Шестичленные гетероциклические системы с одним гетероатомом

Пиридин

^g

^{b b}

^{a a}

С точки зрения электронного строения это аналог бензола, а точнее – нитробензола. Азот, как электроноакцептор, стягивает к себе p- электронное облако, в целом понижая электронную плотность ароматического кольца.

Такая ароматическая система рассматривается как p- недостаточная.

Электронное строение «пиридинового» атома азота

Химические свойства

1. Ароматические свойства. Пиридин вступает в реакции электрофильного замещения (S_E), но из-за p-недостаточности легче протекают реакции нуклеофильного замещения (S_N).

H₂SO₄, t=300°

S_E

(в 3 или 5 положения)

NH₃, t=200⁰

S_N

(в 2,4,6–положения)

2. Основные и нуклеофильные свойства – за счет неподеленной электронной пары пиридинового атома азота. Водный раствор пиридина имеет основную реакцию на индикатор. К_осн =1,7^. 10^-9; К_осн анилина = 4 ^. 10^-10.

₊

H⁺Cl^- Сlˉ Соль -

хлористый

пиридиний

⁺

₊

CH₃-Cl^- Clˉ Соль –

хлористый

метилпиридиний

3. Восстановление. В отличие от бензола пиридин восстанавливается водородом в момент выделения (Na + C₂H₅OH) с образованием пиперидина (К_осн = 1,33 ^. 10^-3):

6[Н]

В катионе пиридиния p- недостаточность выражена еще сильнее, вследствие чего он еще легче вступает во взаимодействие с нуклеофильными реагентами, например с гидрид-ионом ( )

_-

катион восстановленный

алкилпиридиния алкилпиридиний

В результате этой реакции алкилпиридиний – катион восстанавливается (принимает электронную пару гидрид-иона). При этом кольцо теряет ароматичность, т.е. переходит от термодинамически более устойчивого состояния к менее устойчивому. В результате обратной реакции происходит окисление и возвращение к более устойчивой структуре.

Пиридиновый цикл входит в состав многих лекарственных средств. Наиболее известным из них является производное никотиновой и изоникотиновой кислот:

никотиновая кислота амид никотиновой кислоты

витамин РР

изоникотиновая гидразид

кислота изоникотиновой

кислоты

Амид никотиновой кислоты (никотинамид) входит также в состав кофермента НАД⁺, являющегося простетической небелковой группой ферментов дегидрогеназ. НАД⁺ является одним из наиболее общих окисляющих агентов в природных системах. Функция его как окислителя состоит в отщеплении Нˉ от органических соединений (спиртов, оксикислот и т.д.).

H

+ R–CH–OH +

Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами

Пятичленные гетероциклы, содержащие атом азота называются азолами. Главные представители:

пиразол имидазол тиазол

(1,2-диазол) (1,3-диазол)

Старшинство гетероатомов при нумерации: O > S > NH > N.

Химические свойства

1. Ароматические свойства. Их структура отвечает критериям ароматичности. Они вступают в реакции электрофильного замещения (S_E) в 4 положение – сказывается ориентирующее действие гетероатомов. В отличие от пиррола они не проявляют ацидофобных свойств. Устойчивы к действию кислот, а также окислителей и щелочей.

H₂SO₄

+ HNO₃ + Н₂О

пиразол 4 – нитропиразол

2. Основные свойства проявляются за счет «пиридинового» атома азота.

H⁺Clˉ H ⁺ Сlˉ

имидазол хлористый имидазолий

3. Восстановление осуществляется водородом в момент выделения:

2[H] 2[H]

пиразол пиразолин пиразолидин

Основность по мере восстановления возрастает, так как увеличивается электронная плотность на основных центрах вследствие ликвидации ароматичности.

Пиразолин легко окисляется. Одним из производных является пиразолон-3.

На его основе создана целая группа лекарственных препаратов – антипирин, амидопирин, анальгин и др.

антипирин амидопирин анальгин

Они широко применяются в медицине как жаропонижающие, болеутоляющие и успокаивающие средства.