivno uklanjanje atoma kisika N-oksida opći je pristup sintezi širokog raspona funkcionalno supstituiranih derivata piridina koji se ne mogu dobiti izravno od piridina. Dakle, redukcija N-oksida g-nitropiridina s trifenilfosfinom dovodi do uklanjanja atoma kisika N-oksida, što omogućuje dobivanje 4-nitropiridina u dobrom iskorištenju. Kada se N-oksid g-nitropiridina reducira željezom u octenoj kiselini, nitro skupina i N-oksidna skupina se istovremeno reduciraju, što dovodi do 4-aminopiridina. Kao što je ranije navedeno, N-oksidna skupina također olakšava pojavu reakcija nukleofilne supstitucije. Dakle, kada N-oksid g-nitropiridina reagira s klorovodikom ili bromovodikom, nastaje N-oksid g-halo-supstituiranog piridina (predložite mehanizam ove reakcije), naknadna reakcija s PCl3 do eliminacije N-oksidnu skupinu.

Kada piridin N-oksid stupa u interakciju s organometalnim spojevima, vezanje se pretežno događa na položaju 2, to jest, u ovoj reakciji N-oksidna skupina zapravo aktivira ovaj položaj u odnosu na nukleofilni napad. Nakon obrade reakcijske smjese s vodom, 2-supstituirani derivati ​​piridina nastaju u visokom iskorištenju.

Kada piridin N-oksid stupa u interakciju s alkalijama u prisutnosti atmosferskog kisika (oksidacijsko sredstvo), nastaje a-hidroksipiridin oksid. Zanimljivo je da ovaj spoj postoji u tautomernoj ravnoteži s N-hidroksipiridonom.

Alkil piridinijeve soli još lakše stupaju u interakciju s nukleofilnim reagensima.

Interakcija piridinijevih soli s nukleofilnim reagensima također može dovesti do otvaranja prstena. Dakle, reakcija metilpiridinijevog jodida s anilinom dovodi do acikličkog konjugiranog heterotrienskog sustava. Ova reakcija ima preparativnu vrijednost.

Sam piridin također je sposoban ući u reakcije nukleofilne adicije, ali, naravno, pod strožim uvjetima. Od ovih transformacija najveći preparativni značaj ima Chichibabinova reakcija, reakcija s natrijevim amidom pri 130°C. Ova reakcija se odvija mehanizmom adicije-cijepanja, a njen produkt je a-aminopiridin. Kada piridin reagira s kalijevim amidom, uz a-aminopiridin nastaje i g-aminopiridin.

Kada se zagrije na 400°C, piridin reagira s KOH da nastane a-hidroksipiridin, reakcija s fenillitijem odvija se na 110°C tijekom 8 sati i, nakon tretmana s vodom, dovodi do a-fenilpiridina.

Redukcija piridina i njegovih derivata događa se pod djelovanjem metalnog natrija u alkoholu ili pod uvjetima katalitičke hidrogenacije. Pritom nastaju heksahidro derivati ​​piridina, a kod samog piridina piperidin.

b-Aminopiridin tijekom diazotiranja tvori prilično stabilne diazonijeve soli, koje mogu ući u uobičajene transformacije za ovu klasu spojeva, sa i bez oslobađanja dušika. Nasuprot tome, a- i g-aminopiridini ne tvore lako diazonijeve soli, a same te soli vrlo su nestabilne.

Zanimljivo je povući paralelu između sposobnosti postojanja u tautomernom okso obliku hidroksipiridina i hidroksiarena. Formalno, proces uspostavljanja takve ravnoteže u derivatima piridina i benzena trebao bi se odvijati prema istom mehanizmu i sastoji se u prijenosu protona s hidroksi skupine na aromatski ili heteroaromatski prsten. Ovaj proces nije sinkroni, već se odvija u dvije faze, prva od njih, deprotonacija, događa se uz sudjelovanje otapala ili druge molekule arena i prirodno se odvija to lakše što je kiselina jača hidroksilna skupina. Uzimajući u obzir prirodu piridinske jezgre s nedostatkom elektrona, može se tvrditi da je kiselost hidroksipiridina znatno viša od kiselosti hidroksiarena i stoga će aktivacijska barijera u slučaju derivata piridina biti niža. Drugi korak je protonacija. Budući da je usamljeni par elektrona atoma dušika u piridinskom prstenu dostupan za elektrofilni napad, posebno za protonaciju, a na samom atomu dušika postoji djelomični negativni naboj (usp. str. 43), može se pretpostaviti da ovaj bi se stupanj također trebao lakše izvesti u slučaju derivata piridina. Razmotrimo do čega bi te transformacije trebale dovesti ovisno o položaju hidroksi skupine u piridinskom prstenu.

Kao što se može vidjeti iz prikazane sheme, u slučaju a- i g-hidroksipiridina, slijed faza protonacije-deprotonacije dovodi do keto oblika, s b-položajem hidroksi skupine, takva transformacija je nemoguća - rezultira stvaranjem zwitteriona. Uistinu, b-hidroksipiridin postoji u ovom obliku, što dokazuje njegova abnormalno visoka točka taljenja i niska topljivost u organskim otapalima. Naravno, i u slučaju hidroksiarena i u slučaju hidroksipiridina, transformacija koja se razmatra dovodi do gubitka aromatičnosti od strane molekule, ali iz gore navedenih razloga, ova tautomerna ravnoteža mnogo je karakterističnija za derivate piridina.

Treba napomenuti da kada se dodatne donorske skupine uvedu u aromatski prsten, koje olakšavaju protonaciju, keto-enol tautomerna ravnoteža također se ostvaruje za hidroksiarene. Dakle, fleroglucinol - 1,3,5-trihidroksibenzen - postoji uglavnom u keto obliku.

Piridin je slabija baza od alifatskih amina (Kb = 1.7.10-9). Njegova vodena otopina postaje lakmus plava:

Kada piridin reagira s jakim kiselinama, nastaju piridinijeve soli:

aromatična svojstva. Poput benzena, piridin ulazi u reakcije elektrofilne supstitucije, ali je njegova aktivnost u tim reakcijama niža od one benzena, zbog visoke elektronegativnosti atoma dušika. Piridin se nitrira na 300°C s malim prinosom:

Atom dušika u reakcijama elektrofilne supstitucije ponaša se kao supstituent 2. vrste, stoga se elektrofilna supstitucija događa u meta položaju.

Za razliku od benzena, piridin može ući u reakcije nukleofilne supstitucije, budući da atom dušika povlači elektronsku gustoću iz aromatskog sustava, a orto-para položaji u odnosu na atom dušika osiromašeni su elektronima. Dakle, piridin može reagirati s natrijevim amidom, stvarajući smjesu orto- i para-aminopiridina (Chichibabinova reakcija):

Hidrogeniranjem piridina nastaje piperidin, koji je ciklički sekundarni amin i puno je jača baza od piridina:

Homolozi piridina po svojstvima su slični homolozima benzena. Dakle, tijekom oksidacije bočnih lanaca nastaju odgovarajuće karboksilne kiseline:

Predavanje br.9

Odnos strukture i biološkog djelovanja

Piridin: vrlo otrovna tvar. Ima usamljeni par elektrona, tercijarni atom dušika, ima jaka osnovna svojstva

Dihidropiridin: koronarni dilatator

Piridin-3-karboksilna kiselina: antipelagičko sredstvo

Piridin-4-karboksilna kiselina: djeluje protiv tuberkuloze

derivati ​​piridin metanola imaju aktivnost vitamina B6.

Ljekovite tvari derivati ​​piridin metanola

piridoksin hidroklorid

Metil 3-hidroksi-4,5 dioksimetil-piridin hidroklorid

Vitamin B 6 je bijeli finokristalni prah bez mirisa gorko-kiselog okusa. T mn. - 204 - 206 ° S (s raspadom). Lako se otapamo u vodi, teško - u alkoholu i acetonu.

Piridoksalfosfat

Fosforni ester 2-metil-3-hidroksi 4-fornil 5-hidroksimetil piridina.

Fizička svojstva: svijetlo žuti kristalni prah. Slabo topljiv u vodi, nestabilan na svjetlu.

Emoksipin

Etil 3-hidroksi-6-metil-piridin hidroklorid

Fizička svojstva: bijeli fini kristalni prah, bez mirisa. Lako topljiv u vodi.

Autentičnost:

Opće reakcije

Reakcija s 2,6-diklorokinon klorimidom - nastaje plava indofenolna boja

3. Reakcija stvaranja azo boje (svi pripravci). Reakcija na fenolni hidroksil.

4. Reakcija s FeCl 3 za fenolni hidroksil

Reakcija s općim alkaloidnim reagensima (silikovolframova i fosfovolframova kiselina stvaraju bijele taloge).

Reakcije diferencijacije

1. Piridoksin hidroklorid i Emoksipin daju reakciju na Cl - .

HCl + AgNO 3 AgCl + HNO 3

2. Piridoksal fosfat sadrži aldehidnu skupinu koja se nalazi:

A-reakcija s Fellingovim reagensom 1 i 2

B- reakcija s amonijačnom otopinom srebrnog nitrata

Piridoksal fosfat nakon hidrolize daje reakciju na fosfornu kiselinu. Nastaje žuti talog srebrnog fosfata.

H3RO4 + 3AgNO3 Ag3PO4 + 3HPO4

Piridoksin hidroklorid ima plavu fluorescenciju pod UV svjetlom.

5. Spektrofotometrijska metoda (za sve pripravke). Zabilježite UV spektar ispitivane tvari. Zabilježite UV spektar standardne tvari. Moraju biti identični.

kvantitativno određivanje

Za piridoksin hidroklorid i emoksipin

Metoda nevodene titracije

Metoda: izravna titracija

Metoda se temelji na reakciji kiselinsko-bazne interakcije u nevodenom mediju

Medij: ledena octena kiselina, dodajte Hg (CH 3 COO) 2 - za vezanje klorovodične kiseline koja se oslobađa tijekom titracije

Kemija

R3N HCl + HClO4 R3NHClO4 + HCl

HCl + Hg (CH 3 COO) 2 → HgCl 2 + CH 3 COOH

Piridoksal fosfat

Spektrofotometrijski u UV području, kroz standardnu ​​otopinu.

Alkalimetrijska metoda

Metoda izravne titracije na ostatku fosforne kiseline. Metoda se temelji na reakciji kiselinsko-bazne interakcije.

Argentometrija

Mercuro- i merkurimerija

Primjena

piridoksin 0,02 i 0,1 g

Piridoksal fosfat 0,01-0,02 g za toksikozu u trudnica, razne vrste parkinsonizma, pelagru i kronični hepatitis

Emoksipin je antioksidans, ima angioprotektivno djelovanje.

Proizvedeno u obliku 3% otopine od 5 ml u ampulama.

pirikarbat (prodektin) 2,6-piridin dimetanolabismetil karbamat

Fizička svojstva: bijeli kristalni prah bez mirisa. Slabo topljiv u vodi.

T taljenja \u003d 137 - 140 ° C

Autentičnost

1. S anhidrinom octene kiseline u prisutnosti limunske kiseline kada se ne zagrijava → žuta boja prelazi u crvenu trešnje.

Reakcija piridinskog prstena s 2,4-dinitroklorobenzenom. Nastaje piridinska boja.

Provesti alkalnu hidrolizu. Otpušta se metilamin. Crveni lakmus papir postaje plav.

Metode UV i IR spektroskopije

A. Metoda UV spektroskopije.

Zabilježite UV spektar ispitivane tvari.

Uklonite UV spektar standardne tvari. Moraju biti identični.

U UV spektroskopiji elektromagnetsko zračenje apsorbiraju elektroni cijele molekule, a na spektrogramu uočavamo jedan maksimum apsorpcije svjetlosti.

λ, nm

B. Metoda IR spektroskopije.

kvantitativno određivanje

Metoda nevodene titracije

Metoda: izravna titracija

Derivati ​​dihidropiridina

nifedipin (korinfar)

Dimetil ester 2,6-dimetil-4-(2/-nitrofenil)-1,4-dihidro-piridin-3,5-dikarboksilne kiseline

Fizička svojstva: Zelenkasto-žuti kristalni prah. Praktično netopljiv u vodi, teško u alkoholu. Razgrađuje se u svijetu. T taljenja \u003d 169-174 o C.

Autentičnost

Metoda UV spektroskopije

Metoda IR spektroskopije

kvantitativno određivanje

Nabavite kromatograme.

H,mm h,mm

t, min t, min

Autentičnost

kvantitativno određivanje

Autentičnost

UV i IR spektroskopija

2. reakcija na alifatsku NH 2 - skupinu s ninhidrinom. Nastaje plavoljubičasta boja.

kvantitativno određivanje

Predavanje br.9

Ljekovite tvari derivati ​​piridina

Ciklički spojevi u kojima cikluse tvore ne samo ugljikovi atomi, već i atomi drugih elemenata - heteroatomi (O, S, N) - nazivaju se heterociklički. Heterociklički spojevi se dijele prema veličini prstena i broju heteroatoma u prstenu.

Među tim spojevima najveću važnost imaju peteročlani i šesteročlani heterociklički spojevi. Tipični heterociklički spojevi su aromatski. Međutim, prisutnost heteroatoma utječe na distribuciju gustoće elektrona. Na primjer, u peteročlanim heterociklima (u furanu, tiofenu, pirolu) gustoća elektrona je pomaknuta od heteroatoma prema prstenu i najveća je u a-položajima. Stoga u a-položajima najlakše dolazi do reakcije elektrofilne supstitucije (S E).

U šesteročlanim ciklusima (na primjer, piridin), heteroatom vezan za ugljik dvostrukom vezom privlači k sebi gustoću p-elektrona ciklusa, tako da je gustoća elektrona u molekuli piridina snižena u a i g položajima. To je u skladu s preferiranom orijentacijom prema ovim položajima reaktanata u nukleofilnoj supstituciji (SN). Budući da je u piridinu gustoća elektrona veća u b - položaju, elektrofilni reagens je orijentiran u b - položaju.

Pri proučavanju heterocikla s dva heteroatoma posebnu pozornost obratiti na pirimidin i njegove derivate: uracil, timin, citozin. Pirimidinska jezgra nalazi se u brojnim prirodnim proizvodima: vitaminima, koenzimima i nukleinskim kiselinama:

Elektrofilna supstitucija za pirimidin odvija se na poziciji 5; nukleofilna (kao za piridin) je teška i atom ugljika na pozicijama 4 i 6 je napadnut.

Složeni heterociklički sustav koji se sastoji od dva spojena heterocikla - pirimidina i imidazola naziva se purinska jezgra.

Purinska skupina nalazi se u osnovi mnogih spojeva, prvenstveno nukleinskih kiselina, u koje je uključena u obliku purinskih baza: adenina (6-aminopurin) i gvanina (2-amino-6-oksipurin).

Od interesa je kisikov derivat purina – mokraćna kiselina (2,6,8 – trioksipurin).

Laboratorija #8

Cilj: proučavanje kemijskih svojstava heterocikličkih spojeva

Reagensi i oprema:

1) antipirin,

2) FeCl3 - 0,1n,

3) amidopirin,

4) H 2 SO 4 - 2n,

5) NaNO 2 - 0,5n,

6) piridin, NaOH - 2n,

7) mokraćna kiselina, HCl - 2n,

8) zasićena otopina NH 4 Cl,

9) pikrinska kiselina zas. riješenje,

10) lakmus papir,

11) bromtimol plavo,

12) mikroskop,

13) epruvete.

Iskustvo 8.1 Reakcije antipirina i amidopirina (piramidona)

Sa željezovim(III) kloridom

Stavite nekoliko kristala antipirina u epruvetu, dodajte dvije kapi vode i kap 0,1 N. FeCl3. Intenzivna i postojana narančasto-crvena boja razvija se odmah i ne nestaje stajanjem. Za usporedbu stavite nekoliko kristala amidopirina (piramidona) u drugu epruvetu. Dodajte dvije kapi vode i jednu kap 0,1 N. FeCl3. Ljubičasta boja se pojavljuje i brzo nestaje. Dodajte još tri kapi željezovog (III) klorida odjednom. Boja će se ponovno pojaviti, trajati malo duže, ali postupno izblijediti. Bojanje antipirina od željezovog (III) klorida nastaje zbog stvaranja kompleksnog spoja - feropirina.

Amidopirin je derivat antipirina. Mobilni atom vodika na položaju 4 u ovom je slučaju zamijenjen dimetilamino skupinom.

Pojava boje posljedica je oksidacije amidopirina željeznim (III) kloridom. Zbog toga je boja nestabilna, a višak željezovog (III) klorida šteti reakciji.

Ove se reakcije koriste u farmaceutskoj praksi za prepoznavanje antipirina i amidopirina i njihovo međusobno razlikovanje. S obzirom na to, ove reakcije treba raditi za usporedbu paralelno u dvije epruvete.

Iskustvo 8.2 Reakcije antipirina i amidopirina s nitratnom kiselinom

Stavite nekoliko kristala antipirina u epruvetu, dodajte dvije kapi vode, jednu kap 2n. H 2 SO 4 i jednu kap 0,5 n. NaNO2. Pojavit će se smaragdno zelena boja koja će postupno nestajati, osobito brzo s relativnim viškom natrijeva nitrita. Za usporedbu, stavite nekoliko kristala amidopirina u drugu epruvetu, dodajte dvije kapi vode, jednu kap 2n. H 2 SO 4 i jednu kap 0,5 n. NaNO2. Pojavljuje se vrlo nestabilna ljubičasta boja. Ako boja prebrzo nestane, dodajte još malo amidopirina. Reakcija s antipirinom odvija se prema jednadžbi:

S amidopirinom nastaju obojeni produkti oksidacije.

Kao i gore navedene reakcije sa željeznim (III) kloridom, obje se reakcije koriste u farmaceutskoj praksi za prepoznavanje antipirina i amidopirina i njihovo međusobno razlikovanje. Stoga ih treba raditi paralelno u dvije epruvete.

Iskustvo 8.3 Taloženje željezovog (III) hidroksida vodenom otopinom

Piridin

Stavite dvije kapi vodene otopine piridina u epruvetu i dodajte kap 0,1N FeCl3. Smeđe ljuskice željeznog hidroksida Fe(OH) 3 odmah se talože i tvore sol piridin hidroklorida (piridin hidroklorid), koja je lako topljiva u vodi.

Stvaranje željezovog (III) hidroksida potvrđuje osnovna svojstva piridina.

Napišite shemu nastanka piridin hidroklorida (piridinijevog klorida) tijekom interakcije piridin oksid hidrata sa željezovim (III) kloridom.

Iskustvo 8.4 Stvaranje piridin pikrina

Pipetom kapnite jednu kap vodene otopine piridina u epruvetu i dodajte tri kapi zasićene vodene otopine pikrinske kiseline. Mućkanjem se postupno izdvajaju dobro definirani igličasti kristali piridin pikrata. U suvišku piridina kristali se otapaju.

Stavite dio kristala na predmetno staklo, pregledajte ih pod mikroskopom i ucrtajte oblik kristala dobivenog preparata u radni dnevnik.

Formiranje relativno slabo topljivog piridin pikrata također potvrđuje osnovni karakter piridina. Ova reakcija se koristi za identifikaciju piridina (piridin pikrat se tali na 167 0 C).

Napišite shemu nastanka piridinpikrata.

Iskustvo 8.5Topivost mokraćne kiseline i njezine prosječne natrijeve soli u vodi

Stavite malu količinu (na vrh lopatice) mokraćne kiseline u epruvetu. Dodajte vodu kap po kap, svaki put protresite epruvetu.

Obratite pozornost na slabu topljivost mokraćne kiseline u vodi. U hladnoj vodi je mokraćna kiselina gotovo netopljiva: 1 njen dio se otapa u 39 000 dijelova vode.

Nakon dodavanja 8 kapi vode, otapanje se još uvijek ne primjećuje. Vrijedno je, međutim, dodati samo 1 kap 2n. NaOH, kao mutna otopina, trenutno se izbistri zbog stvaranja relativno lako topljive srednje disupstituirane natrijeve soli. Dobivenu otopinu spremite za sljedeće pokuse.

Mokraćna kiselina postoji u dva tautomerna oblika:

Iz laktim-enolnog oblika s lužinama nastaju takozvane soli mokraćne kiseline ili urati. Zapravo, to nisu soli, već enolati.

Vrlo slabo izražena kisela priroda mokraćne kiseline uvjetuje da se od tri atoma vodika teoretski mogućeg enolnog oblika samo dva mogu zamijeniti natrijem. Trisupstituirane soli mokraćne kiseline su nepoznate.

Iskustvo 8.6 Stvaranje teško topljivog amonijevog urata

U četiri kapi bistre otopine srednje dvobazične natrijeve soli mokraćne kiseline (pokus 8.5) dodajte dvije kapi zasićene otopine amonijevog klorida. Odmah se istaložio bijeli talog amonijevog urata. Sačuvajte ovaj talog za sljedeći pokus izolacije slobodne mokraćne kiseline (pokus 8.7).

Napišite shemu reakcije, vodeći računa da su oba natrijeva iona zamijenjena u natrijevom uratu amonijevim ionima.

Iskustvo 8.7 Razgradnja urata pod utjecajem mineralne kiseline (izolacija kristalne mokraćne kiseline)

Pipetom nanesite jednu kap mutne otopine koja sadrži amonijev urat na predmetno staklo (pokus 8.6). Dodajte jednu kap 2n u središte kapi. HCl. Opaža se djelomično otapanje taloga.

Gledajući pod mikroskopom, vidljive su žućkaste nakupine amonijevog urata koji se još nisu razgradili i novonastali karakteristični kristali mokraćne kiseline u obliku duguljastih prizmi nalik na brus. U radni dnevnik ucrtajte oblik kristala dobivenog pripravka.

Taloženje kristala mokraćne kiseline u tijelu (mokraćni kamenci, gihtni čvorovi itd.) nastaje pod utjecajem promjene reakcije okoline prema povećanju kiselosti.

Napišite shemu za izdvajanje mokraćne kiseline iz njezine soli.

Laboratorijski rad broj 9.

Odvajanje kofeina iz čaja

Cilj: izolirati i proučiti neka od kemijskih svojstava heterocikličkog spoja – kofeina

Reagensi i oprema:

1) crni čaj

2) magnezijev oksid u prahu

4) porculanska šalica

5) koncentrirana otopina HNO 3

6) koncentrirana otopina amonijaka

Iskustvo 9.1.Sublimacija kofeina.

U porculanski ili metalni lončić stavite 1 čajnu žličicu crnog čaja zdrobljenu u tarioniku i 2 g magnezijevog oksida. Pomiješajte obje tvari i stavite lončić na pločicu. Grijanje treba biti umjereno. Stavite porculansku šalicu napunjenu hladnom vodom na vrh lončića. U prisutnosti magnezijevog oksida, kofein sublimira. Kada se nađe na hladnoj površini, kofein se taloži na dno šalice u obliku bezbojnih kristala. Zagrijavanje se zaustavlja, čašica se pažljivo izvadi iz lončića i kristali se ostružu u čistu tikvicu.

Iskustvo 9.2Kvalitativni odgovor na kofein.

Na porculanski tanjur stavi se nekoliko kristala kofeina i doda se jedna kap koncentrirane dušične kiseline. Zagrijte ploču dok se smjesa na njoj ne osuši. Istodobno, kofein se oksidira i pretvara u amaličnu kiselinu, narančaste boje. U to dodajte deset kapi koncentriranog amonijaka, nastaje crvena sol koja prelazi u ljubičastu boju. Ta se sol naziva mureksid, a reakcija mureksid.

Napiši jednadžbu reakcije.

Pitanja za kontrolu

1. Koji se spojevi nazivaju heterocikličkim?

2. Podjela heterocikličkih spojeva?

3. Što je aromatičnost heterocikličkih spojeva?

4. Napiši formule heterocikla koji čine aminokiseline.

5. Biološka uloga purina i pirimidina.