Nitrogéntartalmú hétérociklúsos végyúléték A nitrogéntartalmú heterociklusos vegyületek a természetben előforduló jelentős vegyületek közé tartoznak.
Piridin C5H5N
N Szerkezete o A benzolhoz hasonló a felépítése, de egy CH - csoport helyett egy nitrogénatom épül be a gyűrűbe. A nitrogénatom 1 elektronját adja be az delokalizált elektronszextettbe és egy nemkötő elektronpárral is rendelkezik. A nitrogénatom beépülése a gyűrűbe a benzolhoz képest két jelentős változást okoz. A nitrogénatom nagyobb elektronegativitása miatt a molekula poláris jellegű lesz. A nitrogénatom körül megnő az elektronsűrűség, a szénatomok körül pedig lecsökken. A kémiai tulajdonságaiban is változást okoz, például bázikus jellegű lesz a piridin. Fizikai tulajdonságai o színtelen o kellemetlen szagú o folyadék o poláris molekula o dipól-dipól kh. alakul ki a molekulák közt o vízzel jól elegyedik, mert hidrogénkötés kialakítására képes a nitrogénatom nemkötő elektronpárja miatt (H-akceptor) o apoláris oldószerekkel (pl. éterrel) is jól elegyedik
Kémiai tulajdonságai o Sav - Bázis jelleg A nitrogénatom nemkötő elektronpárja hidrogénion megkötésére képes, ezért a piridin bázisként viselkedik, vizes oldata lúgos kémhatású. Erős savakkal sókat képez.
+
H2O
+
HO
+
Cl
-
piridínium-ion
+
N
N H
+
HCl
-
piridínium-klorid
+
N
N H
o Szubsztitúciós reakciói A nitrogénatom nagyobb elektronegativitása miatt lecsökkenti a szénatomokon az elektronsűrűséget, leginkább orto- és para-helyzetben, ezért a szubsztitúciós reakciók a benzolhoz képest lassabban és erélyesebb körülmények között játszódik le és a reagáló részecske meta-helyzetbe fog bekapcsolódni. Br
+
+
Br Br
N
Előfordulása o különböző enzimekben o vitaminokban pl. B6-vitamin o alkaloidokban pl. nikotinban Felhasználása o gyógyszergyártás o etil-alkohol denaturálására o oldószerként o növényvédőszerek gyártására
N
HBr
Pirimidin C4H4N2 N N
Molekula szerkezete o A nitrogénatomok és a szénatomok 1-1 elektront adnak be az elektronszextettbe. o A molekula poláris a nagyobb elektronegativitású nitrogénatomok miatt. Fizikai tulajdonoságai o Alacsony olvadáspontú (22°C) kristályos anyag. o Tiszta állapotban színtelen, kellemetlen szagú. o Vízben oldódik. (kevésbé, mint a piridin) Kémiai tulajdonságai o Sav-Bázis jelleg A piridinhez képest gyengébb bázis, vizes oldata semleges kémhatású. Oka: piridin nitrogénatomja 5 szénatomtól tud elektront elvonni, addig a pirimidin két nitrogénatomja csak 4 szénatomtól, ezáltal egy nitrogénatomra kevesebb elektronfelesleg jut, így a nitrogénatomok jobban ragaszkodnak a nemkötő elektronpárjukhoz, és így nehezebben tudnak hidrogéniont megkötni.
o Szubsztitúciós reakció A piridinhez késet a szubsztitúciós hajlama kisebb, mert a két nitrogénatom jobban lecsökkenti a szénatomokon az elektronsűrűséget. Előfordulás o Nukleinsavakban o Enzimekben o Vitaminokban (pl. B-vitamin)
Pirrol C4H5N H N
Molekula szerkezete o A delokalizált elektronszextettbe a szénatomok 1-1 elektront adnak, a nitrogénatom pedig kettőt. o A π elektronrendszer torzult, mert a hat delokalizált elektron nem egyenletesen oszlik el az öt atom körül. A nitrogénatom nagy elektronegativitása ellenére is elektronhiányos, mert két elektront adott be a delokalizációba. Ezért a nitrogénatomon részleges pozitív töltés alakul ki. Fizikai tulajdonságok
o Színtelen, de levegőn állva megsárgul, megbarnul. o Kellemetlen szagú. o Folyadék. Kémiai tulajdonságok o Vízben nagyon rosszul oldódik, mert nem tud hidrogénkötést kialakítani a vízmolekulákkal. (Azért, mert a nitrogénnek nincs nemkötő elektronpárja és pozitív polározottságú.) o Apoláris oldószerekben jól oldódik. o Sav-Bázis jelleg gyengébb sav, mint a víz. Csak alkálifémek és alkáliföldfémekkel szemben viselkedik savként. H N
-
N
+
K
+
K
+
+ 1/2
H2
pirrol-kálium
o Szubsztitúciós reakciói A szénatomokon elektron többlet van, ezért a pirrol hajlama szubsztitúció reakcióra nagyobb, mint a benzolé. Előfordulás o Porfinváz (4 pirrol kapcsolódik össze) o hemoglobin o klorofil o kobalamin
Imidazol C3H4N2 N
+
N
H
Szerkezete o A delokalizált elektronszextettbe a szénatomok 1-1 elektront adnak be, a piridin szerű nitrogén egy elektront, a pirrol szerű meg kettőt ad be. o A molekula dipólus jellegű. Fizikai tulajdonságai o Színtelen (nagy mennyiségben fehér) o Szilárd Olvadás és forráspontja a molekulatömegéhez képest igen magas, mert a molekulák közt hidrogénkötés tud kialakulni.
o Vízben nagyon jól oldódik a kialakuló hidrogénkötés kialakulása miatt. Kémiai tulajdonságai o Sav – Bázis jelleg
Amfoter vegyület, mivel a piridin szerű nitrogénatom hidrogénion felvételre képes a pirrol szerű pedig leadásra képes.
Előfordulás o Enzimekben fordul elő Hidrogénion cserét katalizálják a biológiai folyamatokban. Felhasználás o Gyógyszergyártás o Műanyaggyártás o Növény védőszer előállítás
Purin C5H4N4 N
N N
N H
pirimidin+imidazol
Szerkezete o A delokalizált elektronrendszerbe a szénatomok és a nitrogénatomok 1-1 elektront ad be, kivéve a pirrol szerű nitrogénatomot, ami kettőt ad be. Így 10 delokalizált elektron jut 9 atomra. Az elektronszerkezet erősen torzult, a molekula poláris. Fizikai tulajdonságai o Szintelen (nagy mennyiségben fehér) o Szilárd Olvadás és forráspontja a molekulatömegéhez képest igen magas, mert a molekulák közt hidrogénkötés tud kialakulni.
o Vízben jól oldódik a hidrogénkötés kialakulás miatt. Kémiai tulajdonságai o Sav – Bázis jelleg Amfoter jellegű Előfordulás o Nukleinsavakban (purin vázas vegyületek) o Alkaloidokban Felhasználás o Gyógyszergyártás
Amidok Az amidok olyan vegyületek, amelyek amid csoportot tartalmaznak. o ammóniából származtatható (acil csoporttal) o karbonsavakból származtathatják (karbonsav hidroxilcsoportját aminocsoportra cserélik. Amid csoport szerkezete o A nitrogénatom nemkötő elektronpárja delokalizálódik a szén-oxigén kötés pí elektronjaival. A három atom egy síkban van. o Az amid csoport erősen poláris. Amidok rendűsége
O
H
O
N R
1
H
R
1
O
N H
2
O
N
H
O
R
H
O
H
H
H
R
CH3
O
H3C
etánamid acetamid
H
O H3C
3
CH3
CH3
H
CH3
N,N-dimetilmetánamid N,N-dimetil-formamid O
N H
R N
N-metilmetánamid N-metil-formamid
N
2
N 1
N
metánamid formamid
R
CH3 N
H
N-metiletánamid N-metil-acetamid
H3C
CH3
N,N-dimetiletánamid N,N-dimetil-acetamid
