54. ИНДOЛ (бензо[b]пиррол), мол. м. 117,18; бесцв. кристаллы со слабым запахом нафталина; т. пл. 52,5 °С, т. кип. 254 °С; d456 1,0718; возгоняется при нагр. до 150°С; m 7,03.10-30 Кл.м (бензол, 25 °С); перегоняется с парами воды, диэтилового эфира и NH3; хорошо раств. в орг. р-рителях, горячей воде, жидком NH3. Молекула имеет плоскую конфигурацию.
Индол - слабое основание (рКа —2,4). При протонировании образует катион 3H-индолия (ф-ла I), к-рый при взаимод. с нейтральной молекулой индол дает димер (II). Как слабая к-та (рKа 17), индол с Na в жидком NH3 образует N-натрийиндол, с КОН при 130°С - N-калийиндол. Обладает ароматич. св-вами. Электроф. замещение идет гл. обр. в положение 3. Нитрование обычно осуществляется бензоилнитратом, сульфирование - пиридинсульфотриоксидом, бромирование - диоксандибромидом, хлорирование - SO2Cl2, алкилирование - активными алкилгалогенидами. Ацетилирование в уксусной к-те также идет в положение 3, в присут. CH3COONa - в положение 1; в уксусном ангидриде образуется 1,3-диацетилиндол. Индол легко присоединяется по двойной связи a,b-непредельных кетонов и нитрилов.
Аминометилирование (р-ция Манниха) в мягких условиях протекает в положение 1, в жестких - в положение 3. Замещение в бензольное кольцо (преим. в положения 4 и 6) идет лишь в кислых средах при блокированном положении 3. В присут. Н2О2, надкислот или на свету индол окисляется в индоксил, к-рый затем превращ. в тример или индиго. Более жесткое окисление под действием О3, МnО2 приводит к разрыву пиррольного кольца с образованием 2-формамидобензальдегида. При гидрировании индола водородом в мягких условиях восстанавливается пиррольное кольцо, в более жестких - и бензольное.
Индол содержится в эфирных маслах жасмина и цитрусовых, входит в состав кам.-уг. смолы. Кольцо индола - фрагмент молекул важных прир. соединений (напр., триптофана, серотонина, мелатонина, буфотенина). Обычно индол выделяют из нафталиновой фракции кам.-уг. смолы или получают дегидрированием о-этиланилина с послед. циклизацией образующегося продукта. Индол и его производные синтезируют также циклизацией арилгидразонов карбонильных соед. (р-ция Фишера), взаимод. ариламинов с a-галоген- или a-гидроксикарбонильными соед. (р-ция Бишлера) и др. Ядро индола входит в состав индольных алкалоидов. Сам индол-фиксатор запаха в парфюмерии; его производные используют в произ-ве биологически активных соед. (гормонов, галюциногенов) и лек. ср-в (напр., индопана, индометацина).
55. Имидазол — органическое соединение класса гетероциклов, пятичленный цикл с двумя атомами азота и тремя атомами углерода в цикле, изомерен пиразолу.
Свойства. В незамещенном имидазоле положения 4 и 5 (атомы углерода) равноценны, вследствие таутомерии. Ароматичен, реагирует с солями диазония (сочетание). Нитруется и сульфируется только в кислой среде в положение 4, галогены в щелочной среде вступают по положению 2, в кислой - по положению 4. Легко алкилируется и ацилируется по иминному N, раскрывает цикл при взаимодействии с растворами сильных кислот и пероксидов. Катализирует гидролиз трудноомыляемых сложных эфиров и амидов карбоновых кислот.
На основе имидазола производят большое количество различных ионных жидкостей.
Методы получения.Из орто-фенилендиамина через бензимидазол и 4,5-имидазолдикарбоновую кислоту.
Взаимодействием глиоксаля (щавелевый альдегид) с аммиаком и формальдегидом.
Биологическая роль. Имидазольный цикл входит в состав незаменимой аминокислоты гистидина. Структурный фрагмент гистамина, пуриновых оснований, дибазола.
56. Пиридин — шестичленный ароматический гетероцикл с одним атомом азота, бесцветная жидкость с резким неприятным запахом; смешивается с водой и органическими растворителями. Пиридин — слабое основание, дает соли с сильными минеральными кислотами, легко образует двойные соли и комплексные соединения.
Получение. Основным источником для получения пиридина является каменноугольная смола.
Химические свойства.Пиридин проявляет свойства, характерные для третичных аминов: образует N-оксиды, соли N-алкилпиридиния, способен выступать в качестве сигма-донорного лиганда.
В тоже время пиридин обладает явными ароматическими свойствами. Однако наличие в кольце сопряжения атома азота приводит к серьёзному перераспределению электронной плотности, что приводит к сильному снижению активности пиридина в реациях электрофильного ароматического замещения. В таких реакциях реагируют преимущественно мета-положения кольца.
Для пиридина характерны реакции ароматического нуклеофильного замещения, протекающие преимущественно по орто-пара положениям кольца. Такая реакционная способность свидетельствует о электроннодефицитной природе пиридинового кольца, что может быть обобщено в следующем эмпирическом правиле: реакционная способность пиридина как ароматического соединения примерно соответствует реакционной способности нитробензола.
Применение. Применяют в синтезе красителей, лекарственных веществ, инсектицидов, в аналитической химии, как растворитель многих органических и некоторых неорганических веществ, для денатурирования спирта.
Безопасность. Пиридин токсичен, действует на нервную систему, кожу.
57. Биологическая роль. Никотиновая кислота является производным пиридина. Она всасывается в желудке и двенадцатиперстной кишке, а затем подвергается аминированию, в результате чего получается никотиноамид, который в организме в комплексе с белками образует более 80 ферментов. В этом и заключается основная физиологическая роль витамина B5. Так, никотиновая кислота входит в состав таких важных окислительно-восстановительных ферментов как дегидрогенез, катализирующих отнятие водорода от окисляющихся при этом органических веществ. Отнятый таким образом водород эти ферменты передают далее окислительно-восстановительным ферментам, в состав которых входит рибофлавин. Кроме того, в организме млекопитающих из никотинамида (ниацина) и никотиновой кислоты образуются пиридиновые нуклеотиды, служащие коферментами НАД и НАДФ. Недостаток этих предшественников у животных вызывает пеллагру - заболевание, проявляющееся симптомами со стороны кожи, желудочно-кишечного тракта и нервной системы (дерматит, диарея, деменция). В качестве коферментов НАД и НАДФ предшественники никотиновой кислоты участвуют во многих окислительно-восстановительных реакциях, катализирующих дегидрогеназами. Биологический эффект никотиновой кислоты проявляется в виде стимуляции секреторной функции желудка и пищеварительных желез (в ее присутствии в желудке повышается концентрация свободной соляной кислоты). Под влиянием витамина B5 происходит увеличение биосинтеза гликогена и снижение гипергликемии, повышение детоксицирующей функции печени, расширение кровеносных сосудов, улучшение микроциркуляции крови.
Между никотиновой кислотой и серосодержащими аминокислотами существует связь. Повышенное выделение с мочой метилникотинамида при белковой недостаточности нормализуется включением в рацион серосодержащих аминокислот. При этом нормализуется также содержание фосфопиринуклеотидов в печени.
58. Пиримидин (C4N2H4, Pyrimidine, 1,3- или м-диазин, миазин) — гетероциклическое соединение, имеющее плоскую молекулу, простейший представитель 1,3-диазинов.
Физические свойства. Пиримидин — бесцветные кристаллы с характерным запахом.
Химические свойства. Молекулярная масса пиримидина 80,09 г/моль. Пиримидин проявляет свойства слабого двукислотного основания, так как атомы азота могут присоединять протоны за счет донорно-акцепторной связи, приобретая при этом положительный заряд.Реакционная способность в реакциях электрофильного замещения у пиримидина снижена из-за снижения электронной плотности в положениях 2,4,6, вызванного наличием двух атомов азота в цикле. Замещение становится возможным только при наличии электронодонорных заместителей и направляется в наименее дезактивированное положение 5. Однако в противовес этому пиримидин активен по отношению к нуклеофильным реагентам, которые атакуют 2, 4 и 6 атомы углерода в цикле.
Получение. Пиримидин получают восстановлением галогенизированых пиримидиновых производных. Или из 2,4,6-трихлор пиримидина, получаемого обработкой барбитуровой кислоты хлороксидом фосфора.
Производные пиримидина широко распространены в живой природе, где участвуют во многих важных биологических процессах. В частности такие производные как цитозин, тимин, урацил входят в состав нуклеотидов, являющихся структурными единицами нуклеиновых кислот, пиримидиновое ядро входит в состав некоторых витаминов группы B, в частности B1, коферментов и антибиотиков.
59. Пурин (C5N4H4, Purine) — гетероциклическое соединение, простейший представитель имидазо[4,5-d]пиримидинов.
Производные пурина играют важную роль в химии природных соединений (пуриновые основания ДНК и РНК; кофермент NAD; алкалоиды, кофеин, теофиллин и теобромин; токсины, сакситоксин и родственные соединения; мочевая кислота) и, благодаря этому, в фармацевтике.
Аденин — азотистое основание, аминопроизводное пурина (6-аминопурин). Образует две водородных связи с урацилом и тимином (комплементарность).
Физические свойства. Аденин — бесцветные кристаллы, которые плавятся при температуре 360—365 С. Обладает характерным максимумом поглощения (λмакс) при 266 ммк (pH 7) с коэффициентом молярной экстинкции (εмакс) 13500.
Химическая формула С5H5N5, молекулярный вес 135,14 г/моль. Аденин проявляет основные свойства (pKa1=4.15; pKa2=9,8). При взаимодействии с азотной кислотой, аденин теряет аминогруппу, превращаясь в гипоксантин (6-оксипурин). В водных растворах кристаллизуется в кристаллогидрат с тремя молекулами воды.