Гетероциклические соединения

пиразола
Производные индола
Гетероциклические соединения, содержащие конденсированные бензольный и пиридиновый

циклы
Производные пиримидина
Производные пурина

атомами углерода один или несколько гетероатомов: O, N, S.
К гетероциклическим соединениям (ГЦС)

относятся многие алкалоиды, витамины, природные пигменты. Они являются структурными фрагментами молекул нуклеиновых кислот и белков. Более 60% наиболее известных и широко употребляемых лекарственных препаратов являются гетероциклическими соединениями.

числу гетероатомов (простые и сложные)
Простые ГЦС (моноядерные)
Сложные ГЦС

(фуран, пиридин, тиофен) и ароматические гетероциклы

по числу циклических

фрагментов в молекуле - моноциклические (моноядерные) и полициклические (полиядерные). Причем, циклы могут быть конденсированные (содержать два общих атома, например, индол), либо соединенные простой связью (например, бипиридил). В природе наиболее распространены пяти- и шестичленные гетероциклы, содержащие в качестве гетероатомов азот, а также кислород и серу.

Моноциклические ГЦС - все простые ГЦС ; из сложных - диоксан, тиазол, оксазин.

Полициклические ГЦС - индол, бипиридин (бициклические) , порфин и его производные (тетрациклические)

краун-эфиры (crown англ. – корона), содержащие свыше четырех гетероатомов и более десяти звеньев в структуре цикла (звеном называют фрагмент из двух химически связанных атомов (рис. 2).

включающий четыре пиррольных кольца.

Замещенные порфины называют порфиринами. В виде комплексов с

металлами порфирины и частично гидрированные порфирины входят в состав гема (простетической группы гемоглобина – содержащегося в эритроцитах основного белка дыхательного цикла, переносчика кислорода от органов дыхания к тканям), зеленого пигмента растений хлорофилла, витамина В12.

содержащие два атома азота
Ароматические системы имидазола и пиразола включают по

6 p -электронов. При этом один из атомов азота цикла подает в ароматическую систему один р-электрон (пиридиниевый атом азота), другой атом азота – неподеленную пару электронов (пиррольный атом азота).

Имидазол и пиразол содержат в молекуле кислотный центр (связь N-H) и основный центр (пиридиниевый атом азота) и являются амфотерными соединениями. При этом основные свойства преобладают над кислотными.

имидазол и пиразол ассоциированы за счет образования межмолекулярных водородных связей.
Следствием

такой ассоциации являются высокие температуры кипения и быстрый водородный межмолекулярный обмен между пиррольным и пиридиниевым атомами азота, который в случае замещенных гетероциклов приводит к существованию таутомеров.

быть выделены в индивидуальном состоянии.
Особый вид таутомерии характерен для 5-гидроксипиразолов

(пиразолонов-5). В растворе они существуют в виде равновесной смеси гидроки-(I) и оксо-(II,III) таутомерных форм.

В кристаллическом состоянии наиболее устойчива форма II.

белков, в том числе гемоглобина; в составе ферментов осуществляет кислотный

и основной катализ за счет амфотерных свойств имидазольного цикла.

Гистамин – биогенный амин, продукт декарбоксилирования гистидина; обеспечивает аллергические реакции организма.

Производные пиразолона- 5 - антипирин, амидопирин, анальгин – ненаркотические анальгетики, жаропонижающие и противовоспалительные средства.

циклы.
Индол
Биологически активные производные индола
Триптофан – незаменимая (не синтезируется в организме человека)

аминокислота, входящая в состав животных и растительных белков.

Производные индола

нейромедиатором головного мозга.
Пиридин – моноциклическое соединение, представляющий 6-членный ароматический гетероцикл

с одним атомом азота с неподеленной парой электронов .

Производные пиридина

проявляет слабые основные свойства и с кислотами образует соли пиридиния.
Атом

азота пиридина проявляет также нуклеофильные свойства и алкилируется алкилгалогенидами с образованием солей алкилпиридиния.

Подобные процессы лежат в основе механизма действия кофермента НАД+.

Биологическая роль ниацина (никотинамида):

Входит в состав NAD+ и NADP+

дегидрогеназ и участвует в начальном этапе биологического окисления

обеспечивавет слаженную работу антиоксидантных систем, содержащих сульфгидрильные группы (глутатион).

NAD+

участвующего в процессах синтеза аминокислот из кетокислот путем трансаминирования.

алкалоидов – никотина и анабазина (алкалоиды, содержащиеся в листьях табака;

чрезвычайно токсичны, используются как инсектициды), атропина (содержится в растениях семейства пасленовых; высокотоксичен; применяется в медицине как средство, вызывающие расширение зрачка), кокаина (содержится в листьях коки; стимулирует и возбуждает нервную систему, известен как одно из первых местно анестезирующих и наркотических средств).

(энтеросептол) – обладают сильным бактерицидным действием и используются как противовоспалительные

и антисептические средства.

Действие этих препаратов основано на образование прочных хелатных комплексов с ионами металлов. Таким образом происходит связывание микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности бактерий.

болеутоляющее средство, наркотик; папаверин - спазмолитическе и сосудорасширяющее средство.

система пиримидина включает 6 p -электронов и подобна ароматической системе пиридина: т.е.

каждый атом цикла, в том числе и оба атома азота, подают в ароматический секстет один р-электрон.
Химические свойства пиримидина подобны свойствам пиридина. Пиримидин является более слабым основанием, чем пиридин, за счет электроноакцепторного влияния второго атома азота (=1,3). Снижение, по сравнению с пиридином, электронной плотности на атомах углерода кольца приводит к инертности пиримидина по отношению к электрофильным реагентам и окислителям. Реакции нуклеофильного замещении и восстановления в ядре пиримидина, напротив, протекают легче, чем в пиридине.

пиримидина
Урацил, тимин и цитозин – нуклеиновые основания; входят в состав нуклеозидов, нуклеотидов,

нуклеиновых кислот. Существуют в таутомерных оксо- и гидроксиформах, переходы между которыми осуществляются за счет миграции протона между кислородом и азотом кольца.

и тимина.
Оксо-формы нуклеиновых оснований образуют прочные межмолекулярные водородные связи.
Ассоциация такого

типа играет важную роль в формировании структуры ДНК.
Барбитуровая кислота и ее производные – барбитураты (веронал, люминал) – снотворные и противосудорожные средства.

предшественником кофермента кокарбоксилазы, принимающего участие в декарбоксилировании a -кетокислот и синтезе

кофермента А.

имидазольный циклы.
Пурин, подобно имидазолу, существует в виде двух таутомерных форм.

Более стабильной является форма с атомом водорода в положении 7.

Пурин является амфотерным соединением и образует соли с сильными кислотами (по атому азота имидазольного цикла) и щелочными металлами (по NH-группе).

пурина.
Аденин и гуанин - нуклеиновые основания; входят в состав нуклеозидов, нуклеотидов,

в том числе нуклеотидных коферментов, нуклеиновых кислот.

Для аденина известны две таутомерные формы, являющиеся результатом миграции протона между атомами азота имидазольного цикла. У гуанина, кроме того, существуют таутомерные гидрокси- и оксоформы.

в организме является мочевая кислота, которая выделяется с мочой. Соли

мочевой кислоты – ураты – откладываются в суставах при подагре, а также в виде почечных камней.

In vitro аденин и гуанин могут быть превращены соответственно в гипоксантин и ксантин дезаминированием под действием азотистой кислоты.

мутациям.


Пуриновые алкалоиды – кофеин, теофиллин, теобромин – метилированные по азоту производные ксантина;

содержатся в чае, кофе, какао-бобах.

Кофеин – эффективное средство, возбуждающее центральную нервную систему и стимулирующее работу сердца.

Теофиллин и теобромин менее эффективны, однако обладают сильными мочегонными свойствами.

производные фурана
Нитрофураны, обладает бактерицидными свойствами – фурацилин, фурадонин, фуразидин
фурфурол
фурацилин
Фурадонин