Гетероциклічні сполуки

Гетероциклічними сполуками називають органічні речо­вини, молекули яких містять цикл, утворений крім атомів Кар­бону, атомами інших хімічних елементів, найчастіше — Нітро­гену, Сульфуру й Оксигену. Такі не карбонові атоми називають гетероатомами, а цикли, які їх містять, — гетероциклами. Гете­роциклічні сполуки класифікуються за числом членів (атомів) у гетероциклі, за числом кілець, які входять до гетероциклу і за характером і числом гетероатомів. Більшість гетероциклічних сполук мають тривіальні назви, від яких утворюються і назви їх похідних. Для позначення місцезнаходження залишків ато­ми гетероциклу нумерують, починаючи з гетероатома або поз­начають їх літерами грецького алфавіту.

Гетероциклічні сполуки надзвичайно численні, дуже поши­рені у природі і, входячи до складу природних барвників, ряду вітамінів, гетероауксинів, антибіотиків, ферментів, алкалоїдів, лікарських речовин та ін., мають важливе фізіологічне значення.

Найважливішими є п'яти- та шестичленні гетероциклічні сполуки. Найпростіші — п'ятичленні гетероцикли з одним гете­роатомом, а саме: фуран, тіофен і пірол. Вони близькі за будо­вою, нагадують бензен, мають ряд спільних властивостей і аро­матичний характер, вступають у реакції електрофільного замі­щення, за яких насамперед заміщується водень у α-положенні.

Ароматичний характер гетероциклів із погляду електрон­ної теорії пояснюється виникненням єдиної шести електронної хмари, в утворенні якої беруть участь дві пари π-електронів від атомів Карбону й одна неподілена електронна пара – від гете­роатома. Цим зумовлені понижена активність ненасичених п'ятичленних гетероциклів у реакціях приєднання і підвищена схиль­ність до реакцій заміщення. Крім того, фуран, тіофен і пірол є системами, які містять спряжені подвійні зв'язки. Завдяки цьому вони за своїми властивостями нагадують дивініл і його гомологи. Названі сполуки можуть також перетворюватися одна в одну за реакцією Юр'єва.

Найпростіші шестичленні гетероциклічні сполуки з одним гетероциклом — піран, тіопіран і піридин. Найважливіший із них — піридин. Його можна розглядати як бензен, в молекулі якого одна група ≡CH заміщена на атом Нітрогену. За хімічни­ми властивостями піридин багато в чому нагадує бензен: він стій­кий до дії окисників, а під час окислення його гомологи окиснюються тільки бічні ланцюги з утворенням піридинкарбонових кислот. Він вступає в реакції електрофільного заміщення, за яких у першу чергу заміщується Гідроген у β-положенні віднос­но гетероатома.

Ароматичний характер піридину пояснюється тим, що в його циклі утворюється секстет електронів від атомів Карбо­ну й один р-електрон — від атома Нітрогену. Одночасно завдя­ки наявності в циклі атома Нітрогену піридин і його гомологи є слабкими основами та із сильними, мінеральними й органіч­ними кислотами утворюють солі, які добре кристалізуються.

Лабораторна робота 22 хімічні властивості гетероциклічних сполук

Реактиви і прилади: пірол; фурфурол; піридин; індиго; анілін; флороглюцин; ізатин; концентровані нітратна, сульфатна і хлороводнева кислоти; коксохімічний і кріоскопічний бензени; фенолфталеїн; глюкоза; оцтова кислота; калій перманга­нат; хлорид феруму (ІІІ); сульфат купруму; гідроксид натрію; карбонат натрію; соснова скалка; лакмусовий і фільтрувальний папір; марля; кофеїн; сечова кислота; чай.