К.И. Грандберг - Органическая химия (1125789), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Группа пиридина Наряду с индолом из каменноугольной смолы может быть выделен еще один ароматический гетероцикл (С НаХ), называемый пиридинолк г 0' Это обусловлено изменением гибридиаапни атома азота. Электроны, расположенные на орбитали с болыпим а-характером, обладают более низким уровнем энергии и пониженной способкостью к присоединению протона: с С вЂ” Х: С з,а амин Ъ "С=Х = С— = Х: арз пнин ар пвтрнл 529 Пиридин — жидкость с неприятным запахом, т.
кип. 115 'С, смешивается с водой и большинством органических соединений. Ядро пиридина встречается во многих природных продуктах: алкалоидах, витаминах, коферментах и в большом числе лекарственных препаратов. В связи с тем что свободная электронная пара атома азота не участвует в образовании ароматического секстета электронов (4п + 2, н = 1) ядра пиридина, он проявляет свойства основания. Основность пиридина (РК, сопряженной кислоты 5,2) близка к основноети анилина (4,6), но значительно меньше основности алифатичееких аминов (РК, СК = 10). нон Ы С! Х ОН 0,96 1,01 '-~ 0,89 Н Н + Не — ь ! Н кис,+н 0" 0 С) "' ззо с ! Н 531 530 В изображенном ряду свободные электронные пары занимают орби- тали, в которых з.характер составляет 25, ЗЗ, 50% соответственно.
Поэтому оснавность аминов довольно высока, а нитрилы практически не обладают основными свойствами (рК, их сопряженных кислот около -8). Ароматичность ядра пиридина выражена очень ярко. Он не разрушается дихроматом калия и азотной кислотой и термически устойчив. Распределение электронной плотности в ядре определяет прохождение электрофильных реакций в )1-положение, а нуклеофильных — в а и у: Электрофильное замещение у производных пиридина в отличие от пятичленных гетероциклов проходит с большим трудом, так как оно обычно ведется в кислой среде, где пиридин существует в виде катиона: Положительный заряд на атоме азота значительно понижает общую электронную плотность в ядре и затрудняет атаку электрофильной частицей: Наоборот, нуклеофильные реакции, особенно в а- и у-положениях, проходят очень легко.
Так, 2-хлорпиридин быстро гидролизуется до 2-оксипиридина: Для последнего интересно рассмотреть возможную таутомерию (в данном случае лактим-лактамную): для фенола такая таутомерия невозможна, так как оксиформа дает слишком большой выигрыш в энергии (около 125 кДж/моль): В случае 2-оксипиридина существует два фактора. действующих в пользу лактамной формы. Во-первых, в лактамиой форме также имеется возможность образования в какой-то степени ароматической (хотя и менее выгодной) системы за счет четырех и-электронов и электронной пары атома азота (всего 6 влектронов). Прямого разрыва сопряжения в месте карбонильного атома углерода тоже нет. Зто объясняется тем, что система С =С вЂ” С вЂ” С=С является в определенной степени сопряженной, так как группа — С вЂ” частично проводит сопряжение (кросс-сопряжение).
11 Х Во-вторых, фактором, действующим в пользу лактамной формы, является большее сродство к протону у атома азота, чем у кислорода (азот менее электроотрицателен, чем кислород). Так, например, амиды существуют лишь в одной таутомериой форме — амидной, энергетически более выгодной (на 63 кДж/моль): — С~ — ~~ — СС е 63 кДж/моль ОН ЫН МН Действие этих двух факторов оказывается сильнее, чем стремление сохранить обычную ароматичность ядра, поэтому 2-оксипиридин, как, 12 е СлвО О~~ вв, СФ~О ~ г(Н)ь)Н ! соон витамин РР никотиновая кислота (пиридин-3- карболовая) иаснназид 250 200 ! )ь) )ь)НЯО У ~ )ь)н сульфидин СН Он но ~~сн,он Н С )ь) лиридоксин (витамин Ве) СНО НО .
СН2ОН НС 5) 0 + СНзВг — ь кодекарбокеилааа н, Вг — '~ ииродакеаль сн НС Н НС' Н 2не Вг — + Вг С1 С !! С1 )ь) СООН 532 533 Рис. 33. УФ-спектры 2-оксипиридина (1) и модельных структур (2, 3) впрочем, и 4-оксипиридин, существует в лактвмной (пиридоновой) форме. Если один ив факторов не действует, то сохраняется обычная зроматичность ядра (а-амннопнридин существует уже в аминоформе). Доказательства существования тех или иных таутомерных Форм в окси- и вминозвмещенных гетероциклах сравнительно легко могут быть проведены в настоящее время с помощью ПМР-, УФ- и ИК-спектроскопии, например простым сравнением УФ-спектров 2-оксипиридинв и модельных структур (рис. 88).
УФ-спектры 2-оксипиридина и модельного )в-метилпиридонн-2 совпадают, а спектр 2-метоксипиридина резко отличается от них. Из этого следует, что 2-окснпиридин существует в лвктвмаой Форме. Пиридин и его производные легко образуют четвертичные соли. Характерной особенностью их является более легкая восстанавливаемость, чем самого пиридина: В биохимических процессах наиболее важную роль играют следующие производные пнридина.
Амид никотиновой кислоты, или виталсин РР, применяемый как противопелларгиче- ское средство; изониаэид (гидразид пиридин-4-карбоновой кислоты) — одно из самых активных средств против туберку- леза; сульфидин — самый активный из сульфамндных препа- ратов на основе а-аминопиридина: Витамины группы В включают соединения пиридинового ряда, играющие важную роль в ферментативных окислитель- но-восстановительных процессах и процессах декарбоксилирования аминокислот: СНО !! НО СН20 — Р— ОН ! НС О ! Н З,Б-Дихлорпиколиповая кислота (лонтрел-300) является высоко аффективным гербицидом, уничтожая слож- ноцветные сорняки в посевах сахарной свеклы, рапса, кукуру- зы и злаковых. 'ФГ 6.
Группа имидазола ! Н 4-метилимидззол 5-метилимидазол ! Н 4-в«омер 5-и»омер 5-изомер 4-изомер ге«тамии гистидин пиримндиз 535 534 Как уже говорилось в начале данной главы, замена группы =СН вЂ” на изоэлектронную группу =Х вЂ” не изменяет ароматических свойств ядра (бензол — пиридин). Точно так же замена в пирроле группы =СН вЂ” в р-положении на изоэлектронную группу Х вЂ” приводит к ароматической системе илзидазола (глионсалина): Ароматический секстет имидазола, как и в пирроле, образован бк-электронами. Неподелеиная пара электронов атома азота в положении 3 остается свободной и сообщает гетеро- циклу основные свойства (как в пиридине); рК, = 14,2; рК, сопряженной кислоты равно 6,95: Имидззол — бесцветное кристаллическое вещество с т.
пл. 90 'С и т. кип. 256 'С. Он хорошо растворим в воде и плохо— в неполярных органических растворителях. Аномально высокая температура кипения при сравнительно низкой молекулярной массе имидазола обусловлена очень сильной ассоциацией молекул за счет водородных связей: Г=~ ~=~ /=~ НХ ФХ' "'Н Х ФХ' ""Н Х, ФХ' В молекуле имидазола имеются прекрасные возможности для межмолекулярных ассоциаций: неподеленная электронная пара атома азота в положении 3 и «кислый» атом водорода у атома азота в положении 1. Подобного рода ассоциации приводят к так называемой прототропной таутомерии у ряда систем гетероциклов: Доказано, что 5- и 4-метилимидазолы представляют собой одно и то же вещество — это возможно только в том случае, если атом водорода не локализован у конкретного атома азота, а быстро (около 10 раз в секунду) переходит от одного атома к другому.
Зто происходит за счет выравнивания обычной и водородной связи Х вЂ” Н в ассоциате и перераспределения и-электронов в ядре: Гистидин — незаменимая аминокислота ряда имидазола р-(4-имидазолил)-алании Х1 — СНз — СН вЂ” СООН вЂ” » Х вЂ” г — СН СНзХН Й Й является одной из природных аминокислот, входящих в со- став белков. При декарбоксилировании гистидина образуется гистамин, играющий важную роль в стимуляции сокращения гладкой мускулатуры.
7. Группа пиримидина Пиримидиновое ядро встречается в многочисленных природных продуктах: витаминах, коферментах и нуклеиновых кислотах: О 8. Группа пурина ОН О „,Л„~ =,,~ ОН О Н 2,4-диоксипвримвдин (уронил) РК, 9,4 Н 5-метил-2,4-диоксипирнмндии (тимин) РК„9,9 Н 2-окси-4-аминопвримвдии (питоева) РК, 10,5 Н ) ~~о Й оденки (6-вмивопурив) РК -9,6; РК, сопрлжеикой 4,2 туев ив (6-окси-2-амивопурин) РК, 93; РК, сопряженной кислотм З,О мочеввл кислота (2,6,6-трноксипурин) РК,- 5,7 536 537 Особенно важную роль играют окси- и аминопиримидины.
Сам пиримидин обладает ароматическими свойствами. Это устойчивое легкоплавкое вещество с т. пл. 22'С и т. кип. 124 'С; легко растворимое в воде; слабое основание (рК, сопряженной кислоты равно 1,3), дает соли с одним эквивалентом кислоты. Последнее характерно для всех гетероциклов, содержащих несколько атомов азота со свободными электронными парами. Протонизация одного из них настолько понижает основность других вследствие взаимного влияния в общей ароматической системе, что дальнейшее солеобразование становится практически невозможным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
