Строение пиразола и имидазола

Пиразол и имидазол относятся к ароматическим соединениям. Атом азота, имеющий протон, предоставляет свою Неподеленную электронную плотность(НПЭ) в ароматический секстет. Этот атом азота называетсяпиррольным. Второй атом азота, его называют пиридиновым, отдает только один р-ē, его НПЭ расположена на sp²-гибридных орбиталях и обуславливает осно́вные свойства обоих гетероциклов.

Прототропная таутомерия производных пиразола и имидазола

Нумерация в циклах производится от пиррольного атома азота.

Реакционная способность

1. Кислотно-осно́вные свойства

Имидазол и пиразол являются амфотерными соединениями, проявляя осно́вные и NH-кислотные свойства. Из-за взаимного акцепторного влияния атомов азота, расположенных рядом, основность пиразола на четыре порядка меньше основности имидазола.

2. Реакции электрофильного замещения, S_EAr

Реакции электрофильного замещения, S_EAr протекают с трудом в жестких условиях Реакции идут преимущественно в положение 4 для пиразола и положение 5(4) для имидазола.

Примеры реакций

Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами. Пиразолон и его таутомерия. Лекарственные средства на основе пиразолона-5: антипирин, амидопирин, анальгин. Производные имидазола: гистидин, гистамин, бензимидазол, дибазол. Тиазолидин.

Строение и синтез лекарственных средств на основе пиразолона-3

Таутомерия

Антипирин, амидопирин, анальгин оказывают общее действие на организм человека в качестве жаропонижающих и обезболивающих средств, бутадион применяют в качестве анальгетика при болях в суставах.

Синтез антипирина и амидопирина

Синтез анальгина

Имидазол.Этот гетероцикл является структурным фрагментом белковой аминокислоты гистидина и продукта ее декарбоксилирования - биогенного амина гистамина.

Имидазол, конденсированный с бензольным кольцом - бензимидазол- входит в состав ряда природных веществ, в частности витамина В₁₂, а также вазодилатирующего средства дибазола(2-бен- зилбензимидазола).

Пиразол.Производные пиразола в природе не обнаружены. Наиболее известным производным пиразола являетсяпиразолон,одна из изомерных форм которого приведена ниже. На основе пиразолона созданы анальгетические средства -анальгин, бутадиони др.

Тиазол.В цикле тиазола содержатся два разных гетероатома. Структура тиазола встречается в составе важных биологически активных веществ - тиамина(витамина В₁) и ряде сульфаниламидных препаратов, например, противомикробного средства фталазола.

Цикл полностью гидрированного тиазола - тиазолидин- является структурным фрагментом пенициллиновых антибиотиков

53.Азины. Строение, номенклатура. Ароматические представители: пиридин, хинолин, изохинолин. Оснóвные свойства. Реакции электрофильного замещения (нитрование, сульфирование, галогенирование).

Пиридин, хинолин, изохинолин
Образуя названия производных пиридина и его бензологов, используют нумерацию цикла. В случае пиридина используют также буквы греческого алфавита. Некоторые производные имеют тривиальные названия.
Азины— гетероциклические соединения, содержащие в шестичленном цикле, наряду с атомами углерода, не менее двух других атомов, из которых, по крайней мере, один — атом азота^[1].Азины обладают основным характером и дают соли с кислотами.

Номенклатура гетероциклов

Для большинства гетероциклических соединений применяются тривиальные названия. При нумерации положений в кольце гетероатом обычно получает меньший номер.

Иногда для обозначения атомов используют греческие буквы. Если в конденсированных системах гетероатом не находится рядом с местом конденсации циклов, нумерация начинается с ближайшего к месту конденсации атома, при этом гетероатом приобретает наименьший номер.

Наличие у атома азота пиридина и его бензологов свободной пары электронов, не участвующей в сопряженной системе, обусловливает их основные и нуклеофильные свойства.

Пиридин и хинолин являются слабыми основаниями и с сильными кислотами образуют соли пиридиния и хинолиния.

Сульфирование хинолина приводит к 8-хинолинсульфокислоте, при щелочном плавлении которой

При нитровании изохинолина образуется смесь 5-нитро- и 8-нитроизохинолинов в соотношении 9:1.

N-оксидная группа, как и в случае пиридин-N-оксида, существенно модифицирует реакционную способность хинолинового и изохинолинового ядер, приводя к тому, что реакции электрофильного замещения протекают в более мягких условиях, причем в случае хинолина нитрование идет по положению 4, а в случае изохинолина в тех же условиях – по положениям 5 и 8 (соотношение продуктов 9:1). Это различие связано, по-видимому, с тем, что в случае изохинолин-N-оксида реагирует его протонированная форма, в отличие от хинолин-N-оксида.

Реакции электрофильного замещения
Пиридин
Реакции электрофильного замещения в пиридине идут с большим трудом, что По реакционной способности к электрофильному замещению пиридин напоминает нитробензол. Замещение идет по положению 3.
Несмотря на то, что в резонансной стабилизации промежуточного катиона при электрофильной атаке как при замещении по положению 3, так и по положениям 2 и 4, участвует одинаковое число мезомерных структур, в последних двух случаях катионы с положительным зарядом на иминном атоме азота крайне невыгодны.
Пиридин нитруется, сульфируется и галогенируются в очень жестких условиях. Только процессы галогенирования и сульфирования идут с удовлетворительными выходами. Алкилирование и ацилирование в кольцо провести не удается.
Реакции нуклеофильного замещения
Реакции нуклеофильного замещения для пиридиниевого цикла наиболее характерны.. Нуклеофильное замещение протекает по механизму присоединения-отщепления (S_NAr). Наиболее активированными являются положения 2 и 4. При атаке нуклеофила по этим положениям образуются наиболее стабильные анионные интермедиаты, в которых атом азота участвует в делокализации отрицательного заряда.
В хинолине к нуклеофильному замещению также активированы положения 2 и 4.
Под действием таких сильных нуклеофилов, как амиды металлов и металлоорганические соединения, в пиридине и хинолине возможно замещение гидрид-иона. Аминирование пиридина и хинолина амидами металлов носит название реакции Чичибабина. Процесс проводят путем нагревания реагентов в инертном растворителе. Механизм реакции – присоединение –отщепление.
Аналогично реагирует хинолин с образованием 2-аминохинолина.
При действии на пиридин и хинолин фениллития водород в положении 2 замещается на фенильную группу.
Подобно пиридину, хинолин и изохинолин реагируют с нуклеофильными реагентами, в частности, вступают в реакцию Чичибабина с образованием 2-аминохинолина и 1-аминоизохинолина соответственно. Присоединение металлоорганических реагентов к хинолину происходит в очень жестких условиях. Как и в случае пиридина, превращение хинолина и изохинолина в N-оксиды значительно облегчает взаимодействие с нуклеофилами. Активны в реакциях нуклеофильного присоединения и алкилхинолиниевые и -изохинолиниевые соли.

Для пиридина характерны реакции ароматического нуклеофильного замещения, протекающие преимущественно по орто-пара положениям кольца.

54.Пиридин. Нуклеофильные свойства пиридина. Гомологи пиридина: α-, β- и γ-пиколины; их окисление.

Пиридин C₅H₅N - простейший шестичленный ароматиче­ский гетероцикл с одним атомом азота. Его можно рассматривать как аналог бензола, в котором одна группа СН заменена на атом азота:

Химические свойства пиридина определяются наличием ароматической системы и основного атома азота.

Основные и нуклеофильные свойства.

Пиридин проявляет слабые основные свойства (=5,23) за счет неподеленной пары электронов азота и с кислотами образует соли пиридиния.

Атом азота пиридина проявляет также нуклеофильные свойства и алкилируется алкилгалогенидами с образованием солей алкилпиридиния.

Соли алкилпиридиния легко взаимодействуют с нуклеофильными реагентами, в том числе с комплексными гидридами металлов (NaBH₄), с образованием продуктов присоединения.

Пиколинами называют монометильные производные пиридина. По химическим свойствам пиколины сходны с пиридином. Они образуют соли с сильными кислотами и алкилгалогенидами, окисляются до N-оксидов, восстанавливаются до производных пиперидина, аналогично метил производным бензола окисляются a-пиколин до пиколиновой, b-пиколин до никотиновой и g-пиколин до изоникотиновой кислоты.

Гомологи пиридина по свойствам похожи на гомологи бензола. Так, при окислении боковых цепей образуются соответствующие карбоновые кислоты:

Никотиновая кислота и ее амид — важные лекарственные препараты.