3.4.9 Конденсированные гетероциклы

Из систем с двумя конденсированными гетероциклами важное значение имеют соединения пуринового ряда, в частности гидроксипурины и аминопурины, принимающие активное участие в процессах жизнедеятельности.

Гидроксипурины

Гипоксантин(6-гидроксипурин), ксантин (2,6-дигидроксипурин) и мочевая кислота (2,6,8-тригидроксипурин) образуются в организме при метаболизме нуклеиновых кислот. Ниже они изображены в лактамной форме, в которой находятся в кристаллическом состоянии.

У гидроксипуринов возможна как лактим-лактамная таутомерия, так итаутомерия азолов,связанная с миграцией атома водорода от атома N-7 к N-9, как показано на примере гипоксантина.

Мочевая кислота - конечный продукт метаболизма пуриновых соединений в организме. Она выделяется с мочой в количестве 0,5-1 г/сут. Мочевая кислота двухосновна, плохо растворима в воде, но легко растворяется в щелочах, образуя соли с одним или двумя эквивалентами щелочи (приведено вероятное строение солей).

Соли мочевой кислоты называютуратами.При некоторых нарушениях в организме они откладываются в суставах, например при подагре, а также в виде почечных камней.

Ксантин и гипоксантин по химическому поведению во многом аналогичны мочевой кислоте. Они амфотерны и образуют соли с кислотами и щелочами.

Метилированные в различной степени по атомам азота производные ксантина обычно относят к алкалоидам. Это кофеин (1,3,7-триметилксантин), теофиллин (1,3-диметилксантин) и теобромин (3,7-диметилксантин). Их природными источниками служат листья чая, зерна кофе, бобы какао.

Кофеин - эффективный возбудитель ЦНС, он стимулирует работу сердца. Общестимулирующее действие теофиллина и теобромина выражено меньше, но они обладают довольно сильными мочегонными свойствами.

Аминопурины

Из аминопуринов наиболее важны аденин(6-аминопурин) и гуанин(2-амино-6-гидроксипурин), являющиеся структурными фрагментами нуклеиновых кислот. Аденин также входит в состав некоторых коферментов. Преобладающей таутомерной формой гуанина является лактамная. Для обоих соединений возможна и таутомерия азолов в результате миграции атома водорода между атомамиN-7 и N-9.

При действии на аденин азотистой кислоты HNO₂происходит его дезаминирование с образованием гипоксантина. Аналогичная реакция в случае гуанина приводит к ксантину.

Алкалоиды

Алкалоидами называют основные азотсодержащие вещества природного (главным образом растительного) происхождения.

Благодаря высокой фармакологической активности алкалоиды известны с давних времен и используются в медицине. Хрестоматийным примером служит применение с середины XVII в. хинина, выделяемого из коры хинного дерева, для лечения малярии.

Почти все алкалоиды имеют в структуре атом азота. Это обусловливает основные свойства алкалоидов, что нашло отражение в их групповом названии (от араб.al-qali- щелочь). В растениях алкалоиды содержатся в виде солей органических кислот - лимонной, яблочной, щавелевой и др.

Важнейшим структурным фрагментом большинства алкалоидов служит какой-либоазотсодержащий гетероцикл.Этот признак положен в основухимической классификацииалкалоидов, по которой они подразделяются на группы в соответствии с типом гетероцикла в их структуре, например пиридина, хинолина и т. д. Такие алкалоиды имеют единство в биогенетическом происхождении от аминокислот, их называютистинными алкалоидами.

Наряду с этим существуют алкалоиды, у которых атом азотане включенв гетероциклическую структуру. Эти алкалоиды представляют собой растительные амины, их относят кпротоалкалоидам.

При большом разнообразии структур алкалоидов в качестве общего химического свойства можно выделитьреакции солеобразования.Эти реакции используют в двух направлениях:

• для получения хорошо растворимых в воде солей, например, с минеральными кислотами (хлориды, ацетаты);

• для получения окрашенных солей с ограниченной растворимостью (с органическими и неорганическими кислотами).

Первое направление используется главным образом для извлечения алкалоидов из природных источников, второе - в аналитических целях для качественного обнаружения алкалоидов.

Алкалоиды группы пирролидина, пиридина и пиперидина

Никотин- весьма токсичный алкалоид, содержание которого в листьях табака доходит до 8%. Включает связанные простой связьюядрапиридинаипирролидина.Воздействует на вегетативную нервную систему, сужает кровеносные сосуды.

Никотиновая кислота (одна из форм витамина РР) является одним из продуктов окисления никотина и используется для синтеза других препаратов.

Лобелини родственные ему алкалоиды обнаружены в североамериканском растении лобелия. Они близки по структуре и используются в медицине в качестве эффективных рефлекторных стимуляторов дыхания.

Алкалоиды группы тропана

Базовая структура алкалоидов этой группы – тропан- является бициклическим соединением, в состав которого входятпирролидиновоеипиперидиновоекольца.

К тропановым алкалоидам относятся атропин и кокаин,применяемые в медицине как холиноблокаторы.

Атропин содержится в растениях семейства пасленовых: красавке, белене, дурмане. Несмотря на высокую токсичность, он широко применяется в глазной практике, благодаря способности расширять зрачок.

Кокаин - основной алкалоид южноамериканского кустарникаErythroxylon cocaLam. Это одно из первых используемых в медицине анестезирующих и наркотических средств. Синтетические аналоги кокаина, лишенные наркотических свойств, являются производными n-аминобензойной кислоты.

Алкалоиды группы хинолина и изохинолина

Наибольшую известность из хинолиновых алкалоидов получилхинин,выделенный из коры хинного дерева. В состав хинина входят две гетероциклические системы – хинолиновая и хинуклидиновая.

Хинин используется в медицине более 300 лет в качестве противомалярийного средства. В настоящее время из-за ряда негативных побочных эффектов его использование сократилось и на смену ему пришли новые синтетические противомалярийные препараты.

Ядро изохинолина содержится в алкалоидах опия, представляющего собой высохший млечный сок незрелых коробочек мака опийного. Основной из них – морфин– обладает сильным обезболивающим свойством, но при длительном употреблении вызывает привыкание. Морфин был первым алкалоидом, выделенным в чистом виде (1806) и был назван по имени бога сна и сновидений Морфея.

Монометиловый эфир морфина – кодеин– оказывает противокашлевое действие, а диацетильное производное – героин– наркотик.

Другим алкалоидом группы изохинолина, также выделенным изопия, служит папаверин, применяемый в качестве эффективного спазмолитического средства. Синтетический аналог папаверина ношпа имеет с ним явное структурное сходство.

Протоалкалоиды

В эту группу алкалоидов входят растительные основания, не имеющие в своей структуре какого-либо гетероцикла. Важнейшим их представителем является эфедрин, выделяемый из различных видов эфедры.

В молекуле эфедрина содержатся два хиральных центра, в соответствии с этим эфедрин существует в виде четырех стереоизомеров и двух рацематов. Наибольшей фармакологической активностью обладает природный эфедрин, являющийся одним из стереизомеров.

По химической структуре эфедрин подобен катехоламинам.

Вопросы для проверки полученных знаний.

1. Полифункциональные соединения в процессах жизенедеятельности Общая характеристика.

2. Многоатомные спирты и фенолы

3. Этиленгликоль

4. Глицерин

5. Пирокатехин

6. Резорцин

7. Гидрохинон

8. Дикарбоновые кислоты

9. Щавелевая кислота

10. Янтарная кислотав

11. Малеиновая и фумаровая кислоты

12. Диамины

13. Реакционная способность и специфические реакции многоатомных спиртов и фенолов

14. Хелатообразование

15. Дегидратация.

16. Краунэфиры

17. Образование сложных эфиров

18. Нитроглицерин

19. Окислительно-восстановительные реакции.

20. Хиноны 1,2-Бензохинон(о-бензохинон) и1,4-бензохинон (п-бензохинон)

21. Реакционная способность и специфические реакции дикарбоновых кислот

22. Кислотные свойства.

23. Декарбоксилирование.

24. Образование циклических ангидридов.

25. Окисление янтарной кислотыin vivo

26. Таутомерия β-дикарбонильных соединений

27. Функциональные производные угольной кислоты

28. Мочевина (карбамид

29. Гуанидин (иминомочевина

30. Гетерофункциональные соединения в процессах жизенедеятельности

31. n-аминофенол, n-аминобензойная, салициловая и сульфаниловая кислоты.

32. Реакционная способность и специфические свойства биологически важныхгетерофункциональных соединений

33. Аминоспирты

34. Гидроксикарбонильные соединения

35. Гидрокси- и аминокислоты

36. α-Гидрокси- иα-аминокислоты

37. β-Гидрокси- иβ-аминокислоты

38. γ-Гидрокси- иγ-аминокислоты

39. Многоосновные гидроксикислоты

40. Яблочная кислотав

41. Лимонная кислота

42. Винные кислоты

43. Оксокислоты

44. Пировиноградная кислота

45. Щавелевоуксусная кислота

46. Ацетоуксусная кислота

47. Гетерофункциональные производные бензола как лекарственные средства

48. Бензойная кислота

49. n-Аминофенол и его производные

50. n-Аминобензойная кислота (ПАБК) и ее производные.

51. Салициловая кислота и ее производные.

52. Сульфаниловая кислота и ее производные.

53. Важнейшие гетероциклические биоорганические соединения

54. Ароматические гетероциклы

55. Насыщенные гетероциклы,

56. Ненасыщенные гетероциклы

57. Номенклатура

58. Реакционная способность ароматических гетероциклов

59. Пиридин

60. Пиррол

61. фуране и тиофене

62. Кислотно-основные и нуклеофильные свойства

63. Особенности реакций электрофильного замещения

64. Пятичленные гетероциклы

65. Гетероциклы с одним гетероатомом

66. Индол

67. Фуран

68. Гетероциклы с двумя гетероатомами

69. Имидазол

70. Пиразол

71. Тиазол.

72. 7 Шестичленные гетероциклы

73. Гетероциклы с одним гетероатомом

74. . Гетероциклы с двумя гетероатомами

75. Конденсированные гетероциклы

76. Гидроксипурины

77. Аминопурины

78. Алкалоиды

79. Алкалоиды группы тропана

80. Алкалоиды группы пирролидина, пиридина и пиперидина

81. Алкалоиды группы хинолина и изохинолина

82. Протоалкалоиды

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11. ПОЛИ - И ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ.

Опыт №1Доказательство наличия двух карбоксильных групп в винной кислоте

В пробирку поместите 1 каплю 15% раствора винной кислоты, 2 капли 5% раствора гидроксида калия и встряхните. Постепенно начинает выделяется белый кристаллический осадок малорастворимой соли винной кислоты. Если осадок не выпадает, охладите пробирку под струей воды и потрите внутреннюю стенку стеклянной палочкой . Добавьте в пробирку еще 4-5 капель раствора гидроксида калия. Кристаллический осадок постепенно растворяется, так как образуется хорошо растворимая в воде средняя калиевая соль винной кислоты. Раствор тартрата калия сохраните до следующего опыта.

В выводе отметьте:

-о чем свидетельствует образование двух солей винной кислоты?

- напишите уравнение реакции образования гидротартрата и тартрата калия.

Опыт №2 Доказательство наличия гидроксильных групп в винной кислоте.

Эта реакция используется для приготовления реактива Фелинга, который применяется для обнаружения глюкозы в моче.

Ход работы: В пробирку поместите по 2 капли 2% - раствора сульфата меди (II) и 10% раствор гидроксида натрия. Выпадает голубой осадок гидроксида меди (II). К выпавшему осадку добавьте раствор тартрата калия, полученный в опыте №1. Осадок гидроксида меди (II) растворяется с образованием темно-синего раствора.

В выводе отметьте:

-объясните, почему не изменяется цвет раствора в 1-й и изменяется во 2-й пробирке.

-напишите уравнение реакции гидроксида меди(II) с тартратом калия.

Опыт № 3 Разложение лимонной кислоты.

Ход работы: Приготовьте 3 пробирки.

№ про­бирки	Компоненты	Количество
1	Лимонная кислота Серная кислота (конц.)	2-3 капли 10 капель
2	Насыщенный раствор гидроксида бария	5 капель
3	Раствор йода в йодиде калия 10% - раствор гидроксида натрия	2 капли несколько капель до обесцвечивания

Закройте 1-ю пробирку пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагрейте на слабом пламени горелки. Смесь начинает пениться. Поднесите конец газоотводной трубки к пламени горелки, выделяющийся газ горит голубым пламенем. Не прекращая нагревание, опустите конец газоотводной трубки сначала во 2-ю пробирку. После того как раствор помутнеет, пе­ренесите газоотводную трубку в 3-ю пробирку до появления бледно-желтого осадка.

В выводе отметьте:

- какие продукты разложения лимонной кислоты обнаруживаются в 1-й пробирке и во 2-й пробирке?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ.

Опыт № 1. Реакции антипирина и амидопирина с хлоридом железа (III)

В пробирку поместите несколько кристаллов антипирина, прибавьте 2 капли воды и каплю 1% раствора хлорида железа (III). Появляется интенсивное и стойкое оранжево-красное окрашивание, не исчезающее при стоянии. Для сравнения поместите в другую пробирку несколько кристаллов амидопирин, добавьте 2 капли воды и 1 каплю 1% раствора хлорида железа (III). Окраска вновь появляется, сохраняется несколько дольше, но постепенно бледнеет.

Окрашивание антипирина с хлоридом железа (III) обусловлено образованием комплексного соединения ферропирина, амидопирина- образованием продуктов окисления.

Реакция с хлоридом железа является качественной, позволяющей отличить амидопирин от антипирина.

Опыт № 2.Реакция антипирина и амидопирина с азотистой кислотой.

В пробирку поместите несколько кристаллов антипирина, добавьте 2 капли воды, 1 каплю 10% раствора серной кислоты и 1 каплю 5% раствора нитрита натрия. Появляется изумрудно-зеленое окрашивание, постепенно исчезающее, особенно при избытке нитрита натрия. Для сравнения поместите в другую пробирку несколько кристаллов амидопирина. Добавьте 2 капли воды, 1 каплю 10% раствора серной кислоты и 1 каплю 10% раствора нитрита натрия. Появляется нестойкой фиолетовое окрашивание. Если окрашивание исчезает слишком быстро, добавьте еще немного амидопирина. С амидопирином образуется окрашенные продукты окисления.

Опыт № 3.Растворимость пиридина в воде и его основный характер.

В пробирку поместите 1 каплю пиридина. Обратите внимание на его характерный запах. Добавьте 1 каплю воды, сразу получается прозрачный раствор. Добавьте еще 4 капли воды. Пиридин хорошо растворим в воде и смешивается с ней во всех отношениях.

Пинцетом возьмите узкую полосу красной лакмусовой бумажки и смочите ее раствором пиридина, для чего наклоните пробирку с раствором. Можно заметить, только слабое посинение красной лакмусовой бумажки, точнее переход от красного цвета к фиолетовому, что указывает на слабоосновный характер пиридина.

Опыт № 4.Растворимость мочевой кислоты и ее натриевой соли в воде.

В пробирку поместите небольшое количество мочевой кислоты. Прибавьте по каплям воду, каждый раз встряхивая пробирку. Обратите внимание на плохую растворимость мочевой кислоты в воде.

После добавления 8 капель воды растворение все еще не заметно. Стоит, однако, добавить 1 каплю 10% раствора гидроксида натрия, как мутный раствор моментального просветляется вследствие образования относительно лекарстворастворимойдвухзамещенной соли натрия. Полученный раствор сохранить для следующего опыта.

Опыт № 5.Открытие мочевой кислоты

На предметное стекло с помощью пипетки поместите 1 каплю раствора натриевой соли мочевой кислоты. Добавьте 1 каплю концентрированной азотной кислоты. Как только раствор выпарится и начнется слабое покраснение пятна на месте бывшей капли, прекратите нагревание. Когда стекло остынет, сбоку от пятна поместите 1 каплю 10% раствора аммиака. На месте соприкосновения наблюдается появление полоски пурпурно-фиолетового цвета.

Опыт № 6. Качественные реакции на адреналин

Адреналин – гормон мозгового слоя надпочечников, действующий на ткани мишени, повышая концентрацию циклического АМФ; ускоряет гликогенолиз, активирует липолиз, повышает уровень глюкозы в крови. Адреналин (эпинефрин) участвует в общих  системных эффектах возбуждения симпатической нервной системы.

Реактивы:0,1 %–й раствор адреналина; 3 %–й раствор FeCl₃; 10 %–й раствор аммиака; 1 %–й раствор KIO₃; 10 %–й раствор уксусной или фосфорной кислот

Оборудование:пробирки, водяная баня.

Ход работы

Задание 1. Реакция с хлоридом железа (III).

1. К 0,5 см³ раствора адреналина добавьте 2 см³  дистиллированной воды и 1 каплю раствора хлорида железа. Содержимое пробирки окрашивается в изумрудно–зеленый цвет.

2. Добавьте 1 каплю раствора аммиака. Окраска переходит в вишнево–красную, а затем принимает коричневый оттенок.

Задание 2. Реакция с иодатом калия.

К 0,5 см³добавьте 1 см³раствора KIO₃, 10 капель 10 %–го раствора уксусной или фосфорной кислот и подогрейте на водяной бане до 60 – 65 ^оС. Появляется интенсивное красно–фиолетовое окрашивание.

Опишите принцип метода и полученный результат.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13. ВЫДЕЛЕНИЕ ФОЛИЕВОЙ КИСЛОТЫ ИЗ ДРОЖЖЕЙ И ЕЕ ОБНАРУЖЕНИЕ

Принцип метода. Фолиевая кислота хорошо растворима в 0,1 М растворе NaOH. При экстрагировании фолиевой кислоты из дрожжей и ультрафиолетовом облучении наблюдается интенсивно-голубая флюоресценция.

Реактивы, исследуемый материал:

1) едкий натр, 0,1 М и 0,005 М растворы;

2) ледяная уксусная кислота;

3) перманганат калия, 0,4% раствор;

4) перекись водорода, 3% раствор;

5) индикаторная бумага;

6) дрожжи.

Ход работы. В ступку помещают 10г дрожжей, добавляют 10 мл 0,1 М. раствора NaOH, 2 г кварцевого песка и растирают 5 мин. Затем центрифугируют 15 мин при 3000 об/мин.

К 10 каплям надосадочной жидкости приливают 20 капель ледяной уксусной кислоты (рН 3,0) и 10 капель 0,4% раствора перманганата калия так, чтобы розовое окрашивание не исчезало в течение 10 мин. Через 10 мин удаляют избыток перманганата калия добавлением 4-5 капель 3% раствора Н₂О₂ и приливают 0,005 М. раствор едкого натра (приблизительно 5 мл) до рН 4,0-4,5 в присутствии индикаторной бумаги. При ультрафиолетовом облучении фолиевой кислоты в щелочном растворе в флюороскопе наблюдается голубая флюоресценция.