Лекция за хетероцикли
БИОЛОГИЧНО ВАЖНИ ХЕТЕРОЦИКЛИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ
Хетероцикличен се нарича съединения, в цикъла на които освен въглеродните атоми са включени и атоми на други елементи (хетероатоми).
Хетероцикличните съединения, особено тези, съдържащи азотни и кислородни атоми в цикли, са изключително разпространени в природата под формата на алкалоиди, витамини, пигменти и играят много важна роля в биологичните процеси. Около половината от известните природни вещества принадлежат към хетероцикли: това са растителен хлорофил, кръвен хемин, жлъчни пигменти, нуклеинови киселини, почти всички алкалоиди, пеницилин, витамини PP, B1, B6, B12, индиго и др., Както и около половината на веществата, използвани в медицината.
Хетероцикличните съединения са класифицирани
По естеството на хетероатома (съдържащ азот, кислород, сяра)
По броя на хетероатомите (един, два или повече)
По размера на цикъла (започвайки с тричленни; най-често срещаните в природата са 5-и 6-членни хетероцикли)
Наситеност (наситена, ненаситена, ароматна)
Примери наситени хетероцикли по-рано разглежданите лактиди, дикетопиперазини, лактони, лактами и циклични анхидриди.
Наситените хетероцикли са част от алкалоидите, използвани в медицината. например, пиперидин е част от алкалоида лобелин и други подобни по структура съединения, използвани в медицината като аналептични средства. (увеличаване на честотата и силата на сърдечните контракции, повишаване на кръвното налягане), както и анестезиращото лекарство промедол. Хетероцикъл пиролидин лежи в основата на аминокиселината - пролин, която е част от сложните протеини.
Конформации на шестчленни наситени хетероцикли
Шестчленни хетероцикли съществуват под формата на два конформационни изомера "стол" и "баня", състоянието "стол" е по-стабилно, тъй като в тази конформация всички заместители са на максималното разстояние един от друг. Пример: пиран
Ако хетероцикълът съдържа заместители, които са по-обемисти от водорода, тогава те са разположени „по протежение на екватора“. В това положение те са на максимално разстояние един от друг. Пример пентахидроксипиран (β-глюкоза).
Ароматни хетероцикли най-широко разпространени в природата и имат важно биологично значение.
Петчленни ароматни хетероцикли -
Това са хетероцикли с един или повече хетероатоми (пирол, фуран, тиофен, имидазол, тиазол и др.) Те имат шест електрона във връзка, делокализирани върху пет пръстенни атома. Електронната плътност на въглеродните атоми в пръстена се увеличава.
1) с един хетероатом
Пирол Фуран Тиофен
2) с два хетероатома (азоли)
Имидазол Пиразол Тиазол Оксазол
Шестчленни ароматни хетероцикли
това са хетероцикли с един или повече хетероатоми (пиридин, пиримидин).
Поради по-голямата електроотрицателност на азотния атом в сравнение с въглерода, електроните се изместват към азотния атом, който се проявява като електронен акцептор. Електронната плътност на пръстенните въглеродни атоми е намалена.
Кондензирани ароматни хетероцикли
Имате циклична конюгирана система, съдържаща 10 електрона.
Реактивността на хетероциклите се определя от естеството на хетероатома и свойствата на ароматната система.
Ако в хетероцикъла присъства пиролов азотен атом, тогава
А) основните свойства са максимално намалени поради участието на самотната електронна двойка в конюгация, способността за прикачване на протон е ниска.
Б) киселинните свойства се дължат на присъствието на водороден атом, а конюгирането подобрява киселинните свойства. При взаимодействие със силни основи (NaNH2, метален натрий) се образуват соли.