Теофиллин Теобромин Кофеин

Лекция №24.

КОНДЕНСИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ГЕТЕРОЦИКЛОВ

Важнейшая конденсированная гетероциклическая система пурин состоит из двух сочленённых колец – имидазола и пиримидина. Пурин относится к ароматическим соединениям: он имеет плоский σ-скелет, его сопряжённая система состоит из 10 р -электронов, включая неподелённую пару электронов атома N-7, что соответствует формуле Хюккеля (4 n + 2 при n =2). Исторически сложившаяся необычная нумерация атомов в пурине отличается от общих принципов нумерации конденсированных систем, но она является общеупотребительной.

 

H

N 7

1 N

2 4

N N

3 9

Пурин

 

Пурин – бесцветное кристаллическое вещество (т. пл. 216 – 217 ⁰С), хорошо растворимое в воде, плохо - в эфире, хлороформе. Пурин амфотерен благодаря имидазольному циклу и образует соли с сильными кислотами – за счёт пиридиновых атомов азота и с основаниями – за счёт NH-кислотного центра.

Пуриновая система входит в состав многих биологически важных соединений – нуклеиновых кислот, лекарственных средств, витаминов, алкалоидов. К наиболее значимым производным пурина относятся гидрокси- и аминопурины.

Пуриновые нуклеиновые основания. Всостав нуклеиновых кислот входят нуклеиновые основания аденин и гуанин. Из двух таутомерных форм гуанина – лактимной и лактамной – более устойчива лактамная, в виде которой гуанин и представлен в нуклеиновых кислотах.

 

Таутомерия

 

NH₂ ОН О

N N N

N N НN

 

H₂N H₂N

N N N N N N

 

H H

 

Аденин (6-аминопурин) Гуанин (2-амино-6-гидроксипурин)

 

Следует обратить внимание на то, что в отличие от самого пурина атом водорода в аденине и гуанине фиксирован в положении 9. В такой форме эти основания связаны с остатком углевода в нуклеозидах и нуклеиновых кислотах.

 

Метилированные ксантины. Гипоксантин (6-гидроксипурин), ксантин (2, 6-дигидроксипурин) и мочевая кислота (2, 6, 8-тригидроксипурин) – продукты превращения нуклеиновых кислот в организме. Для них также возможна лактим-лактамная таутомерия, но в кристаллическом виде они существуют преимущественно в лактимной форме.

 

Н Н Н

О О О

N N N N

НN НN НN НN

О

О О

N N N N N N

 

H H Н

Гипоксантин Ксантин Мочевая кислота

 

Мочевая кислота плохо растворима в воде и содержится в моче человека и млекопитающих в незначительных количествах. При некоторых нарушениях обмена веществ мочевая кислота и её соли ураты, откладываются в виде так называемых камней.

В медицине находят применение N-метилированные ксантины, т. е. производные, содержащие две или три метильные группы у атомов азота: теофиллин (1, 3-диметилксантин), теобромин (3, 7-диметилксантин) и кофеин (1, 3, 7-триметилксантин).

 

О О О

N Н N СH₃ N СH₃

С H₃ N Н N СH₃ N

 

O O O

N N N N N N

CH₃ СH₃ CH₃

 

Теофиллин Теобромин Кофеин

 

Теофиллин содержится в листьях чая, теобромин – в бобах какао, кофеин – в листьях чая и зёрнах кофе, откуда эти вещества и извлекаются. Теофиллин и теобромин обладают мочегонным действием, кофеин стимулирует центральную нервную систему.

Теофиллин и теобромин – амфотерные соединения. Их центры кислотности представлены NН-фрагментами, причём в теобромине это может и гидроксигруппа лактимной формы. Центром основности является пиридиновый атом азота N-9. В молекуле кофеина отсутствуют центры кислотности, а атом N-9 обусловливает слабые основные свойства кофеина. Метилированные ксантины плохо растворимы в холодной воде, поэтому часто применяют растворимые соли этих соединений: с кислотами (для всех трёх ксантинов) или основаниями (для теофиллина и теобромина).

Качественные реакции пуринов. 1. Реакции солеобразования используются в качественном анализе метилированных ксантинов. Теофиллин и теобромин в щелочной среде образуют с хлоридом кобальта (II) нерастворимые соли соответственно серо-голубого или розоватого цвета.

Кофеин, у которого метилированы все атомы азота, кислотных свойств не проявляет и не вступает во взаимодействие с хлоридом кобальта (II). Благодаря своим основным свойствам кофеин образует с танином – природным веществом кислотного характера – нерастворимую соль белого цвета.

2. Общей качественной реакцией для обнаружения ксантинов и мочевой кислоты является мурексидная проба, рекомендуемая ГФХ. Эта реакция достаточно сложна и в настоящем курсе подробно не рассматривается. Она основана на окислении ксантинов и мочевой кислоты азотной кислотой. Продукт окисления при взаимодействии с аммиаком образует аммониевую соль пурпурной кислоты, называемую мурексидом, пурпурно-красного цвета. Калиевая соль пурпурной кислоты имеет сине-фиолетовую окраску.