1) Гетероциклические соединения. Определения. Классификация.

Гетероциклические соединения (гетероциклы) — органические соединения, содержащие циклы, в состав которых наряду с углеродом входят и атомы других элементов.

Классификация гетероциклических соединений. В зависимости от природы гетероатома различают кислород-, азот- и серосодержащие соединения. Существуют и соединения, в составе которых есть одновременно несколько одинаковых ( диоксан) или различных гетероатомов ( тиазол, оксазин). Кроме того, их делят на насыщенные соединения ( пиперидин) и ненасыщенные, т.е. содержащие кратные связи ( фуран, пиридин, тиофен). В зависимости от числа циклических фрагментов в молекуле различают моноядерные – моноциклические соединения и полиядерные – содержащие несколько циклов, причем циклы могут быть конденсированные (содержать два общих атома, индол), либо соединенные простой связью ( бипиридил). В особую группу выделяют макроциклические соединения, так называемые краун-эфиры, содержащие свыше четырех гетероатомов и более десяти звеньев в структуре цикла (звеном называют фрагмент из двух химически связанных атомов).

2) Пиррол и его соединения. Строение. Понятие о хлорофилле и гемине. Пролин, оксипролин. Нахождение в природе.

Пиррол в переводе с греческого означает огненно-красный и характеризует цвет, в который окрашивается древесина сосны после обработки соляной кислотой. Пиррол —это пятичленное гетероциклическое соединение, которое содержит в цикле один атом азота, обладает слабыми кислотными свойствами. Строение: Пиррол представляет собой бесцветную жидкость, напоминающую по запаху хлороформ, медленно темнеющую при стоянии на воздухе. Он слегка гигроскопичен, плохо растворим в воде и хорошо растворим в большинстве органических растворителей. Умеренно токсичен: его пары вызывают стойкое повышение температуры. Структуру пиррола предложил в 1870 г. Байер, основываясь на его окислении хромовой кислотой в малеинимид и образовании его при перегонке сукцинимида с цинковой пылью.

Соединения:

1) Сильные минеральные кислоты моут вытягивать электронную пару атома азота из ароматической системы, при этом ароматичность нарушается, и пиррол превращается в неустойчивое соединение, которое сразу полимеризуется. Неустойчивость пиррола в кислой среде называется «ацилофобностью».

2) Пиррол проявляет свойства очень слабой кислоты. Он реагирует с калием, образуя пирролкалий:

3) Пиррол как ароматическое соединение склонен к реакциям электрофильного замещения, которые протекают преимущественно у α-атома углерода (соседнего с атомом азота). Поскольку пиррол под действием кислот полимеризуется, то для проведения замещения используют реагенты, не содержащие протонов.

Так, для нитрования пиррола используют ацетилнитрат:

4) При гидрировании пиррола образуется пирролидин — циклический вторичный амин, проявляющий значительные основные свойства.

Хлорофилл и гемин:

Хлорофилл и гемин содержат четыре ядра — производных пиррола, составляющие циклическую систему порфирина, которая включает ион металла как центральный атом. Хлорофилл — это зеленый пигмент растений, встречающийся в природе в связанном состоянии с молекулой белка. Он функционирует как механизм для превращения световой энергий в химическую в процессе фотосинтеза, столь важного в растениях. Гемоглобин, одна из составных частей красных кровяных шариков в крови позвоночных, состоит из гемина (красный пигмент), связанного с белком. Он действует как переносчик кислорода из легких к тканям животного. Эта функция основана на присутствии железа в комплексе. Ядовитые свойства окиси углерода связаны с ее способностью заменять кислород в этом процессе и оказывать, таким образом, удушающее действие.

Пролин и оксипролин:

Пролин и оксипролин относятся к аминокислотам пиррольного ряда. Они отличаются от всех других аминокислот тем, что не содержат первичной аминогруппы. С нингидрином они дают не фиолетовое, а желтое окрашивание. Характерной для них цветной реакцией является реакция с изатином — появление синего окрашивания у пролина и зеленого у оксипролина. Пролин — единственная из аминокислот, входящих в белки, которая легко растворяется в спирте. Оксипролин содержит два асимметрических атома углерода. Оксипролин содержится только в склеропротеинах и кератинах.

Нахождение в природе: Содержится в костном масле, а также в каменноугольной смоле. Простые пирролы в ничтожно малых количествах распространенны в природе. Например, 2-ацетилпиррол найден в листьях чая и табака, в бобах какао и кофе. Большое количество других производных пирролов выделено из микроорганизмов. Многие из них обладают антибиотическими свойствами. Важную роль играют природные производные продукта полного гидрирования пиррола- пирролидина- это бесцветная жидкость с резким аммиачным запахом. Хорошо растворим в воде, дымит на воздухе и других органических растворителях. Пирролидин возбуждающе действует на центральную нервную систему, при длительном воздействии снижает уровень гемоглобина в крови. Встречается он в никотине, листьях табака и опии. Производными пирролидина являются аминокислоты пролин и оксипролин. Обе аминокислоты входят в состав коллагена и эластина- фибриллярных белков соединительной ткани, содержащейся в теле высших животных и человека и выполняющей опорные и структурные функции. Хлорофилл — вещество, ответственное за зеленый цвет в растениях. Основное значение хлорофилла в природе — его участие в процессе фотосинтеза, в преобразовании световой энергии в химическую.