HETEROCIKLUSOS VEGYÜLETEK
HETEROCIKLUSOS VEGYÜLETEK Csoportosítás
Heteroatom minősége: O, S, N
Gyűrű tagszáma: 3, 4, 5, 6, 7 stb.
Telítettség mértéke szerint: - heteroaromás - heteroalkén - heteroalkán
- Elnevezés: elsősorban triviális nevek
N
piridin
O
furán
N
izokinolin
A szisztematikus nómenklatura alapjai a név kifejezi: - a gyűrű tagszámát - a heteroatom(ok) minőségét - a gyűrű telítettségét
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
perhidroazin
7
oxepin
oxepán
tiepin
tiepán
azepin
perhidroazepin
Nevezéktani szabályok - gyűrűatomok számozása: mindig a heteroatomon indul 4 5 6
γ
R
3
β' α'
2
X
β α
X
1
R
N
CH3
- több heteroatom előfordulása: prioritási sorrend O - S - N 6
N3
5
O1
4
2
S
O
S
N
1
2
3
N1 H
3
- benzolgyűrűvel kondenzált heterociklusok 3
4
2
5
O1
c b a
d
O
O
benzo[2,3]furán benzo[b]furán
A heterociklusos vegyületek általános jellemzése - Heteroaromás vegyületek Öttagú heterociklusok
Tulajdonságok:
O
S
N H
Furán
Tiofén
Pirrol
furán nem enoléter tiofén nem oxidálható szulfoxiddá pirrol nem mutatja a szekunder aminok tulajdonságait
- Kémiai tulajdonságok: elektrofil szubsztitúció lejátszódik
aromás jelleg
- Aromás jelleg kritériumai teljesülnek - π elektronok száma: 4n+2 - folytonos konjugáció - planáris gyűrű
A heteroatom nemkötő elektronpárja részt vesz a folytonos konjugációban
O
O
S
S
N H
N H
de a π elektron-felhő torzul (nagy elektronvonzó képességű heteroatom!)
A pirrol elektronszerkezete:
-0,2
-0,2
-0,2
-0,2 -0,2
ciklopentadienil anion
-0,2
-0,2
-0,05
-0,2
-0,2
-0,07
N + 0,8 H
N +0,24 H
egyenletes
torzult elektroneloszlás
pirrol
- forráspont 131 ºC - gyenge sav - elektrofil szubsztitúció könnyebben játszódik le, mint a benzolnál
Hattagú heterociklusok +0,13
Piridin
+0,13
N
+0,13
N -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
- Heteroalkének (telítetlen heterociklusok) telítetlen, de nem aromás vegyületek, pl. 2,5-dihidropirrol NH
- Heteroalkánok (telített heterociklusok) H2 N H
N H
pirrol
pirrolidin erős bázis, szekunder amin
H2 H2
O
furán
O
tetrahidrofurán gyűrűs éter
N
N H
piridin
piperidin erős bázis, szekunder amin
ÖTTAGÚ HETEROCIKLUSOK Öttagú heterociklusok egy heteroatommal Heteroatom: oxigén - Furán és származékai H2/kat. O
O
Tetrahidrofurán Fp.: 66 o C gyűrűs éter
Furán Fp.: 32oC red. O
CH2OH
2-Furfurilalkohol
ox. O
CHO
Furfurol (furfural) Fp.: 162oC
O
COOH
Furán-2-karbonsav
Tiofén H2
H2SO4 SO2OH
S
S
S
Tiofén Fp.: 84oC
Tiofén-2-szulfonsav
Tetrahidrotiofén Fp.: 121 oC
Pirrol és származékai - rendkívül gyenge sav és gyenge bázis - elektrofil szubsztitúció könnyebben játszódik le, mint a benzolnál H2 lassu
N H
N H
H2 gyors
N H
Pirrol, Fp.: 131 oC pKB = 13,6 pKS ~ 15
Pirrolidin pKB = 3,2 HO
N H
O
N
O
CH CH2
2-pirrolidon
1-vinil-2-pirrolidon
N H
prolin
COOH
N H
COOH
4-hidroxi-prolin
α
2
Porfinvázas vegyületek 1
3
A
4
B NH
N
β
δ HN
N 8
- 18 π elektron (4n+2) n = 4 - folytonos konjugáció
C
D 7
γ
5
6
Porfin Op.: > 360 oC
- nagyon stabil, amfoter jellegű vegyület - sósavban oldódik, fémsókat képez
Porfirinek: - Hemoglobin:
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
Hemoglobin
O2
Oxyhemoglobin
Methemoglobin
-O2
Fe(III)-komplex
Fe(II)-komplex COOH
- Bilirubin
CH2
CH2 CH3
O
CH
N
CH3
CH
H
- Klorofill:
- B12 vitamin:
COOH CH2
CH2 CH2
N
CH2
H
7,8-dihidro-porfin magnézium fitol C20 telítetlen alkohol
CH3 CH3
N H
CH
CH CH2
N
O
H
Klorofill-a: kékeszöld (3) Klorofill-b: sárgászöld (1)
korrinváz, Co3+-ion egyéb molekularészek: benzimidazol, foszforsav, egyszerű szénhidrát
- napi 0,5-5 γ szükséglet - vészes vérszegénység kezelése
Indolvázas vegyületek CH2CH2CH2COOH
CH2COOH
4
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 CH3
CH3
CH2 N CH3
N H
Szkatol 3-Metil-indol
N H
Gramin 3-Dimetilamino-indol
Öttagú heterociklusok két heteroatommal N
N
N
N
N
N
O
S
N H
O
S
Izoxazol
Izotiazol
Pirazol
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+
N 0,5
N 0,5
imidazol-anion
Imidazolvázas vegyületek CH2 CH N
COOH
CH2 CH2 N
NH2
NH2
-CO2
N H
N H
Hisztamin
Hisztidin OH
O
O
N
N
OH HO
NH
N
N H
NH
NH urikáz CO
N H
O
N H
O
NH2
Húgysav
Allantoin
O HN
NH
S
Biotin
(CH2)4
COOH
Hidantoin
Penicillin Fleming, 1929 Szerkezet: 1943-45
COOH H3C
*
COOH O
H3C
N
O
N
félszintetikus penicillinek
O H3C
S
* *
NH
C
H3C
R
Penicillin
CH2
R=
H2N
NH2
6-Amino-penicillánsav
Penészgombák (Penicillium notatum, Penicillium chrysogenum) termelik Stabilitás: pH = 5-8 G-penicillin
S
CH
CH
CH2 CH2 Ph
Ph
NH2
só
Hattagú heterociklusok egy heteroatommal Piridin és származékai
= N
N
- gyenge bázis, sót képez - SE nehezen játszódik le
piridin
- vízoldható, kationaktív detergens (invert szappan)
N Br C16H33
cetilpiridinium bromid Sterogenol
H3C
N
N CH3
Paraquat (Gramoxon)
2Cl
gyomirtó, rendkívül mérgező
B6 -Vitamin (piridoxin)
CH2OH HOH2C
OH
N
B6 -Vitamin hiány: idegesség álmatlanság hasi fájdalmak gyengeség
CH3 COOH
Karbonsavak
COOH
N
COOH
pikolinsav
N
N
nikotinsav
izonikotinsav
CONH2
nikotinsavamid a NAD építőeleme
N,N-dietyl-nikotinsavamid légzőközpontot izgatja, szívműködést fokozza
CONHNH2 N
CON(C2H5)2
N
N
izonikotinsav-hidrazid TBC ellen
Flavonoidok Rutinóz OH
P-vitamin hatás
O
Ruta hortensis (kerti ruta): 8% Sophora japonica (japán akác): 30%
OH
HO
Rutin
O OH OH
Quercetin sárga növényi pigment
Antociánok (flavilium-sók) Antocianinek
HCl hidr.
Antocianidin + szénhidrát
Antocianidinek: - színes növényi anyagok, - színük pH függő OH
OH OH OH
HO
OH
OH-
O
H+ HO
O
Cl OH
flavilium kation cianidin-klorid (búzavirág-kék) pH = 3 piros
O
cianidin fenolát pH = 11 kék
O
Hattagú heterociklusok két heteroatommal N N N N
Piridazin 1,2-Diazin
N
N
Pirimidin 1,3-Diazin
Pirazin 1,4-Diazin
- Pirimidin bázisok: nukleinsavak felépítő egységei (nukleobázisok) NH2
O
O H3C
N H
Citozin
NH
NH
N O
N H
Uracil
O
N H
Timin
O
Barbitursav (tautomer formák) OH
O
N
NH O
O
N H
OH
HO
N
NH OH
O
N H
O
5,5-diszubsztituált barbitursav-származékok R1
O NH
R2 O
R1
N H
O
C2H5 C2H5 C2H5
R2 C2H5 C 6H5 C6H9
Barbital (Veronal) Phenobarbital (Luminal ) Cyclobarbital (Phenodorm)
fontos nyugtató-, altató és narkotizáló szerek
Purin N
N N
N H
- Purin bázisok: nukleinsavak felépítő egységei (nukleobázisok) NH2
OH
N
N N
N
N
N H
H2N
Adenin
N H
N
Guanin
- Húgysav O
OH N
N
H N
HN
O
OH HO
N
N H
O
N H
N H
