Гетероциклічні сполуки Класифікація гетероциклів

Гетероциклічними називаються сполуки, які містять кільця (цикли), в утворенні яких, крім атомів Карбону, беруть участь і атоми інших елементів, в основному О, N, S. Існують гетероциклічні сполуки з будь-якими елементами, якщо їхня валентність не менша двох. Вони належать до одних з найпоширеніших природних сполук (алкалоїди, пігменти, вітаміни, продукти життєдіяльності біологічних систем) і характеризуються різноманітними будовою і властивостями.

Умовно гетероцикли поділяють на насичені, ненасичені, ароматичні.

До насичених гетероциклів належать такі сполуки, як етиленоксид, бурштиновий ангідрид, діоксан і, навіть, вуглеводи:

етиленоксид бурштиновий діоксан

ангідрид

Ненасичені гетероциклічні сполуки, наприклад відрізняються від ненасичених сполук з відкритим ланцюгом тим, що для них характерний помітний взаємний вплив подвійного зв’язку та гетероатома при суміжному розташуванні.

дигідрофуран 2-піролін,

Ароматичні гетероцикли мають особливу електронну будову, в них найбільше спостерігається взаємодія електронів циклічної системи з неподіленими парами електронів гетероатома. Такі сполуки умовно класифікують за:

1) кількістю всіх атомів в циклі (три-, чотири-, п’ятичленні тощо),

2) кількістю гетероатомів (один, два тощо),

3) природою гетероатома (однакові або різні),

4) місцем знаходження гетероатомів в ізольованих або конденсованих циклах.

У зв’язку з великою кількістю і різноманітною будовою гетероциклічних сполук для них характерна досить складна номенклатура. Так, правила ІЮПАК дозволяють використовувати 47 тривіальних і напівтривіальних назв для побудови на їх основі складніших.

Номенклатура гетероциклічних сполук

Основні правила систематичної номенклатури ІЮПАК можна сформулювати так:

Природа гетероатома вказується префіксами окса (для Оксигену), тіа (Сульфуру), аза- (Нітрогену); розмір циклу вказується закінченням –ол (для п’ятичленних циклів) та –ин (для шестичленних циклів.

Префікси диокса-, дитіа-, диаза- означають два гетероатоми, відповідно Оксигену, Сульфуру та Нітрогену.

Якщо є два або більша кількість різних гетероатомів, то вони перелічуються за старшинством: Оксиген Сульфур Нітроген

Нумерація циклу починається від гетероатома і продовжується по циклу так, щоб замісник (або інший гетероатом) дістав найменший номер. Якщо цикл містить два однакові гетероатоми, то нумерацію починають з гетероатома, який сполучений з атомом Гідрогену, або з алкільним залишком, наприклад:

1,3-диазол (імідазол) 1,3-оксазол

Ступінь ненасиченості циклу позначається суфіксом –ін або –ідін, який додають до назви вихідної ненасиченої сполуки. В цьому разі вказується положення подвійного зв’яку:

2-азолін (2-піролін) азолідин (піролідин)

П’ятичленні гетероцикли з одним гетероатомом

Найпростішими п’ятичленними гетероциклічними сполуками, які містять по одному гетероатому, є фуран, тіофен і пірол.

– безбарвна рідина, Т_кип = 31 ⁰С, має слабкий запах хлороформу. Він не розчиняється у воді, але змішується з органічними розчинниками.

Незважаючи на ароматичний характер, у структурі фурану міститься дієнова система зв’язків, тому фуран виявляє властивості проміжні між властивостями ароматичної сполуки і звичайного дієну.

Серед похідних фурану найбільше значення має фурфурол – альдегід, подібний за властивостями до ароматичних альдегідів. Він використовується для виробництва деяких бактерицидних лікарських препаратів (фуразолідону, фурациліну).

Фуранові похідні містяться також у природних сполуках: скипидарі та у смаженій каві.

– безбарвна рідина, Т_кип – 84 ⁰С. З кам’яновугільної смоли він переганяється разом з бензеном (Т_кип – 80 ⁰С), тому бензен, добутий таким методом, завжди містить до 0,5 % тіофену.

Тіофен надзвичайно стійкий до дії кислот. На відміну від бензену, тіофен сульфується сульфатною кислотою на холоді і ця реакція використовується для очищення кам’яновугільного бензену від домішок тіофену. Хоч тіофен досить стійкий до дії окисників, він руйнується нітратною кислотою, тому нітрування тіофену проводять ацетилнітратом.

Важливими природними сполуками, які містять тіофанове кільце є вітамін Н, який має велике значення для процесів життєдіяльності.

був уперше добутий у 1858р. з продуктів сухої перегонки кісток. Одним із сучасних промислових методів добування піролу є фракційна перегонка кісткового дьогтю.

Пірол – безбарвна рідина, Т_кип.- 130 ⁰С, з характерним запахом. На повітрі і світлі він швидко забарвлюється у червоно-коричневий колір, а з часом осмолюється. Пірол забарвлює соснову скіпку, змочену хлоридною кислотою, у червоний колір.

Пірол є ще слабкішою кислотою, ніж метанол.

Значна кількість природних сполук рослинного та тваринного походження, містить невеликий набір типових молекул-блоків, які перебувають між собою у різних комбінаціях і зазнають різних перетворень.

Такі молекули-блоки складають відповідні скелети. Надзвичайно велике біологічне значення мають сполуки, до складу яких входять метали.

В склад гемоглобіну входить комплексно зв’язаний атом феруму, до складу хлорофілу – магній, до складу вітаміну В₁₂ – атом кобальту.