Розділ 2. Ароматичні гетероциклічні сполуки

2.1. Пірол

Пірол - це гетероциклічна ароматична органічна сполука, з п'ятичленним кільцем, що охарактеризовується формулою C₄H₄NH. Заміщені похідні також називаються піролами. Для прикладу, C₄H₄NCH₃ - N-метилпірол.

Але вільна електронна пара захоплюється подвійним дієновим зв'язком і формують 4n+2 ароматичну систему (за правилом Хюккеля). Із вищенаписаного випливає, що молекула не має вільної електронної пари, для утворення зв'язку із вільним атомом гідрогену. При дії протонними кислотами атом нітрогену переходить sp³ гібридизований стан, але це призводить порушення ароматичності, який є більш енергетично вигіднішим станом.

Електрофільне заміщення піролу переважно проходить в 2-ге та 5-те положення

Пірол міститься в кам’яновугільній смолі. Пірольний цикл є структурним фрагментом важливих біогенних сполук— амінокислот (проліну, оксипроліну, триптофану), алкалоїдів, гемоглобіну, хлорофілу, жовчі, вітаміну В₁₂, деяких антибіотиків, а також є структурним фрагментом деяких світлостійких фталоціанінових барвників.

Пролін (піролідин-2-карбонова кислота) та оксипролін (4-гідроксипіролідин-2‑карбонова кислота) входять до складу білків, напр. колагену. Порфін і його похідні у вигляді комплексів зметалами входять до складу гемоглобіну та хлорофілу. Ціанокобаламін (вітамін В₁₂) використовують у медицині для лікування анемії, захворювань нервової системи та печінки.

Пірол. помірно токсичний, його пари викликають стійке підвищення температури тіла, ЛД₅₀ 74  мг/кг (кролі, перорально).

2.2. Порфірини

Porphyrin, вірогідно, походить від слова порфіра (грец. Porphyreos — пурпурний); мають характерне забарвлення. Порфірини — природні макрогетероциклічні пігменти, які містять у молекулі цикл порфіну— тетрапірольну макроциклічну сполуку, в якій чотири залишки піролу почергово з’єднані метиновими групами. Всередині порфіну можуть знаходитись атоми металів: заліза (гемоглобін та деякі ферменти), магнію (хлорофіл і його аналоги), кобальту, цинку. Попередниками в біосинтезі порфіринів. Є гліцин і бурштинова кислота. Порфірини. виявлені увиділеннях тварин, пір’ї птахів, шкаралупі яєць, черепашках молюсків, нафті, бітумах, метеоритах.

Порфірин

Найважливіші природні порфірини — хлорофіл та гем крові. Вперше хлорофіли на а і b розділив на початку ХХ ст. російський учений М.С. Цвєт за допомогою розробленого нимхроматографічного методу.

 Порфіринові структури входять до складу таких важливих біологічних молекул, як вітаміни. Найскладнішу структуру порівняно з іншими вітамінами має вітамін B₁₂ (Соa-[a-(5,6-диметилбензимідазоліл)-Соb-кобамідціанід, У центрі коринової структури розміщується іон кобальту. Чотири координаційні зв’язки кобальт утворює з атомами азоту, ще одним координаційним іонним зв’язком з’єднується з диметилбензимідазольним нуклеотидом. Останній, шостий координаційний зв’язок кобальту, залишається вільним, саме за цим зв’язком і приєднується ціаногрупа, гідроксильна група, метильний або 5′-дезоксіаденозильний залишок з утворенням чотирьох варіантів вітаміну B₁₂

 Індо́л — ароматична гетероциклічна органічна сполука, що складається з конденсованих бензольноного та пірольного кілець. Цей гетероцикл є основним структурним елементом амінокислоти триптофан.

Хімія індолу розвивалась завдяки популярному барвнику індиго. Індол було отримано з індиго через ізатин та оксиіндол Баєром в 1886 році.  Він же й встановив його будову.

Триптофан - (β-індоліламінопропіоновая  кислота, скор.: Три, ТРП, Trp, W) - ароматична альфа-амінокислота. Існує в двох оптично ізомерних формах - L і D і у вигляді рацемату (DL).

L-триптофан є протеїногенною амінокислотою і входить до складу білків всіх відомих живих організмів. Відноситься до ряду гідрофобних амінокислот, оскільки містить ароматичне ядроіндолу. Бере участь в гідрофобних і стекінг -взаємодіях.

Серотонін - біогенний амін, що міститься головним чином в тромбоцитах. В організмі постійно циркулює до 10 мг серотоніну. Від 80 до 95% його кількостів організмі синтезується і зберігається в ентерохромафінних клітинах ШКТ. Серотонін утворюється з триптофану в результаті декарбоксилювання.

Фуран, оксол­ (лат. furfur — лушпиння, шкірка); безбарвна рідина з запахом, який нагадує запах хлороформу; Т_пл –85,6 °С, Т_кип — 31,83 °С; d₄²⁰=0,937; n_D²⁰=1,4214,

 Фуранове ядро входить до складу субстанцій (нітрофуралу, нітрофурантоїну, фуразолідону) та засобів для захисту рослин;

Тіофе́н — гетероциклічна органічна сполука, яка складається із чотирьох атомів Карбону та одного атома Сульфуру в пятичленному кільці. Сполуками, аналогічними тіофену є фуран тапірол, де атоми S відповідно замінені на угрупування O та NH.

Тіофен вважається ароматичним, хоча теоретичні розрахунки вказують на меншу ступінь ароматичності ніж у бензола, але участь однієї з пари

Тіофен та його гомологи містяться в продуктах коксування кам'яного вугілля (звідки їх і виділяють разом із кам'яновугільним бензолом) та продуктах термічного розкладу сланців (в деяких фракціях до 70 % по массі).

Сполуки ряду тіофену — реагенти для дозділення елементів, оптичні відбілювачі (на основі 2,5-тіофендикарбонової кислоти), фізіологічно активні сполуки. Багато похідних тіофену — лікарські препарати (наприклад антигельмінтивний припарат комбантрин, модифіковані антибіотики цефалотин та цефалоридин), мономери для отримання електропровідних полімерів.

Біотин (вітамін H або B₇, біос-ІІ, коензим R^[1]) С₁₀Н₁₆О₃N₂S — водорозчинний вітамін групи В. Молекула біотину складається з тетрагідро імідазольного і тетрагідро тіофенового кільця.