Электронное строение рассмотрим на примере пиррола

БИОЛОГИЧЕСКИ ВАЖНЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

 

Гетероциклическими называют соединения в состав цикла которых, помимо атомов углерода входят атомы других элементов (гетероатомы).

 

Гетероциклические соединения, в особенности содержащие в циклах атомы азота и кислорода, чрезвычайно распространены в природе в виде алкалоидов, витаминов, пигментов и играют очень важную роль в биологических процессах. К гетероциклам принадлежит примерно половина известных природных веществ: это хлорофилл растений, гемин крови, пигменты желчи, нуклеиновые кислоты, почти все алкалоиды, пенициллин, витамины РР, В₁, В₆, В₁₂, индиго и др., а также примерно половина веществ, применяемых в медицине.

Гетероциклические соединения классифицируют

1. По природе гетероатома (азот-, кислород-, серосодержащие)

2. По числу гетероатомов (один, два и более)

3. По размеру цикла (начиная с трехчленного; наиболее распространены в природе 5-ти и 6-ти членные гетероциклы)

4. По степени насыщенности (насыщенные, ненасыщенные, ароматические)

 

Примерами насыщенных гетероциклов служат рассмотренные ранее лактиды, дикетопиперазины, лактоны, лактамы а также циклические ангидриды.

Насыщенные гетероциклы входят в состав алкалоидов, применяемых в медицине. Например, пиперидин входит в состав алкалоида лобелина и др. сходных по структуре соединений используемых в медицине в качестве аналептических средств. (увеличивают частоту и силу сердечных сокращений, повышают АД), а также обезболивающего препарата промедола. Гетероцикл пирролидин лежит в основе аминоилоты - пролин, входящей в состав сложных белков.

Конформации шестичленных насыщенных гетероциклов

Шестичленные гетероциклы существуют в виде двух конформационных изомеров «кресло» и «ванна» более устойчиво состояние «кресло», так как в этой конформации все заместители находятся на максимальном удалении друг от друга. Пример: пиран

 

«ванна» «кресло»

Если в гетероцикле есть более объемные, чем водород заместители, то они располагаются «по экватору». В этом положении они находятся на максимальном расстоянии друг от друга. Пример пентагидроксипиран (b-глюкоза).

Ароматические гетероциклы наиболее широко распространены в природе и имеют важное биологическое значение.

Делятся на:

Пятичленные ароматические гетероциклы –

P-избыточные системы

Это –гетероциклы с одним или несколькими гетероатомами (пиррол, фуран, тиофен, имидазол, тиазол и др.) У них шесть электронов, находящихся в сопряжении, делокализовано на пяти атомах цикла.

1) с одним гетероатомом

Пиррол Фуран Тиофен

 

2) с двумя гетероатомами (азолы)

 

Имидазол Пиразол Тиазол Оксазол

Электронное строение рассмотрим на примере пиррола.

Электронное строение пиррола

Пиррол – ароматическое соединение. Все атомы цикла находятся в состоянии sp²-гибридизации. Атом азота участвует в р-p-сопряжении, предоставляя в сопряжённую систему свою неподеленную электронную пару. Образуется единое р-электронное облако из 6 электронов.

Такой атом азота называется пиррольный

Р-p-сопряжение

Гетероциклы, содержащие кислород и серу имеют подобное электронное строение. Электронная плотность кольца таких гетероциклов повышена из-за электронодонорного влияния гетероатома (+М>-I), участвующего в р-p-сопряжении.