Гетероциклические соединения

Гетероциклическими соединениями (гетероциклами) называют циклические органические соединения, в состав атомов циклов которых, помимо углеродных, входят атомы других химических элементов – гетероатомы. Наибольшее значение имеют гетероциклические соединения, в которых в состав пяти- и шестичленных колец входят атомы азота, кислорода и серы. Приведем вначале некоторые примеры.

Гетероциклы можно классифицировать как по признаку входящих в них гетероатомов (II–V), так и по числу гетероатомов в цикле (I).

Ароматичность пятичленных гетероциклов с двумя -связями объясняется тем, что одна свободная пара электронов атомов N, S, O действует в ароматической (подобно бензолу) делокализации и образовании ароматического секстета.

Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом

Кним относятся фуран, тиофен, пиррол и их гидрированные производные:

Получение фурана

1. Общий метод его синтеза основан на дегидратации уже знакомых читателям алифатических 1,4-диолов.

2. Синтезируют его и по реакции:

Химические свойства фурана

1. Окисление

2. Окисление фурана на воздухе сопровождается полимеризацией.

3. Первой стадией взаимодействия с сильными кислотами является реакция:

4. Несмотря на малую стабильность, фуран способен к реакциям электрофильного замещения (сульфирование, нитрование).



Получение пиррола

Его синтезируют по следующим реакциям:

1. Действие аммиака на 1,4-дигидроксисоединения (реакция Пиаль-Кнорра).

2. Пропускание паров фурана с аммиаком над Al₂O₃ (400 C).

Химические свойства пиррола

1. Восстановление водородом.

2. Взаимодействие с металлическим калием.

3. Взаимодействие с магнийорганическими соединениями.

Получение имидазола

Получают действием на глиоксаль формальдегида и аммиака.

Химические свойства имидазола

Имидазол – сильное основание (сильнее пиридина).

1. Взаимодействует с сильными кислотами с образованием солей.

2. Взаимодействует с реактивом Гриньяра.

Шестичленные гетероциклы

Пиридин

Он обладает сильными основными свойствами (К_в= 1,810^9), имеет сильный неприятный запах, смешивается с водой в любых отношениях. Его дипольный момент – 2,2 Дебая.

Пиридин можно рассматривать как аналог бензола, в котором одна СН-группа замещена атомом азота.

Все атомы кольца находятся в состоянии sp2-гибридизации. Шесть р-электронов двойных связей сопрягаются, образуя единую-орбиталь.

Получение пиридина достаточно сложно. При пропускании смеси альдегидовRCH₂CHOс аммиаком надAl₂O₃(400C) получается смесь гомологов пиридина.

Далее их разделяют.

Химические свойства пиридина

1. Взаимодействует с амидом натрия (реакция А.Е. Чичибабина).

2. Взаимодействует с сильными кислотами с образованием соли.

3. Пиридин индифферентнее бензола. В жестких условиях он нитруется, сульфируется, бромируется с низким выходом в -положение.

Второй заместитель ввести не удается.