Никотинамидный фрагмент является структурным элементом НАД+ и НАДФ+ и обуславливает участие этих коферментов в качестве окислителей в окислительно-восстановительных реакциях

Из-за быстрого перехода протона практически невозможно выделить в индивидуальном виде изомеры замещенного пиразола и имидазола. Имидазольный цикл является структурным элементом разнообразных природных соединений, наиболее важными из которых являются аминокислота гистидин и продукт ее декарбоксилирования гистамин.

Из огромного числа гетероциклических соединений необходимо отметить гетероциклические соединения, имеющие в своем составе один или несколько атомов азота. Эти соединения широко распространены в природе и являются структурной основой многочисленных физиологически активных веществ и лекарственных препаратов.

Пятичленные гетероциклы с двумя атомами азота

Представителями пятичленных гетероциклов с двумя атомами азота являются пиразол и имидазол:

Оба соединения обладают ароматичностью, в единой сопряженной системе участвуют шесть электронов. Атомы углерода в сопряжение предоставляют по одному р-электрону, пиррольный атом азота в сопряжение отдает пару р-электронов, а пиридиновый атом азота – один р-электрон. Оба изомера обладают меньшей реакционной способностью в реакциях электрофильного замещения чем пиррол, что обусловлено электроноакцепторным характером пиридинового атома азота, уменьшающего электронную плотность в сопряженной системе. Оба гетероцикла проявляют амфотерные свойства, так как содержат одновременно кислотный и основный центры. Пиридиновый атом азота проявляет основные свойства за счет неподеленной электронной пары, не участвующей в создании сопряженной системы, пиррольный атом выступает как N-Н кислотный центр. Для обоих соединений характерно образование межмолекулярных водородных связей и прототропная таутомерия:

Гистидин выступает как катализатор в ферментативных реакциях за счет наличия в молекуле кислотного и основного центров. Гистамин принимает участие в передаче нервного возбуждения, активирует секрецию соляной кислоты слизистой желудка, снижает кровяное давление, при освобождении из связанного сотяния или введении в организм вызывает болевые ощущения и отеки. Гистидин также снижает гормональную активность коркового слоя надпочечников, в связи с чем применяется для лечения шизофрении.

Пиразольный цикл в составе природных соединений не обнаружен, однако структура пиразола лежит в основе жаропонижающих, болеутоляющих препаратов – антипирина, амидопирина, анальгина (первые два препарата сняты с производства и заменены более эффективными).

Структурной основой всех трех препаратов является пиразолон-5. Это соединение может существовать в виде трех таутомеров – двух кето-форм и енольной формы:

Шестичленные гетероциклы с одним и двумя атомами азота

Пиридин является p-дефицитным ароматическим соединением из-за наличия в цикле атома азота, проявляющего электроноакцепторные свойства.

Неподеленная пара р-электронов атома азота не участвует в сопряжении и ответственна за проявление пиридином основных и нуклеофильных свойств:

При взаимодействии с кислотами неподеленная пара электронов атома азота предоставляется для образования связи с протоном, т.е. пиридин выступает как акцептор протона и проявляет основные свойства. Если пара электронов атома азота предоставляется для образования связи с любым другим электрофильным атомом, то пиридин в этом случае выступает как нуклеофил. Пиридиновый цикл содержится как в составе отдельных лекарственных препаратов, так и является структурной основой разнообразных природных соединений.

Никотиновая кислота и ее амид являются формами витамина РР, использующегося для лечения пеллагры. Кордиамин является стимулятором ЦНС. Производные изоникотиновой кислоты используются в качестве противотуберкулезных средств (тубазид, фтивазид).