Гетероциклические соединения

Гетероциклические соединения широко распространены в природе и имеют большое биологическое и практическое значение. Многие из них имеют связь с алкалоидами, белками и некоторыми природными красящими веществами. Большое практическое значение имеют пяти- и шестичленные соединения, содержащие азот.

Циклические соединения, у которых циклы образованы не только углеродными атомами, но и атомами других элементов – гетероатомами (О, S, N), - называются гетероциклическими. Гетероциклические соединения делят по размерам цикла и числу гетероатомов в цикле.

Среди этих соединений наибольшее значение имеют пяти- и шестичленные гетероциклические соединения. Типичные гетероциклические соединения обладают ароматическим характером. Однако, наличие гетероатома сказывается на распределении электронной плотности. Например, в пятичленных гетероциклах (в фуране, тиофене, пирроле) электронная плотность смещена от гетероатома в сторону кольца и максимальна в a-положениях. Поэтому в a-положениях наиболее легко идет реакция электрофильного замещения (S_Е).

Ароматический характер пятичленных гетероциклов с одним гетероатомом обусловлен взаимодействием четырех π- электронов 4- углеродных атомов с двумя свободными р- электронами гетероатома.

В шестичленных циклах (например, пиридине) гетероатом, связанный с углеродом двойной связью, оттягивает на себя p-электронную плотность цикла, поэтому электронная плотность в молекуле пиридина понижена в a и g-положениях. Это согласуется с предпочтительной ориентацией в эти положения реагентов при нуклеофильном замещении (S_N). Так как в пиридине электронная плотность больше в b - положении, то электрофильный реагент ориентируется в b - положение.

При изучении гетероциклов с двумя гетероатомами особо обратить внимание на пиримидин и его производные: урацил, тимин, цитозин. Пиримидиновое ядро встречается в многочисленных природных продуктах: витаминах, коферментах и нуклеиновых кислотах:

Электрофильное замещение для пиримидина проходит в положении 5; нуклеофильное (как и для пиридина) затруднено и атаке подвергается атом углерода в положениях 4 и 6.

Сложная гетероциклическая система, состоящая из двух конденсированных гетероциклов – пиримидина и имидазола называется ядром пурина.

Пуриновая группировка лежит в основе многих соединений, прежде всего нуклеиновых кислот, в которые она входит в виде пуриновых оснований: аденина (6-аминопурин) и гуанина(2-амино-6-оксипурин).

Интерес представляет кислородное производное пурина - мочевая кислота (2,6,8 – триоксипурин).

Вопросы для самоконтроля.

1. Объясните, что представляют собой гетероциклы, напишите структурные формулы гетероциклов пурина, пиримидина.

2. Напишите структурные формулы гетероциклов, входящих в состав аминокислот.