Organicheskaya_khimia_Uchebn_v_2-kh_t_T_2_Traven (1125751), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Ароматическая делокализация тс-электронов в молекуле пирндина иллюстрируется следующим набором резонансных структур: 451 25.4. Шестичленные гетерониклические соединения. Пирндин ным в реакциях с электрофильными агентами, но обладает повышенной склонностью к реакциям с нуклеофилами.
25.4.3. Реакции Основные и нуклеофильные свойства Поскольку НЭП азота в молекуле пиридина не входит в ароматический секстет, пиридин обнаруживает и оснбвные, и нуклеофильные свойства. Как и в случае аминов, основность гетероциклических оснований, в том числе пиридина и пиррола, принято оценивать значениями рК„ их сопряженных кислот — РКл 1вн у е + НгО ~ ~~ + НзО -.о Н ! пиридин Ркмс,нсне> 5,36 Обратите внимание! Основность пиридина почти на б единиц рК, выше РР Рк, ',Р е-с,~ Пиридин легко алкилируется с образованием 1ч1-алкилпиридиниевых солей. В этой реакции пиридин выступает в качестве нуклеофила.
+ СН51 подметал 1о о Снз пиридин Х-метилпиридиний- иоднд Электрофильное ароматическое замещение Вследствие пониженной л-электронной плотности в цикле пиридин подвергается реакциям электрофильного замещения лишь в жестких условиях. Нуклеофильные свойства пиридина подтверждаются и легкостью образования М-ацилпиридиниевых солей. Такие соли образуются в качестве интермедиатов в реакциях О-ацилирования карбоновых кислот хлорангидридами в присутствии пиридина (см.
в разд, 20.2). 452 Глава 25. Гетеропиклические соединения При этом следует иметь в виду, что пиридиновый цикл еще более дезакти- вируется к электрофильной атаке из-за протонирования атома азота. Такое протонирование, безусловно, имеет место в присутствии сильных мине- ральных кислот, применяемых в указанных реакциях. ~~3 + Н20 пиридин-3-сульфокислота С,З 3-нитропирндин + ННг пиридин 3-бромпиридин реакяил не идет ыс1з Атака в положение 2: Е Е ~ Е И Н Х Н М Н неустоичивал Атака в положение 4: Н Е Н Е Н Е Л вЂ” Л неустоичивал структура Преимущественная ориентация электрофильного агента в положение 3 объясняется тем, что при такой ориентации положительный заряд в промежуточном о-комплексе не локализован на электроотрицательном атоме азота, о чем свидетельствуют наборы резонансных структур, отвечающих атакам молекулы пиридина соответственно в положения 2, 3 и 4.
453 25.4. Шестичленные гетероциклические соединения. Пиридин Атака в положение ед Е Е ~ Е в резонансно-стоб лизированный ион Лишь атака в положение 3 не ведет к крайне невыгодной локализации положительного заряда на электроноакцепторном атоме азота.
Для получения пиридинов, замещенных в положении 2 или 4, соответствующим реакциям подвергают пиридин-М-оксиды. Эти производные являются весьма доступными соединениями и получаются окислением пнрндина и его замещенных. СНз 30%-н няоз М 3-метилпиридин Соответственно резонансным структурам, показанным ниже, пиридин- Х-оксид может рассматриваться как активированная форма пиридина. 1, — .,! — 1,! — 1, !о П П П :0: :0: :0: :О: Реакции электрофильного замещения идут с пиридин-М-оксидом легче, чем с пиридином, преимущественно в положения 2 и 4.
Х02 С2 4-нитропиридин- Х-оксид (90 %) Оо ! пнрндин- М-оксид Оо ) 3-метилпиридин- икоксид 454 Глава 25. Гетероцнклнческяе соединения Обработка продукта реакции действием РС! удаляет кислород, переводит пиридин-Х-оксиды в соответствующие пиридины. ХО2 ХО2 — ! + РОС13. о 4-ннтропнрнднн Реакция Чичибабина Как уже отмечено выше, высокое сродство к электрону способствует особой склонности пиридина к реакциям с нуклеофильными реагентами.
Классическим примером такой реакции является реакция Чичибабина (1914 г.). В этой реакции пиридин обрабатывают амидом натрия при нагревании в Х,Х-диметиланилине или толуоле в качестве растворителя. + ХаХНг ~. ! Х Х ХНХа Х ХН2 пнрнднн 2-амннопнрнднн Механизм реакции Чичибабина приведен ниже. Стадия 1 — реакция идет с преимущественной атакой нуклеофнла по С (С ), поскольку отрицательный заряд в соответствующем о-комплексе делокалнзован с участием электроотрнцательного атома азота цикла; о + ХвХН2 „о Стадия 2 — на этой стадии элнмнннрует гндрнд-нон с реароматнзацней цикла. Оо 4-ннтропнрнднн- И-окснд Н Н Н ХН2 Х ХН2 Х ХН2 Н вЂ”,„) — "" ( + Н,.
М о ХН2 1ч ХНг 1ч 1ч Н нгчни ЯаО 2- и 4-Аминопиридины способны к таутомерным превращениям. имино-форма Значительно более устойчивой, однако, является амино-форма. Ее содержание в 1000 раз превышает содержание имино-формы. Аналогичная реакция протекает с литийорганическими реагентами. 2-фенилпнрнднн пиридин Однако реакция с КОН протекает лишь в очень жестких условиях. Образующийся 2-гидроксиперидин также способен к таутомерии. КОН з5о-4оо 'с М Х ОН И О 2-гндроксипиридин пиридин Вместе с тем 2-гидроксипиридин легко получается при обработке 2-аминопиридина нитритом натрия в присутствии минеральной кислоты.
~3. -"-'" ~~„= С,=.~. 2-аминопиридин Н 2-пирндон 25.4. Шестнчленные гетероциклические соединения. Пиридин н с ' ~Л~ (толуол) Х Х С6Н5 1 Н 2-пиридон 456 Глава 25. Гетерациклическне соединения Аналогично получают 4-гидроксипиридин. зчН2 ОН О мамо, н 4-гидроксипиридин ! 4-пиридон 4-аминопиридин Следует иметь в виду, что пиридоны в значительной мере сохраняют ароматичность пиридинового ядра. Восстановление Электронодефицитный характер пиридина проявляет себя и в относительной легкости восстановления пиридинового цикла. Важно, что восстановление гладко проходит не только как гидрирование в присутствии Р1- катализатора, но и при действии натрия в абсолютном спирте. пиридин пиперидин Пииеридии.
К раствору пиридина (20 г; 0,25 моль) в абсолютном спирте (150 г, ' 3,26 моль) по кусочкам прибавляют натрий (75 г; 3.26 моль). По окончании растворения ~ 1 натрия реакционную массу разбавляют водой. Продукт отгоняют с водяным паром и выделяют в виде гидрохлорида, добавляя соляную кислоту к дистиллату, т. пл. 237 *С, (из спирта).
Выход 21,2 г (-100%) 457 25.5. Пиримидииы и пурины 25.5. ПИРИМИДИНЫ И ПУРИНЫ Среди других шесгичленных гетероциклических соединений производные пирнмидина и пурина представляют особый интерес. Значение этих гетероаренов определяется тем, что фрагменты производных пиримиднна и пурина входят в состав сложных биоорганических структур, называемых нуклеиноеыми кислотами (см. разд. 28.1.5) и ответственных за хранение и передачу генетической информации. Нумерация атомов в молекулах пиримидина и пурина показана ниже.
3 9 пурин 1 пнримндин В состав нуклеиновых кислот входят следующие производные пиримидина: урацил, цитозин и тимин. Их называют пиримидипояыми основаниями. О О ННг урацил тимин цитозин В состав нуклеиновых кислот входят также и производные пурина— аденин и гуанин. Эти производные называют пуриповыми основаниями. гтНг у Х ХН О аденин гуанин И пнримидин, и пурин имеют плоские молекулы и замкнутые сопряженные и-электронные системы. Эти соединения и их производные также относятся к числу гетероароматическнх соединений.
Фрагменты пиримидина и пурина входят в состав и других природных соединений. Кофеин содержится в кофе и чае. Теобромин содержится в чае и какао. 458 Глава 25. Гетерониклические соединения 'Й$1 ,СН, НН нвтл!~ и .и: ( . ~:!нрч! 3 теобромин СН 3 ; хня , 3:-..13 кофеин , и~а, .." Гни 1,5 с1п.япц3. ' г' гл с '.' и чанс '.. и [ ' заел ° 3! ,е 25.6.
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИИ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ Пиррольная структура входит в состав природных соединений, имеющих важное значение для живых организмов. Прежде всего следует назвать представителей группы порфиринов, к которым относят гемоглобин крови н хлорофилл. Ниже для примера показаны некоторые алкилпирролы, играющие важную роль в природных порфириновых структурах, в том числе в гемоглобине. опсопиррол криптопиррол хемопнррол Гемоглобин ответствен за транспорт кислорода в живом организме: 1 г гемоглобина связывает 1,35 см3 кислорода. Гемоглобин связывает кислород в легких и разносит его по всему организму.
При связывании с гемоглобином кислород выступает как лиганд по отношению к атому железа. Токсичные свойства монооксида углерода определяются тем, что он является еще более сильным лигандом и препятствует связыванию и транспорту кислорода. СН3 СН,СН3 СН3 1х1Н СН3 СН2СН3 НН СН3 СН2 — СН3 / ~ ,ло ° я 459 25.б. Гетероциклияеские соединения в живых организмах нз Н=СН, НООССН2СН НООССН2СН2 гемин-фрагмент гемоглобина Частично гидрированный пиррольный цикл содержится в витамине Вуз. Индел является структурным фрагментом важных природных соединений и широко используется для получения различных лекарственных препаратов.
триптофан р-индолилуксусная кислота серотоннн Фуран, пиридин и хинолин также являются структурными фрагментами многих природных соединений и лекарственных средств. Ниже показан ряд природных соединений, в составе которых присутствуют названные гетероароматические фрагменты. О Н фурфурол О индиго СН,СООН МН НО СН2СН2ХН2 1 ! СН2 — СН вЂ” МН2 ! СООН ХН Глава 25. Гетероциклические соедвнения О 11 ..С (С2Н5)г)х( никотин НО дизтиламид лизергиновой кислоты (ЛСЛ) — СН) НО' Н морфин (й = Н) героин(К = СОСНз) ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ Ганча реакция — получевие замешенных пиридинов циклоконденсацией зфиров ))-кетокарбоновых кислот с альдегидами и аммиаком с последующим окислением образующихся дигидропирндинов.
Гетероциклическне соединения — соединения, молекулы которых, наряду с атомами углерода, содержат в составе цикла один или несколько гетероатомов. Кнорра реакция — получение пирролов конденсацией а-аминокетонов с кетонами, содержащими активную метиленовую группу. Павля-Кнорра реакция — получение производных пиррола конденсацией 1,4-дикарбонильных соединений с аммиаком или первичными аминами. Скрауиа реакция — получение хиноливов нагреванием первичного ароматического амина с глицерином в присутствии окислителя и дегидратирующего агента, Фишера реакция — синтез индолов внутримолекулярной конденсацией арилгндразонов альдегндов или кетонов в присутствии кислот. Чичибабина реакция — а-аминированне пиридинов при действии амида натрия.
Юрьева реакцвя — превращение фурана в пиррол, тиофен или селенофен при действии соответственно аммиака, сероводорода или селеноводорода над А! Оз в газовой фазе при высокой температуре, ЗАДА ЧИ Задача 25Л. С помощью теории резонанса предскажите наиболее предпочтительное место протонирования пиррола. Задача 25.2. Предложите схему механизма образования 2,5-диметилпиррола по реакции Павля-Кнорра. 461 Задачи Задача 25.3. Синтез хинолина по Скраупу включает ряд стадий. Напишите эти стадии. Предложите механизм каждой из них.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
