Compușii ciclici în care ciclurile sunt formate nu numai de atomi de carbon, ci și de atomi de alte elemente - heteroatomi (O, S, N) - sunt numiți heterociclici. Compușii heterociclici sunt împărțiți în funcție de dimensiunea inelului și de numărul de heteroatomi din inel.
Dintre acești compuși, compușii heterociclici cu cinci și șase membri sunt de cea mai mare importanță. Compușii heterociclici tipici sunt aromatici. Cu toate acestea, prezența unui heteroatom afectează distribuția densității electronilor. De exemplu, în heterociclurile cu cinci membri (în furan, tiofen, pirol), densitatea electronilor este deplasată de la heteroatom către inel și este maximă în pozițiile a. Prin urmare, în pozițiile a, reacția de substituție electrofilă (SE) are loc cel mai ușor.
În ciclurile cu șase membri (de exemplu, piridină), un heteroatom legat de carbon printr-o legătură dublă trage densitatea de electroni p a ciclului pe sine, astfel încât densitatea de electroni din molecula de piridină este scăzută în pozițiile a și g. Acest lucru este în concordanță cu orientarea preferată către aceste poziții a reactanților în substituția nucleofilă (SN). Deoarece în piridină densitatea electronică este mai mare în poziția b -, reactivul electrofil este orientat în poziția b -.
Când studiați heterocicluri cu doi heteroatomi, acordați o atenție deosebită pirimidinei și derivaților săi: uracil, timină, citozină. Nucleul pirimidinic se găsește în numeroase produse naturale: vitamine, coenzime și acizi nucleici:
În poziția 5 are loc substituția electrofilă pentru pirimidină; nucleofil (ca la piridină) este dificil și atomul de carbon din pozițiile 4 și 6 este atacat.
Un sistem heterociclic complex format din două heterocicluri fuzionate - pirimidină și imidazol se numește miez de purină.
Grupul purinic sta la baza multor compusi, in primul rand acizi nucleici, in care intra sub forma de baze purinice: adenina (6-aminopurina) si guanina (2-amino-6-oxipurina).
De interes este derivatul de oxigen al purinei - acid uric (2,6,8 - trioxipurina).
Laboratorul #8
Obiectiv: studiul proprietăților chimice ale compușilor heterociclici
Reactivi si echipamente:
1) Antipirină,
2) FeCl3 - 0,1n,
3) amidopirină,
4) H2SO4-2n,
5) NaNO2 - 0,5n,
6) piridină, NaOH - 2n,
7) acid uric, HCI - 2n,
8) soluție saturată de NH4Cl,
9) acid picric sat. soluţie,
10) hârtie de turnesol,
11) albastru de bromtimol,
12) microscop,
13) eprubete.
Experiența 8.1 Reacții ale antipirinei și amidopirinei (piramidonă)
Cu clorură de fier (III).
Puneți câteva cristale de antipirină într-o eprubetă, adăugați două picături de apă și o picătură de 0,1 N. FeCl3. O culoare roșu-portocaliu intensă și persistentă se dezvoltă imediat și nu dispare în picioare. Pentru comparație, puneți mai multe cristale de amidopirină (piramidonă) într-o altă eprubetă. Adăugați două picături de apă și o picătură de 0,1N. FeCl3. O culoare violet apare și dispare rapid. Adăugați încă trei picături de clorură de fier (III) deodată. Culoarea va reapărea, va dura puțin mai mult, dar se va estompa treptat. Colorarea antipirinei din clorura de fier (III) se datorează formării unui compus complex - feropirină.
Amidopirina este un derivat al antipirinei. Atomul de hidrogen mobil din poziţia 4 este înlocuit în acest caz cu o grupare dimetilamino.
Apariția culorii se datorează oxidării amidopirinei cu clorură de fier (III). Prin urmare, culoarea este instabilă, iar un exces de clorură de fier (III) dăunează reacției.
Aceste reacții sunt utilizate în practica farmaceutică pentru a recunoaște antipirină și amidopirină și pentru a le distinge unele de altele. Având în vedere acest lucru, aceste reacții ar trebui făcute pentru comparație în paralel în două eprubete.
Experiența 8.2 Reacții ale antipirinei și amidopirinei cu acidul azot
Se pun mai multe cristale de antipirină într-o eprubetă, se adaugă două picături de apă, o picătură de 2n. H2SO4 şi o picătură de 0,5n. NaNO2. Va apărea o culoare verde smarald, care dispare treptat, mai ales rapid cu un exces relativ de nitrit de sodiu. Pentru comparație, puneți mai multe cristale de amidopirină într-o altă eprubetă, adăugați două picături de apă, o picătură de 2n. H2SO4 şi o picătură de 0,5n. NaNO2. Apare o culoare violet foarte instabilă. Dacă culoarea dispare prea repede, adăugați puțin mai multă amidopirină. Reacția cu antipirină se desfășoară conform ecuației:
Cu amidopirină se formează produse de oxidare colorate.
Ca și reacțiile de mai sus cu clorură de fier (III), ambele reacții sunt utilizate în practica farmaceutică pentru a recunoaște antipirina și amidopirina și a le distinge unele de altele. Prin urmare, acestea ar trebui făcute în paralel în două eprubete.
Experiența 8.3 Precipitarea hidroxidului de fier (III) cu o soluție apoasă
Piridină
Se pun două picături dintr-o soluție apoasă de piridină într-o eprubetă și se adaugă o picătură de FeCl 3 0,1 N. Fulgii bruni de hidroxid de fier Fe(OH) 3 precipită imediat pentru a forma sare clorhidrat de piridină (clorhidrat de piridină), care este ușor solubilă în apă.
Formarea hidroxidului de fier (III) confirmă proprietățile de bază ale piridinei.
Scrieți o schemă pentru formarea clorhidratului de piridină (clorură de piridină) în timpul interacțiunii hidratului de oxid de piridină cu clorura de fier (III).
Experiență 8.4 Formarea piridinei picrinei
Folosind o pipetă, puneți o picătură dintr-o soluție apoasă de piridină într-o eprubetă și adăugați trei picături dintr-o soluție apoasă saturată de acid picric. La agitare, ies treptat în evidență cristale de picrat de piridină, asemănătoare unui ac, bine definite. Într-un exces de piridină, cristalele se dizolvă.
Puneți o parte din cristale pe o lamă de sticlă, examinați-le la microscop și desenați forma cristalelor preparatului rezultat în jurnalul de lucru.
Formarea unui picrat de piridină relativ puțin solubil confirmă, de asemenea, caracterul de bază al piridinei. Această reacție este utilizată pentru identificarea piridinei (picratul de piridină se topește la 167 0 C).
Scrieți o schemă pentru formarea picratului de piridină.
Experiență 8.5Solubilitatea acidului uric și a sării sale de sodiu medii în apă
Puneți o cantitate mică (pe vârful unei spatule) de acid uric într-o eprubetă. Adăugați apă picătură cu picătură, scuturând tubul de fiecare dată.
Atenție la solubilitatea slabă a acidului uric în apă. În apa rece, acidul uric este aproape insolubil: 1 parte din el se dizolvă în 39.000 de părți de apă.
După adăugarea a 8 picături de apă, dizolvarea nu este încă vizibilă. Merită, totuși, să adăugați doar 1 picătură de 2n. NaOH, ca soluție tulbure, se limpezește instantaneu datorită formării unei sări de sodiu disubstituite în mediu relativ ușor solubilă. Salvați soluția rezultată pentru experimentele ulterioare.
Acidul uric există în două forme tautomere:
Din forma lactim-enol, se formează așa-numitele săruri ale acidului uric, sau urati, cu alcalii. De fapt, acestea nu sunt săruri, ci enolați.
Natura acidă foarte slab pronunțată a acidului uric determină că din cei trei atomi de hidrogen ai formei de enol posibil teoretic, doar doi pot fi înlocuiți cu sodiu. Sărurile trisubstituite ale acidului uric sunt necunoscute.
Experiență 8.6 Formarea de urat de amoniu puțin solubil
La patru picături dintr-o soluție limpede dintr-o sare de sodiu dibazică medie a acidului uric (experimentul 8.5), se adaugă două picături de soluție saturată de clorură de amoniu. Un precipitat alb de urat de amoniu a precipitat imediat. Se păstrează acest precipitat pentru experimentul următor privind izolarea acidului uric liber (experimentul 8.7).
Scrieți schema de reacție, ținând cont că ambii ioni de sodiu sunt înlocuiți în urat de sodiu cu ioni de amoniu.
Experiența 8.7 Descompunerea uraților sub influența acidului mineral (izolarea acidului uric cristalin)
Folosind o pipetă, aplicați o picătură dintr-o soluție tulbure care conține urat de amoniu pe o lamă de sticlă (experimentul 8.6). Adăugați o picătură de 2n în centrul picăturii. Acid clorhidric. Se observă dizolvarea parțială a precipitatului.
Când sunt privite la microscop, sunt vizibile aglomerări gălbui de urat de amoniu care nu s-au descompus încă și cristale caracteristice de acid uric nou formate sub formă de prisme alungite, asemănătoare pietrelor de copt. Desenați în jurnalul de lucru forma cristalelor preparatului rezultat.
Depunerea cristalelor de acid uric în organism (pietre urinare, ganglioni gutosi etc.) are loc sub influența unei modificări a reacției mediului față de creșterea acidității.
Scrieți o schemă pentru izolarea acidului uric din sarea acestuia.
Lucrare de laborator numărul 9.
Separarea cofeinei de ceai
Obiectiv: izolați și studiați unele dintre proprietățile chimice ale unui compus heterociclic - cofeina
Reactivi si echipamente:
1) ceai negru
2) pulbere de oxid de magneziu
4) cană de porțelan
5) soluție concentrată de HNO3
6) soluție concentrată de amoniac
Experiența 9.1.Sublimarea cofeinei.
Pune 1 lingurita de ceai negru zdrobit intr-un mojar si 2 g de oxid de magneziu intr-un creuzet de portelan sau metal. Se amestecă ambele substanțe și se pune creuzetul pe țiglă. Încălzirea trebuie să fie moderată. Puneți o cană de porțelan umplută cu apă rece deasupra creuzetului. În prezența oxidului de magneziu, cofeina sublimează. Odată pe o suprafață rece, cofeina se depune pe fundul ceștii sub formă de cristale incolore. Încălzirea este oprită, cana este îndepărtată cu grijă din creuzet și cristalele sunt răzuite într-un balon curat.
Experiența 9.2Răspuns calitativ la cofeină.
Pe o farfurie de porțelan se așează mai multe cristale de cofeină și se adaugă o picătură de acid azotic concentrat. Se încălzește farfuria până când amestecul de pe ea se usucă. În același timp, cofeina se oxidează și se transformă în acid amalic, de culoare portocalie. Adăugați zece picături de amoniac concentrat, o sare de roșu, transformându-se în violet, se formează culoarea. Această sare se numește murexid, iar reacția se numește murexid.
Scrieți ecuația reacției.
Întrebări de controlat
1. Ce compuși se numesc heterociclici?
2. Clasificarea compuşilor heterociclici?
3. Care este aromaticitatea compuşilor heterociclici?
4. Scrieți formulele heterociclurilor care alcătuiesc aminoacizii.
5. Rolul biologic al purinei și pirimidinei.
Piridina este heterociclu aromatic cu șase membri cu un atom de azot, lichid incolor cu un miros neplăcut ascuțit; miscibil cu apa si solventi organici.
Piridina este o bază slabă, dă săruri cu acizi minerali puternici, formează cu ușurință săruri duble și compuși complecși.
Structura electronică a moleculei de piridină este similară cu cea a benzenului. Atomii de carbon și azot sunt în stare de hibridizare sp2. Toate legăturile C–C, C–H și C–N σ sunt formate din orbitali hibrizi, unghiurile dintre ei fiind de aproximativ 120°. Prin urmare, ciclul are o structură plată. Șase electroni localizați în orbitalii p nehibrizi formează un sistem aromatic cu electroni π.
Dintre cei trei orbitali hibrizi ai atomului de azot, doi formează legături C–N σ, iar al treilea conține o pereche de electroni singuratică care nu participă la sistemul de electroni π. Prin urmare, piridina, ca și aminele, prezintă proprietățile unei baze. Soluția sa apoasă devine albastru turnesol. Când piridina reacţionează cu acizi tari, se formează săruri de piridiniu.
P iridina prezintă proprietăți caracteristice aminelor terțiare: formează N-oxizi, săruri de N-alchilpiridiniu și este capabilă să acționeze ca un ligand donor sigma.
În același timp, piridina are proprietăți aromatice clare. Cu toate acestea, prezența unui atom de azot în inelul de conjugare duce la o redistribuire serioasă a densității electronilor, ceea ce duce la o scădere puternică a activității piridinei în reacțiile de substituție aromatică electrofilă. În astfel de reacții, reacţionează predominant poziţiile meta ale inelului.
Diferența fundamentală dintre piridină și benzen este aceea că, datorită electronegativității mai mari a azotului față de carbon, în cazul piridinei, în ansamblul structurilor limitatoare care descriu distribuția densității electronilor p, contribuția structurilor cu negative și separate separate. sarcinile pozitive sunt semnificative:
Din considerația lor se poate observa că sarcina negativă este localizată pe atomul de azot, iar cea pozitivă este distribuită în principal între atomii de carbon din pozițiile 2,4 și 6 (pozițiile a și g). În acest sens, piridina este clasificată ca un heterociclu aromatic cu deficit de electroni, spre deosebire de furanul, pirolul și tiofenul de mai sus. Aceasta înseamnă că miezul piridinic, ca sistem aromatic, este dezactivat față de sistemul electrofil și, dimpotrivă, este activat față de atacul nucleofil în comparație cu benzenul.
Cu toate acestea, faptul că atomul de azot are o pereche singură de electroni și o densitate în exces a electronilor p îl face un centru foarte activ de atac al unui electrofil, mai ales că formarea unei legături s nu afectează sistemul aromatic. Astfel, piridina este un N-nucleofil activ, iar această proprietate a acestuia este întotdeauna realizată inițial în timpul unui atac electrofil.
Alte posibile direcții ale reacției asociate cu manifestarea C-nucleofilității prin piridină - atac electrofil asupra atomilor de carbon - sunt extrem de dificile și sunt necesare condiții foarte severe pentru implementarea lor. Pe lângă natura deficitară de electroni a sistemului de electroni p indicată mai sus, în cadrul abordării generale a explicației calitative a modelelor de substituție electrofilă în nucleul aromatic, aceasta ar trebui asociată cu faptul că prezența azotul din inel, care este mai electronegativ decât atomul de carbon, destabilizaază complexul s-cationic format intermediar.
Astfel, piridina combină proprietățile unui n-nucleofil foarte activ și a unui p-nucleofil substanțial dezactivat. După cum se va vedea din exemplele de mai jos, o marfă care se formează cu ușurință ca rezultat al atacului electrofil asupra atomului de azot este adesea instabilă și formarea sa, deși este preferată cinetic, este un proces reversibil. În contrast, atacul electrofil asupra atomilor de carbon este mult mai dificil, dar duce la formarea de produse de substituție mai stabile, care sunt preferabile termodinamic. Ca rezultat, multe reacții ale derivaților de piridină pot fi efectuate în condiții de control cinetic, adică heteroatom sau termodinamic, adică atomii de carbon ai inelului, control, ceea ce le face similare cu reacțiile similare ale oxiarenelor și aminelor aromatice.
După cum sa menționat mai devreme, piridina este o bază și este protonată pentru a forma săruri stabile de piridiniu. În mod similar, are loc N-alchilarea piridinei cu halogenuri de alchil, conducând la săruri de alchilpiridiniu. Oxidarea cu peracizi cu formarea de N-oxid de piridină poate fi, de asemenea, atribuită reacțiilor similare cu electrofili pe perechea de electroni a atomului de azot.
Într-un mod similar, piridina interacționează cu bromul pentru a forma sare de N-bromopiridiniu - perbromură de bromură de piridină și cu oleum la răcire pentru a forma sulfotrioxid de piridină.
Reacțiile clorurilor de acid carboxilic cu piridina au loc în mod similar. Cu toate acestea, sarea de N-acilpiridiniu rezultată este un electrofil atât de activ, în acest caz un reactiv de acilare, încât nu poate fi izolat în stare liberă.
Piridina este caracterizată prin reacții de substituție nucleofilă aromatică care apar predominant la pozițiile orto-para ale inelului. Această reactivitate indică natura deficitară de electroni a inelului piridinic, care poate fi rezumată în următoarea regulă generală: reactivitatea piridinei ca compus aromatic corespunde aproximativ cu reactivitatea nitrobenzenului.
Piridină prezintă proprietățile unui compus aromatic, dar, spre deosebire de benzen, intră cu greu în reacții de substituție electrofilă - este nitrat, sulfonat și bromurat numai la aproximativ 300 ° C cu formarea predominant de derivați b. Substituția nucleofilă are loc mai ușor decât în benzen.
Deci, piridina cu NaNH2 dă a-aminopiridină, cu KOH - a-oxipiridină. Piridină este redusă cu sodiu în alcool sau H2 peste Ni la 120°C la piperidină. Sub acțiunea, de exemplu, a bazelor pe o sare de piridiniu, ciclul piridinic este rupt pentru a forma dialdehida glutaconică HOCCH = CHCH2COH sau derivații săi.
Formează săruri stabile cu acizii anorganici, săruri de piridiniu cu halogenuri de alchil și compuși complecși cu halogenuri metalice, SO2, SO3, Br2, H2O.
Substituția electrofilă se desfășoară cu mare dificultate (piridina este aproape de nitrobenzen în capacitatea sa de substituție electrofilă) și merge în poziția 3. Cele mai multe dintre aceste reacții se desfășoară într-un mediu acid, în care compusul de pornire nu mai este piridina în sine, ci sarea acesteia.
Alături de proprietățile de bază, piridina prezintă proprietățile unui compus aromatic. Cu toate acestea, activitatea sa în reacțiile de substituție electrofilă este mai mică decât cea a benzenului. Acest lucru se datorează faptului că azotul, ca element mai electronegativ, atrage electroni spre sine și reduce densitatea norului de electroni din inel, în special în pozițiile 2, 4 și 6 (pozițiile orto și para).
Prin urmare, de exemplu, reacția de nitrare a piridinei are loc în condiții dure (la 300 °C) și cu un randament scăzut. Efectul de orientare al atomului de azot asupra introducerii unui nou substituent în timpul substituției electrofile în piridină este similar cu efectul grupării nitro din nitrobenzen: reacția continuă în poziția 3.
Ca și benzenul, piridina poate adăuga hidrogen în prezența unui catalizator pentru a forma un compus piperidinic saturat.
Piperidina prezintă proprietățile unei amine secundare (bază puternică).
Piridină este nitratată numai sub acțiunea NaNO3 sau KNO3 în H2SO4 fumos la o temperatură de 300 0C, formând 3-nitropiridină cu un randament mic; sulfonat cu oleum în prezență de sulfat de Hg la 220-2700C la acid piridin-3-sulfonic.
Când piridina este tratată cu acetat de mercur la 1550C, se formează 3-piridilmercuracetat; la temperaturi mai mari, derivaţi di- şi polisubstituiţi.
Acțiunea Br2 în oleum la 3000C conduce la un amestec de 3-bromo- și 3,5-dibromo-piridine. La o temperatură mai mare (aproximativ 5000C) reacția se desfășoară printr-un mecanism radical; produși de reacție - 2-bromo- și 2,6-dibromopiridine.
Reacțiile radicale includ și interacțiunea piridinei cu hidratul de fenildiazoniu (reacția Gomberg-Bachmann-Hey), rezultând un amestec care conține 55% 2-fenil-, 30% 3-fenil- și 15% 4-fenil-piridină.
Substituția nucleofilă în piridină are loc în pozițiile 2 și 4 și este mai ușoară decât în benzen, de exemplu, sinteza 2-aminopiridinei prin reacția piridinei cu amida de sodiu. (reacția Chichibabina).
Piridina, de regulă, este rezistentă la agenții oxidanți; totuși, sub acțiunea peracizilor, formează cu ușurință N-oxid de piridină, în care densitatea electronilor pe atomii C-2 și C-4 este crescută în comparație cu piridina.
La 300 0C, sub acţiunea FeCl3, piridina este oxidată la un amestec de dipiridili izomeri cu formula generală C5H4N-C5H4N.
Hidrogenarea catalitică în prezența Pt sau Ni, reducerea Na în alcool, precum și reducerea electrochimică duce la piperidină (aceasta din urmă metodă este utilizată în industrie). Reducerea mai severă a piridinei este însoțită de scindarea inelului și dezaminarea.
Nitrarea piridinei are loc sub acțiunea azotatului de potasiu și a acidului sulfuric la 370 °C, ducând la b-nitropiridină. Sulfarea piridinei se efectuează cu oleum în prezența sulfatului de mercur la 220 °C, bromurarea poate fi efectuată prin acțiunea unei soluții de brom în oleum la 300 °C. Nu este posibilă introducerea unui al doilea substituent în inel în acest fel. Piridină nu intră în reacțiile Friedel-Crafts.
În chimia piridinei în general, și în partea care privește funcționalizarea ei cu ajutorul reacțiilor de substituție electrofilă, posibilitatea transformării acesteia în N-oxid este de mare importanță. Luați în considerare structura electronică a acestui compus.
O analiză a acestor structuri de rezonanță duce la o concluzie surprinzătoare că gruparea N-oxid poate acționa în raport cu sistemul de electroni p al inelului atât ca donor (rândul superior de structuri), cât și ca acceptor de electroni, adică poate contribui la apariția atât a reacțiilor de substituție electrofile la pozițiile a și g, cât și la adăugarea unui nucleofil la aceleași poziții! Ce se observă de fapt?
Influența electronică manifestată efectiv de acest grup depinde de natura reactivului. Nitrarea N-oxidului de piridină se desfășoară mult mai ușor decât pentru piridina însăși, sub acțiunea unui amestec de acid azotic fumos și acid sulfuric la 90 ° C, conducând la derivatul g-nitro cu un randament de 90%, care este în conformitate cu efectul de activare al grupării N-oxid . În schimb, reacția de sulfonare are loc în condiții similare cu cele ale piridinei în sine, rezultând un acid b-sulfonic. Această direcție a reacției de sulfonare se explică prin coordonarea SO3 cu atomul de oxigen al grupării N-oxid, care transformă această grupă într-un acceptor și, în consecință, un agent meta-orientator.
Conversia piridinei în N-oxidul său, efectuând reacții de substituție electrofilă cu aceasta și îndepărtarea reductivă ulterioară a atomului de oxigen N-oxid este o abordare generală a sintezei unei game largi de derivați de piridină substituiți funcțional care nu pot fi obținuți direct. din piridină. Astfel, reducerea N-oxidului de g-nitropiridină cu trifenilfosfină duce la îndepărtarea atomului de oxigen N-oxid, ceea ce face posibilă obținerea 4-nitropiridinei cu randament bun. Când N-oxidul de g-nitropiridină este redus cu fier în acid acetic, gruparea nitro și gruparea N-oxid sunt reduse simultan, conducând la 4-aminopiridină. După cum sa menționat mai devreme, gruparea N-oxid facilitează, de asemenea, apariția reacțiilor de substituție nucleofilă. Deci, atunci când N-oxidul de g-nitropiridină reacționează cu acid clorhidric sau bromură de hidrogen, se formează N-oxidul de piridine g-halo-substituit (sugerează un mecanism pentru această reacție), reacția ulterioară cu PCl3 la eliminarea gruparea N-oxid.
Când N-oxidul de piridină interacționează cu compușii organometalici, atașarea are loc predominant în poziția 2, adică în această reacție, gruparea N-oxid activează de fapt această poziție în raport cu atacul nucleofil. După tratarea amestecului de reacție cu apă, se formează derivați de piridină 2-substituiți cu randament ridicat.
Când N-oxidul de piridină reacţionează cu alcalii în prezenţa oxigenului atmosferic (agent de oxidare), se formează oxidul de a-hidroxipiridină. Interesant este că acest compus există în echilibru tautomeric cu N-hidroxipiridona.
Sărurile de alchil piridiniu interacționează și mai ușor cu reactivii nucleofili.
Interacțiunea sărurilor de piridiniu cu reactivii nucleofili poate duce, de asemenea, la deschiderea inelului. Deci reacția iodurii de metilpiridiniu cu anilina conduce la un sistem heterotrien conjugat aciclic. Această reacție are valoare preparativă.
Piridina însăși este, de asemenea, capabilă să intre în reacții de adiție nucleofile, dar, desigur, în condiții mai stricte. Dintre aceste transformări, reacția Chichibabin, interacțiunea cu amida de sodiu la 130°C, are cea mai mare semnificație preparativă. Această reacție are loc prin mecanismul de adiție-clivaj și produsul său este a-aminopiridina. Când piridina reacţionează cu amida de potasiu, împreună cu a-aminopiridina, se formează şi g-aminopiridina.
Când este încălzită la 400°C, piridina reacţionează cu KOH pentru a forma a-hidroxipiridină, reacţia cu fenilitiu are loc la 110°C timp de 8 ore şi, după tratarea cu apă, duce la a-fenilpiridină.
Reducerea piridinei și a derivaților săi are loc fie sub acțiunea sodiului metalic în alcool, fie în condiții de hidrogenare catalitică. În acest caz, se formează derivați de piridină hexahidro, iar în cazul piridinei însăși, piperidină.
b-Aminopiridina în timpul diazotizării formează săruri de diazoniu destul de stabile, care pot intra în transformările obișnuite pentru această clasă de compuși, atât cu degajare de azot, cât și fără degajare. În contrast, a- și g-aminopiridinele nu formează ușor săruri de diazoniu, iar aceste săruri în sine sunt foarte instabile.
Este interesant să facem o paralelă între capacitatea de a exista în forma oxo tautomeră a hidroxipiridinelor și hidroxiarenelor. Formal, procesul de stabilire a unui astfel de echilibru în derivații de piridină și benzen ar trebui să se desfășoare după același mecanism și constă în transferul unui proton dintr-o grupare hidroxi într-un inel aromatic sau heteroaromatic. Acest proces nu este sincron, dar se desfășoară în două etape, prima dintre ele, deprotonarea, are loc cu participarea unui solvent sau a unei alte molecule de arenă și decurge în mod natural cu atât mai ușor, cu cât acidul este mai puternic gruparea hidroxil. Ținând cont de natura deficitară de electroni a nucleului piridinic, se poate susține că aciditatea hidroxipiridinelor este vizibil mai mare decât aciditatea hidroxiarenelor și, prin urmare, bariera de activare în cazul derivaților de piridină va fi mai mică. Al doilea pas este protonarea. Deoarece perechea singură de electroni a atomului de azot din inelul piridinic este disponibilă pentru atacul electrofil, în special pentru protonare, și există o sarcină negativă parțială asupra atomului de azot însuși (cf. p. 43), se poate presupune că această etapă ar trebui realizată mai ușor și în cazul derivaților piridină. Să luăm în considerare la ce ar trebui să conducă aceste transformări în funcție de poziția grupării hidroxi în ciclul piridinic.
După cum se poate observa din schema prezentată, în cazul a- și g-hidroxipiridinelor, succesiunea etapelor de protonare-deprotonare duce la forma ceto, cu poziția b a grupării hidroxi, o astfel de transformare este imposibilă - are ca rezultat formarea unui zwitterion. Într-adevăr, b-hidroxipiridina există în această formă, așa cum se dovedește prin punctul său de topire anormal de ridicat și solubilitatea scăzută în solvenți organici. Desigur, atât în cazul hidroxiarenelor, cât și în cazul hidroxipiridinelor, transformarea luată în considerare duce la pierderea aromaticității de către moleculă, dar din motivele indicate mai sus, acest echilibru tautomeric este mult mai caracteristic derivaților de piridină.
Trebuie remarcat faptul că atunci când în inelul aromatic sunt introduse grupări donatoare suplimentare, care facilitează protonarea, echilibrul tautomeric ceto-enol este realizat și pentru hidroxiarene. Deci, fleroglucinolul - 1,3,5-trihidroxibenzenul - există în principal sub formă ceto.
Piridina este o bază mai slabă decât aminele alifatice (Kb = 1,7,10-9). Soluția sa apoasă devine albastru turnesol:
Când piridina reacţionează cu acizi tari, se formează săruri de piridiniu:
proprietăți aromatice. Ca și benzenul, piridina intră în reacții de substituție electrofilă, dar activitatea sa în aceste reacții este mai mică decât cea a benzenului, datorită electronegativității ridicate a atomului de azot. Piridină este nitrată la 300°C cu un randament scăzut:
Atomul de azot în reacțiile de substituție electrofilă se comportă ca un substituent de al 2-lea fel, astfel încât substituția electrofilă are loc în poziția meta.
Spre deosebire de benzen, piridina este capabilă să intre în reacții de substituție nucleofilă, deoarece atomul de azot trage densitatea electronică din sistemul aromatic, iar pozițiile orto-para față de atomul de azot sunt epuizate în electroni. Deci, piridina poate reacționa cu amida de sodiu, formând un amestec de orto- și para-aminopiridine (reacția Chichibabin):
Hidrogenarea piridinei produce piperidină, care este o amină secundară ciclică și este o bază mult mai puternică decât piridina:
Omologii de piridină sunt similari ca proprietăți cu omologii benzenului. Deci, în timpul oxidării lanțurilor laterale, se formează acizii carboxilici corespunzători:
Prelegerea nr. 9
Relația dintre structură și acțiunea biologică
Piridină: o substanță foarte toxică. Are o pereche singură de electroni, un atom de azot terțiar, are proprietăți de bază puternice
Dihidropiridina: un dilatator coronarian
Acid piridin-3-carboxilic: agent antipelagic
Acid piridin-4-carboxilic: are activitate antituberculoză
derivații de piridină metanol au activitate de vitamina B6.
Substanțe medicamentoase derivați de piridin metanol
Clorhidrat de piridoxină
Clorhidrat de metil 3-hidroxi-4,5 dioximetil-piridină
Vitamina B 6 este o pulbere albă, inodoră, fin-cristalină, cu gust amar-acru. T pl. - 204 - 206 ° С (cu descompunere). Să ne dizolvăm ușor în apă, este dificil - în alcool și acetonă.
piridoxalfosfat
Ester fosforic al 2-metil-3-hidroxi 4-fornil 5-hidroximetil piridinei.
Proprietăți fizice: pulbere cristalină galben deschis. Puțin solubil în apă, instabil la lumină.
Emoxipină
Clorhidrat de 3-hidroxi-6-metil-piridină de etil
Proprietăți fizice: pulbere cristalină fină albă, inodoră. Usor solubil in apa.
Autenticitate:
Reacții generale
Reacția cu 2,6 - clorimidă de diclorochinonă - se formează un colorant indofenol albastru
3. Reacția de formare a coloranților azoici (toate preparatele). Reacția la hidroxil fenolic.
4. Reacția cu FeCl3 pentru hidroxil fenolic
Reacția cu reactivii alcaloizi generali (acizii silicotungstic și fosfotungstic formează precipitate albe).
Reacții de diferențiere
1. Clorhidratul de piridoxină și Emoksipin dau o reacție la Cl - .
HCl + AgNO3 AgCI + HNO3
2. Fosfatul de piridoxal conține o grupare aldehidă, care se găsește:
Reacția A cu reactivul lui Felling 1 și 2
B- reacție cu o soluție de amoniac de azotat de argint
Fosfatul de piridoxal după hidroliză dă o reacție la acidul fosforic. Se formează un precipitat galben de fosfat de argint.
H3RO4 + 3AgNO3 Ag3PO4 + 3HPO4
Clorhidratul de piridoxină are fluorescență albastră sub lumină UV.
5. Metoda spectrofotometrică (pentru toate preparatele). Înregistrați spectrul UV al substanței de testat Înregistrați spectrul UV al substanței standard. Ele trebuie să fie identice.
cuantificarea
Pentru clorhidrat de piridoxină și emoxipină
Metoda de titrare non-apoasă
Metodă: titrare directă
Metoda se bazează pe reacția interacțiunii acido-bazice într-un mediu neapos
Mediu: acid acetic glacial, se adaugă Hg (CH 3 COO) 2 - pentru a lega acidul clorhidric eliberat în timpul titrarii
Chimie
R3N HCI + HCI04 R3NHCI04 + HCI
HCl + Hg (CH 3 COO) 2 → HgCl 2 +CH 3 COOH
piridoxal fosfat
Spectrofotometric în regiunea UV, printr-o soluție standard.
Metoda alcalimetrică
Metoda de titrare directă a reziduului de acid fosforic. Metoda se bazează pe reacția interacțiunii acido-bazice.
Argentometrie
Mercuro- și mercurimeria
Aplicație
Piridoxină 0,02 și 0,1 g
Piridoxal fosfat 0,01-0,02 g pentru toxicoza la gravide, diferite tipuri de parkinsonism, pelagra si hepatita cronica
Emoksipina este un antioxidant, are activitate angioprotectoare.
Produs sub formă de soluție 3% a 5 ml în fiole.
Piricarbat (Prodectina) 2,6-piridină dimetanolabismetil carbamat
Proprietăți fizice: pulbere cristalină albă, inodoră. Puțin solubil în apă.
T se topește \u003d 137 - 140 ° C
Autenticitate
1. Cu anhidrină acetică în prezența acidului citric atunci când nu este încălzită → colorare galbenă care se transformă în roșu vișiniu.
Reacția la ciclul piridinic cu 2,4-dinitroclorobenzen. Se formează un colorant piridinic.
Efectuați hidroliză alcalină. Se eliberează metilamina. Hârtia de turnesol roșie devine albastră.
| parmidină |
Metode de spectroscopie UV și IR
A. Metoda spectroscopiei UV.
Înregistrați spectrul UV al substanței de testat.
Îndepărtați spectrul UV al substanței standard. Ele trebuie să fie identice.
În spectroscopia UV, radiația electromagnetică este absorbită de electronii întregii molecule, iar pe spectrogramă observăm o absorbție maximă de lumină.
λ, nm
B. Metoda spectroscopiei IR.
cuantificarea
Metoda de titrare non-apoasă
Metodă: titrare directă
Derivați ai dihidropiridinei
Nifedipină (Corinfar)
Ester dimetilic al acidului 2,6-dimetil-4-(2/-nitrofenil)-1,4-dihidro-piridin-3,5-dicarboxilic
Proprietăți fizice: pulbere cristalină galben-verzuie. Practic insolubil în apă, dificil în alcool. Se descompune în lume. T se topește \u003d 169-174 aproximativ C.
Autenticitate
Metoda spectroscopiei UV
Metoda spectroscopiei IR
cuantificarea
Obțineți cromatograme.
H,mm h,mm
t,min t,min
Autenticitate
cuantificarea
Autenticitate
Spectroscopie UV și IR
2. reacţia la gruparea NH2 alifatică cu ninhidrina. Se formează o culoare albastru-violet.
cuantificarea
Prelegerea nr. 9
Substanțe medicamentoase derivați ai piridinei
Compuși heterociclici se numesc astfel de compuși, în ciclurile cărora, pe lângă atomii de carbon, există atomi ai altor elemente (N, O, S etc.), numite heteroatomi.
Compușii heterociclici se împart în grupe: 1) în funcție de numărul de atomi din ciclu, 2) în funcție de numărul de heteroatomi din ciclu; 3) compuși cu cicluri condensate.
Compuși heterociclici cu cinci membri cu un heteroatom:
furan 
pirol 
tiofen
Compuși heterociclici cu șase membri cu un heteroatom:
piridină 
α-piran 
γ-piran
Compuși heterociclici cu doi heteroatomi:
pirazol imidazol tiazol pirimidină
Heterocicluri cu nuclee condensate:
cromonul indol chinolină
purină
Compușii heterociclici sunt larg răspândiți în natură, fac parte din vitamine, alcaloizi, pigmenți, unii aminoacizi, coloranți, antibiotice etc. Bazele purinice și pirimidinice fac parte din acizii nucleici.
Proprietățile unor compuși heterociclici. Heterocicluri cu cinci membri.
pirol (C 4 H 5 N), al cărui miez face parte din mulți compuși naturali importanți: hemoglobina, clorofila, triptofanul (un aminoacid esențial) etc., este un lichid uleios cu miros de cloroform. În aer, pirolul devine maro din cauza oxidării, se dizolvă bine în alcool și eter, dar slab în apă. Se obține prin distilarea uscată a oaselor degresate sau sintetic, de exemplu, din acid succinic.
Cu o soluție concentrată de KOH, pirolul formează pirol-potasiu, prezentând proprietăți acide.
+H2O
Sub acțiunea acizilor minerali, pirolul suferă polimerizare.
Când pirolul este redus, se formează pirolidină.
+2H2 
pirolidină face parte din aminoacizi:
prolina 
hidroxiprolina 
Derivații pirolici activi din punct de vedere biologic sunt hemoglobina și clorofila.
Hemoglobină – este o proteină complexă constând dintr-o componentă proteică și o parte neproteică - hem, care include nuclee de pirol - un sistem policiclic care conține patru nuclee de pirol - porfină.
Porfin, avand in centru un ion Fe 2+ este colorat in rosu, in timpul tratamentului termic formeaza un ion Fe 3+ si devine gri.
Clorofilă – un pigment de plantă verde care conține un miez de porfină, care este asociat cu Mg2+. Clorofila participă la formarea compușilor organici din CO2 și H2O.
Compuși heterociclici care conțin oxigen.
Furan - - lichid incolor, solubil în apă. Miezul furanului se găsește în forme furanoze de carbohidrați (de exemplu, riboză). Cel mai important derivat al furanului este furfuralul.
furfural de riboză
furfural - lichid uleios cu miros înțepător, în concentrații mici miroase a pâine de secară. Este folosit pentru producerea de fibre de nailon, solvenți, antiseptice, fungicide.
Compuși condensați cu alte cicluri.
Benzopirol (indol) - o substanță cristalină, în concentrații mici are miros de iasomie, în uleiul esențial din care este conținut, în concentrații mari are un miros dezgustător. Indolul este similar chimic cu pirolul. Miezul indolului se găsește în heteroauxină (hormon de creștere a plantelor), triptofan (un aminoacid esențial), indigo (colorant) și alți compuși.
Compuși heterociclici cu șase membri(compuși heterociclici care conțin oxigen).
Piran (α- și γ-) este o substanță instabilă, derivații săi sunt larg răspândiți în natură, γ-piran și benzopiran (cromon) formează baza moleculelor de coloranți vegetali și taninuri - flavone, antociani și catechine.
flavone sunt pigmenți galbeni ai plantelor (în flori, fructe) și se găsesc în plante sub formă de glicozide.
flavonă
Antocianinele și catechinele sunt foarte asemănătoare ca structură cu flavonele. Antocianine sunt și pigmenți vegetali, culoarea lor variază de la albastru la violet. Culoarea soluției de antociani se modifică în funcție de pH-ul mediului (în mediu acid este roșu, în mediu alcalin este gri).
Flavonele și antocianinele sunt legate genetic și sunt capabile să se transforme una în alta.
flavonă, quercetină antocianică, cianidină
(galben) clorură (roșu)
Catechine au proprietati tannice (ceai, hamei, cirese de pasari etc.), impiedica dezvoltarea mucegaiului, fiind polifenoli.
Flavonele, antocianinele și catechinele se descompun, pierzând culoarea și activitatea vitaminei P, sub influența temperaturii și în prezența ionilor metalici (Fe 3+, Ag +, Cu 2+ etc.). CFeCl 3 dă o culoare închisă (reacție calitativă pentru hidroxil fenolic).
piridina - lichid incolor cu miros neplăcut, solubil în apă. Se obține din gudron de cărbune și sintetic.
În reacții, piridina prezintă principalele proprietăți:
C5H5N + HOH → OH- (hidroxid de piridiniu);
C5H5N + HCI → CI - (clorură de piridiniu).
O soluție apoasă de piridină reacționează cu FeCl3 pentru a forma hidroxid de fier și clorură de piridinium
OH - + FeCl 3 → Fe (OH) 3 + 3Cl -
Când piridina este redusă, se formează piperidină:
Piridină este rezistentă la agenții oxidanți, dar atunci când omologii piridinei sunt oxidați, lanțurile laterale sunt oxidate.
acidul nicotinic β-picolină
Amida acidului nicotinic este o vitamina PP, care se găsește în carne, cartofi, hrișcă etc.
eu 
nucleii de piridină și pirolidină formează nicotină, care este conținută în tutun sub formă de sare de acizi citric și malic; este o otravă pentru inimă.
Derivați de pirimidină și purină.
Heterocicluri cu șase membri cu doi heteroatomi - derivați de pirimidină:
uracil (U) timină (G) citozină (C)
Heterocicluri topite -derivați de purină.
adenina (A) guanina (G)
Toate aceste baze azotate heterociclice fac parte din acizii nucleici, care joacă un rol extrem de important în procesele vitale ale organismelor.
Acizi nucleici sunt polimeri formați în timpul condensării nucleotidelor - compuși chimici formați din reziduuri de acid fosforic, o componentă carbohidrată și una dintre bazele purinice sau pirimidinice. Există două tipuri de acizi nucleici. Acidul dezoxiribonucleic (ADN) conține deoxiriboză ca componentă carbohidrată, iar adenina, guanina, citozina și timina sunt baze heterociclice:
dezoxiriboză
R 
acidul ibonucleic (ARN) este format dintr-un carbohidrat de riboză și baze heterociclice - adenină, guanină, citozină, uracil.
ARN și ADN diferă unul de celălalt nu numai în carbohidrați, ci și în baze heterociclice: acidul ribonucleic conține uracil, iar acidul dezoxiribonucleic conține timină.
Polimerizarea nucleotidelor are loc datorită formării unei legături eterice între H3RO4 a unei nucleotide și a treia pentoză hidroxil:
baza azotata - zahar
reziduu H3RO4
baza azotata - zahar
reziduu H3RO4
Polinucleotide(ADN sau ARN). Informația ereditară a unei celule este codificată de o anumită secvență de baze din molecula de ADN, construită sub forma unei duble helix de ARN, iar secvența de nucleotide a unei elice este, parcă, reflectată în cealaltă. ARN-ul se formează sub forma unei singure helix.
HIDROCARBURI 8
Hidrocarburi aciclice 9
Hidrocarburi aliciclice 15
Hidrocarburi aromatice 17
HIDROCARBURI HALOGENATE 21
COMPUȘI ELEMENTO-ORGANICI 22
ACIZI ORGANICI 33
OXIACIDE (HIDROXIACIDE) 39
Fosfatide 51
Stearine 54
CARBOHIDRATII 57
Monozaharide 57
Dizaharide 62
Polizaharide 67
Aminoacizi 79
VOPSELE 90
Coloranți azoici 90
Coloranți trifenilmetan 91
Coloranți indigoizi 93
Coloranți cu antrachinonă 94
Clasificarea tehnică a coloranților 95
COMPUȘI HETEROCICLICI 96
PIRIDINA, ei spun. m. 79,1; incolor lichid cu caracteristici speciale. miros; p.p. -42,70C, bp 115,4°C/760 mmHg Art., 13,2°C/10 mmHg; 0,9819: 1,5095; m 7,30 x x 10-30 C m; g 3,7 10-2 N/m (250°C); h 0,885 mPa s (250C); Cp 135,62 kJ/mol K) (170C), - 2783 kJ/mol. Miscibil din toate punctele de vedere cu apa și majoritatea org. r-tutori; formează un amestec azeotrop cu apa (bp 940C, 58% în greutate P.).
P. bază (pKa 5,20). De la inorg. to-tami formează săruri stabile, cu halogenuri de alchil - săruri de piridiniu, cu halogenuri metalice, compuși complexi SO2, SO3, Br2, H2O. Derivaţi tipici: (C5H5N HCI)2PtCI2 (p.t. 262-2640C, descomp.), C5H5N HCI 2HgCl2 (p.t. 177-1780C).
Posedă aromatice. Sf. tu; conține 6p-electroni, formând un singur sistem închis, într-un roi din cauza negativului. inducţie efectul atomului de N, densitatea electronilor la atomii de C, în special în pozițiile 2, 4 și 6, este scăzută (heterociclu p-deficient).
Electrof. substituția se desfășoară cu mare dificultate (P. este aproape de nitrobenzen în ceea ce privește capacitatea sa de electrof. substituție) și merge în poziția 3. Majoritatea acestor raioane procedează în mediu acid, într-o tăietură a Comm. P. nu mai este el însuși, ci sarea lui. P. este nitrat numai sub acţiunea NaNO3 sau KNO3 în H2SO4 fumos la t-re 300 0C, formând 3-nitropiridină cu un randament mic; sulfonat de oleum în prezenţă. sulfat de Hg la 220-2700C la acid piridin-3-sulfonic. Sub acţiunea acetatului de mercur asupra P. la 1550C se formează 3-piridilmercuracetat; la derivaţii t-rah-di- şi polisubstituiţi mai mari. Acțiunea Br2 în oleum la 3000C conduce la un amestec de 3-bromo- și 3,5-dibromo-piridine. La un t-re mai mare (aprox. 5000C) p-tion merge doar la un mecanism radical; produse p-țiune - 2-bromo- și 2,6-dibromopiridine. P-tions radicale includ, de asemenea, interacțiunea P. cu hidratul de fenildiazoniu (p-tion de Gomberg-Bachmann-Hey), rezultând un amestec care conține 55% 2-fenil-, 30% 3-fenil- și 15% 4-fenil piridină.
Nucleul. substituția în P. are loc la pozițiile 2 și 4 și este mai ușoară decât în benzen, de exemplu, sinteza 2-aminopiridinei când P. interacționează cu amida de sodiu (vezi reacția Chichibabin).
P., de regulă, este rezistent la agenții oxidanți, cu toate acestea, sub acțiunea peracizilor, formează cu ușurință N-oxid de piridină (vezi N-oxizi de amine) în Krom, densitatea electronică pe C-2 și C-4. atomii este crescut în comparație cu P. Când 300 0C sub acțiunea FeCl3 P. se oxidează într-un amestec de dipiridili izomeri ai generalului C5H4N-C5H4N f-ly. catalitic hidrogenare în prezență. Pt sau Ni, reducerea Na în alcool, precum și electrochimic. recuperarea duce la piperidină (aceasta din urmă metodă este folosită în industrie). Restaurarea mai rigidă a P. este urmată de scindarea unui ciclu și dezaminare.
Adăugarea carbenelor la P. sau deprotonarea ionilor de N-alchilpiridiniu conduce la iluri de piridiniu de f-ly general I, interacțiunea P. cu nitrenii sau deprotonarea sărurilor de N-aminopiridiniu duce la iminele de piridinium de f-ly general. II.
Comm. de ambele tipuri intră cu ușurință în cicloadiția p-țiune, caracteristică sistemelor 1,3-dipolare. Elementul alocă hl. arr. din kam.-ug. rășină (conținut cca. 0,08%), produse uscate de distilare din lemn, turbă sau os. Sintetic, ar putea. urma primita. raioane:
P. și derivații săi stau la baza alcaloizilor de piridină, precum și a multor alții. lek. Miercuri. P. este folosit și în sinteza coloranților, insecticidelor și este folosit pentru denaturarea alcoolului. Complexul lui P. cu SO3-piridin sulfotrioxid este un agent de sulfurare usoara; agent de bromurare C5H5NBr2 HBr; Reactiv C5H5N HCl pentru deshidratarea epoxidului și N-dezalchilare, oxidant C5H5N H2Cr2O7. P. este un solvent bun, incl. pentru multi inorg. săruri (AgBr, Hg2Cl2 etc.). MPC vapori P. în aer ~ 0,005 mg/l, deci inflamabil. 23,3 0C.
P. a fost izolat pentru prima dată de T. Andersen în 1849 din ulei de oase; Structura lui P. a fost stabilită de J. Dewar și P. Kerner în 1869.
Pentru derivații lui P., vezi Lutidine, Oxipiridine, Picoline, Săruri de Pyridinium.
Lit.: Chimie organică generală, trad. din engleză, vol. 8, M., 1985, p. 15-117; Piridină și derivații săi. Suppl. ed. de R. A. Abramovitch, pct. 1-4, N. Y., 1974; Pyridine and its derivatives, ed. de E. Klingsberg, pt 1-4, L. - N. Y. - Sydney, 1960-64. L. N. Yahontov.
