11. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Наиболее важными в биологических системах являются пяти- и шестичленные ароматические гетероциклы. Они широко распространены в природе, входят в состав жизненно важных соединений, а также физиологически активных веществ и лекарственных средств. Ароматические гетероциклы и их производные способны вступать в реакции электрофильного замещения (подобно аренам и их производным). Наиболее важными в биологических системах являются азотсодержащие гетероциклы:

фуран пиррол имидазол пиразол тиазол

11.1. Пятичленные ароматические гетероциклы

Пятичленные ароматические гетероциклы относятся к так назы- ваемымπ-избыточнымгетероциклам,т.е.ксоединениямсповышенной электронной плотностью внутри кольца. Это связано с тем, что неподеленная пара электронов гетероатома, в случае пиррола - азота, принимает участие в сопряжении (см. раздел ароматичность, 3.2.3). В результате формируется центр кислотности. Поэтому они обладают повышенной склонностью вступать в реакции электрофильного замещения (по сравнению с бензолом).

198

Конденсированная система ядер пиррола и бензола, бензпиррол (индол), встречается в природе в составе α-аминокислоты триптофана, который является предшественником биологически активных соединений, триптамина и серотонина.

серотонин

Четырепиррольныхкольцаобразуютциклическуюсопряженную систему, порфин, обладающий высокой термодинамической устойчивостью; энергия сопряжения так называемого порфинового ядра равна 840 кДж/моль.

порфин

протопорфирин IX

Порфиновый цикл может содержать различные заместители, образуя порфирины. Примером служит протопорфирин IX, который в комплексе с Fе2+ (гем), входит в состав гемоглобина:

199

гем

Конечным продуктом метаболизма гема является билирубин:

Производные порфина входят также в состав хлорофилла, цитохромов.

Гетероциклысдвумяатомамиазота– пиразолиимидазол– явля-

ются структурными изомерами и близки по химическим свойствам. Входящие в их состав атомы азота различаются по характеру участия в формировании сопряженной электронной системы в циклах и подразделяются на пиррольный и пиридиновый типы:

пиридиновый азот

пиррольный азот

200

Нумерацию циклов ведут от пиррольного атома азота. Имидазольное кольцо входит в состав аминокислоты гистидина, которая при декарбоксилировании дает биогенный амин – гистамин:

гистидиндекарбоксилаза

Являясь одновременно и донором и акцептором протонов, имидазолобладаетуникальнойспособностью,взаимодействуясводой, повышать её нуклеофильную активность, что обьясняет вовлечение аминокислотыгистидинавформированиеактивногоцентраферментов гидролаз.

11.2. Шестичленный ароматический гетероцикл

Шестичленный ароматический гетероцикл с одним атомом азота – пиридин, нейротоксичный органический растворитель, и конденсированная система пиридина и бензола – хинолин в виде разнообразных производных составляют большую группу биоактивных и лекарственныхсредств. Неподеленная электроннаяпара атома азота не принимает участия в сопряжении, и поэтому пиридин проявляет основные свойства.

Производные пиридина – никотиновая кислота и никотинамид – известны как витамин РР (антипеллагрический). Пиридин входит в состав коферментов НАД, НАДФ, пиридоксальфосфата.

201

НАД (никотинамидадениндинуклеотид)

Шестичленный гетероцикл с двумя атомами азота – пиримидин– в виде производных, широко распространен в природе.

Пиримидин является структурной единицей витамина В1:

Витамин B1

202