- •Введение
- •Электронное строение элементов-органогенов. Химическая связь в органических молекулах
- •Химическая связь в органических молекулах
- •Классификация химических реакций. Химические свойства алканов, алкенов и алкадиенов
- •Реакционная способность алканов
- •Реакционная способность алкенов
- •Химические свойства алкенов
- •Общий механизм реакций электрофильного присоединения
- •Реакции электрофильного присоединения к несимметричным алкенам
- •Реакции присоединения к алкадиенам
- •Сопряжённые системы. Ароматичность. Электронные эффекты. Реакции электрофильного замещения в бензоле и его производных
- •Химические свойства бензола
- •Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений. Электронные эффекты
- •Реакции электрофильного замещения в нафталине
- •Реакции окисления гомологов бензола
- •Химические свойства галогеналканов, спиртов и фенолов
- •Медико-биологическое значение галогеналканов
- •Спирты и фенолы
- •Медико-биологическое значение спиртов и фенолов
- •Кислотные и основные свойства органических соединений. Реакционная способность аминов
- •Кислоты Бренстеда
- •Основания Бренстеда
- •Реакционная способность оксосоединений
- •Классификация и номенклатура оксосоединений
- •Названия алифатических альдегидов
- •Реакционные центры в молекулах оксосоединений
- •Примеры реакций нуклеофильного присоединения
- •Медико-биологическое значение альдегидов и кетонов
- •Химические свойства карбоновых кислот и их функциональных производных
- •Названия предельных алифатических монокарбоновых кислот
- •Реакционные центры в молекулах карбоновых кислот
- •Кислотные свойства карбоновых кислот
- •Реакции нуклеофильного замещения
- •Реакции карбоновых кислот по радикалу
- •Названия насыщенных алифатических дикарбоновых кислот
- •Медико-биологическое значение карбоновых кислот и их производных
- •Гетерофункциональные соединения алифатического ряда – метаболиты и биорегуляторы
- •Аминоспирты
- •Аминокислоты
- •Гидроксикислоты (оксикислоты)
- •Оксокислоты
- •Медико-биологическое значение гетерофункциональных производных карбоновых кислот
- •Оптическая изомерия
- •Стереоизомерия молекул с несколькими центрами хиральности
- •Стереоизомерия и биологическая активность
- •Гетерофункциональные производные бензольного ряда
- •Производные сульфаниловой кислоты
- •Сульфаниламидные препараты
- •Салициловая кислота и ее производные
- •Гетероциклические соединения. Производные пятичленных гетероциклов
- •Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом
- •Свойства пиррола и его производных
- •Свойства фурана и его производных
- •Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами
- •Шестичленные гетероциклические соединения
- •Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами
- •Углеводы. Моносахариды
- •Цикло-оксо-таутомерия моносахаридов
- •Углеводы. Ди- и полисахариды
- •Природные α-аминокислоты. Пептиды, белки
- •Строение и классификация природных α-аминокислот
- •Стереоизомерия α-аминокислот
- •Химические свойства
- •Реакции α-аминокислот in vivo
- •Нуклеиновые кислоты
- •Нуклеиновые основания
- •Нуклеозиды
- •Названия нуклеозидов
- •Нуклеотиды
- •Нуклеиновые кислоты
- •Омыляемые липиды
- •Фосфолипиды
- •Неомыляемые липиды
- •Алкалоиды
- •Литература
- •Оглавление
- •305041, Г. Курск, ул. К. Маркса, 3.
- •305041, Г. Курск, ул. К. Маркса, 3. Заказ № 313.
Шестичленные гетероциклические соединения
Представителями шестичленных гетероциклов с одним гетероатомом азота являются пиридин и хинолин (бензопиридин).
Пиридин и хинолин являются ароматическими соединениями. Это замкнутые π,π-сопряженные системы. Неподеленная электронная пара атома азота в сопряжении не участвует. В ароматическом облаке пиридина делокализовано 6 электронов, в хинолине – 10 электронов.
Пиридин и хинолин относят к π-недостаточным системам: электронная плотность ароматических колец понижена в сравнении с бензолом. Это связано с электроноакцепторным влиянием пиридинового атома азота. В результате пиридин труднее, чем бензол, вступает в реакции электрофильного замещения. Замещение протекает по β-положению цикла, т.к. в нем электронная плотность выше, чем в α- и γ-положениях:
Как и бензол, пиридин вступает в реакции нитрования, бромирования, сульфирования, но в гораздо более жестких условиях:
Реакции электрофильного замещения в хинолине протекают по положениям 5 и 8 бензольного кольца, на которое электроноакцепторный гетероатом азота влияет в меньшей степени, чем на собственное – пиридиновое. Реакции идут труднее, чем в бензоле, но легче, чем в пиридине:
Из-за пониженной электронной плотности в ароматическом кольце для пиридина и хинолина характерны реакции нуклеофильного замешения. Они протекают по 2 (α-) положению в пиридине и положению 2 в хинолине. Примерами нуклеофильного замещения являются реакции аминирования и гидроксилирования.
Реакцию аминирования (реакцию Чичибабина) проводят при действии амида натрия в жидком аммиаке. Вначале образуется натриевая соль α-аминопиридина, из которой действием аммиака выделяется свободный α-аминопиридин:
Гидроксилирование протекает при нагревании пиридина с твердым гидроксидом калия. Вначале также образуется соль (калиевая соль α-гидроксипиридина), из которой затем действием минеральной кислоты выделяют свободный α-гидроксипиридин:
Аналогичным образом в реакции нуклеофильного замещения вступает хинолин.
Неподеленная электронная пара атома азота, не участвующая в сопряжении, обусловливает основные свойства пиридина и хинолина. Например, пиридин образует соли с минеральными кислотами:
Пиридин является достаточно сильным основанием, чтобы взаимодействовать с водой:
Поэтому водные растворы пиридина имеют щелочную реакцию.
С кислотами Льюиса пиридин образует комплексы по донорно-акцепторному механизму. Например, при взаимодействии пиридина с триоксидом серы образуется пиридинсульфотриоксид, который применяют для сульфирования ацидофобных гетероциклов (см. стр. 134).
За счет неподеленной электронной пары азота пиридин проявляет также нуклеофильные свойства, например, в реакциях алкилирования галогеналканами:
Катион N-метилпиридиния является ароматической структурой, но еще более π-недостаточной, чем сам пиридин (из-за положительного заряда на атоме азота). Ароматическое кольцо становится еще более способным к взаимодействию с нуклеофилами. Например, при действии гидрид-аниона протекает реакция нуклеофильного присоединения и N-метилпиридиний-катион восстанавливается в 1,4-дигидро-N-метилпиридин.
1,4-дигидро-N-метилпиридин не ароматичен (атом углерода в 4 положении sp3-гибридизован и не принимает участия в сопряжении), его молекула нестабильна и стремится за счет обратной реакции окисления вернуться в ароматическое состояние. Эти реакции окисления-восстановления моделируют действие важного кофермента НАД+, в структуру которого входит замещенный катион пиридиния.
В ходе реакции дегидрирования in vivo, которая может рассматриваться как особый случай окисления, субстрат теряет два атома водорода, т.е. протон и гидрид-анион (H+ и H-). Кофермент НАД+ принимает гидрид-анион, и пиридиниевое кольцо переходит в восстановленную форму – 1,4-дигидропиридиновый фрагмент. Этот процесс обратим.
Типичный пример биохимических реакций с участием НАД+ – окисление спиртовых групп в альдегидные (превращение ретинола в ретиналь). НАДН, наоборот, участвует в восстановлении карбонильных групп в спиртовые (например, при превращении пировиноградной кислоты в молочную).
Многие производные пиридина являются биологически важными соединениями, используются в медицине. Например, витамин B6 – пиридоксаль. В виде сложного эфира с фосфорной кислотой (пиридоксальфосфата) он участвует в реакции переаминирования, ведущей к получению α-аминокислот.
Никотиновая (β-пиридинкарбоновая) кислота и никотинамид являются формами витамина PP, при недостатке которого развивается пеллагра. Никотинамид является также структурным фрагментом кофермента НАДH. Диэтиламид никотиновой кислоты – кордиамин – применяется как стимулятор центральной нервной системы. Все эти соединения могут быть получены из β-метилпиридина (β-пиколина):
Изоникотиновая (γ-пиридинкарбоновая) кислота образуется при окислении γ-пиколина. Гидразид изоникотиновой кислоты – тубазид – используется при лечении туберкулеза. Для снижения токсичности был получен гидразон тубазида с ароматическим альдегидом ванилином – препарат фтивазид:
Некоторые производные хинолина также используются в медицине. Например, 8-гидроксихинолин (оксин) и его производные применяются как антисептические средства.
Антибактериальное действие оксина связывают с его способностью образовывать токсичные для микроорганизмов хелатные комплексы с ионами металлов (Fe2+, Cu2+). Причем доказано, что антибактериальным действием обладают только комплексы оксина с металлами (1:1), при повышении концентрации оксина его биологический эффект снижается.
Бактерицидным действием обладает продукт нитрования 8-гидроксихинолина – 8-гидрокси-5-нитрохинолин (5-НОК, нитроксолин):
Нитроксолин применяется для лечения инфекций мочевыводящих путей.
При кишечных инфекциях применяется другое производное 8-гидроксихино- лина – 8-гидрокси-7-иод-5-хлорхинолин (энтеросептол).