30. Конденсированные шестичленные гетероциклические соединения... 8 Лекция 27. Конденсированные шестичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом

Важнейшими пиридинсодержащими конденсированными систе­мами являются хинолин, изохинолин, акридин.

Хинолин

Хинолин представляет собой биниклическую систему, содержащую конденсированные пиридиновое и бензольное кольца. Его также можно рассматривать как гетероциклический аналог нафталина (1-азанафталин).

В пиридиновом кольце положения обозначают­ся греческими буквами

α (2), β (3), γ (4). Хино­лин — бесцветная жидкость с неприятным за­пахом (t_кип 237 °С), хорошо смешивается с водой, этанолом, диэтиловым эфиром, перегоняется с водяным паром.

Способы получения

Хинолин и его метильные производные получают из продуктов перегонки каменноугольной смолы.

Среди синтетических способов получения хинолина и его произ­водных важнейшими являются синтез Скраупа и синтез Дебнера — Миллера.

1. Синтез Скраупа. Для получения хинолина по методу Скраупа нагре­вают анилин с глицерином и конц. H₂S0₄ в присутствии окислителя — нит­робензола:

Механизм реакции включает три последовательные стадии.

На первой стадии глицерин под действием конц. H₂S0₄ подверга­ется дегидратации с образованием акролеина:

На второй стадии образовавшийся акролеин вступает в реакцию конденсации с анилином:

На третьей стадии реакции 1,2-дигидрохинолин окисляется нит­робензолом в хинолин:

Для получения производных хинолина, содержащих заместители в бензольном кольце, вместо анилина используют его соответствую­щие производные со свободным орто-положением.

Реакция была открыта в 1881 г. австрийским химиком-органиком З.Х. Скраупом. В литературе эту реакцию иногда называют скраупированием.

2. СинтезДебнера — Миллера (реакция открыта в 1881 году). Явля­ется модификацией синтеза Скраупа.

Его применяют для получения производных хинолина, содержа­щих алкильный заместитель в пиридиновом кольце.

В качестве исходных веществ используют ароматический амин и альдегид, который может вступать в реакцию кротоновой конденса­ции. Синтез проводят в присутствии хлорида цинка (II), хлороводо­родной или другой минеральной кислоты.

Например, для получения 2-метилхинолина (хинальдина) исполь­зуют анилин и ацетальдегид.

На первой стадии происходит кротоновая конденсация двух мо­лекул альдегида с образованием α,β-ненасыщенного альдегида:

Далее происходит взаимодействие кротонового альдегида с ани­лином. Окислителями выступают азометины С₆Н₅—N=CH—R, кото­рые образуются в процессе реакции:

Химические свойства

Хинолин является ароматическим соединением: его молекула име­ет плоское строение и единую сопряженную 10 π-электронную систему.

По химическим свойствам хинолин схож с пиридином. Для него характерны реакции:

• с участием гетероатома;

• электрофильного и нуклеофильного замещения;

• окисления;

• восстановления.

1. Реакции по гетероатому. Наличие в молекуле хинолина атома азота пиридинового типа обуславливает основные свойства. Как ос­нование хинолин немного слабее пиридина.

Хинолин образует соли с сильными кислотами, алкил- и ацилга­логенидами:

2. Реакции электрофильного и нуклеофильного замещения. В резуль­тате электроноакцепторного влияния гетероатома в молекуле хино­лина электронная плотность распределена неравномерно: в пириди­новом кольце она ниже, чем в бензольном. Поэтому при действии электрофильных реагентов замещение проходит по бензольному кольцу, а нуклеофильное — по пиридиновому.

Реакции электрофильного замещения в молекуле хинолина проте­кают преимущественно по положению 5 и 8.

При обработке нитрующей смесью образуются 5- и 8-нитрохинолины. Сульфирование концентрированной серной кислотой при 220 °С приводит к образованию 8-хинолинсульфокислоты, а при 300 °С — 6-хинолинсульфокислоты (в этих условиях происходит перегруппи­ровка 8-изомера в более термодинамически выгодный 6-изомер):

В реакции нуклеофильного замещения хинолин вступает значитель­но легче, чем пиридин. При этом реакции протекают по положению 2

2. Реакции восстановления и окисления. При восстановлении хино­лина в первую очередь восстанавливается пиридиновое ядро. Образо­вание продуктов реакции зависит от катализатора и условий проведе­ния.

Окисление хинолина перманганатом калия в щелочной среде при­водит к расщеплению бензольного кольца и образованию хинолино­вой (2,3-пиридиндикарбоновой) кислоты. В присутствии пероксикислот хинолин образует N-оксид:

Важнейшие производные хинолина

Хинолиновое ядро является структурным фрагментом многих ал­калоидов и лекарственных препаратов.

8-ГИДРОКСИХИНОЛИН

Бесцветное кристаллическое вещество с t_пл 75—76 °С и характерным запахом, мало растворимо в воде, диэти­ловом эфире, бензоле. Его получают нагреванием орто-аминофенола с глицерином в присутствии концентри­рованной серной кислоты (синтез Скраупа) или сплав­лением 8-хинолинсульфокислоты со щелочью:

С катионами многих металлов (Mg²⁺, Al³⁺, Zn²⁺ и т. д ) 8-гидрокси- хинолин способен образовывать нерастворимые координационные комплексы — хелаты, что используется в качественном анализе:

Это свойство 8-гидроксихинолина также лежит в основе его применения в медицине.

Множество производных этого соединения (хинозол, нитроксолин (5-НОК), энтеросептол) обладают антибактериальной и противогрибковой активностью