Heterociklusos vegyületek
HETEROCIKLUSOS VEGYÜLETEK
Heteroatom minősége: O, S, N
Gyűrű tagszáma: 3, 4, 5, 6, 7 stb.
Elnevezés: elsősorban triviális nevek
N
piridin
O
furán
N
izokinolin
2
Nevezéktan szabályai
4
6
γ
R
3
5
β'
2
X
α'
β α
X
1
R
N
6 5
O1
4
2
S
CH3
N3
O
S
N
1
2
3
N1 H
3
3
4
2
O1
5
c b a
d
O
O
Benzo[2,3]furán Benzo[b]furán
3
A szisztematikus nomenklatura alapjai:
O
S
N
Gyűrű tagszáma
telítetlen
telített
telítetlen
telített
telítetlen
telített
3
oxirén
oxirán
tiirén
tiirán
azirin
aziridin
4
oxet
oxetán
tiet
tietán
azet
azetidin
5
oxol
oxolán
tiol
tiolán
azol
azolidin
6
oxin
oxán
tiin
tián
azin
perhidro -azin
7
oxepin
oxepán
tiepin
tiepán
azepin
perhidro -azepin
4
A heterociklusos vegyületek általános jellemzése
Aromás jelleg Öttagú heterociklusok
Tulajdonságok:
O
S
N H
Furán
Tiofén
Pirrol
furán nem enoléter tiofén nem oxidálható szulfoxiddá pirrol nem mutatja a szekunder aminok tulajdonságait
elektrofil szubsztitúció síkalkatú gyűrű
aromás jelleg
5
A heterociklusos vegyületek általános jellemzése A heteroatom nemkötő elektronpárja részt vesz a folytonos konjugációban
O
O
S
N H
S
N H
Aromás jelleg kritériumai: π elektronok száma: 4n+2 folytonos konjugáció planáris gyűrű
6
A heterociklusos vegyületek általános jellemzése A π-szextett torzulása -0,02
-0,02
-0,03
-0,03
-0,04
-0,04
-0,06
-0,06
O
S
+0,10
+0,20
-0,05
-0,05
-0,07
-0,07
N H
+0,24
Pl. a pirrol tulajdonságai: dipólusmomentum forráspont 131 ºC gyenge sav elektrofil szubsztitúció könnyebben játszódik le mint a benzolnál
7
Hattagú heterociklusok +0,13
Piridin N
+0,13
N
+0,13
-0,39
Nemkötő elektronpár nem vesz részt a konjugációban Bázikus jelleg Elektrofil szubsztitúció nehezebben játszódik le mint a benzol esetében R
X
O
O
α-pirán
γ-pirán 4H-pirán
R
O
R
pirilium kation
8
Telített heterociklusok H2 N H
N H
pirrol
pirrolidin erős bázis, szekunder amin H2
O
O
furán
tetrahidrofurán gyűrűs éter H2
N
piridin
N H
piperidin erős bázis, szekunder amin 9
ÖTTAGÚ HETEROCIKLUSOK
Öttagú heterociklusok egy heteroatommal Oxigén: Furán és származékai H2/kat. O
O
Furán Fp.: 32 oC
Tetrahidrofurán Fp.: 66 oC gyűrűs éter
red. O
CH2OH
2-Furfurilalkohol
ox. O
CHO
Furfurol (furfural) Fp.: 162 oC
O
COOH
Furán-2-karbonsav
10
Öttagú heterociklusok Muszkarin:
OH H3C
H3C H3C
CH2
N
O
CH3
Cl
Benzofuránok:
Légyölő galóca
Kumaron O
Griseofulvin
OCH3
O OCH3 O
Antimycoticum
O
CH3O Cl
CH3
11
Öttagú heterociklusok Tiofén H2
H2SO4 SO2OH
S
S
S
Tiofén Fp.: 84oC
Tetrahidrotiofén Fp.: 121 oC
Pirrol és származékai H2 lassu
N H
N H
H2 gyors
Pirrol, Fp.: 131 oC pKB = 13,6 pKS ~ 15
N H
O
N
O
CH CH2
2-pirrolidon
1-vinil-2-pirrolidon
N H
Pirrolidin pKB = 3,2 HO
N H
prolin
COOH
N H
COOH
12
4-hidroxi-prolin
Porfinvázas vegyületek α
2 1
A N
β HN
N
Hemoglobin:
C
D 7
Porfirinek:
4
B
NH
18 π elektron (4n+2) n = 4 δ Folytonos konjugáció 8
3
γ
5
6
Porfin Op.: > 360 oC nagyon stabil, amfoter jellegű vegyület (sósavban oldódik, fémsókat képez)
Protohem (4%) + fehérje (96%) O2
O2 N 2
N
Fe
2
Fe
2
Fe
N
N
N
N
N
N N
N
6-os koordináció
5-ös koordináció
13
Porfinvázas vegyületek
Hemoglobin
O2
Oxyhemoglobin
-O2
Methemoglobin Fe(III)-komplex
Fe(II)-komplex
COOH
Bilirubin
CH2
CH2 CH3
O
CH
N H
CH
CH3
COOH CH2
CH2 CH2
N H
CH2
CH3 CH3
N H
CH
CH CH2
N
O
H
14
Porfinvázas vegyületek Klorofill:
7,8-dihidro-porfin magnézium fitol C20 telítetlen alkohol
Klorofill-a: kékeszöld (3) Klorofill-b: sárgászöld (1)
15
Porfinvázas vegyületek korrinváz B12 Vitamin Vészes vérszegénység: napi 2-6 µg szükséglet kobalt egyéb molekularészek: benzimidazol, foszforsav, egyszerű szénhidrát
16
Indolvázas vegyületek 4
CH2CH2CH2COOH
CH2COOH
3
5 2
b 6 7
N1 H
N H
N H
Indol Benzo[b]pirrol
3-Indolil-ecetsav
3-Indolil-vajsav
HO CH2 CH NH2
CH2 CH2 NH2
COOH -CO2
N H
N H
Triptofán
Triptamin 5-Hidroxi-triptamin = szerotonin (5 HT) CH3 CH3
CH2 N CH3
N H
Szkatol 3-Metil-indol
N H
Gramin 3-Dimetilamino-metil-indol
17
Indigó Isatis tinctoria
Adolf v. Baeyer 1835-1917 O
N H
H N
OH red. ox.
O
N H
H N
OH
Leuko-indigó (színtelen) Csávafestés
18
Öttagú heterociklusok két heteroatommal N
N
N
O
S
Izoxazol
Izotiazol
N
N
N N H
Pirazol
O
S
Oxazol
Tiazol
N H
Imidazol
-- aromás jelleg -- csekély mértékű hajlam elektrofil szubsztitúcióra -- bázikus tulajdonság N
Imidazol
N
HN
NH
N
N H -H+
-H+ HN 0,5
NH 0,5
imidazol-kation
H+
N
NH
imidazol
H+
0,5
N
N 0,5
imidazol-anion 19
Oxazol- és tiazolvázas vegyületek HO
HO
HN
-CO2 N O
CH
COOH
N O
NH2
O
CH2
CH
COOH
NH2
NH2
Iboténsav
O
Muszcimol
Muszkazon
Gombaatropin
NH2
O
H3C N
NH O
Cikloszerin (antibiotikum)
S
NH
SO2
Ultraseptyl
NH2
20
Penicillin COOH H3C H3C
*
S
COOH O
H3C
N
* *
O
N
O NH
C
R
Fleming, 1929 Penicillium notatum Penicillium chrysogenum Szerkezet: 1943-45 Stabilitás: pH = 5-8
H3C
S
NH2
6-Amino-penicillánsav G-penicillin
CH2
R=
H2N
CH
CH
NH2
só
CH2 CH2 Ph
Ph
21
Pirazolvázas vegyületek
H3C H3C H3C O
N
CH3 N N
CH3
1-fenil-2,3-dimetil4-dimetilamino5-pirazolon
H3C O
CH
CH3 N N
CH3
H9C4
O
ONa
N N
Amidazophen 4-Izopropil-fenazon
Fenil-butazon (antireumatikum)
22
Imidazolvázas vegyületek CH2 CH N
COOH
NH2
CH2 CH2 N
-CO2
N H
NH2 N H
Hisztamin
Hisztidin OH
O
O
N
N HO
OH N H
NH
NH urikáz NH
N
CO NH2
Húgysav
N H
O
Allantoin
N H
O
Hidantoin
O HN
NH
Biotin S
(CH2)4
COOH
Mikroorganizmusok szaporodásához nélkülözhetetlen 23 Az emberi bőr működésében fontos szerepe van
Imidazolvázas gyógyszerek NH
N N CH2
N
CH2 N H
N H
CH2 S
CH2CH2 NH
CN
C N
CH3
CH3
Antazolin antihisztamin hatás
Cimetidin ulcus terápia
N N Ph
C
Ph Cl
Clotrimazol (Canesten) antimycoticum
N N
N N
Tetracor Pentametilén-tetrazol szívműködést fokozza, légzőközpontot izgatja
24
HATTAGÚ HETEROCIKLUSOK O
O
Piránszármazékok O
O
O
O
g-piron
a-piron O
O
kromon
O
kromán
O
O
O
flavon
flaván
25
Flavonoidok Rutinóz OH
O
P-vitamin hatás
Ruta hortensis (kerti ruta): 8% Sophora japonica (japán akác)
OH
HO
Rutin
30%
O OH
Rutascorbin
OH Quercetin Sárga növényi pigment
26
Antocianinek HCl hidr.
Antocianinek
Antocianidin + szénhidrát
Színes növényi anyagok, színük pH függő OH
OH OH
HO
O
OH
OHOH
H+ HO
O
Cl OH
Flavilium kation Cianidin-klorid (búzavirág-kék) pH = 3 piros
Cianidin fenolát O pH = 11 kék
O
27
Krománvázas vegyületek
CH3 HO (CH2)3 CH H3C
O CH3
CH3
CH3
(CH2)3 CH
(CH2)3
CH3
CH
E-vitamin (α-tokoferol)
CH3
CH3
Antioxidáns, előfordulás: növényi olajokban
OH
O
Kumarin
O
O
OH
OO
O
Dikumarol véralvadásgátló 28
Piridin és származékai
Gyenge bázis, sót képez SE nehezen játszódik le
= N
N C16H33
H3C
N
N
Cetilpiridinium bromid Vízoldható, kationaktív detergens invert szappan Sterogenol
Br
N
CH3
2Cl
Paraquat (Gramoxon) totális gyomirtó LD50 = 35 mg/kg 29
Piridin és származékai
CH3 CH3
N
CH3
α-Pikolin
N
N
β-Pikolin
γ-Pikolin
Hidroxi-piridinek O
OH
N
OH
N
O
H
2-Hidroxi-pyridin
2-(1H)-piridon
N
N H
3-Hidroxipiridin (ikerionos szerkezet) 30
Piridin és származékai CH 2OH
B6 -Vitamin
OH
HOH 2C
B6 -Vitamin hiány:
idegesség álmatlanság hasi fájdalmak gyengeség
piridoxin N
CH 3 COOH
Karbonsavak
COOH
N
COOH
N
Picolinsav
Nicotinsavamid a NAD építőeleme
N
Nicotinsav
CONH2
Izonikotinsav
CONHNH2
N
N
N,N-Dietyl-nikotinsavamid Légzőközpontot izgatja, szívműködést fokozza
CON(C2H5)2
N
Izonikotsav-hidrazid TBC ellen 31
Piridin és származékai
H2/kat.
Dolantine fájdalomcsillapító
N H
N
Piridin
COOC2H5
N
Piperidin
CH3
Benzol-gyűrűvel anellált piridin-származékok
N
Gyenge bázisok Számos természetes anyagban előfordulnak
N
Kinolin
Izokinolin 32
Kinolin-származékok SO2OH
N O H
NH
N
R
N
OH
Metal-ion
8-Hidroxikinolin Fém-kelátokat képez
8-Hidroxikinolin5-szulfonsav lázcsillapító
Malária ellenes szerek
O F
N HN
8
COOH
N C2H5
Norfloxacin DNA-Gyrase inhibitor baktericid
9
1
7
H2N
2 6
5
N
4
CH3
Cl
3
NH2
Akridin N-metil-3,6-diamino-akridinium-klorid 33 álomkór, malária
Hatagú heterociklusok két heteroatommal
N
N N
N
Piridazin 1,2-Diazin
N
N
Pirimidin
Pirazin 1,3-Diazin
1,4-Diazin
- Pirimidin bázisok NH2
Citozin
H3C
NH
N N H
O
O
O
N H
Uracil
O
NH N H
O
Timin 34
Hatagú heterociklusok két heteroatommal Barbitursav (tautomer formák) OH
O NH
N O
N H
O
OH
HO
N
NH OH
O
5,5-diszubsztituált barbitursav-származékok O
R1
R1 C2H5 C2H5 C2H5
NH
R2 O
N H
O
C2H5 C6H5 C6H9
Barbital (Veronal) Phenobarbital (Luminal) Cyclobarbital (Phenodorm)
fontos nyugtató-, altató és narkotizáló szerek
NH2
H3C
CH3 N
N
O
R2
Thiamin (B1 vitamin)
N
N H
CH2 CH2OH S
Cl
szénhidrátok, zsírok és alkoholok lebontásához és átalakításához, valamint a szívizom és idegsejtek megfelelő működéséhez 35 szükséges Beri-beri betegség
Hatagú heterociklusok két heteroatommal Trimethoprim
Superseptyl OCH3
NH2
CH3
N H2N
CH2
OCH3
N
N NH
O2S
NH2
N
OCH3
Bakterosztatikus, antibiotikus hatás
H N
N H2 N
Pirazin pKB = 13,4
N H
Piperazin pKB = 4,05 Piperascat: piperazin adipát Parazita ellenes hatás
36
Hatagú heterociklusok két heteroatommal Purin N
N
- Purin bázisok
N
N H
NH2
OH
N
N
N H
N
H2N
Adenin tea,cukorrépa, élesztő, gomba
- Húgysav
HO
Vizelet, guano Köszvény
N H
N
Guanin tej, halak pikkelyei O
OH N
N
N
N
H N
HN
O
OH N
N H
O
N H
N H
37
Hatagú heterociklusok két heteroatommal Fenotiazin származékok H N
S
Fenotiazin H N
N
+ 2H
Cl H3C
N
S
CH3
metilénkék Alkalmazás: festési eljárások során patológiában és bekteriológiában
N
CH3
CH3
- 2H
+ HCl H3C
N
S
N
CH3
CH3
CH3
redukált forma színtelen 38
Hatagú heterociklusok két heteroatommal Pteridin N
N N
N
COOH
O N
HN H2N
CH2 NH
CO
NH
CH CH2
N
pteridin
CH2
COOH
N
p-amino-benzoesav
L-glutaminsav
Fólsav (B9 vitamin) mikróbák növekedési faktora, vészes vérszegénység kezelésére használják magzati fejlődésben fontos szerepe van 39
Hatagú heterociklusok két heteroatommal Riboflavin (B2 Vitamin) CH2OH HO-C-H HO-C-H HO-C-H CH2 H3C
N
10
1
3 HN
5
H3C
O
N
N O
- izolálás: tojásfehérje , tejsavó (70 mg 1000 l tejből (!)) - növekedési faktor mikroorganizmusok és állati szervezetek számára -nélkülözhetetlen a biológiai redox-folyamatokban zsírok, szénhidrátok és a fehérjek lebontásában, valamint a vérképzésben, a légzés folyamatában, antitest-termelésben, növekedésben és a szaporodásban is nélkülözhetetlen
40
