Гетероциклические соединения

Июль 23, 2022

Главная
Химия
Гетероциклические соединения

Содержание

2. К классу гетероциклов относят производные органических соединений, имеющих циклический скелет, в составе которого присутствуют атомы других
3. Гетероциклические соединения, как и карбоциклические, могут быть насыщенными и ненасыщенными Насыщенные гетероциклы по химическим свойствам почти
4. Распространение в природе Значимость Ароматические азотсодержащие гетероциклы широко распространены в природе; некоторые из них являются основой
5. Гетероциклические фрагменты входят в состав многих α-аминокислот
6. Производное гетероциклической системы порфирина - гем является важнейшей частью биомолекулы гемоглобина, ответственной за перенос кислорода в
7. Самые разнообразные системы гетероциклического ряда являются основой молекул витаминов молекула витамина B12 (цианокобаламина), представляет собой производное
8. Большое число производных гетероциклов применяется в качестве лекарственных средств
9. На основе гетероциклов синтезировано большое количество красителей. К синтетическим относятся синий индиго и метиленовый синий, красный
10. В растительном мире весьма распространены флавоны, флавонолы и антоцианидины. Окраска этих соединений варьируется в широком интервале
11. Классификация и номенклатура Гетероциклические соединения классифицируют по размеру кольца, по типу гетероатомов и их количеству, по
12. Ароматические шестичленные гетероциклы, содержащие хотя бы один атом азота, называют азины; в соответствии с количеством гетероатомов
13. Широко применяется также более старая номенклатура гетероциклов. Атомы ядра обозначают буквами греческого алфавита, начиная от соседнего
14. Типы гетероатомов Если гибридный атом образует максимально возможное количество σ-связей. При этом у него остаются неподеленные
15. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом и двумя двойными С-С-связями отвечают требованиям
16. Атомы кислорода и серы, как и атом азота, способны выступать в качестве донора неподеленной пары электронов,
17. Химические свойства Кислотные свойства Пиролл проявляет свойство NH кислоты пирролят калия изомеризация N-пиррилмагнийбромид
18. N-ацилпиррол – в отсутствии катализатора при нагревании перегруппировывается в более термодинамически устойчивый продукт – 2-ацетилпиррол N-ацилпиррол
19. Основные свойства солянокислый пиррол
20. Реакции ядра Нитрование. Нитрующая смесь вызывают быстрое разложение пиррола, поэтому для нитрования используют специальные реагенты: ацетилнитрат,
21. Ацилирование. Не требует катализаторов Галогенирование -СН3СООН
22. Карбоксилирование по Кольбе с карбонатом аммония Реакция азосочетания
23. Присоединение Протекает легче, чем у бензола. Скорость реакции увеличивается от тиофена к фурану и пирролу пиррол
24. Взаимопревращение пятичленных гетероциклов Реакция Юрьева. В жестких условиях пиррол, фуран и тиофен способны к раскрытию кольца
25. Шестичленные гетероциклы Пиридин представляет собой электронный аналог бензола, в котором одна группа СН заменена атомом азота.
26. Химические свойства Превращения по атому азота Основные свойства. Пиридин – основание средней силы Нуклеофильные свойства
27. Реакции по кольцу Эти реакции протекают значительно труднее, чем в бензоле. Пиридин атакуется только сильнейшими электрофилами,
28. 2) Сульфирование 3) Галогенирование
29. Нуклеофильное замещение Более характерными превращениями пиридина являются реакции нуклеофильного замещения. Замещение атома водорода на аминогруппу протекает
30. Свободнорадикальные реакции При действии атомарных хлора и брома на пиридин происходит свободнорадикальное галогенирование, которое, в отличие
31. Индол Индол представляет собой конденсированную биядерную систему, состоящую из ядра пиррола и бензола. Систематическое название индола
32. Химические свойства Как и пиррол, индол обладает NH-кислотностью. В растворе натрия в жидком аммиаке образует N-натрийиндол,
33. Индол проявляет высокую активность в реакциях с разнообразными электрофилами, причем замещение ориентируется в положение 3
34. Мочевая кислота. Является двухосновной кислотой, образует кислые и средние соли — ураты В водных растворах мочевая
36. Скачать презентацию

Слайд 2

К классу гетероциклов относят производные органических соединений, имеющих циклический скелет, в

составе которого присутствуют атомы других элементов – так называемые гетероатомы
Наиболее распространены гетероциклы, содержащие в качестве гетероатомов элементы-неметаллы II и III периодов, в первую очередь, важнейшие элементы-органогены, такие как азот, кислород, сера, фосфор

Слайд 3

Гетероциклические соединения, как и карбоциклические, могут быть насыщенными и ненасыщенными
Насыщенные гетероциклы

по химическим свойствам почти не отличаются от аналогичных соединений с открытой цепью. Так, пиперидин и морфолин реагируют как простые вторичные амины; лактоны и лактамы проявляют характерные свойства ангидрида и амида карбоновой кислоты

Слайд 4

Распространение в природе Значимость
Ароматические азотсодержащие гетероциклы широко распространены в природе; некоторые

из них являются основой важнейших молекул, необходимых для существования живых организмов.

Слайд 5

Гетероциклические фрагменты входят в состав многих α-аминокислот

Слайд 6

Производное гетероциклической системы порфирина - гем является важнейшей частью биомолекулы гемоглобина,

ответственной за перенос кислорода в организме животных. Родственный ему гетероцикл хлорин представляет собой основу хлорофилла

Слайд 7

Самые разнообразные системы гетероциклического ряда являются основой молекул витаминов
молекула витамина B12

(цианокобаламина), представляет собой производное гетеросистемы коррина

Слайд 8

Большое число производных гетероциклов применяется в качестве лекарственных средств

Слайд 9

На основе гетероциклов синтезировано большое количество красителей. К синтетическим относятся синий

индиго и метиленовый синий, красный тиоиндиго, комплексные нерастворимые фиолетовые пигменты – фталоцианины

Слайд 10

В растительном мире весьма распространены флавоны, флавонолы и антоцианидины. Окраска этих

соединений варьируется в широком интервале – от бледно-желтой до темно-фиолетовой.

Слайд 11

Классификация и номенклатура
Гетероциклические соединения классифицируют по размеру кольца, по типу гетероатомов

и их количеству, по числу ядер

Слайд 12

Ароматические шестичленные гетероциклы, содержащие хотя бы один атом азота, называют азины;

в соответствии с количеством гетероатомов различают моно-, ди-, триазины и т.д.
Пятичленные азотистые гетероциклы с более чем одним гетероатомом называют азолами

Слайд 13

Широко применяется также более старая номенклатура гетероциклов. Атомы ядра обозначают буквами

греческого алфавита, начиная от соседнего с гетероатомом. Такой способ нумерации чаще всего используется для гетероциклов с одним гетероатомом и одним заместителем, например, положения 3 и 5 в молекуле пиридина - β-положения

Слайд 14

Типы гетероатомов
Если гибридный атом образует максимально возможное количество σ-связей. При этом

у него остаются неподеленные пары электронов, что позволяет им взаимодействовать с p-орбиталями соседних атомов и участвовать в сопряжении. Такие гетероатомы называются пиррольными.
Если гетероатом соединен с соседними атомами не только σ-, но и π-связью, его относят к «пиридиновому» типу. Неподеленная пара электронов такого атома не участвует в сопряжении.

Слайд 15

Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом
Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом и двумя

двойными С-С-связями отвечают требованиям ароматичности
Ядра пиррола, фурана и тиофена представляют собой плоский цикл с сопряженной системой электронных орбиталей, которая включает 4n+2 р-электрона, два из которых поставляет гетероатом

Слайд 16

Атомы кислорода и серы, как и атом азота, способны выступать в

качестве донора неподеленной пары электронов, но в химических свойствах сравниваемых гетероциклов наблюдаются существенные отличия
Во-первых молекулах фурана и тиофена гетероатом не образует третьей σ-связи, но имеет дополнительную неподеленную электронную пару. Эта пара электронов не может вступить в сопряжение с π-системой ядра, но она влияет на электронные эффекты гетероатомов
Во-вторых, важным фактором является электроотрицательность гетероатома, находящегося в составе цикла. При переходе от пиррола к тиофену и фурану донорный эффект гетероатома ослабевает, а акцепторный – возрастает, результатом чего становится изменение направления дипольного момента
В-третьих у пятичленных гетероциклов более низкая ароматичность по сравнению с бензолом

Слайд 17

Химические свойства
Кислотные свойства
Пиролл проявляет свойство NH кислоты
пирролят калия
изомеризация
N-пиррилмагнийбромид

Слайд 18

N-ацилпиррол – в отсутствии катализатора при нагревании перегруппировывается в более термодинамически

устойчивый продукт – 2-ацетилпиррол

N-ацилпиррол

Слайд 19

Основные свойства
солянокислый пиррол

Слайд 20

Реакции ядра
Нитрование. Нитрующая смесь вызывают быстрое разложение пиррола, поэтому для нитрования

используют специальные реагенты: ацетилнитрат, кристаллический тетрафторборат нитрония
Сульфирование

комплекс SO3 c пиридином

Слайд 21

Ацилирование. Не требует катализаторов
Галогенирование
-СН3СООН

Слайд 22

Карбоксилирование по Кольбе с карбонатом аммония
Реакция азосочетания

Слайд 23

Присоединение
Протекает легче, чем у бензола. Скорость реакции увеличивается от тиофена к

фурану и пирролу

пиррол

пирролин

пирролидин

Слайд 24

Взаимопревращение пятичленных гетероциклов
Реакция Юрьева. В жестких условиях пиррол, фуран и тиофен

способны к раскрытию кольца под действием нуклеофилов, поэтому при наличии подходящего реагента они способны переходить друг в друга. Реакция протекает при 350 °С в присутствии катализатора Al2O3

Слайд 25

Шестичленные гетероциклы
Пиридин представляет собой электронный аналог бензола, в котором одна группа

СН заменена атомом азота. В отличие от пиррола, атом азота в нейтральной молекуле пиридина образует две σ- и одну π-связь. Неподеленная пара электронов атома азота в сопряжение не вступает

Слайд 26

Химические свойства
Превращения по атому азота
Основные свойства. Пиридин – основание средней силы
Нуклеофильные

свойства

Слайд 27

Реакции по кольцу
Эти реакции протекают значительно труднее, чем в бензоле. Пиридин

атакуется только сильнейшими электрофилами, причем в весьма жестких условиях. Электрофильное замещение при этом ориентируются в положение 3 (или β)
1) Нитрование

Слайд 28

2) Сульфирование
3) Галогенирование

Слайд 29

Нуклеофильное замещение
Более характерными превращениями пиридина являются реакции нуклеофильного замещения. Замещение атома

водорода на аминогруппу протекает под действием амида натрия при нагревании и всегда ориентируется в положение 2 (α)

Слайд 30

Свободнорадикальные реакции
При действии атомарных хлора и брома на пиридин происходит свободнорадикальное

галогенирование, которое, в отличие от электрофильного, ориентируется в положения 2 и 6

Слайд 31

Индол
Индол представляет собой конденсированную биядерную систему, состоящую из ядра пиррола и

бензола. Систематическое название индола – бензо[b]пиррол. Химические свойства пиррола и индола во многом схожи, но имеются и различия

Слайд 32

Химические свойства
Как и пиррол, индол обладает NH-кислотностью. В растворе натрия в

жидком аммиаке образует N-натрийиндол, с гидроксидом калия (КОН) при 130 °C — N-калийиндол

N-натрийиндол

Слайд 33

Индол проявляет высокую активность в реакциях с разнообразными электрофилами, причем замещение

ориентируется в положение 3

Слайд 34

Мочевая кислота. Является двухосновной кислотой, образует кислые и средние соли —

ураты
В водных растворах мочевая кислота существует в двух формах: лактамной и лактимной

мононатриевая соль мочевой кислоты

динатриевая соль мочевой кислоты

Гетероциклические соединения

Содержание

К классу гетероциклов относят производные органических соединений, имеющих циклический скелет, в

Гетероциклические соединения, как и карбоциклические, могут быть насыщенными и ненасыщеннымиНасыщенные гетероциклы

Распространение в природе ЗначимостьАроматические азотсодержащие гетероциклы широко распространены в природе; некоторые

Гетероциклические фрагменты входят в состав многих α-аминокислот

Производное гетероциклической системы порфирина - гем является важнейшей частью биомолекулы гемоглобина,

Самые разнообразные системы гетероциклического ряда являются основой молекул витаминовмолекула витамина B12

Большое число производных гетероциклов применяется в качестве лекарственных средств

На основе гетероциклов синтезировано большое количество красителей. К синтетическим относятся синий

В растительном мире весьма распространены флавоны, флавонолы и антоцианидины. Окраска этих

Классификация и номенклатураГетероциклические соединения классифицируют по размеру кольца, по типу гетероатомов

Ароматические шестичленные гетероциклы, содержащие хотя бы один атом азота, называют азины;

Широко применяется также более старая номенклатура гетероциклов. Атомы ядра обозначают буквами

Типы гетероатомовЕсли гибридный атом образует максимально возможное количество σ-связей. При этом

Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомомПятичленные гетероциклы с одним гетероатомом и двумя

Атомы кислорода и серы, как и атом азота, способны выступать в

Химические свойстваКислотные свойстваПиролл проявляет свойство NH кислотыпирролят калияизомеризацияN-пиррилмагнийбромид

N-ацилпиррол – в отсутствии катализатора при нагревании перегруппировывается в более термодинамически

Основные свойствасолянокислый пиррол

Реакции ядраНитрование. Нитрующая смесь вызывают быстрое разложение пиррола, поэтому для нитрования

Ацилирование. Не требует катализаторовГалогенирование-СН3СООН

Карбоксилирование по Кольбе с карбонатом аммонияРеакция азосочетания

ПрисоединениеПротекает легче, чем у бензола. Скорость реакции увеличивается от тиофена к

Взаимопревращение пятичленных гетероцикловРеакция Юрьева. В жестких условиях пиррол, фуран и тиофен

Шестичленные гетероциклыПиридин представляет собой электронный аналог бензола, в котором одна группа

Химические свойстваПревращения по атому азотаОсновные свойства. Пиридин – основание средней силыНуклеофильные

Реакции по кольцуЭти реакции протекают значительно труднее, чем в бензоле. Пиридин

2) Сульфирование3) Галогенирование

Нуклеофильное замещениеБолее характерными превращениями пиридина являются реакции нуклеофильного замещения. Замещение атома

Свободнорадикальные реакцииПри действии атомарных хлора и брома на пиридин происходит свободнорадикальное

ИндолИндол представляет собой конденсированную биядерную систему, состоящую из ядра пиррола и

Химические свойстваКак и пиррол, индол обладает NH-кислотностью. В растворе натрия в