31.шестичленні гетероциклічні сполуки з одним гетероатомом

Національний фармацевтичний
університет
Кафедра органічної хімії
AUDE
Лектор: к.х.н., доц. Орленко І.В.
ШЕСТИЧЛЕННІ
ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ
СПОЛУКИ З ОДНИМ
ГЕТЕРОАТОМОМ

Кафедра органічної хімії НФаУ / Шестичленні гетероциклічні сполуки з одними гетероатомом 2
ШЕСТИЧЛЕННІ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ З ОДНИМ
ГЕТЕРОАТОМОМ
Найважливіші представники:
• нітрогеновмісні (азини):
• оксигеновмісні:
O
CH2
O
CH2

піридин
Монометильні похідні піридину називають піколінами.
Піридин
Положення замісників в молекулі піридину вказують цифрами або буквами
грецького алфавіту. Положення 2,6 називають α,α′; положення 3,5 — β,β′;
положення 4 — γ.
N CH3 N
CH3
N
CH3
2-метилпіридин;
-метилпіридин;
-піколін
-метилпіридин;
-піколін
-метилпіридин;
-піколін

СПОСОБИ ОДЕРЖАННЯ
А. Природні джерела (камяновугільна смола).
В. Синтетичні методи.
1. Конденсація альдегідів з амоніаком:
• синтез незаміщеного піридину: конденсацією оцтового альдегіду з мурашиним
альдегідом і амоніаком отримують незаміщений піридин:
• синтез гомологів піридину: метилпіридини одержують реакцією конденсації
оцтового альдегіду з амоніаком в присутності оксиду алюмінію; в результаті реакції
утворюються α- і γ-метилпіридин:
ацетальдегід α-метилпіридин γ-метилпіридин
α-піколін γ-піколін
• для одержання β-метилпіридину використовують акролеїн (пропеналь):

2. Взаємодія ацетилену з синильною кислотою. При взаємодії ацетилену з
ціанідною кислотою при високій температурі отримують піридин з достатньо
високим виходом:
БУДОВА ТА ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
У молекулі піридину всі атоми Карбону та атом Нітрогену знаходяться в стані sp2-
гібридизації. Замкнена 6-π-електронна система утворюється п’ятьма pорбіталями
атомів Карбону (по одній від кожного) і pорбіталлю атома Нітрогену. Тобто в
молекулі піридину, як і в молекулі бензену, кожен атом циклу вносить в
ароматичний секстет по одному pелектрону.
Такий атом Нітрогену називається гетероатомом піридинового типу:

Піридин відноситься до так званих π-дефіцитних гетероциклічних систем.
π-Дефіцитними гетероциклічними системами називають ароматичні
гетероцикли, що містять гетероатоми, які знижують електронну густину на атомі
Карбону.
Неподілена пара електронів атома Нітрогену в молекулі піридину, на відміну від
молекули піролу, займає sp2-гібридну орбіталь і не бере участі в утворенні
ароматичного секстету. Наявність такої пари електронів обумовлює основні
властивості.
Внаслідок більшої електронегативності в порівнянні з Карбоном, атом Нітрогену
знижує електронну густину в піридиновому циклі:
Для піридину характерні реакції:
• за участі гетероатома;
• заміщення атомів Гідрогену піридинового циклу;
• відновлення та окиснення.

Утворення солі з пікриновою кислотою (2,4,6-тринітрофенолом) – якісна реакція
на піридиновий атом Нітрогену (жовтий осад).
2. Взаємодія із сульфур (VI) оксидом:
А. Реакції за участі гетероатома.
1. Взаємодія з кислотами. При взаємодії із сильними мінеральними та органічними
кислотами (хлоридна, бромідна, сульфатна, пікринова тощо) піридин утворює
піридинієві солі:
Піридинсульфотриоксид використовують для сульфування ацидофобних
гетероциклів.
3. Реакції алкілювання та ацилювання:

В. Реакції заміщення атомів Гідрогену піридинового циклу.
За участю піридинового ядра піридин вступає в реакції:
• електрофільного заміщення (SE);
• нуклеофільного заміщення (SN).
Реакції електрофільного заміщення (SE).
Напрямок реакцій SE та SN чітко видно з резонансних структур:
Внаслідок зниження електронної густини в піридиновому ядрі реакції нітрування,
бромування та сульфування перебігають лише за жорстких умов за β-
положенням.

2. Реакція гідроксилювання:
Реакції нуклеофільного заміщення (SN).
Зниження електронної густини на атомах Карбону піридинового циклу обумовлює
легкість проходження реакцій SN:
реакції перебігають за положеннями 2, 4, або 6 (-, '-,γ-положення).
1. Реакція амінування (реакція Чичібабіна):

С. Реакції відновлення та окиснення.
1. Відновлення. В залежності від умов реакції при відновленні піридину можуть
утворюватися різні продукти:
2. Окиснення. Піридинове кільце стійке до дії окисників; алкілпіридини, подібно до
алкілбензенів, окиснюються до піридинкарбонових кислот:
β-метилпіридин β-піридинкарбонова кислота
β-піколін нікотинова кислота

При дії пероксикислот окиснення протікає по гетероатому з утворенням N-оксидів:
3. Використання N-оксиду піридину в реакціях електрофільного заміщення. N-
оксид піридину, на відміну від піридину, легко взаємодіє з електрофільними
реагентами, що пояснюється електронодонорними властивостями атому Оксигену:
N-оксид піридину легко відновлюється до піридину:

Реакція може перебігати за - та γ-положеннями:
N-оксид піридину використовується для отримання різноманітних 4-заміщених
похідних піридину:

Найважливіші похідні піридину
Піколіни
Розрізняють α-піколін (2-метилпіридин), β-піколін (3-метилпіридин) і γ-піколін (4-
метилпіридин):
α-, β- і γ-Піколіни легко окиснюються до відповідних піридинкарбонових кислот:
Внаслідок електроноакцепторного впливу гетероатома в молекулах α- і γ-піколінів
атоми Гідрогену метильних груп набувають підвищеної рухливості.
Піколіни вступають в реакцію конденсації з ароматичними альдегідами:

Гідроксипіридини
(оксипіридини, піридиноли)
α- та γ-гідроксипіридини – таутомерні сполуки. Це пов'язано з тим, що
неподілена пара електронів гідроксильної групи спряжена безпосередньо з
гетероатомом:
2-оксопіридин 4-оксопіридин

За хімічною класифікацією гідроксипіридини відносяться до фенолів. Найбільш
виражені властивості фенолів виявляє β-гідроксипіридин. Всі гідроксипіридини
утворюють характерне для фенолів фіолетове забарвлення з FeCl3 (α- і γ- менш
інтенсивне, ніж β-).
Гідроксипіридини – біфункціональні сполуки:
• за гетероциклом вони виявляють властивості піридину;
• за гідроксигрупою – властивості фенолу.
В молекулі β-гідроксипіридину відсутнє спряження неподіленої пари електронів
гідроксильної групи з гетероатомом, тому β-гідроксипіридин не є таутомерною
речовиною. У водних розчинах він існує у вигляді біполяроного іону (цвіттер-іону):
N
O H
N
O
H
..
.. + -
+
Алкілування. Реакція алкілування перебігає за гетероатомом. 2- і 4-
Гідроксипіридини з алкілгалогенідами утворюють N-алкілпіридони:

2-амінопіридин 2-імінопіридин 4-амінопіридин 4-імінопіридин
α-амінопіридин α-імінопіридин γ-амінопіридин γ-імінопіридин
(амінна форма) (імінна форма) (амінна форма) (імінна форма)
3-Гідроксипіридин утворює солі N-алкілпіридинію:
Амінопіридини
В залежності від розташування аміногрупи у піридиновому ядрі розрізняють:
Внаслідок спряження аміногрупи за гетероатомом α- та γ-амінопіридини існують в
двох таутомерних формах:
Рівновага зміщена в бік аміноформи, як більш стійкої.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
Амінопіридини — сильніші основи, ніж піридин і анілін. Вони містять у своєму
складі два основних центри: атом Нітрогену піридинового циклу та атом Нітрогену
аміногрупи.
Основні властивості:
• 2- та 4-амінопіридини утворюють солі з одним еквівалентом кислоти, тому що в
молекулах α- і γ-амінопіридинів аміногрупа перебуває в кон’югації безпосередньо з
гетероатомом і значною мірою втрачає основні властивості, беручи участь у
делокалізації позитивного заряду катіона піридинію:
• 3-амінопіридин реагує з кислотами по двох основних центрах, тому що у молекулі
β-амінопіридину аміногрупа не кон’югована з гетероатомом:

Піридинкарбонові кислоти
В залежності від того, у якого атома Карбону в молекулі піридину знаходиться
карбоксильна група розрізняють α, β та γ-піридинкарбонові кислоти:
Піридинкарбонові кислоти - біфункціональні сполуки, вони виявляють властивості
карбонових кислот і властивості піридину:
α-піколінкарбонова кислота β-піколінкарбонова кислота γ-піридинкарбонова кислота
2-піколінкарбонова кислота 3-піколінкарбонова кислота 4-піридинкарбонова кислота
піколінова кислота нікотинова кислота ізонікотинова кислота

Лікарські речовини – похідні піридинкарбонових кислот
Амфотерні властивості. Амфотерність піридинкарбонових кислот зумовлена
наявністю в молекулі кислотного і основного центрів. Вони здатні утворювати солі
як з кислотами, так і з лугами:
натрієва сіль
нікотинової кислоти

ШЕСТИЧЛЕННІ ОКСИГЕНОВМІСНІ ГЕТЕРОЦИКЛИ З
ОДНИМ ГЕТЕРОАТОМОМ
α-Піран у вільному вигляді не існує, γ-піран є дуже нестійкою сполукою.
Оксопохідні піранів – стійкі сполуки:
-Піран і -Піран

У молекулах α- та γ-піронів атом Оксигену та 5 атомів Карбону перебувають в sp2-
гібридизації. Неподілена пара електронів гетероатома спряжена з π-електронами
двох подвійних зв’язків циклу і карбонільною групою. Делокалізацію електронної
густини можна показати у вигляді двох граничних резонансних структур, одна з
яких — кон’югований дієн, а інша — ароматична система, подібна до піридину:
кон'югований дієн ароматична структура кон'югований дієн ароматична структура

γ-Пірон:
• не виявляє властивостей кетонів, не утворює характерних для кетонів похідних по
карбонільній групі (оксимів, гідразонів тощо);
• важко вступає в реакції приєднання за місцем розриву подвійних вуглець-
вуглецевих зв’язків;
• при взаємодії із сильними мінеральними кислотами (HCl, HClО4) або
алкілгалогенідами утворює солі пірилію:
Пірилієвий катіон у солях пірилію містить замкнену 6-π-електронну систему і,
подібно до бензену або піридину, має ароматичний характер.

Кумарин (бензо[b]піран-2-он, 2-хроменон) — конденсована гетероциклічна
система, що складається з бензенового і -піронового циклів.
Синтетично кумарин добувають за реакцією Перкіна конденсацією саліцилового
альдегіду з оцтовим ангідридом:
Хімічні властивості кумарину зумовлені наявністю в його структурі лактонного і
бензенового кілець.
При нагріванні кумарину з водним розчином лугу утворюється сіль о-
гідроксикоричної кислоти. Після підкислення розчину відбувається швидка
рециклізація в кумарин:
Кумарин

Хромон (бензо[b]піран-4-он, 4-хроменон) — конденсована гетероциклічна
система, що складається з бензенового і γпіронового циклів.
За хімічними властивостями хромон нагадує γ-пірон.
Найважливіші похідні хромону — флавон (2-фенілхромон) та ізофлавон (3-
фенілхромон) – є представниками флавоноїдів та широко розповсюджені в
рослинному світі:
Хромон

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Черних В. П. Органічна хімія / В. П. Черних, Б. С. Зіменковський, І. С. Гриценко. – Х.: Вид-во НФаУ :
Оригінал, 2008. – 752 с.
2. Черных В. П. Лекции по органической химии: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений.—
Харьков: Изд-во НфаУ; Золотые страницы, 2003.— 456 с.
3. Номенклатурные правила ИЮПАК по химии: В 4 т. Пер. с англ./ Под ред. Л. А. Яновской.— М.:
ВИНИТИ, 1979.—1985.
4. Ластухін Ю. О., Воронов С. А. Органічна хімія: Підруч. для вищ. навч. закл.— Львів: Центр Європи,
2001.— 864 с.
5. Нейланд О. Я. Органическая химия.— М.: Высш. шк., 1990.— 751 с.
6. Общая органическая химия: В 12 т. Пер. с англ. / Под ред. Д. Бартона, У. Д. Оллиса.— М.: Химия,
1985.
7. Петров А. А., Бальян Х. В., Трощенко А. Т. Органическая химия: Учеб. для вузов / Под ред. М. Д.
Стадничук.— 5-е изд., перераб. и доп.— С.-Пб.: «Иван Федоров», 2002.— 624 с.
8. Реутов О. А., Курц А. Л., Бутин К. П. Органическая химия. В 4 частях: Учеб. для студ. вузов.— 2-е
изд.— М.: БИНОМ.— Лаборатория знаний, 2004.
9. Терней А. Современная органическая химия: В 2 ч.— М.: Мир, 1981.— Т. 1.— 978 с.; Т. 2.— 651 с.
10.Шабаров Ю. С. Органическая химия: Учеб. для вузов.— 3-е изд.— М.: Химия, 2000. — 848 с.

31.шестичленні гетероциклічні сполуки з одним гетероатомом

Recommended

Recommended

More Related Content

Recently uploaded

Recently uploaded (17)

Featured

Featured (20)

31.шестичленні гетероциклічні сполуки з одним гетероатомом