Глава 12. Гетероциклические соединения
Гетероциклические соединения — это вещества, молекулы которых содержат циклы, построенные из атомов разных химических элементов. Обычно такими гетероатомами являются азот, кислород, сера, но могут быть фосфор, кремний, селен, бор и др. Циклы могут быть ароматическими, насыщенными и ненасыщенными.
Гетероциклические соединения чрезвычайно распространены как в животном, так и в растительном мире. Очень многие биологически важные вещества содержат в своём составе гетероциклические фрагменты.
12.1. Классификация и номенклатура
Гетероциклические соединения могут быть классифицированы:
по размеру цикла,
по природе гетероатома,
по числу гетероатомов в цикле.
Тривиальные названия здесь широко распространены. Примерами гетероциклических соединений (и их тривиальных названий), относящихся к разным группам, являются следующие вещества:
пиррол пирролидин тиофен имидазол
пиридин пиразин пиперазин морфолин
Согласно номенклатурным правилам ИЮПАК (номенклатура гетероциклических соединений) присутствие гетероатома в цикле указывается приставками окс(а)- (О), ти(а)- (S), селен(а)- (Se), аз(а)- (N), фосф(а)- (Р), арс(а)- (As), сил(а)- (Si). (Буква «а» может быть опущена для благозвучия.) Число одинаковых гетероатомов обозначается количественными приставками ди-, три-, тетра- и т.д. Если в гетероцикле несколько разных гетероатомов, то их называют в определённой последовательности: окса-, тиа-, селена-, аза-, фосфа-, арса-, сила-.
Размер цикла обозначается с помощью корня слова: трёхчленные циклы — -ир, четырёхчленные — -ет, пятичленные — -ол, шестичленные — -ин, семичленные — -епин.
В названии гетероциклических соединений отражают и степень гидрирования (насыщенности) атомов гетероцикла. Основное название (без суффиксов) относится к соединению с максимально возможным числом двойных связей в цикле, но исключение составляют трёхчленные циклы — для обозначения их ненасыщенности добавляется суффикс -ен (для азотосодержащих — -ин).
Полностью гидрированное соединение обозначают суффиксами -идин (для азотосодержащих гетероциклов) или -ан (для кислородо- и серосодержащих гетероциклов), но для циклов с числом атомов 6 и более может быть использована приставка пергидро-. Для частично гидрированных соединений используют приставки дигидро-, тетрагидро-, при этом цифровыми локантами указываются атомы цикла, к которым присоединены атомы водорода. Если водородный атом присоединён только к одному из гетероатомов, это обозначается буквой Н и цифрой, указывающей гидрированный атом.
Для названия производных гетероциклических соединений необходимо пронумеровать атомы цикла. Обычно нумерация начинается с гетероатома. Если имеется несколько гетероатомов, то используют ряд убывающего старшинства: O, S, Se, Te, N, P, As, Sb, Bi, Si, Ge, Sn, Pb, B, Hg. Для некоторых гетероциклических соединений сохраняется особый вид нумерации. Примеры названий некоторых соединений:
азирин 2Н-азирин азиридин оксиран 1,3-диазол 1,2-оксазол
4,5-дигидро-1,3-тиазол 1,3-диазин тиепин 2,2-диметилпергидро-
-1,3,2-диоксасилин
Гетероциклы могут быть названы и по заменительной номенклатуре. При этом заменительные приставки окса-, тиа-, аза- и др. присоединяются к названию карбоциклического соединения, например:
1-азациклопропен-2 1-азациклобутадиен-1,3 1-тиациклопентадиен-2,4
Названия гетероциклических соединений с двумя и более конденсированными циклами строятся по следующим правилам.
1. Выбирают главный цикл. При этом старшинство циклических систем определяется по следующим критериям (в порядке убывания приоритета):
а) при наличии карбоциклической и гетероциклической систем выбирается цикл, содержащий гетероатом;
б) при наличии гетероциклов с разными гетероатомами выбирается цикл, содержащий наиболее электроотрицательный гетероатом;
в) если циклы имеют разный размер, выбирается цикл большего размера;
г) если гетероциклы содержат разное число гетероатомов, выбирается цикл, содержащий наибольшее число гетероатомов.
2. Для указания места сочленения циклов в главном цикле связи обозначают буквами a, b, c, d и т.д., начиная со связи гетероатом—углерод. В младшем цикле место сочленения циклов указывается с помощью цифровых локантов. Например:
3. Название младшего цикла даётся приставкой бензо-, пирро-, имидазо- и др. по названию бензольного, пиррольного или имидазольного циклов соответственно. Примеры названий конденсированных систем (часто используются тривиальные названия циклов):
бензо[b]фуран тиено[2,3-b]фуран имидазо[4,5-b]пиридин