Биологически важные гетероциклические соединения

Цель занятия: изучение строения и химических свойств биологически важных гетероциклических соединений и их производных; их роль в орга- низме.

 Студент должен знать:

- возможные электронные состояния для атома азота и влияние их на основность органических соединений;

- строение и свойства пяти - и шестичленных ароматических азотсо- держащих гетероциклических соединений;

- строение и свойства пиримидиновых и пуриновых производных.

 Студент должен уметь:

- объяснить свойства пятичленных и шестичленных гетероциклов;

- уметь объяснить роль их производных в организме.

Вопросы для самоподготовки:

1. Что такое гетероциклические соединения?

2. Как классифицируются гетероциклические соединения?

3. Почему пиррол, пиридин, пиримидин, пурин являются аромати- ческими? (Докажите это).

4. Почему пиррол обладает только кислотными, а пиридин только основными свойствами? Приведите примеры реакций.

5. Какими кислотно – основными свойствами обладает пурин? На- пишите уравнения соответствующих реакций.

6. Отличаются ли условия проведения реакций S_E для пиррола и пиридина? Объясните причину.

7. Какие виды таутомерии характерны для барбитуровой кислоты и ее производных, для мочевой кислоты, гуанина, производных ксантина? В каких таутомерных формах они более устойчивы?

8. Какова биологическая роль гетероциклических соединений в ор- ганизме?

 

ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

 Гетероциклическими соединениями называются молекулы, в цикл которых, кроме атомов углерода, входит один или несколько гетероатомов, чаще всего это N, О, S.

 

N

N                                                N N                 N

 

N              O              S H

N              N     N

H                                               H

 

Пиррол  Фуран      Тиазол             Индол    Пиримидин        Пурин

Гетероциклические соединения классифицируются следующим об- разом:

 

 

 

Предельные

Гетероциклические соединения

Непредельные

(лактамы, ангидриды)                    Ароматические

(пирролин)

Моноциклические                                         Конденсированные

N

N

5-членные          6-членные  Бициклические

Трициклические

Полицикли- ческие

N

с 1-м ГА       с 2-мя ГА       с 1-м ГА

N          N

 

N         N          N           N

N    N

H

Пурин

Резерпин, морфин

H         H

Пиррол  Имида- Пирими- Пиридин зол            дин

Акридин

 

Химия гетероциклических соединений является одним из важных разделов органической химии. Многие жизненно важные соединения со- держат гетероциклы. Например, ферменты (дегидрогеназа, декарбоксилаза и др.), витамины (В₁, В₆, В₁₂ и др.), гормоны, алкалоиды, антибиотики (пе-

нициллин). Гетероциклические соединения входят в состав нуклеиновых кислот (НК): аденин, гуанин, тимин, цитозин, урацил – азотистые основа- ния – материальные носители наследственности. Четыре пиррольных кольца, соединенные метиленовыми мостиками (-СН=) образуют порфи- риновую структуру, которая в сочетании с Fe⁺² образует основу гемогло- бина, с Мg⁺² – хлорофилла, с Со⁺² – витамина В₁₂.

Гетероциклы составляют основу многих химиотерапевтических пре- паратов: фурацилин, фурагин – содержат ядро фурана; 5-НОК, энтеросеп- тол – ядро хинолина; антипирин, амидопирин – ядро пиразола, оратат ка- лия – ядро пиримидина; рибоксин – ядро пурина.

Номенклатура гетероциклических соединений сложна. Поэтому ши- роко используются тривиальные и полутривиальные названия. Некоторые закономерности можно отметить лишь для N-содержащих гетероциклов.

5-членные гетероциклы с двумя гетероатомами, содержащие атом N, называются азолами. Вид второго гетероатома обозначается приставкой. Например,

N        N

N             S

имидазол     тиазол

Шестичленные гетероциклы с атомом N имеют окончание -ИН. На- пример, пиридИН, пиримидИН.

Производные гетероциклов называются и по международной, и по рациональной номенклатурам.

Нумерацию кольца (для указания положения заместителя и т.д.) на- чинают с гетероатома и ведут таким образом, чтобы заместитель получил наименьший номер. Если в цикле несколько гетероатомов, то начинают нумерацию с наиболее электроотрицательного и ведут так, чтобы гетероа- томы получили наименьшие номера.

4    N3

 

4 N3

4

5 N3

5          2       5          2        6           2

N 1                   S1                                N

1

имидазол    тиазол      пиримидин

 

,

По рациональной номенклатуре атомы, стоящие рядом с гетероато-

, , ,

мом, обозначаются буквами греческого алфавита ( строится название

и т.д.) и

4

5                3

 

6

N 1 2

CH3

3-метилпиридин,

-метилпиридин,

-пиколин

 

 

При нумерации конденсированных гетероциклов важно определить главный цикл и атомы, участвующие в конденсации, т.к. они, как правило, не нумеруются. В конденсированных циклах с бензолом главным является гетероцикл (индол, хинолин). В других конденсированных гетероциклах главным является гетероцикл с большим числом гетероатомов, либо боль- ший гетероцикл, если они одинаковы, то главным будет цикл, содержащий азот:

8

N1

7

N1

4                                        5

5                          3       6

4                        6

5

3     1 N              N 7

 

6                          2       7

2       2                          8

4

₃N   N ₉