Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Posobie_GETEROCIK.i_VM_org.soed

.pdf
Скачиваний:
82
Добавлен:
09.03.2016
Размер:
1.08 Mб
Скачать

 

+ -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ H X

 

 

 

 

 

N

 

 

N

 

 

 

 

 

+

 

..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

где X = Сl-, HSO4-, NO3- и т.д.

4) Окислительно-восстановительные свойства:

Наличие сопряженной системы делает пиридин стойким к действию окислителей. Однако гомологи окисляются легко, образуя кислоты:

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

COOH

 

 

 

K2Cr2O7, t

 

 

 

 

 

 

 

+ 3 [O]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- H2O

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 - метилпиридин

3

- Пиридинкарбоновая кислота

 

 

 

 

 

 

 

(никотиновая кислота)

Реакция восстановления, как и для бензола, протекает в жестких условиях:

Кат, t, р + 3H2

N N H

Пиперидин

Пиперидин входит в состав анестетика промедола. Производные пи-

ридина: алкалоиды, витамины В1, РР, ферменты, лекарственные противо-

туберкулезные и др. препараты:

11

 

 

 

 

O

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N(C2H5)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COOH

 

C NH NH2

 

C NH N

 

CH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

N

 

 

H3CO

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Никотиновая к-та

 

 

Тубазид

 

 

Фтивазид

 

 

Кордиамин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(витамин РР)

(гидразид изонико-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тиновой кислоты)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами

Из этой группы гетероциклических соединений наиболее важными являются гетероциклы, содержащие два атома азота. Они имеют общее на-

звание диазины и различаются взаимным расположением атомов азота:

 

 

4

 

 

4

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

3

 

 

N 3

 

 

 

 

 

 

5

 

5

 

 

3

5

 

 

2

6

 

2

6

 

 

2

6

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

N

 

N

 

 

N

Пиридазин,

Пиримидин,

 

Пиразин,

1,2- диазин

1,3- диазин

1,4- диазин

Все эти изомеры являются ароматическими соединениями, трудно вступают в реакции электрофильного замещения SE и, напротив, легко в реакции нуклеофильного замещения SN по сравнению с пиридином. Обла-

дают очень слабыми основными свойствами. Среди производных диази-

нов, имеющих биологическое значение и применяемых в медицине, наи-

более важными являются гидрокси- и аминопроизводные пиримидина. К

ним, в первую очередь, относятся нуклеиновые основания и барбитуровая кислота.

Производные пиримидина – урацил, тимин и цитозин – называются нуклеиновыми основаниями, т.к. являются компонентами нуклеиновых

кислот. Эти производные существуют в лактимной и лактамной таутомер-

12

ных формах, причем в равновесной системе преобладают лактамные фор-

мы:

 

 

HO

ЛактИМные

 

4

3 N

5

фрагменты

 

 

 

HO 2

6

 

N

 

 

 

 

1

УРАЦИЛ (2,4-дигидроксипиримидин)

 

 

HO

 

3 N

 

 

4

 

СН3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

HO 2

N

 

 

 

 

 

 

1

 

 

ТИМИН (2,4-дигидрокси-5-метилпиримидин)

 

 

 

 

NH2

 

 

 

3 N

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

HO 2

 

N

 

 

 

 

1

 

 

 

ЦИТОЗИН (4-амино-2-гидроксипиримидин)

 

O

H N

ЛактАМные

 

фрагменты

O N

H

2,4-Диоксопиримидин

O

H N СН3

O N

H

2,4-Диоксо-5-метилпиримидин

NH2

N

O N

H

4-Амино-2-оксопиримидин

Для барбитуровой кислоты характерны кето – енольная и лактим –

лактамная виды таутамерии:

13

 

 

 

Енольный фрагмент

 

Кетонный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

O

фрагмент

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

H

 

 

 

 

H

 

 

 

 

H

HN

 

 

N

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

H

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

6

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HO

N

 

OH

 

 

O

N

O

 

HO

N

OH

H

 

 

1

 

 

 

 

 

Тригидрокси-

 

 

 

Триоксо-

 

 

 

 

форма

 

 

Лактамные

 

 

 

 

 

 

форма

 

 

 

 

 

 

 

фрагменты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лактимные

фрагменты

Барбитуровая кислота по кислотным свойствам более сильная, чем уксусная. Производные барбитуровой кислоты, содержащие заместители у пятого атома углерода С–5, называются барбитуратами и применяются в качестве снотворных средств:

O

 

O

R

+NaOH

R

HN

HN

R'

-H2O

R'

HO N O

N O

Na O

Натриевая соль барбитуратов

Барбитал: (веронал)

R=R =C2H5

Фенобарбитал:

R=C2H5 - ,

R =C6H5 - .

Для барбитуратов невозможна кето - енольная таутомерия, т.к. в мо-

лекуле отсутствуют атомы водорода при С–5. Барбитураты проявляют бо-

лее слабые кислотные свойства, чем свободная барбитуровая кислота, и со щелочами образуют растворимые в воде соли.

1.4. Конденсированные гетероциклические соединения

Конденсированными гетероциклами называются соединения, моле-

кулы которых состоят из двух и более циклов, имеющих как минимум два общих атома углерода.

14

Важнейшая конденсированная система - пурин (состоит из сконден-

сированных циклов имидазола и пиримидина). Пурин является ароматиче-

ским соединением (замкнутый плоский цикл, содержит сопряженную 10

- электронную систему, что отвечает правилу Хюккеля (4n+2=10, n=2)).

:N

6

5

 

 

 

 

N :

 

 

 

 

1

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

4

 

9

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

..

 

 

 

 

 

 

N

 

 

N

 

 

 

 

 

 

..

 

 

 

 

 

 

 

H

Пурин амфотерен благодаря циклу имидазола и образует соли с сильными кислотами за счет пиридиновых атомов азота и с основаниями за счет –NH кислотного центра имидазола.

Пуриновая система входит в состав многих биологически важных соединений: HK, витаминов, алкалоидов, лекарственных средств. К наибо-

лее значимым производным пурина относятся гидрокси- и –аминопурины.

Пуриновые нуклеиновые основания

В состав НК входят нуклеиновые основания аденин и гуанин. Из двух таутомерных форм гуанина (лактимная и лактамная) более устойчи-

вой является лактамная, в виде которой гуанин входит в состав НК.

 

 

 

NH2

 

NH2

 

 

 

 

 

 

OH

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

NH2

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

5

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N 7

 

 

 

 

 

 

N

N

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

N 7

 

 

 

N

N

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

6

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

 

 

 

7

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

4

3

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

4

 

N 9

8

 

 

 

H N

H N

N N N N

 

 

 

 

 

3

 

 

N

9

 

 

N 9

2

2

 

 

 

 

 

N

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

H

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аденин,

 

 

 

 

Гуанин,

 

 

 

 

 

 

 

Аденин,

 

 

 

 

 

 

Гуанин,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6-аминопурин

 

2-амино-6-гидроксипурин

6-аминопурин

 

 

 

 

2-амино-6-гидроксипурин

лактимная форма

лактимная форма

Следует отметить, что в отличие от самого пурина атом водорода в

аденине и гуанине зафиксирован в положении 9. В такой форме эти осно-

вания связаны с остатком углевода в нуклеозидах и НК.

15

H

2

H2NH2

2-А

ла

Гидроксипроизводные пурина

К ним относятся гипоксантин, ксантин и мочевая кислота – продук-

ты превращения в организме НК.

 

O

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NH

 

 

 

 

 

 

 

NH

 

 

 

 

 

 

 

 

NH

 

HN

 

 

 

HN

 

 

 

 

 

O

HN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

N

O

N

 

N

 

N

 

N

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

H

 

H

 

 

Гипоксантин,

 

 

Ксантин,

 

 

Мочевая к-та,

 

6-гидроксипурин

2,6-дигидроксипурин

2,6,8-тригидроксипурин

Мочевая кислота плохо растворима в воде и содержится в моче чело-

века и млекопитающих в незначительных количествах. При некоторых на-

рушениях обмена веществ мочевая кислота и ее соли (ураты) откладыва-

ются в виде так называемых камней.

В медицине находят применение N – метилированные ксантины, т.е.

производные, содержащие две или три метильные группы у атомов азота:

теофиллин, теобромин и кофеин:

O

O

O

 

 

 

 

 

 

 

 

NH

 

HN

 

 

 

 

N

 

CH3

H3C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H C

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

N CH3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

N

 

 

 

 

 

 

N

O

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теофиллин,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кофеин,

1,3-диметилксантин

 

 

Теобромин,

1,3,7-триметилксантин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,7-диметилксантин

Теофиллин и теобромин обладают мочегонным действием, кофеин стиму-

лирует центральную нервную систему.

16

1.5. Лабораторная работа “Свойства гетероциклических соединений”

Опыт 1 Реакции антипирина и амидопирина с хлоридом железа (III)

 

 

 

 

 

 

 

CH3

(CH3)2N

 

 

 

 

 

 

CH3

O

 

 

 

 

 

N

CH3

O

 

 

 

 

 

N

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C6H5

 

 

 

 

C6H5

 

 

Антипирин

 

Амидопирин

В пробирку поместите несколько кристалликов антипирина, при-

бавьте 2 капли воды и каплю 1%-го р-ра хлоридом железа (III). Появляется интенсивное и стойкое окрашивание (укажите цвет).

В другую пробирку поместите несколько кристалликов амидопири-

на, прибавьте 2 капли воды и каплю 1%-го р-ра хлоридом железа (III). По-

является окрашивание (укажите цвет), которое быстро исчезает. Добавьте сразу же еще 3 капли хлоридом железа (III). Окраска вновь появляется, но постепенно вновь исчезает.

Наблюдаемые явления объясняется образованием комплексного со-

единения в случае антипирина с хлоридом железа (III) – ферропирина, а в случае амидопирина образованием продуктов окисления.

Реакция с хлоридом железа (III) является качественной, позволяю-

щей отличать амидопирин от антипирина.

Опыт 2 Реакции антипирина и амидопирина с азотистой кислотой

В пробирку поместите несколько кристалликов антипирина, при-

бавьте 2 капли воды, каплю 1%-го р-ра серной кислоты и каплю 5%-го р-ра нитрита натрия. Появляется окрашивание (укажите цвет), постепенно ис-

чезающее, особенно при избытке нитрита натрия.

В другую пробирку поместите несколько кристалликов амидопири-

на, прибавьте 2 капли воды, каплю 1%-го р-ра серной кислоты и каплю

5%-го р-ра нитрита натрия. Появляется нестойкое окрашивание (укажите

17

цвет). Если окрашивание исчезает слишком быстро, добавьте еще амидо-

пирина.

Реакция с азотистой кислотой является качественной, позволяющей отличать амидопирин от антипирина.

Опыт 3 Растворимость и основные свойства пиридина

В пробирку поместите одну каплю пиридина, добавьте каплю воды.

Затем добавьте еще 4 капли воды. Опишите что наблюдаете? Какова рас-

творимость пиридина в воде?

С помощью универсальной бумаги или красной лакмусовой бумаги определите значение рН р-ра пиридина. По полученному результату дайте ответ о кислотно – основных свойствах пиридина.

Напишите схему взаимодействия пиридина с водой.

Опыт 4 Растворимость мочевой кислоты и ее натриевой соли в воде

В пробирку поместите небольшое количество (на кончике лопаточ-

ки) мочевой кислоты. Прибавьте по каплям воду (до 8-10 капель), каждый раз встряхивая пробирку. Сделайте вывод о растворимости мочевой кисло-

ты в воде. Далее в пробирку добавьте одну каплю 10%-го р-ра гидроксида натрия. Опишите что наблюдаете? Сделайте вывод?

Запишите схему взаимодействия мочевой кислоты с гидроксидом натрия.

Полученный р-р сохраните для последующего опыта.

Опыт 5 Открытие мочевой кислоты (Мурексидная проба)

На предметное стекло с помощью пипетки поместите одну каплю р-

ра натриевой соли мочевой кислоты. Добавьте одну каплю концентриро-

ванной азотной кислоты и осторожно выпаривайте, держа стекло над пла-

менем горелки на расстоянии примерно 10 см. Как только р-р выпарится и начнется слабое покраснение пятна, на месте бывшей капли, прекратите нагревание. Когда стекло остынет, сбоку от пятна поместите одну каплю

18

10%-го р-ра аммиака. На месте соприкосновение наблюдается появление полоски пурпурно – фиолетового цвета (мурексидная проба).

При окислении азотной кислотой мочевая кислота, как и другие пу-

риновые основания (например, кофеин), образует аллоксантин. При сме-

шивании образовавшегося аллоксантина с аммиаком получается аамоние-

вая соль очень неустойчивой в свободном виде пурпурной кислоты – му-

рексид. Мурексидная проба применяется при анализе мочевых камней, а

также для открытия кофеина, теобромина и других пуриновых оснований.

Упражнения для самостоятельной работы студентов

1.Напишите реакции пиррола с:

а) бромом;

б) ацетилхлоридом;

в) йодметаном.

Назовите продукты реакции.

2.Напишите реакции нитрования, сульфирования, аминирования, соле-

образования и восстановления пиридина.

3.Пиррол, его электронное строение, ароматичность, химические свой-

ства (кислотно – основные, реакции электрофильного замещения,

окислительно - восстановительные).

4.Пиридин, его электронное строение, ароматичность, химические свойства (кислотно – основные, реакции электрофильного и нуклео-

фильного замещения, окислительно - восстановительные).

5.Пурин, его электронное строение, ароматичность. Ответ мотивируйте.

Кислотно-основные свойства пурина. Примеры реакций.

6.Приведите структурные формулы пиримидиновых оснований, входя-

щих в состав нуклеиновых кислот. Таутомерные формы барбитуровой кислоты.

7.Приведите структурные формулы пуриновых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Качественные реакции на пурины.

19

Рекомендуемая литература:

1.Биоорганическая химия. Учебник. /Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И.,

С.Э. Зурабян. – М: ГЭОТАР-Медиа, 2012. – 416 стр., ил.

Глава13, стр. 251-270

2.Биоорганическая химия: руководство к практическим занятиям:

учеб. Пособие для студентов мед. Вузов / по ред. Н.А. Тюкавкина – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 168 с.

20