Гетероциклические соединения

Сентябрь 9, 2022

Главная
Химия
Гетероциклические соединения

Содержание

2. Известно, что связи атома азота с углеродными атомами характерны для класса аминов. Входя в циклическую структуру,
3. 3.1. Пиридин Пиридин С5H5N – шестичленный гетероцикл с одним атомом азота. Это бесцветная жидкость с неприятным
4. Из трех гибридных орбиталей атома азота две образуют σ-связи С–N, а третья содержит неподеленную пару электронов,
5. Наряду с основными свойствами пиридин проявляет свойства ароматического соединения. Однако его активность в реакциях электрофильного замещения
6. 3.2. Пиррол Пиррол С4H4NН – пятичленный гетероцикл с одним атомом азота. Бесцветная жидкость с температурой кипения
7. Атомы углерода и азота находятся в состоянии sp2-гибридизации. σ-Связи C–C, C–H и C–N образованы гибридными орбиталями.
8. Устойчивость пиррола как ароматической структуры значительно меньше, чем бензола. Под действием сильных минеральных кислот электронная пара
9. под действием сильных минеральных кислот пиррол вступает в реакции полимеризации. Пиррол применяют для синтеза различных органических
10. 3.3. Пиримидин и пурин Пиримидин С4Н4N2 — шестичленный гетероцикл с двумя атомами азота. Проявляет свойства очень
11. Пурин С5H4N4 — соединение, в молекуле которого сочетаются структуры шести- и пятичленного гетероциклов (пиримидина и имидазола),
12. 3.3.1. Пиримидиновые основания Пиримидиновые основания – производные пиримидина, входящие в состав нуклеиновых кислот: урацил, тимин, цитозин.
13. Пиримидиновые основания входят в состав нуклеозидов — структурных компонентов нуклеиновых кислот (часть VI, раздел 6.4). Нуклеозиды
15. Скачать презентацию

Слайд 2

Известно, что связи атома азота с углеродными атомами характерны для класса

аминов. Входя в циклическую структуру, эти группы проявляют как некоторые свойства аминов, так и особые специфические свойства, обусловленные циклическим строением.

Слайд 3

3.1. Пиридин
Пиридин С5H5N – шестичленный гетероцикл с одним атомом азота.
Это бесцветная

жидкость с неприятным запахом, т.кип. 115 °С. Хорошо растворяется в воде и органических жидкостях. Ядовит.
Электронное строение молекулы пиридина сходно со строением бензола. Атомы углерода и азота находятся в состоянии sp2-гибридизации. Все σ-связи C–C, C–H и C–N образованы гибридными орбиталями, углы между ними составляют примерно 120°. Поэтому цикл имеет плоское строение. Шесть электронов, находящихся на негибридных р-орбиталях, образуют π-электронную ароматическую систему.

Слайд 4

Из трех гибридных орбиталей атома азота две образуют σ-связи С–N,

а третья содержит неподеленную пару электронов, которые не участвуют в π-электронной системе. Поэтому пиридин, подобно аминам, проявляет свойства основания. Его водный раствор окрашивает лакмус в синий цвет. При взаимодействии пиридина с сильными кислотами образуются соли пиридиния.

Слайд 5

Наряду с основными свойствами пиридин проявляет свойства ароматического соединения. Однако его активность

в реакциях электрофильного замещения ниже, чем у бензола. Это объясняется тем, что азот как более электроотрицательный элемент оттягивает электроны на себя и понижает плотность электронного облака в кольце, в особенности в положениях 2, 4 и 6 (орто- и пара-положения). Поэтому, например, реакция нитрования пиридина проходит в жестких условиях (при 300 °C) и с низким выходом. Ориентирующее влияние атома азота на вступление нового заместителя при электрофильном замещении в пиридине подобно влиянию нитрогруппы в нитробензоле (часть II, раздел 7.3.2, "Правила ориентации"): реакция идет в положение 3.
Как и бензол, пиридин может присоединять водород в присутствии катализатора с образованием насыщенного соединения пиперидина.
Пиперидин проявляет свойства вторичного амина (сильное основание).

Слайд 6

3.2. Пиррол
Пиррол С4H4NН – пятичленный гетероцикл с одним атомом азота.
Бесцветная жидкость

с температурой кипения 130 °С, плохо растворимая в воде, на воздухе быстро окисляется и темнеет.
Электронное строение молекулы пиррола объясняет его свойства как слабой кислоты и ароматического соединения.

Слайд 7

Атомы углерода и азота находятся в состоянии sp2-гибридизации. σ-Связи C–C, C–H и

C–N образованы гибридными орбиталями. Цикл имеет плоское строение. На негибридной р-орбитали азота находится неподеленная пара электронов, которые вступают в сопряжение с четырьмя р-электронами атомов углерода. Таким образом, в циклической системе сопряжения находится 6 электронов, что определяет ароматические свойствапиррола.
Пиррол значительно активнее бензола в реакциях электрофильного замещения, т.к. атом азота, предоставляя в систему сопряжения два электрона (+М-эффект), повышает электронную плотность в цикле. Пример - замещение 4-х атомов водорода при иодировании:

Слайд 8

Устойчивость пиррола как ароматической структуры значительно меньше, чем бензола. Под действием

сильных минеральных кислот электронная пара азота все же используется для солеобразования, и свойства пиррола резко меняются: ароматичность исчезает (в системе сопряжения остается всего 4 электрона). При этом проявляются свойства диена, например, способность к полимеризации.
Связывание неподеленной электронной пары атома азота системой сопряжения приводит к резкому ослаблению основных и проявлению кислотных свойств. Как слабая кислота пиррол вступает в реакцию с металлическим калием, образуя соль – пиррол-калий:
Пиррол может участвовать в реакциях присоединения:
гидрирование приводит к образованию пирролидина

Слайд 9

под действием сильных минеральных кислот пиррол вступает в реакции полимеризации.
Пиррол применяют

для синтеза различных органических веществ. Пиррольные структуры содержатся в гемоглобине, хлорофилле, витамине В12 и некоторых других природных соединениях. В состав молекул этих сложных веществ входит тетрапиррольный фрагмент (порфин) в виде комплекса с металлом:
ГдеМе-металл (Fe в гемоглобине, Mg в хлорофилле, Co в витамине В12).

Слайд 10

3.3. Пиримидин и пурин
Пиримидин С4Н4N2 — шестичленный гетероцикл с двумя атомами азота.
Проявляет

свойства очень слабого основания, т.к. атомы азота в sp2-гибридизованном состоянии довольно прочно удерживают неподеленную электронную пару. Для пиримидина, подобно пиридину, характерна 6π-электронная ароматическая система. Поэтому его цикл обладает повышенной устойчивостью (см. VRML-модель).

Слайд 11

Пурин С5H4N4 — соединение, в молекуле которого сочетаются структуры шести- и пятичленного

гетероциклов (пиримидина и имидазола), содержащих по два атома азота.
Проявляет амфотерные свойства. Слабые основные свойства связаны с атомами азота шестичленного (пиримидинового) цикла. Слабые кислотные свойства обусловлены группой N–H пятичленного цикла имидазола (по аналогии с пирролом).
Эти соединения являются основой пиримидиновых и пуриновых оснований, входящих в состав природных высокомолекулярных веществ — нуклеиновых кислот.

Слайд 12

3.3.1. Пиримидиновые основания
Пиримидиновые основания – производные пиримидина, входящие в состав нуклеиновых

кислот: урацил, тимин, цитозин. Для оснований, содержащих группу –ОН, характерно подвижное равновесие структурных изомеров, обусловленное переносом протона от кислорода к азоту и наоборот:

Подобное динамическое равновесие структурных изомеров называют "таутомерией". Данный частный случай относят к лактим-лактамной таутомерии.

Слайд 13

Пиримидиновые основания входят в состав нуклеозидов — структурных компонентов нуклеиновых кислот (часть VI,

раздел 6.4). Нуклеозиды образуются за счет отщепления водорода от N–H-связи в молекуле азотистого основания и гидроксила при С1 в молекуле углевода рибозы (или 2-дезоксирибозы). Например:
Здесь проявляются нуклеофильные свойства амина (группа :N–H в азотистом гетероцикле) и способность к нуклеофильному замещениюполуацетального гидрокисила (при С1) в молекуле углевода.