химический каталог




Органическая химия

Автор А.П.Лузин, С.Э.Зурабян, Н.А.Тюкавкина и др.

гетероциклы входят в состав пенициллинов? Чем обусловлена неустойчивость пенициллинов?

369

Глава 14

ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

14.1. ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ОДНИМ ГЕТЕРОАТОМОМ

Среди шестичленных гетероциклов с одним гетероатомом важнейшим является пиридин. В природных и биологически активных соединениях часто встречаются также конденсированные системы хииолин и изохинолин, в которых ядро пиридина сочленено с бензольным кольцом двумя различными способами.

Пиридин

8

Хииолин

1

3

Л\ 2

6 I

Изохинолин

Шестичленные гетероциклы с атомом кислорода — а-пиран и у-пиран — не относятся к ароматическим соединениям, так как в каждом из них имеется атом углерода в состоянии л/Я-гибридизации и поэтому отсутствует единая сопряженная система р-электронов двойных связей и атома кислорода. Эти соединения представляют собой ненасыщенные циклические эфиры, обладающие высокой реакционной способностью, вследствие чего они неустойчивы, а а-пиран вообще в свободном виде неизвестен. Стабильными являются производные пиранов, в частности тетрагидропиран и его гидрокси-производные, относящиеся к классу моносахаридов (см. J5.J).

14.1.1. ПИРИДИН

Пиридин — бесцветная жидкость (т. кип. П5"С, т. пл. -42 С) с неприятным запахом, смешивающаяся в любых соотношениях с водой и большинством органических растворителей.

370

Оснбвные свойства пиридина обусловлены неподеленной парой электронов атома азота, которая не принимает участия в сопряжении и способна принимать протон (см. 12.3). По сравнению с алифатическими аминами основные свойства пиридина выражены значительно слабее (примерно в миллион раз). Тем не менее при взаимодействии пиридина с сильными кислотами образуются пиридини-е в ы е соли.

Пиримидин Пмримидинийхлорид

Основные свойства пиридина проявляются также в реакциях с кислотами Льюиса, т. е. соединениями, способными принимать пару электронов на свою незаполненную орбиталь. Так, с оксидом серы (VI) пиридин образует донорно-акцепторный комплекс п и р и-динсульфотриоксид, используемый для сульфирования ацидо-фобных пятичленных гетероциклов (см. 13.1.1).

Пиридинсульфотрионоид

Наряду с основными свойствами атом азота в пиридине проявля-ети нуклеофильные свойства, т. е. способность атаковать атом углерода, несущий частичный положительный заряд (электрофильный центр). Взаимодействие пиридина с галогеналканами приводит к образованию солей алкилпиридиния.

N-Метилпиридинийбромид

Задание 14.1. Напишите уравнения реакций образования пиридиний-гидросульфата и N-этилпиридинийиодида. В какой из них проявляются нуклеофильные свойства пиридина?

371

Пиридин обладает ароматическим характером (см. 12.2). Однако в сравнении с бензолом электронная плотность в кольце пиридина распределена менее равномерно из-за большей электроотрицательности атома азота, чем углерода. Поэтому электронная плотность на всех атомах углерода понижена, и пиридин называют «тс-недостаточ-ной» системой (сравните с «тс-избыточным» пирролом). Электронная плотность в молекуле пиридина в большей степени снижается в положениях 2, 4 и 6 и в меньшей степени — в положениях 3 и 5. Это предопределяет место атаки в зависимости от заряда реагирующей частицы.

Следствием уменьшения электронной плотности на атомах углерода в пиридине является значительное снижение его активности в реакциях электрофильного замещения S?. Электрофильный реагент может атаковать только положения 3 и 5. Другой причиной низкой реакционной способности пиридина в реакциях электрофильного замещения — сульфирования и нитрования — является его способность образовывать соли с сильными кислотами, вследствие чего концентрация непротонированного пиридина в кислой среде становится чрезвычайно низкой. В результате пиридин нитруется лишь при температуре 300 "С с низким выходом.

Благодаря пониженной электронной плотности пиридинового кольца, для пиридина возможны реаищии нуклеофильного замещения SN, не характерные для бензола. В таких реакциях атакуются положения 2, 4 или 6. При действии амида натрия NaNH,, являющегося источником сильного нуклеофила — амид-иона NH, происходит аминирование пиридина. В этом случае действие нуклеофильного реагента направлено на один из атомов углерода с пониженной электронной плотностью, т. е. в а-положение (схема превращений упрощена). Реакция открыта русским химиком А. Е. Чичиба-биным и носит его имя.

З-Нитропиридин

372

2-Аминолиридин

Другим примером нуклеофильного замещения в ядре пиридина является реакция гидроксилнровання. При взаимодействии пиридина с гидроксидом калия в жестких условиях (при температуре 250— 300 °С) получается 2-гидроксипиридин.

Таутомерия

2-Г идроксипиридин Пиридон-2

Равновесие между 2-гидроксипиридином и пиридоном-2 представляет собой пример лактим-лактамной таутомерии, являющийся частным случаем прототропной таутомерии. Взаимопревращение таутомерных форм связано с переносом протона от гидроксильной группы, напоминающей фенольную ОН-группу, к основному центру — пиридиновому атому азота и наоборот. Этот вид таутомерии характерен для азотсодержащих гетероциклов с фрагментом N=C—ОН (сравните с енольным фрагментом С=С—ОН, легко изомеризующимся в кетонный фрагмент С—С=0). Гаутомеры представлены двумя формами — лакламной (от названия циклических амидов — лактамов) и лактим-ной.

1Ч=и

и

Лактимная форма Лантамная форма

Ароматическое пиридиновое ядро очень устойчиво к действию окислителей. Гомологи пиридина, как и гомологи бензольного ряда, окисляются без разрушения цикла. При этом получаются пиридин-карбоновые кислоты, имеющие важное значение в фармации. Например, р-пиколин (З-метилпиридиы) окисляется в никотиновую (пиридин-3-карбоновую) кислоту.

ХЮОП

КМп04

N

З-Метилпиридии

Никотиновая киолота

373

Задание 14.2. Напишите схему реакции получения изоникотиновой кислоты путем окисления у-пиколина (4-метилпиридииа).

Амид никотиновой кислоты, никотинамид, известен под^ названием витамина PP. Никотиновая кислота является провитамином, т. е. предшественником витамина PP. Диэтиламид никотиновой кислоты, кордиамин, используется как стимулятор центральной нервной системы. Эти производные никотиновой кислоты легко получаются из самой кислоты. Вначале взаимодействие с тионилхло-ридом SOCI, приводит к получению хлорангидрида никотиновой кислоты, который затем в реакциях с аммиаком или аминами образует соответственно незамещенный или замещенный амид.

О

Нордиаиин

Производные изоникотиновой (пиридин-4-карбоновой) кислоты — изониазид, фтивазид и др. — находят применение как противотуберкулезные средства.

Остаток ванилина

Изоиикотиновая кислота Изониазид Фтивазид

Задание 14.3. Предложите путь синтеза изониазида из изоникотиновой кислоты и гидразина NHzNHr

374

Насыщенный шестичленный гетероцикл с атомом азота — пипе-1ин — входит в состав болеутоляющего средства промедол а.

Пиперидин Промедол

Пиридиновые и пиперидиновые кольца встречаются во многих алкалоидах и некоторых витаминах группы В.

14.1.2. ХИНОЛИН

Хинолнн — ароматическое соединение: подобно нафталину имеет плоский о-скелет и единую сопряженную систему из 10 /^-электронов, удовлетворяющую формуле Хюккеля (4« + 2 при п - 2).

По химическим свойствам хинолин во многом напоминает пиридин Он также обладает слабыми основными свойствами и образует хинолиниевые соли с сильными кислотами

н

Хинолин Хинолинийгидросульфат

Наличие в молекуле хинолина двух колец — пиридинового и бензольного — обусловливает ряд особенное!ей его химического поведения. В реакциях электрофильного замещения атаке легче подвергается бензольное кольцо, так как кольцо пиридина является «л-не-достаточным». Замещение протекает преимущественно в положения 5 или 8. В реакции нуклеофильного замещения может вступать только пиридиновое кольцо хинолина, в котором атакуются положения 2 и 4 (как и в пиридине).

Реакция сульфирования хинолина лежит в основе получения 8-гидроксихинолнна, который в виде сульфата под названием х и -н о з о л применяется как антисептическое средство

5 4

Хинолин Хинолин-8-сульфокислота 8-Гидронсихинолин

375

Задание 14.4. Напишите схему реакции образования хинозола (8-гид-роксихинолинийсульфата).

Антибактериальным действием обладают такие производные 8-гидроксихинолина, как энтеросептол (8-гидрокси-7-иод-5-хлорхинолин) и нитроксолин, или 5-НОК (8-гидрокси-5-нитро-хинолин). Последний может быть получен нитрованием 8-гидроксихинолина.

ОН ОН ОН

Эктеросептол Нитроксолин

Задание 14.5. Какое из колец хинолина легче вступает в реакцию нитрования, а какое — в реакцию гидроксилирования? Напишите схемы обеих реакций.

Бактерицидное действие средств на основе 8-гидроксихинолина заключается в их способности связывать в прочные комплексы ионы некоторых металлов (Со2+, Си2*, BiJ+ и др.). Таким путем происходит выведение микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности кишечных бактерий.

Комплекс 8-гидроксихинолина с ионом двухвалентного металла М

Изохинолин является изомером хинолина, и их химические свойства очень сходны. Изохинолиновое ядро входит в состав достаточно сложных по структуре алкалоидов — папаверина (см. 14.4), морфина, кодеина. Ядро хинолина также является составной частью ряда алкалоидов, наиболее значимые из которых — хинин (см. 14.4) и цинхонин.

¦Вопросы и упражнения

I. По каким критериям пиридин и хииолин относятся к ароматическим соединениям? Нарисуйте схемы перекрывания р.-АО в пиридине и хннолине.

376

i

2. Какой центр обусловливает основные и нуклеофильные свойства пиридина? Напишите уравнения реакций, где эти свойства проявляются

3. Сравните реакционную способность пиридина и бензола в реакциях электрофильного замещения, исходя из электронного строения обоих соединений.

4 Охарактеризуйте кислотно-основные свойства 8-пщроксихинолина и напишите уравнения реакций получения его солей с кислотами и щелочами

5. Сильные окислители (перманганат калия или азотная кнслота) в жестких условиях окисляют хинолин, причем более устойчивым оказывается обычно гетероцикл. Напишите схему реакции окис

страница 59
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

Скачать книгу "Органическая химия" (12.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
раковина паломба
емкости для дачного душа
заказать дешевые подарки на новый год
аксессуары forward в новосибирске купить

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)