Гетероциклические соединения. Классификация по размеру цикла и числу гетероатомов. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом: пиррол, пирролидин. Строение, типы гибридизации атомных орбиталей.
Циклические соединения, в состав колец которых кроме атомов углерода включаются и другие атомы, называются гетероциклическими. Размер гетероцикла также может быть различным: пяти-, шестичленным или конденсированным. Гетероциклические соединения могут быть насыщенными, ненасыщенными и ароматическими. Насыщенными гетероциклами являются циклические простые эфиры, лактоны, лактамы. Ненасыщенные гетероциклы, например, продукты неполного гидрирования пиррола и пиразола. Ароматические гетероциклы содержат сопряженную гетероциклическую структуру, отвечающую всем критериям ароматичности. Они термодинамически устойчивы и вступают в реакции электрофильного замещения. Ароматические гетероциклические соединения наиболее широко распространены в природе и лежат в основе многих физиологически активных веществ и лекарственных средств.
Пиррол относится к гетероциклам с повышенной электронной плотностью внутри кольца, поэтому они легче вступают в реакции электрофильного замещения, чем бензол. У пиррола наиболее активен пи-углеродный атом. Четырех sр2-гибридизованных атомов углерода и два р-электрона sр2-гибридизованного гетероатома. Неподеленная пара электронов пиррольного азота не проявляет склонности к связыванию протона. Поэтому пиррол лишен основных свойств и является ацидофобным, т.е. соединением, не выдерживающим присутствие кислот. В присутствии минеральных кислот он превращается в темную смолу. Пиррол входит в состав гема, представляющего собой тетрапиррольное соединение.
п
иррол
пирролидин
Пирролидин (тетрагидропиррол) бесцветная жидкость с резким аммиачным запахом, дымит на воздухе; хорошо растворима в воде и большинстве органических растворителей; сильное основание; с кислотами образует соли. При каталитическом дегидрировании пирролидин превращается в пиррол, при окислении хромовой кислотой - в g-аминомасляную кислоту. (строение как у пиррола)
Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами: имидазол, пиразол, пиразалон. Строение, типы гибридизации атомных орбиталей, кислотно-основные свойства. Производные имидазола: гистидин, гистамин, бензимедазол. Лекарственные препараты на основе пиразанола.
Имидазол является структурным фрагментом незаменимой аминокислоты гистидина, которая при декарбоксилировании превращается в физиологически активный амин (биогенный амин) – гистамин. Особенности строения имидазольного цикла объясняют важную роль гистидина в некоторых ферментативных реакциях, например, его способность осуществлять кислотный катализ (за счет пиррольной группы) и основной (за счет пиридинового азота). Это свойство имидазола играет важную роль в механизме действия гидролитических ферментов, которые расщепляют пептидные связи в белках.
Пиразол – изомер имидазола. Атомы азота в его цикле расположены рядом. Подобно имидазолу он амфотерен. Из производных пиразола для медицины имеет значение пиразолон-5, имеющий несколько таутомерных форм. Это жаропонижающие, успокаивающие, болеутоляющие препараты ненаркотического действия.
Бензимидазол — бесцветные кристаллы, растворимые в спирте, воде и растворах щелочей. Проявляет амфотерные свойства, образуя с ионами некоторых переходных металлов (Ag, Cu) соли в аммиачном растворе. Под влиянием имидазольного фрагмента бензольное кольцо бензимидазола деактивировано по отношению к реакциям электрофильного замещения. Ряд производных бензимидазоля является биологически активными соединениями - N-рибозил-гликозид бензимидазола является аксиальным лигандом координирующим кобальт в витамине B12; применяется в качестве фармацевтических препаратов (дибазол, омепразол, мебендазол).