Гетероциклические соединения

Гетероциклическими соединениями называются такие соеди­нения, в циклы которых, кроме атомов углерода, входят атомы других элементов (N,O,Sи др.), называемые гетероатомами.

Гетероциклические соединения делятся на группы: 1) по числу атомов в цикле, 2) по числу гетероатомов в цикле; 3) соединения с конденсированными циклами.

Пятичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом:

фуранпирролтиофен

Шестичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом:

пиридинα-пиранγ-пиран

Гетероциклические соединения с двумя гетероатомами:

пиразол имидазол тиазол пиримидин

Гетероциклы с конденсированными ядрами:

индол хинолин хромон

пурин

Гетероциклические соединения широко распространены в при­роде, входят в состав витаминов, алкалоидов, пигментов, некоторых аминокислот, красителей, антибиотиков и др. Пуриновые и пиримидиновые основания входят в состав нуклеиновых кислот.

Свойства некоторых гетероциклических соединений. Пятичленные гетероциклы.

Пиррол (C₄H₅N), ядро которого входит в состав многих важных природных соединений: гемоглобина, хлорофилла, триптофана (незаменимая аминокислота) и др., – маслянистая жидкость с запахом хлороформа. На воздухе пиррол буреет вследствие окисления, хорошо растворяется в спирте и эфире, но плохо в воде. Получают его при сухой перегонке обезжиренных костей или синтетически, например из янтарной кислоты.

С концентрированным раствором КОН пиррол образует пир­рол-калий, проявляя кислотные свойства.

+H₂O

При действии минеральных кислот пиррол подвергается поли­меризации.

При восстановлении пиррола образуется пирролидин.

+2H₂

Пирролидин входит в состав аминокислот:

пролин оксипролин

Биологически активные производные пиррола – гемоглобин и хлорофилл.

Гемоглобин –это сложный белок, состоящий из белковой со­ставляющей и небелковой части – гема, в состав которого входят ядра пиррола – полициклическая система, содержащая четыре пиррольных ядра, – порфин.

Порфин, имеющий ионFe²⁺в центре, окрашен в красный цвет, при термической обработке образует ионFe³⁺и окрашивается в серый цвет.

Хлорофилл – зеленый пигмент растений, содержащий ядро порфина, которое связано сMg²⁺. Хлорофилл принимает участие в образовании органических соединений из СО₂и Н₂О.

Кислородсодержащие гетероциклические соединения.

Фуран –- бесцветная жидкость, растворимая в воде. Ядро фурана содержится в фуранозных формах углеводов (например, рибоза). Важнейшим производным фурана является фурфурол.

рибоза фурфурол

Фурфурол –маслянистая жидкость с резким запахом, в малых концентрациях пахнет ржаным хлебом. Применяется для производства нейлонового волокна, растворителей, антисептических веществ, фунгицидов.

Конденсированные с другими циклами соединения.

Бензопиррол (индол) – кристаллическое вещество, в небольших концентрациях имеет запах жасмина, в эфирном масле которого он и содержится, в больших концентрациях обладает отвратительным запахом. По химическим свойствам индол сходен с пирролом. Ядро индола содержится в гетероауксине (гормон роста растений), триптофане (незаменимая аминокислота), индиго (краситель) и других соединениях.

Шестичленные гетероциклические соединения (кислородсо­держащие гетероциклические соединения).

Пиран (α- и γ-) является неустойчивым веществом, производ­ные его широко распространены в природе, γ-Пиран и бензопиран (хромон) лежат в основе молекул растительных красящих и дубильных веществ – флавонов, антоцианов и катехинов.

Флавоны являются желтыми растительными пигментами (в цветах, плодах) и находятся в растениях в виде гликозидов.

флавон

К флавонам очень близки по строению антоцианы и катехины. Антоцианы также являются растительными пигментами, их окраска меняется от синей до пурпурной. Окраска раствора антоциана в зависимости от рН среды меняется (в кислой среде – красная, в щелочной – серая).

Флавоны и антоцианы гинетически связаны между собой и спо­собны превращаться один в другой.

флавон, кверцетин антоциан, цианидин

(желтый) хлористый (красный)

катехин

Катехины обладают дубильными свойствами (чай, хмель, черемуха и др), препятствуют развитию плесени, являясь полифе­нолами.

Флавоны, антоцианы и катехины разлагаются, теряя цвет и Р-витаминную активность, под действием температуры и в присутст­вии ионов металлов (Fe³⁺,Ag⁺,Cu²⁺и др.). СFeCl₃дают темное ок­рашивание (качественная реакция на фенольный гидроксил).

Азотсодержащие гетероциклы.

Пиридин –бесцветная жидкость с неприятным запахом, хо­рошо растворяющаяся в воде. Получают его из каменноугольной смолы и синтетически.

В реакциях пиридин проявляет основные свойства:

C₅H₅N + НОН → [C₅H₅NH⁺]OH^–(гидроксид пиридиния);

C₅H₅N + HCl→ [C₅H₅NH⁺]Cl^–(хлорид пиридиния).

Водный раствор пиридина реагирует с FeCl₃, образуя гидроксид железа и хлористый пиридиний

[C₅H₅NH⁺]OH^– + FeCl₃ → Fe(OH)₃ + 3[C₅H₅NH⁺]Cl^–

При восстановлении пиридина образуется пиперидин:

Пиридин устойчив к окислителям, но при окислении гомологов пиридина окисляются боковые цепи.

β-пиколин никотиновая кислота

Амид никотиновой кислоты является витамином РР, который содержится в мясе, картофеле, гречневой крупе и др.

Ядра пиридина и пирролидина образуют нико­тин, который содержится в табаке в виде соли лимонной и яблочной кислот; является сердечным ядом.

Производные пиримидина и пурина.

Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами –произ­водные пиримидина:

урацил (У) тимин (Г) цитозин (Ц)

Конденсированные гетероциклы –производные пурина.

аденин(А) гуанин(Г)

Все эти гетероциклические азотистые основания входят в состав нуклеиновых кислот, играющих чрезвычайно важную роль в процессах жизнедеятельности организмов.

Нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры, образующиеся при конденсации нуклеотидов – химических соединений, состоящих из остатков фосфорной кислоты, углеводного компонента и одного из пуриновых или пиримидиновых оснований. Различают два вида нуклеиновых кислот. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) содержит в качестве углеводного компонента дезоксирибозу, а гетероциклическими основаниями являются аденин, гуанин, цитозин и тимин:

аденин

дезоксирибоза

Рибонуклеиновая кислота (РНК) состоит из углевода рибозы и гетероциклических оснований – аденина, гуанина, цитозина, урацила.

урацил

рибоза

РНК и ДНК отличаются друг от друга не только углеводами, но и гетероциклическими основаниями: рибонуклеиновая кислота со­держит урацил, а дезоксирибонуклеиновая кислота – тимин.

Полимеризация нуклеотидов происходит за счет образования эфирной связи между Н₃РО₄одного нуклеотида и третьим гидроксилом пентозы:

азотистое основание – сахар

остаток Н₃РО₄

азотистое основание – сахар

_{остаток Н3РО4}

Полинуклеотид (ДНК или РНК). Наследственная информация клетки закодирована определенной последовательностью оснований в молекуле ДНК, построенной в виде двойной спирали РНК, и последовательность нуклеотидов одной спирали как бы отражается в другой. РНК образуется в виде одинарной спирали.

СОДЕРЖАНИЕ

УГЛЕВОДОРОДЫ 8

Ациклические углеводороды 9

Алициклические углеводороды 15

Ароматические углеводороды 17

ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ 21

ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ 22

СПИРТЫ 23

ФЕНОЛЫ 27

ОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ 33

ОКСИКИСЛОТЫ (ГИДРОКСИКИСЛОТЫ) 39

ЛИПИДЫ 45

Жиры 46

Фосфатиды 51

Воска 53

Стеарины 54

УГЛЕВОДЫ 57

Моносахариды 57

Дисахариды 62

Полисахариды 67

АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ 74

Амины 74

Аминокислоты 79

Белки 83

КРАСИТЕЛИ 90

Азокрасители 90

Трифенилметановые красители 91

Индигоидные красители 93

Антрахиноновые красители 94

Техническая классификация красителей 95

ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ 96