Лекция №1 Ароматические и гетероциклические соединения. Электронная

А В

А + + В-

Гомолитический
разрыв связи

А + В

Гетеролитический
разрыв связи

(R) - очень активные частицы,стремятся к образованию связей
Н·, Cl·, O:,

реакций

Е ()
(Н+, NO2+, Br+, SO3 и т.д.)

анл. Substitution)
SR - алканы
SE - арены
SN - галогенпроизводные, спирты,

- мономолекулярные (SN1)
- бимолекулярные (SN2)

плотность максимальная или минимальная является самым реакционноспособным.

На реакционную способность

исходном соединении, называется заместителем.

Влияние заместителей определяется электронными эффектами:
индуктивным

системе σ–связей, вызванное разной электроотрицательностью (ЭО) атомов.

+I эфф. имеют все R, причем для них I эфф. меняется в следующей последовательности: CH3 < C2H5 < (CH3)2 CH < (CH3)3C; также +I эфф. характерен для Мe и иона О2-.

Іδ1І > Іδ2І

+I эфф.

I эфф. затухает через 3–4 атома углерода из-за малой

–I эфф.: Hal, NH2, OH, OR, NO2, COOH

CH3

CH2

Y

+d2

+d1

-d

- I эффект

перераспределение электронной плотности по системе p–связей.
М

π–делокализованное облако с π–связью, и на дальнем углероде возникает отрицательный

+

-

+ М эфф.: NH2, OH, OR, Hal, SH, NR2 имеют гетероатом, участвующий в p-π сопряжении. Заместитель не имеет двойной связи.

+М эффект

(p-π сопряжение)

виниламин (аминоэтен)

С=О объединяются в единое p-делокализованное облако, оно смещается в сторону

- + 

-

+ 

- М эффект (π-π сопряжение)

пропеновая (акриловая) кислота

В результате заместители делятся на:

1) электронодонорные (ЭД);

Представители:
- бутадиен-1,3
- изопрен
- циклопентадиен- (1,3)
- сорбиновая

С замкнутой цепью
сопряжения
циклическое
сопряжение
Представители
- арены
- гетероциклические
соединения

энергии и по длине, вызванное образованием π –единого делокализованного облака.

ЭНЕРГИЯ

Если имеется начало и конец сопряжения – это открытая цепь

Е сопр. = 15 кДж/Моль

сорбиновая кислота

систему из 11двойных (= ) связей. В организме при его

Чем длиннее цепь сопряжения, тем устойчивее молекула к внешним воздействиям!

Химическое поведение молекулы обусловлено природой химической связи, распределением

NB!

Для систем с открытой цепью сопряжения характерны реакции присоединения – АЕ (1,4) или АЕ (1,2). Соотношение продуктов 1,4-присоединения и 1,2-присоединения зависит от: 1) природы алкадиена 2) электрофильного реагента 3) от условий протекания реакции(t, природы растворителя)

3-бром-3-метилбутен-1

1-бром-3-метилбутен-2

ароматическими.
СИСТЕМЫ С ЗАМКНУТОЙ ЦЕПЬЮ СОПРЯЖЕНИЯ
(АРОМАТИЧЕСКИЕ)
нафталин C10H8
Карбоциклические

атомов и единую p–сопряженную систему р–е , охватывающую все атомы

Условия ароматичности.

окислению (энергия сопряжения =150 кДж/моль) ;
Способность к реакциям SЕ (сохраняющим

π-комплекса
π–комплекс: нехимическое соединение, π–облако содержит 6 электронов, ароматический характер не

не 6(как требует правило Хюккеля), углерод в sp3–гибридизации,а не в

Реагент: HNO3 (конц.); УСЛОВИЯ: H2SO4 (конц.)

3) Сульфирование: Реагент H2SO4

Химические реакции

AlCl3, FeBr3

Химические реакции

E

E = Cl +

электрофильной частицы под действием катализатора:

Реагенты R – Г, катализаторы AlCl3, FeCl3, FeBr3

E=CH3+

C

H

3

C

l

Al

C

l

3

C

H

3

H

Cl

+

+

метилбензол (толуол)

кислоты),
катализаторы AICI3,FeBr3
→
Метилфенилкетон
+ HCI
ацетилхлорид

и влияет на распределение электронной плотности в кольце.


2.

NB!

электронную плотность в кольце (ЭД), активируют реакции SЕ: R, CH2=CH-

в кольце, дезактивируют реакции SE :














3-бромбензолсульфокислота

одновременно с карбоксильной группой имеется фенольный гидроксил. Наибольшую физиологическую активность

кислоты – физиологически активные вещества. Одно из них производное –

Применяется наружно (из-за раздражающего действия) как обезболивающее, жаропонижающее и противовоспалительное средство, чаще в смеси с хлороформом и жирными маслами для втирания при суставном ревматизме.

эфиром салициловой кислоты и фенола. Впервые он был получен М.

салициловой кислоты. Основной профиль применения — в качестве болеутоляющего и жаропонижающего

Салицилат натрия

Салициловая кислота впервые
была получена путем окисления
салицилового альдегида,
содержавшегося в растении
Таволге (род Spireae). Отсюда её
первоначальное название –
спировая кислота, с которым
связано название аспирин
(«а» обозначает ацетил).
Ацетилсалициловая кислота в
природе не найдена.

ароматических аминов. Ее называют фактором роста микроорганизмов, поскольку ПАБК участвует

пара-Аминобензойная кислота (ПАБК) и ее производные.

новокаин

п-Аминобензойная кислота

действия кокаину, широко употреблявшемуся ранее в медицинской практике.

Замена кокаина

кокаин

новокаин

анестезин

синтетических препаратов, предложенным для специфического лечения туберкулеза.
Препарат обладает бактериостатическим

однако в последние годы в связи с возможными токсическими явлениями

ПАРАЦЕТАМОЛ (Paracetamolum) По болеутоляющей активности парацетамол существенно не отличается от фенацетина; Основными преимуществами парацетамола являются меньшая токсичность, меньшая способность вызывать образование метгемоглобина. Вместе с тем этот препарат может также вызывать побочные эффекты;

пиразолонов. Синтезирован Людвигом Кнорром в 1920 году.

Во многих странах изъят

конденсированные углеводороды используют в синтезе лекарственных препаратов. Например, структура фенантрена

частично гидрированного нафтацена – соединения, состоящего из четырех линейно конденсированных

Тетрацен (нафтацен)

Биомицин

связи с проблемами раковых заболеваний.
Из холестерина

он накапливается в предстательной железе, вызывает рак простаты.

по связям (1,2 и 3,4). Вступает во взаимодействие с NH2-

бензола но, в связи с неполной выравненностью электронной плотности, имеют

Для нафталина образуется преимущественно α-продукт

 - нафталин-
сульфокислота

 - нафталин
сульфокислота

приводит к образованию β – нафтола, который используется в медицине

нафталине (в положениях 9, 10).

C6H6 < нафталин

+

5

H

2

N

i

3

0

0

o

9

1

0

+

B

r

2

B

r

B

r

вещества электромагнитного излучения,соответствующего УФ (180-400 нм) и видимой (400-800нм) областям

длиной волны λ соотношением

группы (кратные связи, ароматические фрагменты),обусловливающие избирательное поглощение УФ-света, называются хромофорами,.
Ауксохромы

смещение полос с увеличением их интенсивности

спектрами соединений известной структуры.
Изучение кинетики и контроль за ходом реакции.
Изучение

четкие эмпирические закономерности,связывающие структуру вещества с параметрами спектра.
Применение ИК-спектроскопии:
Идентификация и

от 2,5 до 25 мкм (4000-400см-1

атомов, и молекула переходит в возбужденное колебательное состояние.
Молекула поглощает ИК-излучение

цикла которых, помимо атомов углерода, входят один или несколько атомов

гетероциклы
(π-недостаточные)
- С одним гетероатомом
- С двумя гетероатомами

I. П И Р И Д И Н C5H5N

sp2-гибридной атомной орбитали располагается неподеленная электронная пара, которая придаёт основные

заместитель встает в β-положение.
Основные свойства ( у атома N).
Реакции SN

РР)
Реакции SЕ.
а) сульфирование

Окисление гомологов

кислоты.
Избыток никотиновой кислоты и её амида выводится из организма с

N+

CONH2

CH3

N- метилникотинамид

таких заболеваниях как:
Диабет. Способно в определенной степени предотвращать повреждение

гидроксид пиридиния

хлорид пиридиния

В С6Н6

ПИПЕРИДИН,





входит в состав промедола

растительного происхождения, обладающие выраженным физиологическим действием

Сократ

(гидрированного пиррола):

Никотин в виде солей лимонной и

наименьшая

α

НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
ГОМОЛОГ ПИРИДИНА β – ПИКОЛИН ПРЕВРАЩАЕТСЯ В НИКОТИНОВУЮ КИСЛОТУ,

кольцо, относится к π-недостаточным системам.
Имеет плоский σ- скелет и

1

2

3

4

5

6

7

8

(кольцо пиридина является π – недостаточным). Замещение протекает в положении

8-гидроксихинолин



H2SO4
-

NaOH, t
- NaHSO3

Реакция сульфирования лежит в основе
получения 8 – гидроксихинолина.

8 – гидроксихинолина, как энтеросептол (8 – гидрокси – 7

5 – нитрохинолин), который может быть получен нитрованием 8 –

8 – гидроксихинолина заключается в их способности связывать в прочные

и различных заболеваниях, сопровождающихся сильными болевыми ощущениями.

бессоннице, иногда при сильном кашле.

и различаются взаимным расположением атомов азота.

Шестичленные гетероциклы с несколькими гетероатомами

Почти не вступает в реакцию SE




Особенности реакционной способности

форме NH2 – и ОН –производных пиримидин (урацил,тимин,цитозин)
б)

Thy
(5-метил-2,4-диоксопиримидин, 5-метилурацил
Цитозин Cyt
(4-амино-2-оксопиримидин)

для утилизации глюкозы
Поддерживает работу сердца,нервной и пищеварительной систем.
Недостаток

фуран

Пятичленные гетероциклические
π – избыточные системы

р- p сопряжении.
Связь N–Н ослабляется, и пиррол проявляет кислотные

у С6Н6, заместитель встает в α –положение,где сосредоточена большая электронная

среде.
Реагент не должен содержать Н+ )
Тиофен – более ароматичен,

соли)

+ NaNH2

+ NH3

пирролнатрий

водород замещается, то – порфириновые). Входит в состав хлорофилла, гемоглобина.

билирубиноиды.
Они содержат линейную
тетрапиррольную структуру.

Наиболее важный - -билирубин имеет
оранжевую

Входит в состав полипептидов растительных и животных организмов. Участвует в

пиррольного N
2. Слабоосновные – за счет пиридинового N
образует

многих белков-глобина Участвует в ферментативных реакциях (кислотный и основной катализ)

сочлененных колец – имидaзола и пиримидина.

не только с сильными кислотами, но (благодаря наличию NH –

превращения нуклеиновых кислот в организме

Эти алкалоиды оказывают возбуждающее действие на

теофиллин
(чай)

кофеин
(чай, кофе)

теобромин
(какао)