Лекция №1 Ароматические и гетероциклические соединения. Электронная

связи
А + В
Гетеролитический
разрыв связи
I.

1) по механизму разрыва связей

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

реакций

Е ()
(Н+, NO2+, Br+, SO3 и т.д.)

происходят одновременно.

- галогенпроизводные, спирты, карбоновые кислоты

2) По конечному результату:

принимающих участие в элементарной стадии:

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)2CH < (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-p сопряжение)

виниламин (аминоэтен)

. .

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

- +

-

+ 

- М эффект (p-p сопряжение)

пропеновая (акриловая) кислота

В результате заместители делятся на:

1) электронодонорные (ЭД);
2)

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 p –единого делокализованного облака.

ЭНЕРГИЯ

Если имеется начало и конец сопряжения – это открытая цепь

Е сопр. = 15 кДж/Моль

сорбиновая кислота

СН2=С СН=СН2

СН3

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

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

t>0

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

атомов и единую p–сопряженную систему р–е (p-облако), 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

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

Е

Е

+Nu

-H
-Nu

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

3) Сульфирование: Реагент:H2SO4 конц.

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-

+

+

плотность в кольце, дезактивируют реакции SE :














3-бромбензолсульфокислота
>C=О, -СООН,

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 < фенантрен,

+

5

H

2

N

i

3

0

0

o

9

10

+

Br

2

B

r

B

r

C10H18 – декалин (декагидронафталин)

9, 10 – дибром- 9, 10 – дигидрофенантрен

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

- С двумя гетероатомами



Шестичленные гетероциклы
(p-недостаточные)
- С одним

I. П И Р И Д И Н C5H5N

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

новый заместитель встает в β-положение.
Основные свойства (у атома

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 поджелудочной

гидроксид пиридиния

хлорид пиридиния

В С6Н6

ПИПЕРИДИН,





входит в состав промедола

Ni, t

+ 3Н2

азотсодержащие основания 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 p -недостаточным системам.
Имеет плоский σ-скелет и

1

2

3

4

5

6

7

8

(кольцо пиридина является p – недостаточным).
Замещение

H2SO4
- H2O

NaOH, t
- NaHSO3

Реакция сульфирования лежит в основе
получения 8 – гидроксихинолина.

8-гидрокси-хинолин

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)

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

пиррол

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

4[H]

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

за счет пиррольного N
2. Слабоосновные – за счет пиридинового

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)

и видимой (400-800нм) областям спектра происходит определенный переход валентных электронов

Электронная спектроскопия

который подразделяется на два поддиапазона
200-400 нм — ближняя ультрафиолетовая

и длиной волны λ соотношением

Возможны четыре типа электронных переходов со связывающих и несвязывающих орбиталей основного состояния на разрыхляющие орбитали возбуждённого состояния:

Для этих переходов характерны разные значения ΔЕ

С-С, С-О, С-N, С-НаI и др.
π, π* - уровни кратных

Используемые обозначения σ, σ* π, π* ,n означают следующее:

Наиболее информативны полосы поглощения, обусловленные π- π* и n - π* переходами, особенно в сопряженных системах.

(оптической плотности D ) от длины волны λ, выражаемой в

Связь оптической активности D и молярной концентрации поглощающего вещества в растворе показывает основной закон оптической спектроскопии - закон Бугера –Ламберта –Бера-

D— оптическая плотность; ε-молярная экстинция .(молярный коэффициент погашения).
I0-интенсивность падающего света
I-интенсивность прошедшего через раствор света
С-концентрация вещества, моль/л;
I — длина пути света, см;

УФ-спектрами) характеризуются графиком в координатах D (или lg D) и

зависит от строения молекул

Структурные группы (кратные связи, ароматические фрагменты),обусловливающие избирательное

π –π*переходу в области 170-200нм.
Вещества, не имеющие двойных связей,

Метод электронной спектроскопии чувствителен к наличию в молекуле сопряженных фрагментов.

которой указывает на окружение двойной связи в молекуле. Чем большее

УФ-спектр циклопента-1,3-диена

1000.000

2000.000

3500.000

л/моль*см

205.00 220.00 240.00 260.00 280.00

Λмакс =240нм

поглощения

Для бензола характерны три полосы поглощения:
180 нм,204 нм и

а также кратными связями,то наблюдается значительное батохромное смещение ( смещение

3

толуол

λ =262 нм (ε= 230)

λ =208 нм (ε~ 7.9х103)

Спектр п-нитрофенола и п-нитрофенолята

вкладом внутримолекулярного переноса заряда (ВПЗ).
В этих случаях происходит уменьшение электронной

позволяют идентифицировать полосы поглощения, обусловленные переходами с вкладом ВПЗ от

35” (Perkin-Elmer, США)

УФ-спектрофотометр “Lambda 35” (Perkin-Elmer, США)

Спектрофотометры серии DU 800
УФ-

УФ-спектрофотометр “Lambda 35” (Perkin-Elmer, США

спектров
Рабочий диапазон спектрометров 200-750 нм.
Можно регистрировать спектры газов, жидкостей и

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