И членные гетероциклические соединения

В отличие от электрон-избыточных 5-и членных гетероциклов, производные пиридина и хинолина, в которых неподеленная пара азота не участвует в сопряжении, за счет высокой электро-отрицательности атома азота оказываются обедненными электронной плотностью. В связи с этим, Пиридин очень плохо и медленно в очень жестких условиях вступает в реакции электрофильного замещения, а хинолин реагирует с электрофилами только по бензольному кольцу. Так же как и в случае ароматических соединений сдержащих акцепторные группы, пиридин не алкилируется и не ацилируется по Фриделю-Крафтсу.

Пиридиновое ядро очень устойчиво. Это можно проиллюстрировать с помощью реакции окисления хинолина, в которой разрушается бензольное ядро и не затрагивается пиридиновое. В результате дальнейшего декарбоксилирования образуется никотиновая кислота.

При действии на пиридин или хинолин 30% перекиси водорода образуются N-оксиды.

В N-оксидах реализуется одна из резонансных форм, в которых отрицательный заряд расположен на 4-м атоме. И действительно, N-оксид пиридина и хинолина вступают в реакции электрофильного замещения по 4-му положению.

Гетероциклическими называют соединения, молекулы которых содержат циклы, включающие наряду с атомами углерода один или несколько гетероатомов. Гетероциклы – самый многочисленный класс органических соединений, включающий около 2/3 всех известных природных и синтетических органических веществ. К гетероциклам относятся многие алкалоиды, витамины, природные пигменты. Они являются структурными фрагментами молекул нуклеиновых кислот и белков. Более 60% наиболее известных и широко употребляемых лекарственных препаратов являются гетероциклическими соединениями. Гетероциклы классифицируют по следующим основным признакам:

по природе и числу гетероатомов;

по размеру цикла;

по степени ненасыщенности.

Наибольшее распространение в природе имеют пяти- и шестичленные гетероциклы, содержащие в качестве гетероатомов азот, а также кислород и серу. По степени ненасыщенности различают насыщенные, ненасыщенные и ароматические гетероциклы. Гетероциклы неароматического характера по своим свойствам сходны с соответствующими ациклическими соединениями (аминами, амидами, простыми и сложными эфирами и т.д.). 5- и 6-членные гетероциклы, замкнутая сопряженная система которых включает (4n + 2) электрона, обладают ароматическим характером (см. лек. №2). Такие соединения по свойствам родственны бензолу и относятся к ароматическим гетероциклическим соединениям. Для них, как и для бензоидных систем, наиболее характерны реакции замещения. При этом гетероатом выполняет роль “внутренней” функции, определяющей скорость и направление реакций замещения. Именно ароматические гетероциклические соединения широко распространены в природе. Далее будут рассмотрены азотсодержащие ароматические гетероциклы.

Пятичленные азотсодержащие гетероциклы с одним гетероатомом

Пиррол

Пиррол – 5-членный ароматический гетероцикл с одним атомом азота.

Ароматическая система пиррола включает 6 p -электронов: четыре p -электрона от двойных связей и два – от гетероатома.

Атом азота с неподеленной парой электронов действует как донор, повышая электронную плотность на атомах углерода цикла. Поэтому пиррол относят к p -избыточным гетероциклам.

Химические свойства

Химические свойства пиррола определяются наличием ароматической системы и полярной связи N-H.

Кислотно-основные свойства

Неподеленная пара электронов азота является частью ароматического секстета электронов, поэтому пиррол практически лишен основных свойств ( ). Сила пиррола как основания не может быть точно определена, так как он является ацидофобным соединением и полимеризуется под действием кислот.

В то же время, наличие полярной связи N-H обуславливает слабые кислотные свойства пиррола (pK_a=16, 5).

Реакции электрофильного замещения

Пиррол, как p -избыточный гетероцикл, легко вступает в реакции электрофильного замещения. Активность пиррола по отношению к электрофилам выше, чем у бензола, и близка к активности анилина и фенола. Электрофильное замещение направляется преимущественно в положение 2. Из-за ацидофобности пиррола S_E-реакции проводятся в отсутствии кислот.

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: