Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Тема № 5. Гетероциклические соединения



Циклические соединения, у которых циклы образованы не только углеродными атомами, но и атомами других элементов – гетероатомами (О, S, N), - называются гетероциклическими. Гетероциклические соединения делят по размерам цикла и числу гетероатомов в цикле.

Среди этих соединений наибольшее значение имеют пяти- и шестичленные гетероциклические соединения. Типичные гетероциклические соединения обладают ароматическим характером. Однако, наличие гетероатома сказывается на распределении электронной плотности. Например, в пятичленных гетероциклах (в фуране, тиофене, пирроле) электронная плотность смещена от гетероатома в сторону кольца и максимальна в a-положениях. Поэтому в a-положениях наиболее легко идет реакция электрофильного замещения (SЕ).

В шестичленных циклах (например, пиридине) гетероатом, связанный с углеродом двойной связью, оттягивает на себя p-электронную плотность цикла, поэтому электронная плотность в молекуле пиридина понижена в a и g-положениях. Это согласуется с предпочтительной ориентацией в эти положения реагентов при нуклеофильном замещении (SN). Так как в пиридине электронная плотность больше в b - положении, то электрофильный реагент ориентируется в b - положение.

При изучении гетероциклов с двумя гетероатомами особо обратить внимание на пиримидин и его производные: урацил, тимин, цитозин. Пиримидиновое ядро встречается в многочисленных природных продуктах: витаминах, коферментах и нуклеиновых кислотах:

Электрофильное замещение для пиримидина проходит в положении 5; нуклеофильное (как и для пиридина) затруднено и атаке подвергается атом углерода в положениях 4 и 6.

Сложная гетероциклическая система, состоящая из двух конденсированных гетероциклов – пиримидина и имидазола называется ядром пурина.

Пуриновая группировка лежит в основе многих соединений, прежде всего нуклеиновых кислот, в которые она входит в виде пуриновых оснований: аденина (6-аминопурин) и гуанина(2-амино-6-оксипурин).

Интерес представляет кислородное производное пурина - мочевая кислота (2, 6, 8 – триоксипурин).

 

Лабораторная работа №8

 

Цель работы: изучение химических свойств гетероциклических соединений

Реактивы и оборудование:

1) Антипирин,

2) FeCl3 – 0, 1н,

3) амидопирин,

4) H2SO4 – 2н,

5) NaNO2 – 0, 5н,

6) пиридин, NaOH – 2н,

7) мочевая кислота, HCl – 2н,

8) NH4Cl насыщенный раствор,

9) пикриновая кислота насыщ. раствор,

10) лакмусовая бумага,

11) бромтимоловый синий,

12) микроскоп,

13) пробирки.

Опыт 8.1 Реакции антипирина и амидопирина (пирамидона)

С хлоридом железа (III)

Поместить в пробирку несколько кристаллов антипирина, прибавить две капли воды и каплю 0, 1н. FeCl3. Немедленно появляется интенсивное и стойкое оранжево-красное окрашивание, не исчезающее при стоянии. Для сравнения в другую пробирку поместить несколько кристаллов амидопирина (пирамидона). Добавить две капли воды и одну каплю 0, 1н. FeCl3. Появляется фиолетовое окрашивание, быстро исчезающее. Добавить еще сразу три капли хлорида железа (III). Окраска вновь появится, держится несколько дольше, но постепенно бледнеет. Окрашивание антипирина от хлорида железа (III) обусловлено образованием комплексного соединения – ферропирина.

Амидопирин – производное антипирина. Подвижный атом водорода в положении 4 замещен в данном случае диметиламиногруппой.

 

Появление окраски обусловлено окислением амидопирина хлоридом железа (III). Поэтому окраска получается нестойкая, а избыток хлорида железа (III) вредит реакции.

Приведенными реакциями пользуются в фармацевтической практике для распознавания антипирина и амидопирина и отличия их друг от друга. Ввиду этого, указанные реакции следует делать для сравнения параллельно в двух пробирках.

Опыт 8.2 Реакции антипирина и амидопирина с азотистой кислотой

Поместить в пробирку несколько кристаллов антипирина, добавить две капли воды, одну каплю 2н. H2SO4 и одну каплю 0.5н. NaNO2. Появится изумрудно-зеленое окрашивание, постепенно исчезающее, особенно быстро при относительном избытке нитрита натрия. Для сравнения в другую пробирку поместить несколько кристаллов амидопирина, добавить две капли воды, одну каплю 2н. H2SO4 и одну каплю 0.5н. NaNO2. Появляется очень нестойкое фиолетовое окрашивание. Если окрашивание исчезает слишком быстро, добавить еще немного амидопирина. Реакция с антипирином протекает по уравнению:

 

С амидопирином образуются окрашенные продукты окисления.

Подобно приведенным выше реакциям с хлоридом железа (III) обе реакции применяются в фармацевтической практике для распознавания антипирина и амидопирина и отличия их друг от друга. Поэтому их следует делать параллельно в двух пробирках.

 

Опыт 8.3 Осаждение гидроксида железа (III) водным раствором

Пиридина

Поместить в пробирку две капли водного раствора пиридина и добавить каплю 0, 1н FeCl3. Немедленно выпадают бурые хлопья гидроксида железа Fe(OH)3 с образованием легко растворимой в воде хлористоводородной соли пиридина (гидрохлорида пиридина).

Образование гидроксида железа (III) подтверждает основные свойства пиридина.

Написать схему образования хлоргидрата пиридина (пиридиний хлорида) при взаимодействии гидрата окиси пиридина с хлоридом железа (III).

Опыт 8.4 Образование пикрина пиридина

С помощью пипетки поместить одну каплю водного раствора пиридина в пробирку и добавить три капли насыщенного водного раствора пикриновой кислоты. При встряхивании постепенно выделяются хорошо выраженные игольчатые кристаллы пикрата пиридина. В избытке пиридина кристаллы растворяются.

Поместить часть кристаллов на предметное стекло, рассмотреть их под микроскопом и зарисовать форму кристаллов полученного препарата в рабочем журнале.

Образование относительно трудно растворимого пикрата пиридина также подтверждает основный характер пиридина. Реакцией этой пользуются для идентификации пиридина (пикрат пиридина плавится при 1670С).

Написать схему образования пикрата пиридина.

 

Опыт 8.5 Растворимость мочевой кислоты и ее средней натриевой соли в воде

Поместить в пробирку небольшое количество (на кончике лопаточки) мочевой кислоты. Прибавить по каплям воду, каждый раз встряхивая пробирку.

Обратить внимание на плохую растворимость мочевой кислоты в воде. В холодной воде мочевая кислота почти нерастворима: 1часть ее растворяется в 39000 частях воды.

После добавления 8 капель воды растворения все еще не заметно. Стоит, однако, добавить всего 1 каплю 2н. NaOH, как мутный раствор моментально просветляется, вследствие образования относительно легкорастворимой средней двузамещенной соли натрия. Полученный раствор сохранить для последующих опытов.

Мочевая кислота существует в виде двух таутомерных форм:

 

 

От лактимной-енольной формы и образуются со щелочью так называемые соли мочевой кислоты, или ураты. Фактически это не соли, а еноляты.

Очень слабо выраженный кислотный характер мочевой кислоты обусловливает то, что из трех атомов водорода теоретически возможной енольной формы могут замещаться на натрий только два. Трехзамещенные соли мочевой кислоты неизвестны.

 

Опыт 8.6 Образование труднорастворимого урата аммония

К четырем каплям прозрачного раствора средней двузамещенной натриевой соли мочевой кислоты (опыт 8.5) добавить две капли насыщенного раствора хлорида аммония. Немедленно выпадает белый осадок мочекислого аммония. Сохранить этот осадок для последующего опыта выделения свободной мочевой кислоты (опыт 8.7).

Написать схему реакции, учитывая, что оба иона натрия замещаются в урате натрия на ионы аммония.

Опыт 8.7 Разложение уратов под влиянием минеральной кислоты (выделение кристаллической мочевой кислоты)

С помощью пипетки нанести на предметное стекло одну каплю мутного раствора, содержащего мочекислый аммоний (опыт 8.6). Добавить в центр капли одну каплю 2н. HCl. Наблюдается частичное растворение осадка.

При рассматривании под микроскопом видны желтоватые глыбки еще не разложившегося урата аммония и вновь образовавшиеся характерные кристаллы мочевой кислоты в виде удлиненных призм, напоминающих точильные бруски. Зарисовать в рабочем журнале форму кристаллов полученного препарата.

Отложение кристаллов мочевой кислоты в организме (мочевые камни, подагрические узлы и т.п.) происходит под влиянием изменения реакции среды в сторону увеличения кислотности.

Написать схему выделения мочевой кислоты из ее соли.

Лабораторная работа № 9.

Выделение кофеина из чая

Цель работы: выделить и изучить некоторые химические свойства гетероциклического соединения - кофеина

Реактивы и оборудование:

1) черныйчай

2) порошок оксида магния

3) тигель

4) фарфоровая чашка

5) концентрированный раствор HNO3

6) концентрированный раствор аммиака

Опыт 9.1. Возгонка кофеина.

В фарфоровый или металлический тигель помещают 1 чайную ложку измельченного в ступке черного чая и 2 г оксида магния. Смешивают оба вещества и ставят тигель на плитку. Нагрев должен быть умеренным. Сверху на тигель ставят фарфоровую чашку с холодной водой. В присутствии оксида магния кофеин возгоняется. Попав на холодную поверхность, кофеин оседает на дне чашки в виде бесцветных кристаллов. Нагрев прекращают, осторожно снимают чашку с тигля и соскребают кристаллы в чистую склянку.

 

Опыт 9.2 Качественная реакция на кофеин.

Несколько кристаллов кофеина помещают на фарфоровую пластинку и добавляют одну каплю концентрированной азотной кислоты. Нагревают пластинку до тех пор, пока смесь на ней не высохнет. Кофеин при этом окис-ляется и превращается в амалиновую кислоту, оранжевого цвета. Добавьте к ней десять капель концентрированного аммиака, образуется соль красного, переходящего в пурпурный, цвета. Эта соль носит название мурексида, а реакция — мурексидной.

Напишите уравнение реакции.

 

Вопросы для контроля

1. Какие соединения называются гетероциклическими?

2. Классификация гетероциклических соединений?

3. В чем выражается ароматичность гетероциклических соединений?

4. Напишите формулы гетероциклов, входящих в состав аминокислот.

5. Биологическая роль пурина и пиримидина.

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 974; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.033 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь