Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie http://aplchem.upol.cz CZ.1.07/2.2.00/15.0247
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Heterocyklické sloučeniny
Pětičlenné heterocykly
2
O
HOOC
N
S thiofen
pyrrol
Aromatický charakter – splňují Hückelovo pravidlo (1.systém planární 2. Cyklický a plně konjugovatelný 3. 4n + 2 e)
Aromaticita: thiofen pyrrol furan
Reaktivita: SE A
COOH
1
furan-2,5-dikarboxylová kyselina
H furan
O
A
A
Obecná příprava:
R1
O
R2
R1
S
R2
R1
N
R2
T R1 C O
CH2 CH2
C O
R2
P4 S10 R 3-NH2
R3
Furan Průmyslová výroba: CHO H
OH
HO
H
+
H
H
-H2O
OH
CHO
O
CH2OH
O
Reaktivita:
O
THF
E
Nu I
O
H C O
př. Nu I :H2O
HO
HO
O
+
O
Zástupci:
COOH -CO2
kys. pyroslizová
furfural
E
H2/kat.
T
ox.
CH2 CH
CH2 CH2
H C O
Nízká aromaticita snadné otevírání furanového cyklu
OH
O
O
O
OH kyselina askorbová (vitamín C)
kumaron (benzofuran)
Thiofen Zdroj: černouhelný dehet
H2SO4 SO3H
S
S H2O
Thiofen – nejaromatičtější (nejstabilnější)
H N S
O N
HOOC
H biotin (vitamín H)
Pyrrol Zdroj: černouhelný dehet Reaktivita:
E
+
N
K N K
N
-H2
+
E
SE
H
R-X
H -HX
SN
N
H2/kat
R N-alkylpyrrol H2/kat
N H
N
pyrrolin
H pyrrolidin
HO
zástupci N H prolin
COOH
N
COOH
H 4-hydroxyprolin
AR
* M = železo hem hem + globin (bílkovina) = hemoglobin (červené krevní barvivo)
N N
H M H
N
hemoglobin + 4 O2
oxyhemoglobin
N
porfin
Žlučová barviva (rozkladné produkty hemu v játerch): bilirubin, biliverdin urobilin (hnědá barva)
* M = měď hemokyanin (měkkýši, korýši) * M = hořčík chlorofyl (zelené barvivo) *M = kobalt základ vitamínu B12
Zástupce kondenzovaného derivátu pyrrolu:
N
indol
H
Příprava: Fisherova syntéza
+ NHNH2
R1
R1 O
R1 N N
R2
H
(HPO3)n
R2
-NH3
R2
N H
fenylhydrazon
Zástupci: COOH
NH2
CH3
NH2
NH2 HO N 3-methylindol H (skatol)
N tryptofan
H
N tryptamin
H
N H serotonin (5-hydroxytryptamin)
Indigo – modré barvivo
CH2OH O
1. H3O 2. ox.
O
OH
N
OH
OH indikan
H
O
+
H N
N H indigo
O
Pětičlenné heterocykly s více heteroatomy H
H N
1
N
1
O
N2
pyrazol
O
1
N2
2
N
1
1
isothiazol
oxazol
R1
Příprava pyrazolu:
2
N3
N3 isoxazol
1
N2
2
3
imidazol
thiazol
R1 O
+ R2
S
S
O
NH2 H2N
R2
N N H
Zástupci: NH2
CH3 O
N N
CH3
HOOC N H3C antipyrin
H3C
S
N
O
SO2 N NHCOCH2-R
H sulfathizol
penicilín
S
Šestičlenné heterocykly N pyridin
Příprava: Hantzschova syntéza R1 R2
O
NH3
O
O
+
CH2
R1
H2C
R O
O
R2
1
R
N
R 2OOC
1
COOR
2
O
O H
H
+
Reaktivita:
H2/Pt N
N
N H E
+
N
+
HCl
NaNH2 (Čičibabinova reakce S !!!) N
R-X
E
Cl
X
N N
+
R N-alkylpyridiniová sůl
N
+
H pyridinium chlorid
N
NH2
zástupci H H
N
COOH
ox.
N
N
N nikotin
O
CONH2
NH3
NHNH2
kyselina nikotinová
nikotinamid (vitamin PP, niacin)
CH2OH CH2OH
OH
H N
N
CH3
H
N isoniazid
pyridoxin (vitamin B6)
koniin
CH3
Zástupce kondenzovaného derivátu pyridinu N
N chinolin
R1
R1
CHO
Příprava:
isochinolin
+ O
NH2
CH2 HO
CH
H3C O
N
N
R2
R2
H3C O N H3C O O CH3 papaverin
N chinin
O CH3
Šestičlenné heterocykly s více heteroatomy N
N N
N N
pyridazin
N
pyrimidin
pyrazin 6
Pyrimidinové nukleobáze:
1
N
8
H N *
N
7
N
5
2
N
N9
4
3
HO
N
OH
O
N
HO
N
Purinové nukleobáze H N *
H 3C
N OH
O
N H N *
N N
O
OH
HN
N H
cytosin (Cyt)
OH
NH2 N
N
O
N adenin (Ade)
N* H
N
N
H
thymin (Thy)
H2N
H purin
H
uracil (Ura) H 3C
O
H2N
N
guanin (Gua)
N* H
Nukleové kyseliny DNA – deoxyribonukleová kyselina (uchování dědičných znaků)
Primární struktura NK báze
báze
cukr
cukr
P
RNA – ribonukleová kyselina (přenos dědičnosti a proteosyntéza)
báze
cukr
P
P
báze
báze
báze 5
HO
HO
O 4
cukr
2
3
OH
nukleosid
O
1
Adenosin (A) Guanosin (G) Cytidin (C) Thymidin (T) Uridin (U)
OH
OH
nukleosid v RNA (cukr: -D- ribosa)
nukleosid v DNA (cukr: 2-deoxy-D-ribosa)
př. uridin (uracil-2-deoxyribosid [DNA]) (uracil-ribosid [RNA])
báze báze OH HO cukr
nukleotid
P
5
P O O
O 4
1 2
3
OH
nukleotid
př. uridin-5/-fosfát
Znázornění sekvence T-C-A v DNA O H O
O HO
P
O
CH3
N N
O
O NH H O HO
P O
N
O O
N-glykosidická vazba N
5 O 4
NH2
3
3´,5´-diesterová vazba
N
N
HO
P
N
N
O O
O
O O
Seminární úkoly: 1.
Srovnejte bazické vlastnosti těchto dusíkatých heterocyklických sloučenin: pyrrol, pyrrolin (2,3dihydropyrrol, pyrrolidin (2,3,4,5-tetrahydropyrrol)
2.
Srovnejte bazicitu pyrrolu a pyridinu. A vysvětlete.
3.
Odhadněte a pokuste se vysvětlit, který atom dusíku v a) pyrazolu b) imidazolu se bude snadněji protonizovat v prostředí kyselin.
4.
Který z heterocyklů bude snadněji podléhat aromatické elektrofilní substituci - pyridin nebo pyrrol? Co vznikne jejich nitrací? A vysvětlete
5.
Sloučeniny obsahující furanový cyklus jsou náchylnější ke štěpení (otevírání) cyklu, než analogické sloučeniny obsahující thiofenový cyklus. Vysvětlete
6.
Pomocí Hantzschovy syntézy navrhněte syntézu pyridinu, který bude obsahovat v poloze 2 a 6 propylové skupiny.
7.
Určete absolutní konfiguraci na chirálních centrech v a) nikotinu b) koniinu
8.
Nakreslete strukturu těchto nukleosidů a) adenosin b) thymidin
9.
Nakreslete strukturu tohoto nukleotidu: thymidin-5!-fosfátu
10. Jaké je párování nukleobazi v a) DNA b) RNA
11. Znázorněte tuto sloučeninu: N-benzyl-9-methylpurin-6-amin
