Классификация гетероциклических соединений

Пятичленные гетероциклы:

 

Пиридин

 

Азотсодержащее гетероциклическое соединение. Его особенности: это шестичленное гетероциклическое соединение с одним гетероатомом азота в цикле:

 

В молекуле пиридина одну группу СН заменяет атом азота, и он «поставляет» два электрона на установление σ-связей с двумя соседними углеродными атомами и один электрон – в систему π-облака, при этом, как и в молекуле бензола, образуется устойчивый секстет электронов. У атома азота остается после этого еще пара свободных электронов; Гетероциклическое соединение пиридин – это азотистое основание ароматического характера. Ароматические и основные свойства пиридина используются при синтезе разного рода лекарственных препаратов, красителей, гербицидов. Остаток пиридина — составная часть структуры витамина РР, витамина В₆, НАД⁺, НАДФ⁺, а также лекарственных веществ противотуберкулёзного действия изониазида [тубазида] и фтивазида.

Пятичленный гетероцикл с одним атомом азота – пиррол:

При рассмотрении электронного строения молекулы пиррола видно, что электронная пара пиррольного азота участвует в образовании шестиэлектронной структуры, поэтому этот азот практически не обладает основными свойствами. Огромное значение в жизни растений и животных имеет ядро пиррола, которое является составной частью гемоглобина и хлорофилла.

Пиримидин – шестичленный гетероцикл с двумя гетероатомами.

Пурин — гетероцикл, включающий два сочлененных цикла: пиридиновый и имидазольный:

Ароматическая система пурина включает десять p -электронов (восемь электронов двойных связей и два электрона пиррольного атома азота). Пурин — амфотерное соединение. Слабые основные свойства пурина связаны с атомами азота шестичленного цикла, а слабые кислотные свойства — с группой NH пятичленного цикла. Основное значение пурина состоит в том, что он является родоначальником класса пуриновых оснований. Пиримидиновые и пуриновые основания.

В группе гетероциклических соединений наиболее важными являются гетероциклы, содержащие два атома азота.

Производные пиримидина — урацил, цитозин, тимин.

Урацил (У) — в зависимости от условий может существовать в разных формах. При переходе из гидрокси- формы в оксо-форму (лактим- в лактам-форму) водород от кислорода переходит к азоту.

 

Цитозин (Ц)

 

Тимин (Т)

 

 

В состав ДНК цитозин и тимин входят в виде лактам – формы.

Наиболее широко из производных пурина в природе распространены – аденин и гуанин.

Аденин (А), представляет собой кристаллическое вещество, труднорастворимое в воде. В свободном состоянии аденин содержится в растительных и животных тканях.

Гуанин (Г), содержится в растительных и животных тканях. В воде и спирте гуанин почти не растворим, но легко растворяется в кислотах и щелочах с образованием солей.

Производные пиримидина — урацил, тимин, цитозин — и производные пурина — аденин и гуанин — называются пиримидиновыми и пуриновыми основаниями соответственно. Пиримидиновые и пуриновые основания входят в состав нуклеиновых кислот. Конечным продуктом обмена пуриновых оснований является мочевая кислота.

 

Примеры решения задач

Пример 1.

Приведите строение пиридина и объясните, почему пиридин является ароматическим соединением.

Решение:

Пиридин – 6-членный ароматический гетероцикл с одним атомом азота. Ароматическая система пиридина включает 6 p -электронов и подобна ароматической системе бензола: каждый атом цикла подает в ароматический секстет один р-электрон. Неподеленная пара электронов азота в силу своей пространственной ориентации в сопряжении не участвует.

 

Пример 2.

Почему пиридин обладает слабыми основными свойствами?

Решение:

Пиридин проявляет слабые основные свойства ( =5,23) за счет неподеленной пары электронов азота и с кислотами образует соли пиридиния.