ГЕТЕРОЦИКЛДІ ҚОСЫЛЫСТАР


Жалпы сипаттамасы,

физикалық және химиялық қасиеттері

Құрамында көміртегіден басқа да элемент атомдары бар сақиналы қосылыстарды гетероциклді қосылыстар деп атайды, яғни көміртегімен бірге цикл құруға қатысатын атомдарды гетероатомдар деп атайды. Олар көбінесе азот, оттегі, күкірт атомдары болады. Гетероатомдар санына байланысты моно-, ди-, три-, т.б. гетероатомды сақиналар болады. Кей гетероциклдер алифатты қосылыстарға жақын болса, кейбіреулері ароматты көмірсутектерге жақын. Қасиеттері бензолға жақын, сондықтан гетероциклдер көбінесе алмасу реакцияларына түседі, ал қосылу реакцияларына азырақ түседі. Бензолға тән галогендеу, сульфирлеу, нитрлеу, Фридель-Крафтс реакцияларына да түседі. Гетероциклдер циклдің ашылу реакциясына және гетероатомдардың алмасу реакцияларына түсе алады, бірақ гетероциклдер тотықтырғыштарға да, тотықсыздандырғыштарға да тұрақты, сондықтан тотығу-тотықсыздану реакцияларына түсулері қиын.

Гетероциклді қосылыстар витаминдердің, нуклеин қышқылдарының, алкалоидтардың, бояулардың, дәрі-дәрмек заттарының, ферменттердің құрамына кіреді, сондықтан олар өте маңызды органикалық қосылыстарға жатады. Гетероциклді қосылыстар циклдегі атомдардың жалпы саны бойынша, содан кейін гетероатомының саны мен түрі бойынша топтарға бөлінеді. Бір гетероатомы бар циклде номерлеу сол гетероатомнан басталады, егер бірнешеу болса, номерлеу былай жүреді О, S, N, егер NH болса, онда О, S, NН, N белгіленеді.

1. Бес мүшелі гетероциклдер

а) бір гетероатомды: фуран – циклде оттегі, тиофен – циклде күкірт, пиррол – циклде NH болады.

ә) екі гетероатомды: пиразол, имидазол, тиазол, оксазол деп аталады.

пиразол

имидазол

тиазол

оксазол

2. Алты мүшелі гетероциклдер

а) бір гетероатомды: пиран, пиридин, пиперидин

Пиран

Пиридин

Пиперидин

ә) екі гетероатомды:пиридазин, пиразин, пиримидин

Пиридазин

Пиримидин

Пиразин

3. Басқа циклдермен біріккен гетероциклдер: индол (бензпиррол), пурин, хинолин болады.

Индол

Хинолин

Пурин

Гетероциклдерді атау үшін – окса-(О), тиа- (S), аза- (N) қолданылады.

Пиррол және оның туындылары гемоглобиннің (адам және жануарлар ағзаларында оттегіні тасымалдаушы рөлін атқаратын, қанды бояушы зат), сондай-ақ хлорофиллдің құрамына кіреді.

Тиофен – қалыпты жағдайда түссіз сұйық зат, қайнау температурасы 840С, суда ерімейді. Тиофен тас көмір шайырының құрамында болады. Оның туындылары ихтиол, медицинада тері ауруларын емдеу үшін қолданылады.

Фуран – түссіз сұйық зат, 320С температурада қайнайды. Фуранның маңызды туындыларының бірі фурфурол болып табылады. Фурфуролды қағаз өнеркәсібі қалдықтарының құрамындағы пентозаларды минералды қышқылдармен қыздыру арқылы алады. Фурфурол – өткір иісті, майлы сұйықтық, қайнау температурасы 1620С. Фурфурол пластмасса алуда қолданылады.

Екі гетероатомы бар бес мүшелі гетероциклді қосылыстарға пиразол мен имидазол жатады.

Пиразол пиррол сияқты әлсіз қышқыл, оңай сульфирлеу, нитрлеу, галогендеу реакциясына түседі. Пиразолдың туындылары медицинада дәрі- дәрмек ретінде қолданылады (антипирин, пирамидон, т.б.).

Имидазол – күшті негіздік қасиет көрсетеді. Имидазолдың маңызды табиғи туындыларының бірі ақуыздың (белоктың) амин қышқылы – гистидин. Гистидин ферменттердің әсерінен ыдырап, гистаминге айналады.

Гистамин – күшті физиологиялық әсері бар зат. Оның аз концентрациясы қан қысымын төмендетеді және қан тамырларын ұлғайтады.

Құрамында бір гетероатомы бар алты мүшелі гетероциклдерге пиридин, ал біріккен гетероциклге хинолин жатады.

Пиридин – түссіз, өткір иісті сұйықтық, қайнау температурасы 115,40С. Сумен, органикалық еріткіштермен жақсы араласады, сондықтан органикалық және бейорганикалық заттарға еріткіш болып табылады. Пиридин және оның туындылары әлсіз негіздер, органикалық, минералды қышқылдармен әрекеттесіп, кристалды тұздар түзеді. Пиридинді тотықсыздандырғанда, пиперидин түзіледі. Пиридин және оның туындыларын тас көмір шайырынан немесе жануарлар сүйектерін құрғақ айдау арқылы алады. Синтетикалық пиридинді ацетилен мен көгерткіш қышқылды әрекеттестіру арқылы алады. Пиридин ядросы көптеген алкалоидтардың құрамына кіреді. Пиридиннің маңызды өкілдерінің бірі РР витамині. Бұл витамин организмде зат алмасу процесінде өте күшті роль атқарады. Сондай-ақ, пиридиннің туындысы (сульфидин) медицинада жұқпалы ауруларды емдеуге қолданылады.

Хинолин – бензол және пиридин сақиналарынан тұратын біріккен гетероциклді қосылыс. Хинолин – түссіз, ерекше иісі бар, майлы сұйық зат, суда ериді. Хинолин пиридинге ұқсас, негіздік және ароматтық қасиеттер көрсетеді. Хинолинді тотықтырғанда, қышқылға айналады. Хинолин ядросы кейбір алкалоидтардың молекулаларының, дәрі-дәрмектің құрамына кіреді.

Пиримидин – өте тұрақты кристалды зат, әлсіз негіздік қасиет көрсетеді. Пиримидиннің туындылары ағзалардың өмір сүру процесінде өте маңызды роль атқаратын нуклеин қышқылының құрамына кіреді. Олар: урацил, тимин, цитозин.

Пурин – пиримидин және имидазол сақиналарының біріккен гетероцикл. Пуриннің маңызды туындыларына аденин және гуанин жатады. Пуриннің туындылары: аденин, гуанин нуклеин қышқылының құрамына кіреді.

Алу әдістері

Фуран, тиофен, пирролдарды былай алады:

1. 1,4-диоксоқосылыстарды не олардың күкірт, не азоты бар аналогтарын дегидратациялап, циклдеу арқылы.

а)

фуран

ә)

тиофен

б)

пиррол

Физикалық және химиялық қасиеттері

Фуран, тиофен, пиррол – түссіз, суда ерімейтін сұйық заттар. Спектральді сипаттамалары бензол қатарының қосылыстарына жақын. Бес мүшелі гетероатомды циклдердің химиялық қасиеттері қос байланысқа, ароматты циклге және гетероатомдардың болуына байланысты. Олардың арасындағы ең ұқсас қасиеттер қос байланыс қатысында жүретін өзгерістерде және ароматты цикл қатысатын реакциялардан көрінеді, ал гетероатомдар табиғаттары әр түрлі болғандықтан ұқсастық азырақ болады.

Гетероциклдердегі химиялық өзгерістерді былай жіктеуге болады:

1. Гетероатом қатысында жүретін қышқыл негіздік өзгерістер:

2. Қосылу реакциялары:

3. Алмасу реакциялары:

4. Циклдің ұлғаю реакциялары:

5. Гетероатомды алмастыру реакциялары – Юрьев реакциясы

Бес мүшелі екі гетероатомды циклді қосылыстар (пиразол, имидазол, тиазол) – оларды азолдар деп атайды. Химиялық қасиеттері бойынша пиразол негіз болып табылады, имидазол пиразолға изомер болады. Тиазол табиғатта табылмаған, бірақ пиницилин тиазол туындысы болып табылады.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары

1. Гетероциклді қосылыстар қалай жіктеледі?

2. Гетероциклді қосылыстардың қолданылуы, олардың алу әдістері.

3. Бес және алты мүшелі гетероциклді қосылыстарға тән химиялық реакциялар, мысал келтіру керек.

4. Фуранға сутегі және галоген қосылу реакциясының теңдеуін жазу керек.

5. Фуранның, тиофеннің және пирролдың алмасу (галогендеу, нитрлеу, сульфирлеу, ацилдеу) реакцияларының теңдеулерін жазу керек.

6. Фуран, тиофен, пиррол атомдарындағы гетероатомдардың алмастыру реакцияларының (фуран + Н2S → тиофенге; тиофен + NH3 → пиррол;

пиррол + Н2О → фуран) теңдеулерін жазу керек.

7. Пиницилин, пиперидин, аминопиридиннің қолданылуы.

8. Не себепті гетероциклді қосылыс деп аталады?