Heterocyklické sloučeniny
cyklické sloučeniny obsahují v cyklu ještě jiný atom než uhlík – heteroatom např. O, S, N (vzácněji Si, Se, P, As, B) deriváty těchto látek: alkaloidy, barviva, léčiva (antibiotika), nukleové kyseliny, vitamíny, sacharidy, aminokyseliny
• •
HETEROCYKLICKÉ SLOUČENINY
•
Označení jiných heteroatomů
heteroatom
Názvosloví • •
•
triviální, polotriviální poloha substituentů se udává čísly, číslování začíná od heteroatomu při větším počtu heteroatomů – má nižší číslo atom, který je v PSP ve vyšší skupině (nejnižší O, pak S, N)
např.
H N
N
1,3 - thiazol
Tabulka systematického názvosloví heterocyklů cykly s dusíkem Velikost kruhu
nenasycený
nasycený
thia
N
aza
F
fluora
Cl
chlora
Br
broma joda
Se
selena
Te
telura
B
bora
Hg
merkura
P
fosfa
Sb
stiba
As
arsa
Bi
bisma
Si
sila
Ge
germa
Sn
stanna
Pb
plumba
∗ názvy těchto sloučenin se tvoří pomocí předpony perhydroO
H N
H N
oxiran
azaridin
1H-aziren
H N
H N
azolidin
azol
cykly bez dusíku nenasycené
oxa
S
I
S
pyrrol
název
O
nasycený
3
- iren
- iridin
- iren
- iran
4
- et
- etidin
- et
- etan
5
- ol
- olidin
- ol
- olan
6
- in
∗
- inin
- an
7
- epin
- epan
- epin
- epan
8
- ocin
- okan
- ocin
- okan
9
-onin
- onan
-onin
- onan
10
- ecin
- ekan
- ecin
- ekan
HN
S
O
azetidin
thietan
oxetan
S
O
O
S
thiol
oxol
S
H N
perhydroazin
S
1,3-oxathiolan 1,3-dithiolan
N
O
azin
2H-oxan
1
Rozdělení heterocyklů
Typické reakce
a) Pětičlenné cykly s jedním heteroatomem O
S
H N
furan
thiofen
pyrrol
• Se
selenofen
SE - souvisí s aromatickým charakterem (vysoká el. hustota v poloze 2,5) Nitrace
•
•
tyto cykly mají aromatická charakter, protože heteroatomy zapojují do cyklu volný elektronový pár na heteroatomu (π - elektronový sextet) rozložení hustoty je nepravidelné ⇒ málo zapojuje do konfigurace el. pár furan (↑ χ) ⇒ furan je nejméně aromatický, více aromatický pyrrol, nejvíce podobný benzenu je thiofen
H N
H N
+
NO 2
HNO3
+
H2O
2-nitropyrrol
AR - katalytická hydrogenace H N
Chlorace O
O
+
H N
+ 2H2 Cl
Cl2
+
HCl
pyrrolidin 2-chlorfuran
O
O
Sulfonace
+ S
S
+ H 2SO4
SO 3H
2H2
+ H2O
tetrahydrofuran S
thiofen-2-sulfonová kyselina
S
+
2H2
tetrahydrothiofen
Pyrrol
bezbarvá, krystalická látka, zapáchající jako chloroform výskyt v černouhelném dehtu a některých přírodních látkách např. chlorofyl + Mg hemoglobin porfin + Fe myoglobin + Fe bilirubin vitamín B12 (kobalamin) v těchto látkách se vyskytují čtyři pyrrolová jádra uspořádaná v cyklu (porfin) nebo lineárně
H
Porfin
H
H
H N
H
H
H N
N H
H
H
N H
H H
H
2
Vitamín B12 (kobalamin) O
H2N
O
H2N
H2N
b) Pětičlenné cykly se dvěma heteroatomy
CH3
H3C
O
NH2
N H3C
O
N
H3C
N +
Co N
H N
H N
N CH3
O
S
O
N NH2
CH3
H3C
pyrazol (léčiva)
H3C
imidazol součást amk histidinu Sanorin – lék proti rýmě
NH2
O
O
NH O
O
N
N
CH3
N
1,3-thiazol oxazol (léčiva) vitamín B1 (thiamin) správná činnost nerv. systému
CH3
N
P HO N
O
-
O
CH3
H H
H O
HO
H
c) Šestičlenné cykly s jedním heteroatomem
+
N Cl − pyridiniumchlorid
N N
O
O
+
pyridin
2H-pyran (α-pyran)
HCl
4H-pyran (γ-pyran)
Pyridin páchnoucí kapalina zdroj – černouhelný dehet použití jako rozpouštědlo nejstabilnější heterocyklická sloučenina – podobná struktura jako benzen oproti benzenu má navíc volné elektrony na N (tyto se nezapojují do aromatického jádra) ⇒ zásadité vlastnosti ⇒ + kyselina ⇒ pyridiniová sůl
AR – katalytická hydrogenace H N
N
+
H2
kat Ni →
piperidin (hexahydropyridin) – alkaloidy
Deriváty pyridinu
N CH3
nikotinová kyselina pyridin-3-karboxylová kyselina niacin – lék proti pelagře (nemoc kůže)
nikotin
N
COOH
N
nikotinamid deriváty této látky se využívají jako léčiva
N
pikolin
N
CH3
CONH2
3
d) Šestičlenné cykly se dvěma heteroatomy N
N
chinolin odvozeny alkaloidy např.chinin, morfin isochinolin
N
N
pyrimidin (1,3-diazin)
Uracil U (pyrimidin-2,4-diol) N
OH
Thymin T (5-methylpyrimidin-2,4-diol) H N
N
N
O
ketoforma
OH
OH
H3C
OH
OH
enolforma
Cytosin C (4-aminopyrimidin-2-ol) N
N
N
H3C
O
enolforma
OH
N
NH
OH
odvozeny pyrimidinové báze nukleových kyselin DNA (A,G,C,T) a RNA (A,G,C,U) báze se vyskytují ve dvou formách enolforma (= vazba a skupiny OH) a ketoforma (=O)
ketoforma
Barbiturová kyselina (pyrimidin-2,4,6-triol) HO
H N
N
OH
O
H N
N
N
enolforma
NH
N OH
NH2
O
O
O
NH2 ketoforma
jsou od ní odvozeny barbituráty – léčiva patřící mezi hypnotika a sedativa derivát pyrimidinu
4
e) Dva kondenzované heterocykly Adenin A (purin-6-amin)
purin
OH
6
N
5
2
4
1
3
9
N
N
7
N H
O
NH2
N 8
N
Guanin G (2-aminopurin-6-ol)
N
HN
N
N
H2N
N
N H
N H
N
H2N
N
N H
ketoforma
enolforma
Močová kyselina (purin-2,6,8-triol)
produkt látkové přeměny dusíkatých látek u plazů a ptáků je konečný produkt v nízké koncentraci je v moči savců v lidském těle se její tvorba zvyšuje při onemocnění ledvin, je součástí ledvinových kamenů při revmatizmu se usazuje v kloubech
O
OH N
N
H N
HN
O
OH HO
N
N H
enolforma
O
N H
N H
ketoforma
5
