290 |
29. Химические средства защиты растений и животных |
Дефолианты. В качестве дефолиантов для хлопчатника пока еще часто применяют неорганические препараты (хлорат маг ния, цианамид кальция и др.), однако начинают находить при менение и такие органические препараты, как пентахлорфенол, являющийся также гербицидом (стр. 287), и динитро-о-крезол, известный под сокращенным названием ДНОК:
ОН
днок
( д и и и т р о - о - к р е з о л )
Интересно, что ДНОК в некоторых случаях применяется в качестве гербицида избирательного действия, а также в каче стве фумиганта — средства для фумигации (газового обезза раживания) складских помещений и зернохранилищ.
Десиканты. В качестве органического десиканта может при меняться препарат БЭКТ, обладающий также и дефолиантным действием:
С2Н5—О—С—S—S—S—С—О—С2Н5
S S
БЭКТ
[ б и с - ( э т и л к с а н т о г е н ) - т р и с у л ь ф и д ]
Стимуляторы роста. Стимуляторы роста растений, или, как их часто называют, ростовые вещества, изучены пока недо статочно. Под действием ростовых веществ происходит быстрое удлинение стебля растений, усиление роста, стимуляция цвете ния и увеличение числа завязей.
Наиболее обещающим считают применение ростовых ве ществ для повышения урожайности пастбищных трав, ускоре ния роста древесных растений и повышения урожая некоторых
огородных культур. |
относятся: гиббе- |
К весьма активным стимуляторам роста |
релловые кислоты (гиббереллины) , ауксины |
и гетероауксины: |
О |
|
Химические средства защиты животных |
291 |
СН3 СНз
I
С2Н6-СН\ ХН—С2Н5
-сн— сн2— сн— сн— соон
I |
I |
I |
он |
он |
он |
а у к с и н |
А |
|
сн2— соон
NH
г е т е р о а у к с и н (ß- и н д о л и л у к с у с н а я к и с л о т а )
Ростовые вещества получают микробиологическим путем из продуктов жизнедеятельности грибков Fusarium.
В качестве средств торможения роста растений могут при меняться некоторые производные феноксиуксусной кислоты, ку марина и др.
Химические средства защиты животных
В эту группу входят средства борьбы с паразитами, такие, как уже известные нам гексахлорциклогексан (стр. 282), хлоро фос (стр. 283), карбофос (стр. 283) и др., ветеринарные и дез инфекционные средства, останавливаться на которых мы здесь не будем, а также отпугивающие средства— репелленты.
Хорошо известным и широко применяемым репеллентом для отпугивания комаров, москитов и других насекомых является диметилфталат. В настоящее время имеются гораздо более эф фективные репелленты, а именно ДЭТА и бензимин:
|
CO-N(C2H5)2 |
. . . С О О С Н з |
|
^ ^ С О О С Н з |
СНз |
д и м е т и л ф т а л а т |
Д Э Т А |
|
( д и э т и л а м и д л - т о л у и л о в о й |
|
к и с л о т ы ) |
Н2С----СН2
I I
Н2С сн2
Н2С\ /СН2 N
СОС6Н5
б е н з и м и н ( г с к с а м е т и л е н -
б е н з и м ч д )
В заключение следует отметить, что все увеличивающееся применение инсектицидов и акарицидов наряду с положитель ным эффектом, выражающимся в уничтожении вредных насе комых, имеет и отрицательную сторону. При длительном и ши роком использовании химических средств защиты растений
292 |
30. Гетероциклические соединения |
возможно накопление некоторых из них (например, ДДТ) в природе и в организме человека и животных, что представляет большую опасность для их здоровья.
В связи с этим возникает проблема изыскания принципиаль но новых путей борьбы с вредными насекомыми. Сравнительно недавно было установлено, что самки бабочек шелкопряда вы деляют специальные вещества для привлечения своим запахом самцов. Одно из таких веществ, получившее название бомбикол, представляет собой непредельный многоатомный спирт:
СНз— (СН2)2—С Н = С Н — С Н = С Н — (СН2)8— СН2ОН
бомбикол
Интересно, что самцы бабочек шелкопряда чувствуют запах бомбикола на огромном расстоянии. Таким образом возникает возможность выделить, а затем и синтезировать вещества, за пах которых привлекал бы самцов (или самок) вредных насе комых в специальные ловушки, и, тем самым, предотвращать их размножение. Это — один из перспективных, принципиально новых способов борьбы с вредными насекомыми, не представ ляющий опасности для человека и животных.
30. ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Гетероциклическими соединениями называются соединения, содержащие циклы (кольца), которые включают наряду с уг леродными атомами атомы других элементов (гетероатомы).
Чаще |
всего в составе гетероциклических соединений |
встре |
чаются |
атомы азота, кислорода и серы. В гетероцикле |
может |
содержаться одновременно несколько одинаковых или |
разных |
гетероатомов. Гетероциклические соединения являются весьма важным классом органических соединений, так как гетероциклы входят в состав нуклеиновых кислот, алкалоидов, красителей, лекарственных и многгіх других веществ.
Классификация. Гетероциклические соединения делятся на группы прежде всего по общему числу атомов в цикле, затем
по виду и числу |
гетероатомов |
в цикле. |
Гетероциклы могут |
быть сконденсированы с другими циклами. |
|
Наиболее распространенные |
гетероциклические соединения |
подразделяются на следующие группы: |
|
1. |
Пятичленные |
|
|
|
а) |
С одним гетероатомом, например: |
|
|
НС-------с н |
НС— сн |
нс— сн |
|
НСХ / С Н |
Н С \ |
/ С Н |
Н С \ / С Н |
|
NH |
S |
|
о |
|
пиррол |
т и о ф е н |
Ф у р а н |
Гетероциклические соединения |
293 |
б) С двумя гетероатомами, например:
НС------ |
СН |
НС------:N |
НС------ |
N |
НС- -N |
Н С \ |
/ N |
Н С \ /С Н |
Н С \ |
/С Н |
НСХ /С Н |
NH |
NH |
о |
S |
пи р а з о л
2.Шестичленные
а) С одним гетероатомом, например:
|
|
|
|
|
СН |
|
|
|
|
|
|
|
|
нг^ хсн |
|
|
|
|
|
|
|
НС^- /С Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п и р и д и н |
|
|
|
|
б) |
С двумя гетероатомами, |
например: |
|
|
|
|
|
NH |
|
NH |
|
|
N |
|
СН |
НС/ |
Х СН |
Н С ^ Х С,Н |
|
НС''' ^ с н |
|
N ' ' |
^C H |
Н С \ /С Н |
Н С \ /С Н |
|
Н С \ ^ с н |
|
Н С \ ^ с н |
|
|
S |
|
о |
|
|
N |
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
п и р а з и н |
|
п и р и м и д и н |
3. |
Конденсированные с другими |
циклами, например: |
|
СН |
|
Т |
СН |
|
|
|
СН |
|
НС:** ХС,- |
н с ^ |
х с ------СН |
нс^ хс- -сн |
|
|
|
1 |
|
II |
II |
Н С ^ / С \ /С Н |
Н С ^ / С \ /С Н |
Н С ^ / С \ /С Н |
|
СН |
|
NH |
СН |
о |
|
|
СН |
S |
|
и н д о л |
|
б е н з ф у р а н |
|
|
т и о н а ф т е н |
|
( б е н з п и р р о л ) |
( к у м а р о н ) |
|
|
( б е н з т и о ф е н ) |
|
|
|
|
СН |
-о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н С ^ |
/ С \ г^СН |
|
|
|
|
|
|
|
СН |
. N |
|
|
|
|
|
|
|
|
б е н з о к с а з о л |
|
|
|
|
|
СН |
|
|
СН |
СН |
|
СН |
N |
СН |
|
Х С~ -NH |
н с ^ х с ^ ^ с н |
нс^ хс/ ' ^с^ ^сн |
Н С ^ / С \ ^ С Н |
Т |
II |
I |
T |
i |
l |
l |
Н С ^ / С х ^ с н |
Н С ^ / С \ ^ С \ ^ с н |
|
N |
|
N |
СН |
N |
|
CH |
N |
СН |
|
п у р и н |
|
|
|
|
|
ф е н а з и н |
|
Рассмотрим некоторые из приведенных гетероциклических соединений, имеющих наибольшее значение.
294 |
SO. Гетероциклические соединения. |
Пятичленные гетероциклические соединения
Из пятичленных гетероциклических соединений мы рассмот рим пиррол, тиофен, фуран и их производные, а из конденсиро ванных — индол, бензфуран и бензтиофен.
Пиррол: ,
HCß—ßCH
f P|l
H C « «,CH
N H
Бесцветная жидкость с темп. кип. 130 °С, плохо растворимая в воде, хорошо растворимая в спирте и эфире. На воздухе быстро окисляется.
С концентрированным раствором КОН пиррол образует пир рол-калий:
+ K O H
0 — 0
N N
НК
При действии минеральных кислот пиррол превращается в смолообразное вещество, вследствие чего для получения, на пример, нитропроизводных пиррола .нельзя применять азотную кислоту. Для этих целей пользуются специальными нитрующи ми средствами. При восстановлении пиррол присоединяет 4 ато ма водорода и превращается в пирролидин:
Н2С------ СН2
I I
н2С\ /СН2
NH
Замещение в пирроле атомов водорода на галоиды происхо дит достаточно легко.
Пиррол выделен из смеси веществ, получающейся при сухой перегонке обезжиренных костей животных. Синтетически пир рол получают из янтарной кислоты:
СН2СООН + 2мн3 |
CH2COONH4 |
I -------- |
► I |
СН2СООН |
CH2COONH4 |
н а г р е в а н и е
—2Н20 >
CHoCONHj |
с1н 2—с;\ |
|
н а г р е в а н и е |
+ 2Zn |
-N H 3 |
1 |
XNH |
----------------- |
/ |
— 2Z nO |
CH2CONH2 |
СН2—(J |
|
|
|
" |
Ч э |
|
Пятичленные гетероциклические соединения |
295 |
Производные пиррола входят в состав гемоглобина (крася щего вещества крови, играющего роль переносчика кислорода в организме человека и животных), а также хлорофилла — зеле ного красящего вещества растений, выполняющего важную роль в процессе поглощения растением энергии света и в превращении двуокиси углерода воздуха в органические соединения.
Большое значение имеет производное пирролидина — а-пир- ролидон, получаемый из ацетилена и формальдегида по схеме:
нс=сн |
+ нсS- |
+ |
Н С |
------->- нс==с—СН2ОН |
|
с н 2— с |
|
|
+ н2 |
С Н 2— С Н 2— С Н 2— C H S |
^ с |
— с н 2 ---------- >- |
1 |
|
1 |
|
|
— 2 Н 2 |
|
|
|
|
|
о н |
|
о |
н |
о н |
о н |
б у т и н д и о л - 1 ,4 |
|
б у т а н д и о л - 1 ,4 |
|
|
н 2с — |
с н 2 |
+ n h 3 Н 2С |
С Н 2 |
|
Н 2С Х / С = 0 |
Н 2С Х / С = 0 |
|
|
о |
|
N H |
|
|
у - б у т и р о л а к т о н |
а - п и р р о л и д о н |
сс-Пирролидон является исходным веществом для синтеза поливинилпирролидона (стр. 324).
Тиофен:
В обычных условиях бесцветная жидкость с темп. кип. 84 °С, нерастворимая в воде. Запах его очень похож на запах бензола.
Тиофен получается действием трехсернистого фосфора на натриевую соль янтарной кислоты:
СН2—COONa |
СН =СН |
Р2Эз |
\ _ |
" /
СН2—COONa СН =СН
Тиофен легко нитруется, галоидируется и сульфируется.
Фуран:
НС— сн
II II
НС\ /СН
296 |
30. Гетероциклические соединения |
Бесцветная жидкость, кипящая при 32 °С. При действии кислот фуран превращается в смолообразное полимерное вещество. Поэтому нитрование и сульфирование фурана проводят в осо бых условиях.
Наиболее важным производным фурана является фурфурол, который получается при действии минеральных кислот на пентозы, содержащиеся в значительных количествах в отходах бу мажной промышленности, шелухе подсолнуха, коробочках хлоп чатника и других подобных отходах:
|
Н |
Н |
|
нс-----сн |
|
НО |—С- |
-С—I он |
--------У |
|
II |
|
|
—зн2о |
|
|
л к ; с/ |
\ / л |
о |
НС\ /С —с ( |
|
о |
\ н |
|
н / \ |
/С/ |
|
|
|
он н |
\ |
н |
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
ф у р ф у р о л |
|
|
Фурфурол — маслянистая |
жидкость с |
темп. |
кип. 162 °С, с |
резким раздражающим запахом. В малых концентрациях запах фурфурола напоминает запах свежего ржаного хлеба. Химиче ские свойства фурфурола очень сходны со свойствами аромати ческих альдегидов.
Фурфурол может применяться непосредственно для произ водства пластических масс. Он используется также для синтеза
адипиновой кислоты и |
|
гексаметилендиамина — исходных ве |
ществ для получения полиамидов: |
|
|
|
НС------CH |
|
+ о |
н с ------ с н |
+2Н? |
|
II |
|
|
—со2 |
« |
|
|
H C \ / С —<J |
|
Н С \ /С Н |
|
|
о |
\ |
|
н |
о |
|
|
|
ф у р ф у р о л |
|
|
ф у р а н |
|
|
|
Н2С |
с н 2 |
+ 2HCI |
СН2—СН2 |
N a C N |
. |
1 |
1 |
|
2 |
|
|
с н 2 с н 2 |
|
|
Н2С \ /С Н 2 —н2о |
|
|
|
о |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
С1 |
С1 |
|
|
т е т р а г и д р о ф у р а н |
|
|
|
|
с н 2—с н 2 |
|
+ 4 Н 20 |
HOOC—(СН2)4—с о о н |
|
|
- -------- > |
|
I |
Д т т |
“ |
|
а д и п и н о в а я к и с л о т а |
|
СгІ2 |
CHj |
+ 4 H 2 |
|
|
|
|
I |
I |
|
NH2—(CH2)6—NH2 |
|
CN |
CN |
|
-----------* |
г е к с а м е т и л е н д и а м і ш
Пятичленные гетероциклические соединения |
:297 |
Как показал Ю. К- Юрьев, пиррол, тиофен и фуран при вы сокой температуре в присутствии катализатора могут превра щаться друг в друга по схеме:
|
+ н2о |
|
| м ] , |
+nh3 |
( ~ з |
N H |
|
О |
А |
о |
+ H 2S I *+ н2о |
+ N H 3 + H 2S |
БенЗпиррол (индол): |
<-------------' |
|
|
N H
Кристаллическое вещество с темп. пл. 52 °С. В небольших кон центрациях обладает приятным запахом жасмина, в эфирном масле которого он содержится; в больших концентрациях имеет отвратительный запах.
По химическим свойствам индол очень похож на пиррол. Наиболее просто индол можно получать по способу А. Е. Чичибабина путем взаимодействия анилина с ацетиленом:
В промышленности индол получают из фракции каменно угольной смолы, отгоняющейся при 240—260 °С.
Ядро индола входит в состав очень ценного синего краси теля — индиго.
Индиго был известен еще в глубокой древности. Его полу чали окислением индоксила, содержащегося в виде глюкозида в некоторых растениях. Индоксил — оксипроизводное индола — существует в двух таутомерных формах:
— О Н |
_ |
г ° |
|
\ |
/ С Н 2 |
|
|
N H |
В настоящее время индиго получают окислением двух моле кул индоксила:
29 8 |
30. Гетероциклические соединения |
Индоксил синтезируют из антраниловой (о-аминобензойной) и хлоруксусной кислот по схеме:
|
СООН |
с=о |
|
|
|
+ С1—СН2—СООН |
44011 |
|
NH2 |
^ ^ N H —СН2—СООН |
|
хлоруксусная |
фенилглицин-о-карбоновая |
|
кислота |
кислота |
|
К О Н |
=0 |
|
—н2о Ч |
NH ''"•СООН с° 2 |
|
СН—СООН |
|
|
индоксиловая кислота
NH
индоксил
Индиго относится к так называемым кубовым красителям. Для окраски ткани синий индиго сначала восстанавливают
в бесцветный белый индиго (хорошо растворимый в щелочи благодаря наличию в нем енольных гидроксилов):
|
СО |
NH |
ч 2Н |
СОН |
NH |
|
а*? \ , |
|
Ѵс_с/ |
|
/ с=с< |
|
ч |
/ |
\ |
|
NH |
СО |
|
|
NH |
СОН |
|
индиго |
|
|
белый индиго |
Затем ткань погружают в красильную ванну, в которой на ходится щелочной раствор белого индиго. После пропитки раствором ткань вынимают. При этом белый индиго под дей ствием кислорода воздуха окисляется, превращаясь в синий ин диго, который и придает ткани синюю окраску. Способ краше ния, по которому сначала краситель превращают в растворимое бесцветное лейкооснование, затем пропитывают им ткань и окисляют на воздухе лейкооснование в краситель, получил на звание кубового крашения.
Индиго является очень прочным и красивым синим краси телем.
Шестичленные гетероциклические соединения |
299 |
Бензтиофен (тионафтен):
Кристаллическое вещество с темп. пл. 32 °С. Производное бензтиофена — 3-окситионафтен находит широкое применение для получения ценного красного красителя (структурного аналога индиго) — так называемого тиоиндиго:
3 - о к с и т и о н а ф т е н |
т и о и н д и г о |
( к е т о - ф о р м а ) |
|
Бензфуран (кумарон):
О
Густая бесцветная жидкость с темп. кип. 173—175 °С. Кумарон содержится в каменноугольной смоле. Синтетически может быть получен из о-оксихлорстирола:
СН=СН
Ч.
О Н С1
о - о к с и х л о р с т и р о л |
б е н з ф у р а н |
|
( к у м а р о н ) |
Бензфуран под действием серной кислоты легко полимеризуется. Получающаяся при этом кумароновая смола приме няется в качестве пластической массы.
Шестичленные гетероциклические соединения
Из шестичленных гетероциклических соединений с одним ге тероатомом мы рассмотрим пиридин, а из конденсированных гетероциклических соединений — хинолин и акридин.
Пиридин:
N
Бесцветная жидкость с темп. кип. 115,4 °С, с резким характер ным запахом. Смешивается с водой и многими органическими