Химия: Гетероциклические соединения, Реферат

Категория: Химия
Тип: Реферат

Введение

«Гетерос» - по-гречески разный. Это циклические соединения, в кольца которых, кроме углеродных атомов входят атомы других элементов, например, азота, серы, кислорода (N,S,O) и др. они называются гетероатомами.

Эти соединения имеют большое биологическое значение, они распространены в природе в виде витаминов, алкалоидов, пигментов и других составных частей животных и растительных клеток, участвуют в построении аминокислот, входящих в состав белков; они входят в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот.

Классификация

В основу классификации положены фора ядра и число гетероатомов.

1) Пятичленные гетероциклы:

а) с одним гетероатомом;

б) с двумя гетероатомами и тд.

2) Шестичленные гетероциклы:

а) с одним гетероатомом;

б) с двумя гетероатомами и тд.

3) Гетероциклы с конденсированной системой ядер.

Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом

Важнейшими представителями являются следующие:

НС СН НС СН HC CH

О S NH

фуран Тиофен Пиррол

Все эти соединения в своем составе имеют по четыре углеродных атома и один гетероатом. У этих соединений имеются две двойные связи, между которыми имеется одинарная связь (это напоминает диеновые углеводороды с сопряженной системой двойных связей). Однако, в химическом отношении ионии больше напоминают ароматические соединения. Каждый углеродный атом у них затрагивает 3 электрона на образование обычных σ-свзей, то есть связей, образованных гибридизированными электронными облаками, а один электрон образует Р - электронное облако (в виде правильной восьмерки).

У гетероатома на образование σ-связей израсходовано два электрона, а еще два электрона образуют Р-электронные облака. В результате видим, то в ядре имеется 6 Р - электронных облаков, которые взаимно перекрываясь, образуют сплошное Р – электронное облако, как и в бензоле. Поэтому они и напоминают по свойствам ароматические соединения, особенно ярко они выражены у тиофена. Как и у ароматических соединений, у них прочное ядро – при обычных химических реакциях не разрывается. И более характерными для них являются реакции замещения атомов водорода.

Более подвижен водород в α-положении, то есть при углероде, который расположен рядом с гетероциклом.

Приведенные гетероциклы легко переходят друг в друга, по реакции Ю.К.Юрьева, которая протекает при катализаторе Al₂O₃ и при t=450⁰C.

НС СН +H₂S НС СН

НС СН +H₂O НС СН

О +NH₃ +NH₃ S

+H₂O +H₂S

HC CH

При реакциях гидрогенизации этих гетероциклов образуются их гидрированные производные, у которых уже нет двойных связей.

Н₂C СН₂ Н₂C СН₂ H₂C CH₂

О S NH

тетрагидрофуран тетрагидротиофен тетрагидропиррол

Фуран- это бесцветная жидкость, со слабым запахом хлороформа. Температура кипения 31.9⁰С. это вещество нейтрального характера. Не растворим в воде. Фуран и его гомологи содержатся в древесном дегте. В промышленности фуран получают из фурфурола путем отщепления окиси углерода (СО).

НС СН HC CH

Ni, 200⁰C + CO

НС С – С = О HC CH

О Н О

фурфурол фуран

В природе широко встречаются производные тетрагидрофурана - это фурановые формы сахаров.

Тиофен – это бесцветная жидкость, с запахом бензола, температура кипения 84⁰С, не растворим в воде. Содержится в каменноугольной смоле, которая образуется при коксовании каменного угля. Выделяется с фракцией бензола.

В химическом отношении тиофен ярче всех проявляет ароматические свойства. Он легче, чем бензол, хлорируется, сульфируется, нитруется. В природе имеется ряд производных тиофена, один из них является биотином. Это витамин H.

C = O

HN NH

HC CH

H₂C CH – (CH₂)₄ – C = O

S OH

Биотин – витамин роста

Он входит в состав ферментов, участвующих в процессах карбоксилирования. При недостатке биотина наблюдается прекращение роста, заболевание кожи, выпадение волос, шерсти у животных и др.

Пиррол – это бесцветная жидкость, с запахом хлороформа, буреет на воздухе вследствие окисления. Температура кипения 130⁰С, практически не растворим в воде. Пиррол обладает слабовыраженными кислотными свойствами, а именно: атом водорода в иминогруппе NH может замещаться металлами (Na или K).

НС СН HC CH

+NaOH +Н₂О

НС СН HC CH

NH N – Na

пиррол N – натрий пиррол

Вместо Na можно ввести углеводородный радикал, действуя галогенпроизводными:

НС СН HC CH HC CH

^+CH3I ^{изомеризация}

НС СН HC CH HC C – CH₃

N – Na N – CH₃NH

N – натрийпиррол N – метилпиррол α-метилпиррол

При реакции гидрогенизации пиррола образуется два продукта: неполный продукт, он называется пирролин (в этом случае присоединяется только два атома водорода) и полный продукт, называется пирролидин (присоединяется еще два атома водорода).

НС СН HC CH H₂C CH₂

^+2H ^+2H

НС СН H₂C CH₂ H₂C CH₂

NH NHNH

пиррол пирролин пирролидин

Производными пирролидина являются две аминокислоты: пролин и оксипролин. Ядра пиррола и пирролина входят в ядро порфина, который образует различные производные, называемые порфиринами. К ним относятся красящее вещество крови – гемоглобин, и растений – хлорофилл.

Ядро порфирина:

1 2

N NH

CH CH

NH N

4 3

Гем крови содержит железо, которое связывает четыре пиррольных ядра и у всех ядер имеются боковые ответвления.

Строение гемма крови:

CH₃ CH=CH₂ CH₃ CH=CH₂

1 2

N N

CH Fe CH

N N

4 3

CH₃ CH₂ – CH₂ CH₂ – CH₂ CH₃

O=C C = O

OH HO

Строение хлорофилла:

CH₃ CH=CH₂ CH₃ CH₂ – CH₃

1 2

N N

CH Mg CH

N N

4 3

H – C

CH₃ CH₂ C=O C=O CH₃

CH₂ O – CH₃

O=C – O – C₂₀H₃₉

Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами

К ним относятся:

Имидазол

HC N

HC CH .

Ядро имидазола входит в состав аминокислоты гистидина, а также в состав более сложно построенного гетероциклического ядра – пурина, витамина В12, алкалоидов и других соединений.

Тиазол

HC N

HC CH

Тиазол имеет большое биологическое значение. Ядро полностью гидрированного тиазола входит в состав пенициллина. Ядро тиазола входит в состав витамина В₁ медицинского препарата сульфазола и др.

Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом

Представители:

СН₂ СН

НС СН НС СН

НС СН НС СН₂

О О

γ-пиран α-пиран

В природе пиран не встречается, но широко известны его производные – тетрагидропиран

СН₂

Н₂С СН₂

- тетрагидропиран

Н₂ССН₂

Это пирановые формы сахаров.

Пиридин

Это жидкость с неприятным запахом, температура кипения 115⁰С, смешивается с водой. В химическом отношении пиридин сильно напоминает ароматические соединения. Как и в бензольном ядре у него имеются 6 р-электронных облаков, по одному у атомов углерода и одно у азота. Перекрываясь взаимно, они обра- зуют сплошное р – электронное облако, как и в молекуле бензола.

СН +

НС – СН –

НС+СН +

N –

Так же, как и бензол, пиридин сульфируется, нитруется, галогенируется. Сам пиридин не окисляется, а окисляются только его производные, у которых имеются боковые радикалы. Отличия пиридина от ароматических соединений следующие:

1. В молекуле пиридина происходит смещение электронной плотности, а именно: азот имеет большую электронную плотность. Углерод в α-положении – имеет меньшую электронную плотность. В бензоле же этого не наблюдается. У бензола смещение электронной плотности наблюдается в том случае, если вводится какой-либо заместитель.

В результате смещения электронной плотности молекула пиридина становится полярной. Дипольный момент ее составляет μ=2,2Д.

СН +

НС – СН –

НС+СН +

N –

2. В молекуле пиридина происходит введение электрофильных заместителей с большими трудностями, чем в бензоле, а нуклеофильные заместители вводятся легче, чем в бензоле.

Производные пиридина

1.никотиновая кислота. 2.амид никотиновой кислоты

СН ОН СН NH₂

НС С – С = О НС С – С = О

НССН НС СН

N N

Никотиновая кислота и ее амид представляют собой витамин РР. Недостаток этого витамина вызывает заболевание пеллагру, выражающуюся в своеобразной сухости кожи, поражении центральной нервной системы.

Производными пиридина является ряд алкалоидов. Это азотсодержащие органические соединения гетероциклического строения. Они содержатся и в растительных организмах и являются продуктами обмена веществ в растениях. Наиболее богаты алкалоидами двудольные растения(семейства маковых, пасленовых и др.)

Многие алкалоиды обладают сильным физиологически действием: в больших количествах они являются ядами, а в малых их часто применяют как ценные лекарственные средства. На вкус эти вещества горькие, железистого цвета.

К алкалоидам, производным пиридина относятся следующие:

1.Конин:

Это жидкость маслообразная, содержится в дурмане. Чрезвы- чайно ядовит, вызывает паралич двигательных нервных оконча ний.

СН₂

Н₂С СН₂

Н₂ССН – CH₂ – CH₂ – CH₃

NH пропил

2.Никотин

H₂C CH₂

СН

НС С – HC CH₂

НССН CH₃гидрированное ядро пиролла

ядро пиридина

Никотин это бесцветная маслянистая жидкость, смешивающаяся с водой, обладает запахом табака, на воздухе быстро буреет. Содержится в листьях табака (до 8%). Небольшие количества никотина возбуждают нервную систему, большие количества ядовиты, вызывают паралич дыхательных центров. Смертельная доза никотина для человека составляет около 40мг.

Водные суспензии никотина в больших количествах используются для борьбы с вредителями сельского хозяйства.

3. Анабазин

СН₂

H₂C CH₂

СН

НС С – HC CH₂

NН

НССН гидрированное ядро пиридина

ядро пиридина

Это важнейший алкалоид ядовитого азиатского растения ежовника безлистного. Анабазин, подобно никотину, очень ядовит и обладает высоким инсектицидным действием.

Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами

Важнейшим представителем является пиримидин: Это кристаллическое вещество, обладающее слабоосновными свойствами Пиримидиновое ядро встречается в многочисленных природных соединениях витаминах, коферментах, нуклеиновых кислотах. В молекуле пиримидина два азота. В ядре наблюдается смещение электронной плотности. Наибольшая электронная плотность у атомов азота и у 5-го углеродного атома. В молекуле пиримидина образуется секстет из р- электронных облаков. Это придает соединению ароматический характер.

₆ CH+ .

N – ₁ ₅ CH – ,

HC+² ⁴СН +

³ N –

В природе большое биологическое значение имеют окси и аминопроизводные пиримидина, так называемые пиримидиновые основания:

1. Урацил – 2,6-диоксипиримидин

2. Тимин – 2,6-диокси-5-метилпиримидин

3. Цитозин – 2-окси-6-аминопиримидин

4. Барбитуровая кислота – 2,4,6 – триоксипиримидин.

Эти соединения входят в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот. Они проявляют кето-енольную таутомерию, то есть могут находиться в енольной и кетонной формах.

Урацил:

С – ОН C = O

N CH HN CH

HO – C CH O = C CH

N NH

енольная форма кетонная форма

Тимин:

С – ОН C = O

N C – СН₃ HN C – СН₃

HO – C CH O = C CH

N NH

енольная форма кетонная форма

Цитозин:

С – NH₂ C – NH₂

N CH N CH

HO – C CH O = C CH

N NH

енольная форма кетонная форма

Барбитуровая кислота:

С – ОН C = O

N CH HN CH₂

HO – C C – ОH O = C C = О

N NH

енольная форма кетонная форма

Производными барбитуровой кислоты являются снотворные вещества: барбитол, люминал и др.

Производным пиримидина является витамин В₁:

C – NH₂ – HCL

N C – CH₂ – N C – CH₃

CH₃ – C CH HC C – CH₂ – CH₂ – OH

N S

Витамин В₁ содержится большом количестве в оболочке рисовых зерен, отрубях, дрожжах, ростках пшеницы. При отсутствии или недостатке его в пище у человека развивается болезнь бери-бери, а у животных – полиневрит.

Список использованной литературы

1. Березов Т.Т. , Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. Под ред. Дебова С.С. / М., «Медицина», 1990.

2. Николаев А.Я. Биохимия. / М., «Высшая школа», 1989.

3. Строев Е.А. Биологическая химия. / М., «Высшая школа», 1986.

4. Бышевский А.Ш.. Терсенев О.А. Биохимия для врача. /Екатеринбург, 1994.

5. Кушманова О.Д., Ивченко Г.М. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. / М., «Медицина», 1983.

Еще из раздела Химия:

Это интересно

Реклама

Поиск рефератов

Еще рефераты

Афоризм

В жизни каждого мужчины наступает момент, когда чистые носки проще купить.

Гороскоп

Счётчики

Соц. сеть	Объявления	Здоровье	Рецепты	Закрыть
Погода	TV программа	Курсы валют	Каталог сайтов	Рефераты
Гороскопы	Тайна имени	Именины	Праздники	Сонник
Девушка дня	Тесты ON-Line	Игры	Анекдоты	Приколы