Гетероциклические соединения. Пятичленные ароматические гетероциклы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учреждение образования

Белорусский государственный медицинский университет

Реферат

на тему: Гетероциклические соединения. Пятичленные ароматические гетероциклы

Выполнил:

Богинский Кирилл Сергеевич

Минск 2015

Оглавление

Введение

1. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом

2. Индол и его производные

3. Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами

Список использованной литературы

Введение

Химия гетероциклов представляет собой одну из самых увлекательных и важных областей органической химии. Достаточно сказать, что из наиболее известных и широко применяемых лекарственных средств природного и синтетического происхождения более 60% являются гетероциклическими соединениями.

Наличие гетероатома в цикле вносит неповторимое своеобразие в химические свойства и определяет специфику методов синтеза. Несмотря на специфичность этих методов, в основе каждого из них лежат известные из общего курса органической химии принципы реакционной способности и взаимодействия основных органических функциональных групп. Поэтому приобретенные студентами в процессе учебы знания общей органической химии позволят им без труда освоить синтетические методы и приемы построения гетероциклических соединений.

Многообразие гетероциклических соединений обусловлено возможностями вариаций:

1. числа и характера гетероатомов в молекуле

2. размера цикла

3. степени ненасыщенности, которая определяет наличие или отсутствие ароматичности

4. возможностью существования конденсированных структур

1. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом

Пиррол, тиофен и фуран - 6р-электронные р-избыточные ароматические системы, подчиняющиеся правилу ароматичности Хюккеля. Ароматический секстет электронов образован в них за счет р-электронов двойных связей и неподеленной пары электронов гетероатома. Шесть р-электронов приходятся в них на пять атомов цикла, что и делает их электроноизбыточными.

Электрофильное замещение в пирроле, фуране и тиофене.

Особенностями пиррола, фурана и тиофена является их высокая реакционная способность по отношению к классическим электрофилам. Электрофильное замещение идет, как правило, по положению 2

По реакционной способности по отношению к электрофилам пиррол напоминает активированные ароматические субстраты (фенол или ароматические амины), например, он ацилируется в отсутствие катализатора и реагирует со слабыми электрофилами, такими как соли диазония, давая продукты азосочетания. Пиррол более реакционноспособен, чем фуран (фактор скорости 105 ), тиофен значительно менее реакционноспособен, чем фуран (фактор скорости 105 ), но более реакционноспособен, чем бензол (фактор скорости 103 -105). Особенностью пиррола является его ацидофобность, обусловленная тем, что образующийся при протонировании в кислых средах катион атакует следующую молекулу пиррола, вновь образующийся катион снова атакует непротонированную молекулу и т.д. В конечном итоге такой процесс приводит к полимеризации:

Нитрование.

Обычно для нитрования пиррол-содержащих систем используют ацетил нитрат. При этом , если пиррол не замещен по атому азота, мажорным продуктом является 2-нитропроизводное, наличие алкильного заместителя приводит к образованию смеси 2- и 3-нитро производных, 3-нитропиррол можно селективно получить нитрованием N-фенилсульфонилпиррола с последующим снятием защитной группы

Сульфирование.

Пиррол сульфируется в положение 2 действием пиридин сульфотриоксида. пятичленный гетероцикл синтез индол

Галоидирование.

Пиррол легко галоидируется. Взаимодействием с эквимолярным количеством сульфурил хлорида в эфире при 0^oC получают 2-хлоропиррол, дальнейшее хлорирование приводит к образованию ди-, три- и тетрахлорпроизводные.

Реакция N-замещенных пирролов с N-бромсукцинимидом в ТГФ приводит к селективному образованию 2-бромпиррола. Бромирование и иодирование действием брома и иода в уксусной кислоте приводит к образованию тетрагалоген-производных.

Фуран, тиофен - методы синтеза и реакционная способность.

Поскольку образование гетероцикла пиррола, фурана и тиофена может происходить из одних и тех же исходных 1,4-дикарбонильных соединений, в соответствующих условиях возможны и их взаимопревращения. Эта реакция была открыта Юрьевым и носит его имя.

Превращения происходят при нагревании гетероцикла в присутствие окиси алюминия при 400 °С в токе H₂S, NH₃ или H₂O, однако высокий выход достигается только в случае использования фурана в качестве исходного соединения.

Еще один общий метод получения пятичленных гетероциклов основан на использовании в качестве исходного соединения слизевой кислоты и других дикарбоновых кислот - продуктов окисления сахаров.

Сухая перегонка слизевой кислоты приводит к образованию пирослизевой или a-фуранкарбоновой кислоты.

При пиролизе аммонийной соли слизевой кислоты образуется пиррол.

Тиофен обычно содержится в качестве примеси в бензоле, получаемом из каменноугольной смолы (до 0.5%).

Температуры кипения бензола и тиофена близки (80 и 84 °С соответственно), что затрудняет их разделение перегонкой, однако бензол может быть очищен от примеси тиофена химически.

В промышленности тиофен получают взаимодействием бутана, бутена или бутадиена с серой при высокой температуре (600°) с малым временем контакта реагирующих веществ - около 1 сек и немедленным охлаждением.

При этом в реакцию вступает только часть реагентов, их отделяют от циклических продуктов, и вновь вводят в реакцию.

Отметим, что сера в этой реакции выступает в качестве дегидрирующего окислителя, под действием которого гидрированные производные тиофена превращаются в тиофен.

Нитрование.

Для нитрования тиофена лучшим реагентом следует считать ацетилнитрат и тетрафторборат нитрония . Преимущественно получается 2-нитротиофен (6:1)

Сульфирование.

Описано получение тиофен-2-сульфокислоты при сульфировании концентрированной серной кислотой, однако пиридин-сульфотриоксид является более удобным реагентом для этого синтеза.

2-хлорсульфонирование тиофена также представляет собой удобный препаративный метод.

Ацилирование.

Ацилирование по Фриделю-Крафтсу проходит достаточно хорошо, однако использование хлорида алюминия в качестве катализатора требует контролируемых условий проведения реакции (для того, чтобы избежать осмоления, необходимо катализатор добавлять к тиофену и ацилирующему реагенту, а не наоборот) . Предпочтительно использовать хлорид олова.

2. Индол и его производные

Методы синтеза индола и его производных.

Молекула индола содержит пиррольный гетероцикл, аннелированный с бензольным кольцом. Методы синтеза индола обычно основаны на замыкании пиррольного цикла в молекуле, содержащей бензольное кольцо. Примером такой реакции является взаимодействие анилина с ацетиленом при высокой температуре (Чичибабин). Эта реакция не имеет препаративного значения, а лишь демонстрирует сходство с реакцией получения пиррола взаимодействием аммиака с ацетиленом . (Схема 1)

Наиболее общий способ получения индола и его производных это синтез Фишера, заключающийся в перегруппировке фенилгидразонов альдегидов и кетонов в присутствии кислотных катализаторов - хлористого цинка, трехфтористого бора, полифосфорной кислоты и др. Наиболее вероятный механизм этой реакции включает орто-бензидиновую перегруппировку, которая протекает как синхронное внутримолекулярное превращение. (Схема 2)

Реакция Бишлера:

Свойства индола.

Индол, подобно пирролу, является ароматическим соединением, относящимся к p-избыточным гетероциклам. Это означает, что атом азота в составе гетероцикла увеличивает электронную плотность на атомах углерода как в пиррольной, так и, до некоторой степени, в бензольной части молекулы. Это приводит к тому, что в положении 3 возникает избыточная электронная плотность.

Аналогично пирролу индол ацидофобен и очень чувствителен к окислителям, поэтому выбор условий электрофильного замещения требует тех же самых предосторожностей, что и в случае пиррола. Существенным отличием от пиррола является ориентация электрофильного замещения в положение 3, что обусловлено более эффективной стабилизацией катиона, образующегося при атаке по положению 3 (при написании мезомерных формул следует учитывать лишь те, в которых не происходит нарушения ароматичности аннелированного бензольного кольца):

Катион, образующийся при атаке электрофилом по положению 3, эффективно стабилизирован с участием атома азота, тогда как для изомерного катиона невозможна стабилизация без нарушения ароматичности бензольного кольца.

Индол легко окисляется кислородом воздуха с образованием индоксила, который способен к радикальной димеризации. Именно этими процессами обусловлена неустойчивость индолов на воздухе. Дальнейшее окисление индоксила приводит к индиго - одному из первых индивидуальных органических соединений, полученных человеком еще в глубокой древности.

3. Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами

Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами носят общее название азолы. По взаимному расположению гетероатомов в цикле различают 1,2- и 1,3-азолы.

Кислотность и основность.

В ряду азолов пиразол и имидазол, помимо основных свойств, проявляют и слабокислотные свойства за счет атома азота пир-рольного типа. Следовательно, пиразол и имидазол являются ам-фотерными соединениями и способны вступать в реакции как с минеральными кислотами, так и со щелочами, образуя при этом соли, например:

Акилирование и ацилирование.

Протекают по пиридиновому атому азота:

Нитрование и сульфирование.

Протекают преимущественно по положению 4. Реакции протекают в жестких условиях, вследствие образования в кислой среде малоактивного катиона имид-азолия.

Имидазольный цикл устойчив к действию окислителей и восстановителей. Однако под действием Н2О2 происходит разрушение цикла с образованием оксамида:

Свойства тиазола

Оксазол и Изооксазол

Оксазол и изоксазол проявляют ароматические свойства, реакции электрофильного замещения протекают преимущественно по положению 4. Оба гетероцикла проявляют слабые основные свойства.

Ядро изоксазола входит в состав противотуберкулезного препарата -- циклосерина:

Обладающие антибактериальным, жаропонижающим, анальгетическими снотворным действиями.

Список использованной литературы

1. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия - М.: Химия, 1981.

2. Терней А., Современная органическая химия, т.1, П. - М.: Мир, 1981.

3. Моррисон Р., Бойд Р., Органическая химия. - М.: Мир, 1974.

4. Найланд О.Я., Органическая химия. - М.: Высшая школа, 1990.

5. Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии. т. 1, 2 - М.: Мир, 1971.

Размещено на Allbest.ru