23.3.2. П’ятичленні гетероцикли з декількома гетероатомами
Полігетероциклічними сполуками називають такі сполуки, які містять у циклі два або більше гетероатомів. Гетероатоми можуть бути однакові або різні.
П’ятичленні полігетероциклічні сполуки з одним або декількома гетероатомами Нітрогену називають азолами. Залежно від кількості атомів Нітрогену розрізняють — діазоли, триазоли і тетразоли.
.
Якщо ж поряд з атомом Нітрогену до складу циклу входить атом Оксигену то утворюється оксазол, а якщо атом Сульфуру — тіазол.
Піразол, імідазол, тіазол – гетероцикли, які мають важливе значення. Вони входять до складу багатьох цінних лікарських засобів, вітамінів, антибіотиків, алкалоїдів. Так з похідних піразолу в медичній практиці застосовують: антипірин, пірамідон, анальгін вони мають сильну болезаспокійливу, антибактеріальну, антибіотичну дію.
.
Антибіотиками називають органічні сполуки, які виробляються грибними пліснявами, дріжджами, а також деякими рослинами, які мають властивості стримувати ріст мікроорганізмів або знешкоджувати їх. Останнім часом антибіотики набули великого практичного значення для боротьби з різними захворюваннями, викликаними різними хвороботворними мікроорганізмами.
Вивчення та вживання їх в медичній практиці є одним із значних досягнень у сучасній науці. Число відомих антибіотиків досягнуло1200. В той же час для того, щоб використовувати їх в медичній практиці необхідна узгоджена, висока антибактеріальна активність і не токсичність. Тому цим вимогам відповідає тільки 50 антибіотиків.
Пеніциліни — антибіотики вироблені різними видами плісняви (грибка) Penicillium, який вирощують у промисловому масштабі. Будову пеніцилінів встановлено в 40-х роках ХХ століття роботами різних вчених він має такий вид:
Відомі багаточисленні пеніциліни, які різняться складом і будовою залишку R. Найбільш активний і розповсюджений – бензилпеніцилін в якому R– = –СН2–С6Н5.
Пеніциліни малостійкі сполуки, із-за наявності в них гетероциклічного циклу. Під дією кислот вони легко гідролізуються.
23.4. Шестичленні гетероциклічні сполуки
23.4.1. Шестичленні гетероциклічні сполуки з одним гетероатомом та їх похідні
Піридин. Один з найбільш важливих гетероциклічних сполук є піридин – шестичленний нітрогеновмісний гетероцикл складу С6Н5N.
Піридин за своєю будовою нагадує бензен, у якому одна група =СН– заміщена на атом Нітрогену:
.
Монометилпіридини називають піколінами, диметилпіридини – лутидинами, триметилпіридини – колідинами:
.
Методи добування. Піридин вперше добули з піролізату кісток (1851 р.), потім з кам’яновугільного дьогтю (1854 р.). В даний час його добувають з дьогтю, в якому він міститься 0,1%. Існують такі синтетичні методи добування піридину:
1. Конденсація ацетилену з ціанідною кислотою (У. Рамзай, 1877 р.):
2. При конденсації акролеїну з амоніаком утворюється β-піколін:
3. Ацетилен з амоніаком в присутності нікелевого або кобальтового каталізатора також утворюють похідну піридину – 2-метил-5-етилпіридин (Реппе):
Фізичні властивості. Піридин – безбарвна рідина зі своєрідним запахом, Ткип 115°С. Добре розчинна у воді й органічних розчинниках. Є хорошим розчинником для багатьох органічних і деяких мінеральних сполук.
Хімічні властивості. π-Електронний секстет надає молекулі піридину вираженого ароматичного характеру. Довжина С–С зв’язків вирівнюється і близька до довжини зв’язків у бензені, а зв'язок С–N скорочується в порівнянні зі стандартною:
.
Атом Нітрогену зв’язаний подвійним зв’язком з атомом Карбону, набуває електрофільних властивостей, він зміщує на себе π-електрони і знижує електронну густину ядра, особливо в α- і γ-положеннях.
Тому реакції електрофільного заміщення відбуваються, як правило, в β-положення.
1. Основні властивості піридину
На атомі Нітрогену є неподілена пара електронів, завдяки якій піридин проявляє слабкі основні властивості, тому він часто вживається для нейтралізації кислот, утворюючи при цьому солі, і використовується в якості розчинника основного характеру:
2. Реакції електрофільного заміщення:
а) Галогенування. Галогени за низьких температурах приєднуються до піридину з утворенням N-галогенідів, які за нагрівання перетворюються в β-галогеніди:
б) Сульфування. При нагріванні піридину до 220 – 230°С протягом 24 годин з сульфатною кислотою (олеум) в присутності гідраргірумсульфату утворюється 3-піридинсульфокислота:
Аналогічно проходить реакція нітрування.
3. Реакції нуклеофільного заміщення.
В реакції нуклеофільного заміщення нуклеофільні реагенти вступають α- і γ-положення піридинового циклу електронна густина, яких понижена.
а) Реакція з амідом натрію (1914 р., О.Е.Чічібабін) в умовах нагрівання:
б) Реакція піридину з їдким калі.
При дії парів піридину на сухе їдке калі при 250 – 300°С утворюється α-гідроксипіридин (О.Е.Чічібабін):
4. Реакція відновлення.
Піридин відновлюється легше ніж бензен:
Піперидин – безбарвна рідина, змішується з водою, близький за своїми властивостями до аліфатичних амінів, є більш сильною основою ніж піридин.
Піридинкарбонові кислоти:
.
Ці кислоти є твердими сполуками, вони мають амфотерний характер. Основні властивості в них виражені слабо. За своїми властивостями вони подібні до ароматичних кислот, утворюють хлорангідриди, естери, аміди і т.д.
Нікотинова кислота. Вітамін РР. Її можна отримати в результаті окиснення нікотину нітратною кислотою, або β-піколіну калійперманганатом в лужному середовищі.
Нікотинова кислота розповсюджена в природі. Вона міститься в печінці, екстракті дріжджів, молоці, зародках пшениці.
Нікотинова кислота та її амід є сполуками, які запобігають людину і тварин від захворювань пелагрою, вираженою сухістю шкіри, вражень язика і центральної нервової системи.
Нікотинова кислота під назвою вітаміну РР використовується для вітамінізації хліба й інших харчових продуктів.
Необхідність її людині складає 20 –30 мг на добу.