Индол                       Хинолин              Пурин

Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом Пиррол

..

4        3

 

5                  2

N1

H

 

 

Все атомы в пирроле находятся в sp² – гибридном состоянии, негиб- ридизованные р –орбитали этих атомов образуют единое облако, делока- лизованное по всей молекуле. Причем атомы углерода поставляют для об- разования этого облака по одному электрону, а атом азота свою электрон- ную пару. Образуется ароматический секстет (на пять атомов цикла в со- пряжении участвует шесть электронов). Таким образом, пиррол – элек- тронноизбыточная ароматическая система (выполняетяся правило Хюкке- ля: 4n + 2 = 6, n = 1).

Пиррол является ацидофобным соединением, легко вступает в реак- ции электрофильного замещения с мягкими электрофильными агентами.

 

 Химические свойства:

1) Реакции S_E идут, в первую очередь, в положения α (2 и 5), а затем β (3 и 4). Это реакции галоидирования, нитрования, сульфирования, ацилирова- ния, алкилирования:

+2 Br2 -2 HBr

Br

N H

2,5-дибромпиррол

CH3-COONO2 нитроацетат - СН3СООН

N H

+C5H5N *SO3, NaOH

S hqYji2HhRuJ0+3TeYkyrb6XxeE3hdpCZUmtpsef0ocOR9h01X8ez1fDq457fUZ4Ojz+rbNO/+drJ jdb3d9PzE4hIU/yDYdZP6lAlp9qd2QQxaMizPEuohmy9BDEDarXNQdTzpHKQVSn/d6h+AQAA//8D AFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9U eXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9y ZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAPAORwKGCwAAqzYAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRy cy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAPVYswLfAAAACwEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAA4A0A AGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAADsDgAAAAA= " path="m1025,591r2,-432m784,732l1025,591m282,156r,432m282,588l528,732m1027,159l282,156t743,435l1278,737m282,588l,747m1027,159l1296,m282,156l94,49m434,444r5,-42l450,361r21,-35l499,295r31,-26l567,248r42,-10l654,233r44,5l740,248r36,21l810,295r26,31l857,361r11,41l873,444r-5,42l857,525r-21,37l810,593r-34,26l740,637r-42,14l654,656r-45,-5l567,637,530,619,499,593,471,562,450,525,439,486r-5,-42e" filled="f" strokeweight=".27981mm"> Br                Br

+2 Br2

Br   -2 HBr   Br   N    Br

H

2,3,4,5-тетрабромпиррол

 

 

NO2

2-нитропиррол

 

 

сульфопиридин

C H N

N                                                                     N     SO₃H

+ 5 5

 

H

+CH3-CO-Cl

ацетилхлорид

-HCl

H

M 4M1uYkwqMZtSinoqgq0g3rbZaRKanQ3ZbZK+vePJ3maYj3++v1jNthMjDr51pCBeRCCQKmdaqhV8 7d8enkH4oMnozhEquKCHVXl7U+jcuIk+cdyFWnAI+VwraELocyl91aDVfuF6JL4d3WB14HWopRn0 xOG2k49RlEmrW+IPje5x02B12p2tgvdJT+skfh23p+Pm8rNPP763MSp1fzevX0AEnMM/DH/6rA4l Ox3cmYwXnYIsixNGFSzjJxAMLLOUhwOTaRKBLAt5XaH8BQAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2 gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAG AAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAG AAgAAAAhAPwiBqHlCwAARTYAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAI2/T3TgAAAACgEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAPw4AAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBL BQYAAAAABAAEAPMAAABMDwAAAAA= ">

N

2-сульфопиррол

 

COCH3

H

2-ацетилпиррол

пиридин

 

+CH3I

-HI

 

 

N

CH₃

H

2-метилпиррол

 

 

2) Реакции S_N не характерны, т. к. пиррол электронноизбыточная система.

3)  Кислотно - основные свойства: пиролл проявляет слабые кислотные свойства - образует соли только с сильными основаниями (с металличе- ским калием и 30 % р-ром КОН):

2 K

+ KH

KOH

N                              N

H                              K    + HOH

 

Пирролат калия

4)  Окислительно - восстановительные свойства: пиррол стоек к дейст- вию окислителей. При восстановлении (гидрировании) пиррола образу- ются продукты частичного или полного восстановления:

+H2,Cat,t,P                    +H2,Cat,t,P

N                                     N                                     N

H                                     H                                     H

Пирролин                    Пирролидин

Пирролидин входит в состав аминокислот (пролин, оксипролин). Винилпирролидин полимеризуется и образует полимер перистон –

заменитель плазмы крови.

 

Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом

Пиридин

.N.

S_N

 

SE                                                                       SE

 

 

S_N                                         SN

Атом азота в пиридине находится в sp² – гибридном состоянии. Од- нако, в отличие от пиролла, атом азота в пиридине вносит в π – систему один электрон, образующий с пятью р – электронами атомов углерода ароматический секстет (π, π - сопряжение) и выступает в роли электроно- акцептора. Одна из sp² – гибридных орбиталей азота занята неподеленной парой электронов и не участвует в сопряжении.

Пиридин не ацидофобен. Реакции электрофильного замещения S_E протекают по - положению (электронная плотность повышена), реакции

нуклеофильного замещения S_N протекают в и – положения (электрон- ная плотность понижена).

 Химические свойства

1) Реакции S_Е (нитрование, сульфирование, галоидирование):

+HNO3(конц), H2SO4(конц), t

-H2O

+ H2SO4 (конц),t

N                    -H₂O

NO₂

3-Нитропиридин

N

G nbAPrXcC0kkCDF3tVesaAYf96vYeWIjSKWm8QwHfGGBZXV6UslD+7F7xtIsNI4kLhRSgY+wKzkOt 0cow8R062n363spIY99w1cszya3hWZLMuJWtowtadviksf7aDZYsN+9+s93mODy/GPux129rvloL cX01Pj4AizjGPxh+8ykdKmo6+sGpwIyA2SLLCBUwzafACJgv7nJgRyLTPAVelfz/C9UPAAAA//8D AFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9U eXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9y ZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALC9/fy9CwAAmDYAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRy cy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAPaUeLPhAAAACgEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAFw4A AGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAAAlDwAAAAA= " path="m,222l,656m,222l377,m,656l245,798t261,-3l751,656t,l751,222t,l374,3m751,222l1022,63m97,451r5,-48l116,356r21,-40l166,277r31,-32l237,222r45,-22l329,190r40,-3l419,192r47,14l508,224r40,26l580,285r26,36l627,366r10,45l640,451r-5,47l624,545r-21,40l574,622r-34,34l500,679r-42,21l411,711r-42,3l318,708,274,695,229,677,192,650,158,616,132,579,113,534,102,490,97,451e" filled="f" strokeweight=".27364mm"> SO₃H

3-Сульфопиридин

N

Br

 

-HBr

3-Бромпиридин

+Br2, AlBr3, t

N

 

 

2) Реакции S_N :

 

+KOH кристал., t

 

 

-KH CH3ONa, t метилат натрия

N

-NaH

N   OH

 

2-Гидроксипиридин

 

 

 

-NaH

N   OCH₃

NaNH2 амид натрия ,

t

 

N    NH2

2-Метоксипиридин

 

2-Аминопиридин

 

 

3)  Кислотно - оснóвные свойства : пиридин не проявляет кислотных свойств. Для него характерны основные свойства (водный раствор пири- дина имеет щелочную реакцию среды). С кислотами образует соли пири- диния:

 

 

N..

+ H+X-                          X- N +

H

 

где X = Сl-, HSO -, NO

- и т.д.

4     3

 

 

4)  Окислительно-восстановительные свойства:

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

 

 

CH3

+ 3 [O] K2Cr2O7, t

N                       - H2O              N

COOH

3 - метилпиридин

3 - Пиридинкарбоновая кислота (никотиновая кислота)

 

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

 

 

+ 3H₂

N

Кат, t, р

 

 

N H

Пиперидин

 

Пиперидин входит в состав анестетика промедола. Производные пи- ридина: алкалоиды, витамины В₁, РР, ферменты, лекарственные противо- туберкулезные и др. препараты:

COOH   N     Никотиновая к-та (витамин РР)

O C NH NH2     N     Тубазид (гидразид изонико- тиновой кислоты)

O   C NH  N CH   N H3CO OH   Фтивазид

O C N(C2H5)2     N     Кордиамин