Гетероциклические соединения

Назовите вещества по номенклатуре ИЮПАК

Задачи урока
познакомиться с составом, строением и свойствами гетероциклических соединений
рассмотреть значение гетероциклов как составных частей биологически активных веществ, красителей, лекарств
сформировать представление о составе, строении и свойствах гетероциклов на примере пиридина
сравнить свойства пиридина и бензена
научиться правильно оценивать значение нитрогеносодержащих гетероциклических соединений в жизни человека

Общие сведения о гетероциклах.
Гетероциклы как составные части биологически активных веществ, красителей, лекарств.
Пиридин как представитель нитрогеносодердащих гетероциклических соединений

Гетероциклические соединения -
Содержат в цикле 3,4,5,6 и более атомов. Однако наибольшее значение имеют пяти- и шестичленные гетероциклы. Содержат чередующиеся двойные и одинарные связи, есть сопряженные р-электроны.
-
Это органические вещества, содержащие в своих молекулах кольца (циклы), в образовании которых кроме атома Карбона принимают участие и атомы других элементов (Нитрогена, Оксигена, Сульфура).

Циклические органические вещества

Классификация гетероциклических
соединенний
Гетероциклические соединения
↓ ↓ ↓
Пятичленные Шестичленные Конденсированные
гетероциклы гетероциклы системы
С одним С двумя С одним С двумя Состоит Содержит
гетеро- гетеро- гетеро- гетеро- из гетеро аромати
атомом атомами атомом атомами циклов ческие
ядра
Пиррол пиразол пиридин пиримидин пурин индол
Тиофен имидазол хинолин
Фуран акридин

пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом
Пиррол
- порфировый комплекс и железо являются основой гемоглобина
- комплекс порфирина с магнием является основой хлорофилла
- пиррольные ядра, связанные с кобальтом, входят в состав витамина В12
Фуран
-нитропроизводные фуранового ряда являются лекарственными средствами (фурацилин, фурамедон). Фуран входит в состав наркотических веществ (морфин, героин, кодеин).
Тиофен
Близок к бензену по свойствам. Входит в состав ихтиоловой мази
- Производным теофена является биотин (витамин Н), отсутствие которого в пище нарушает обмен белков и жиров в организме и ведет к кожным заболеваниям

Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом
Пиридин
Основа никотиновой кислоты, ее амид – никотинамид – витамин РР – применяется для лечения пеллагры. Кордамин – стимулятор нервной системы.
это единственный витамин, который традиционная медицина считает лекарством. Возможно, что он фактически является самым эффективным 'лекарством', нормализующим содержание холестерина в крови, из всех существующих.
-Витамин РР - компонент В-комплекса, имеющий решающее значение для выработки энергии и поддержания благополучия на многих уровнях, особенно для здоровья сердца и оптимального кровообращения.
- Травы, богатые витамином PP: люцерна, корень лопуха, котовник кошачий, кайенский перец, ромашка, песчанка, очанка, семя фенхеля, пажитник сенной, женьшень, хмель, хвощ, коровяк, крапива, овес, петрушка, мята перечная, листья малины, красный клевер, плоды шиповника, шалфей, щавель.

Строение пиридина
это шестичленное гетероциклическое соединение с одним гетероатомом Нитрогена в цикле. По электронному строению пиридин напоминает бензен. Все пять атомов Карбона и атом Нитрогена находятся в состоянии sp2-гибридизации. Если в молекуле бензена заменить группу СН на атом Нитрогена, мы получим пиридин. Попробуйте написать структурную формулу пиридина

Физические свйоства пиридина
- это бесцветная жидкость с неприятным запахом, T кип = + 115*, T плавления = -42,7* хорошо растворимая в воде - с водой смешивается в любых отношениях. Ядовитая.
Пиридин и его гомологи содержатся в каменноугольной смоле, которая и служит источником их получения.

Взаимосвязь между строением и свойствами пиридина
На основании структурной формулы можно высказать двоякое суждение о свойствах пиридина:
Наличие двойных связей в молекуле указывает на его высокую реакционноспособность, а сходство по строению с бензеном позволяет предположить, что вещество обладает большой химической активностью: вступает в реакции присоединения, замещения
В молекуле бензена каждый атом карбона, находясь в состоянии sр2-гибридизации, три электрона затрачивает на образование δ-связей и один электрон – на образование общего для молекулы π-облака (при боковом перекрывании облаков шести р -электронов). В молекуле пиридина одну группу СН заменяет атом нитрогена, и он «поставляет» два электрона на установление δ-связей с двумя соседними атомами карбона и один электрон – в систему π-облака, при этом, как и в молекуле бензена, образуется устойчивый секстет электронов. У атома нитрогена остается после этого еще пара свободных электронов, по месту которых могут идти реакции присоединения катиона Гидрогена. Следовательно, пиридин проявляет основные свойства.
Гетероциклическое соединение пиридин – это азотистое основание ароматического характера

Химические свойства пиридина

Химические свойства пиридина
Как основание пиридин взаимодействует с водой и кислотами.
C5H5N+HOН → [C5H5NH]OH
гидроксид пиридина
C5H5N+HC1→ [C5H5NH]C1
Пиридин хлорид
Пиридин, как и бензен, устойчив по отношению к окислителям: он не обесцвечивает раствор перманганата калия даже при нагревании

Применение
пиридина
1) ароматические и основные свойства пиридина используются при синтезе разного рода лекарственных препаратов, красителей, гербицидов;
2) пиридин используется как растворитель для денатурирования этанола.

Бензен и пиридин – представители углеводородов с циклическим строением молекулы

Бензен и пиридин

Из истории фармацевтики:
Издавна люди лечили болезни , используя гетероциклические соединения из природной аптеки: листья, плоды и кору деревьев, корни и стебли трав, вытяжки из насекомых и т.д. Ни о каком из природных соединений не сложено столько историй, сколько о хинине.
ХИНИН – представитель алкалоидов – азотосодержащих органических соединений растительного происхождения. Сыграл историческую роль в борьбе с малярией.
ПАПАВЕРИН – тоже алкалоид, применяемый как спазмолитическое и сосудорасширяющее средство.
КОФЕИН - мало кто из нас обходится без чашки кофе или чая, которые содержат этот алкалоид. Кофеин повышает жизнедеятельность, усиливает общий обмен веществ. На основе кофеина созданы препараты теофиллин и теобромин, которые применяются как сосудорасширяющие средства и диуретики.
ПЕНИЦИЛЛЛИН и цефалоспорин – антибиотики, спасшие миллионы жизней

Современные лекарственные перпараты
Двадцатый век – век лекарственной революции. Первый ее прорыв – препарат пенициллин.
В последние годы наметился прорыв в лечении вирусных заболеваний – за создание противовирусного препарата для лечения вирусного герпеса - АЦИКЛОВИРА американским ученым Эллиону и Хитчингсу в 1988 г. присуждена Нобелевская премия. Разработано средство против СПИДа – АЗИДОТИМИДИН. Поэтому вирусные инфекции отошли на третье место по смертности. На первое место вышли сосудистые и раковые заболевания – болезни ХХI века.
Современные препараты психофармакологии –АМИНАЗИН, нитразепам, феназепам – позволили освободить несколько миллионов больничных коек. Ныне действующим противораковым средством является 5-ФТОРУРАЦИЛ.

Будь внимателен: опасные гетероциклы
Циангидриды – встречаются в растениях (слива (косточка), маниока, лен, клевер ползучий) – растения токсичны
Когда вы готовите мясо, птицу и даже рыбу (к рыбе все это относится в гораздо меньшей степени), создаются вещества под названием гетероциклические амины. Это продукты реакций с животными белками в процессе поджаривания. Но они находятся не на поверхности куска. То есть недостаточно соскрести корочку с котлеты или цыпленка, чтобы избавиться от них. Гетероциклические амины появляются внутри мышечной ткани и находятся в глубине куска мяса. Однако большое значение имеет то, при какой температуре вы готовите. Высокие температуры, которые используются при жарке, гриле и барбекю, создают огромное количество опасных соединений. Запекание в духовке с жиром и без него производит меньше гидроциклических аминов, а тушение, варка и обработка в микроволновой печи практически безопасны.
Еще одна опасность мяса, не связанная с содержанием жиров, - это возможное образование нитрозоаминов, веществ, которые могут вызвать любой тип рака. Нитрозоамины могут образовываться в желудке после поглощения нитрита натрия, который содержится в мясе, обработанном особым образом, - ветчине, хот-догах, салями и т. п., а также в беконе.
Средства защиты растений – пестициды, гербициды, фунгициды – с ними надо работать только в защитных костюмах
Барбитураты, наркотические вещества – о них было сказано выше

Восстанови пропущенное
В состав гетероциклов кроме Карбона и Гидрогена входят атомы ….
Примерами пятичленных гетероциклов являются….
Шестичленный гетероцикл с одним гетероатомом это …
В состав пиролла входит …, а в состав тиофена - ….
… является основой гема- сложного белка гемоглобина, отвечающего за перенос кислорода (порфириновый комплекс + железо (II))
… входит в состав наркотических веществ – морфина, героина, кодеина
В состав ихтиоловой мази, обладающей противовоспалительным, антисептическим и местным обезболивающим действиями входит …
… входит в состав витамина РР, влияющего на здоровье сердца и оптимальное кровообращение
В состав комплекса порфирина с магнием, который является основой хлорофилла, входит …
Фурацилин и фурамедон – это лекарственные средства, которые являются нитропроизводными….

Среди предложенных утверждений выберите истинные (да – нет)
1. Пиридин – шестичленный нитрогеносодержащий гетероцикл.
2. Пиридин кипит при 130 °С.
3. Пиридин плохо растворим в воде, неядовит
4. Пиридин обладает ароматическими и основными свойствами.
5. Основные свойства пиридина подтверждает его способность вступать в реакцию нитрования.
6. Неподеленная пара электронов атома нитрогена в молекуле пиридина участвует в образовании единой 6-электронной системы.
7. Источником промышленного получения пиридина служит каменноугольная смола.
8. Пиридиновые структуры присутствуют в молекулах хлорофилла, гемоглобина, биллирубина.
9. Пиридин применяется для синтеза пластмасс и каучуков
10. В молекуле гемоглобина пиридиновые структуры связаны с атомом меди.
11. Пиридин способен образовывать соли и гидроксиды
12. Пиридин входит в состав витаминов РР, В1, В6

выбери и реши:
А) найдите массу пиперидина, если для его получения взяли 7,9 г пиридина , а практический выход составляет 90%.
Б) составьте и решите задачу, используя реакцию нитрования пиридина.
В) найдите массу пиридин хлорида, если для его получения взяли 50 г 10% раствора пиридина.
Г) напишите уравнения реакций, соответствующих схеме:
Сульфопиридин нитропиридин
пиридин
Окись пиридина бромпиридин
Пиперидин 3 –метилпиридин

Угадай: два слова в одном
Соедини два слова и получи название одного из изученных гетероциклов.