П’ятичленні ароматичні гетероцикли

П’ятичленні гетероциклічні сполуки.

Пірол

Виконав:

Студент групи

ХМХ – 31 с

Стаднік В.Є.

Перевірила:

Вик. Муляк О. І.

 

Львів - 2012

План

Вступ

1. П’ятичленні ароматичні гетероцикли.

2. Конденсовані системи.

3. Деякі критерії ароматичності в гетеро циклах.

4. Інші фізичні методи вивчення електронної будови.

5. Таутомерія гетероароматичних сполук.

6. Синтез гетероциклічних систем.

7. Реакції замикання циклу. Типи реакцій.

8. Піроли.

9. Синтез кільця.

10. Кислотність і реакції метилування.

11. Заміщення по атому вуглецю.

12. Реакції приєднання і циклоприєднання.

13. Номенклатура.

14. Назви конденсованих циклічних систем.

15. Властивості заміщених піролів.

16. Порфірини і споріднені піролу природні сполуки.

Використана література

Для органічних речовин характерно велике різноманіття структур. Багато з них містять циклічні системи. Якщо циклічна система складається із атомів вуглецю і хоча б одного атома іншого елемента, то сполука відноситься до гетероциклічних. Разом з карбоном зустрічаються найчастіше N, O, S, приблизно половина відомих органічних сполук мають структуру, що містить в собі хоча б один гетероциклічний компонент.

Вони широко розповсюджені в природі, а багато з них мають першочергове значення для живих систем: наприклад нуклеїнові кислоти, хлорофіл і гем, вітамін В₁(тіамін), В₂(рибофлавін), В₃(нікотинамід), вітамін С (аскорбінова кислота), з двадцяти амінокислот, знайдених у білках, три (гістидин, пролін і триптофан) – всі вони відносяться до гетероциклічних.

Одна з причин широкого використання цих сполук – можливість тонких маніпуляцій з їхньою структурою для досягнення необхідних модифікацій. Їх все частіше використовують в якості проміжних сполук в органічному синтезі тому, що відносно стабільну циклічну систему можна провести через ряд синтетичних стадій без змін структури, а в потрібний момент розкрити цикл і вивільнити інші функціональні групи. Більшість досліджень в області гетероциклічних сполук зв’язані з розробкою нових методів синтезу кільця. Багато лікарських препаратів і більшість гетероциклічних сполук, що мають практичне застосування, не екстрагують з природної сировини, а виготовляють промисловим способом, але натхненням хіміків було вивчення природних продуктів, яке формувало основу для подальших досліджень.

 

П’ятичленні ароматичні гетероцикли.

Плоскі ненасичені гетероциклічні сполуки, що містять п’ять атомів, можуть бути віднесені до ароматичних систем, якщо вони мають єдиний цикл р-орбіталей, що містить шість електронів. Прикладом п’ятичленного ароматичного гетероциклу є пірол. Молекула піролу є плоска, що свідчить про sp²-гібридизації атомів С і N. Три σ-зв’язки N лежать в площині кільця, в р-орбіталь, перпендикулярна до площини, несе вільну пару електронів, вона взаємодіє з чотирма орбіталями атомів С з утворенням циклічної π-електронної системи, що складається з п’яти р-орбіталей, але містячи сумарно шість електронів, тобто система підпадає під правило Хюкеля:

Рис. 1. Зображення структури піролу.

 

Рис. 2.π-Молекулярні орбіталі піролу.

π-Молекулярні орбіталі піролу (рис. 2.) показує збурення, яке є викликане введенням гетероатома, розглядають як розщеплення π₂ і π₃ рівнів з пониженням енергії π₂ орбіталі, яка має великий коефіцієнт на атомі N.

Рис. 3. Розраховані π-електронні густини піролу.

Розраховане π-електронне розподілення в молекулі піролу(рис. 3.)показує, що циклічна система електрононадлишкова і атоми С володіють більшою π-електронною густиною, чим атоми карбону в бензолі, хоч найбільша π-електронна густина зосереджена на атомі N.

Група п’ятичленних ароматичних гетероциклів містить більше представників, ніж група шестичленних, так як один атом має бути двовалентним, і тому більше гетероатомів може бути включено в п’ятичленний цикл.

Рис. 4. Приклади п’ятичленних гетероциклів.

 

Підвищена π-електронна густина на атомах С в піразолі, у порівнянні з бензолом, обумовлює віднесення цієї групи гетероциклів до π-надлишкових гетероциклічних сполук.

Конденсовані системи.

Критерії ароматичності, що визначаються правилом Хюкеля (4n + 2), строго використовують тільки для моно циклічних сполук. Однак було признано, що сполуки, структура яких представляє собою бензольне кільце, конденсоване з іншою ароматичною циклічною системою, володіють ароматичними властивостями, хоч в модифікованому виді.

Рис. 5. Деякі п’ятичленні бензоконденсовані гетероцикли.

Деякі п’ятичленні бензоконденсовані гетероциклічні сполуки зображені на рис. 5. Найважливіша з них – індол. Це майже плоска сполука з почергово змінними зв’язками у відповідності зі структурою Кекуле.

Існує велике різноманіття гетероциклічних сполук, які утворюються за рахунок анелірування за рахунок двох моноциклічних гетероатомних систем.

Рис. 6. Пурин і індолізин.

Віднесення цих сполук до ароматичних основане на тому, що вони плоскі і містять загалом десять π-електронів, що узгоджується з правилом Хюккеля для n = 2.