Биологически важные гетероциклические соединения. Лекция 2 презентация

БИОЛОГИЧЕСКИ ВАЖНЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Гетероциклическими называются циклические органические соединения, в состав цикла которых, помимо атомов углерода, входят один или несколько атомов других элементов (гетероатомов).

π - НЕДОСТАТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ
= СН заменили на N = C5H5N
П И Р И Д И Н
Доказательство ароматичности:
1) Плоский скелет из σ-связей, N – в SP2
2) π е облако замкнуто, содержит 4 х 1 + 2 = 6 е ( правило Хюккеля)
N вступает в π – π сопряжение и оттягивает электронную плотность на себя (ЭОN > ЭОC) в результате в кольце пиридина электронная плотность меньше, чем в С6Н6.

Атом N называют пиридиновым – на внешней sp2-гибридизованной атомной орбитали располагается неподеленная электронная пара, которая придаёт основные свойства С5Н5N.

1. Реакции SE более затруднены
β – пиридинсульфокислота
является антиметаболитом,
структурный аналог – β –
пиридинкарбоновой кислоты.
Химические свойства
α
β

витамин РР – β – пиридинкарбоновая кислота
β - пиколин
(β – метилпиридин )

Никотинамид (витамин PP)

2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
гидроксид пиридиния
хлорид пиридиния

3. РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ (ГИДРИРОВАНИЕ) ПРОТЕКАЮТ В БОЛЕЕ МЯГКИХ УСЛОВИЯХ, ЧЕМ В С6Н6
Na + C2H5OH
+ 3Н2 ИЛИ Ni, t
встречается во многих
Алкалоидах.
ПИПЕРИДИН ВХОДИТ В СОСТАВ ПРОМЕДОЛА,

4. РЕАКЦИИ SN
α
+ NaNH2 + NaH
α - аминопиридин

ГРУППА ПИРИДИНА
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
ВДЫХАНИЕ ПАРОВ ПИРИДИНА МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К ТЯЖЕЛОМУ ПОРАЖЕНИЮ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
ГОМОЛОГ ПИРИДИНА β – ПИКОЛИН ПРЕВРАЩАЕТСЯ В НИКОТИНОВУЮ КИСЛОТУ, НИКОТИНАМИД, КОТОРЫЕ ИЗВЕСТНЫ КАК ДВЕ ФОРМЫ ВИТАМИНА РР, ПРИМЕНЯЮЩИЕСЯ В МЕДИЦИНЕ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ПЕЛЛАГРЫ.
ДИЭТИЛАМИД НИКОТИНОВОЙ КИСЛОТЫ – КОРДИАМИН – ЭФФЕКТИВНЫЙ СТИМУЛЯТОР ЦНС
ИЗОНИКОТИНОВАЯ КИСЛОТА – ИСХОДНОЕ СОЕДИНЕНИЕ В СИНТЕЗЕ ПРОТИВОТУБЕРКУЛЕЗНЫХ СРЕДСТВ – ТУБАЗИДА И ФТИВАЗИДА

Алкалоиды – гетероциклические азотсодержащие основания растительного происхождения, обладающие выраженным физиологическим действием.
Никотин – производное пиридина и пирролидина.

Никотин
Классификация: Алкалоид группы пиридина.
Молекула никотина содержит ядро пиридина и метилированного у азота пирролидина (гидрированного пиррола):
Эта формула строения никотина подтверждена синтезом (1904).
Никотин в виде солей лимонной и яблочной кислот содержится в листьях табака (Nicotiana tabacum, семейство пасленовых), откуда его и получают. Содержание никотина в табаке достигает 3% и более.

Хинолин (бензпиридин) – ароматическое соединение, содержит пиридиновое и бензольное кольцо, относится к π-недостаточным системам.
Имеет плоский σ- скелет и единую сопряженную систему из десяти p – электронов.

Особенности химического поведения хинолина
В реакциях SE атаке подвергается бензольное кольцо (кольцо пиридина является π – недостаточным). Замещение протекает в положении 5 или 8.
В реакции SN может вступать только π – недостаточное пиридиновое кольцо (положения 2 и 4). Реакция сульфирования лежит в основе получения 8 – гидроксихинолина.

хинолин-8-сульфокислота
8-гидроксихинолин

Антибактериальным действием обладают такие производные 8 – гидроксихинолина, как энтеросептол (8 – гидрокси – 7 иод – 5 хлорхинолин)

и нитроксолин, или 5 – НОК (8 – гидрокси – 5 – нитрохинолин), который может быть получен нитрованием 8 – гидроксихинолина

Бактерицидное действие средств на основе 8 – гидроксихинолина заключается в их способности связывать в прочные комплексы ионы некоторых Ме (Со2+, Сu2+, Bi3+ и другие). Таким путем происходит выведение микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности кишечных бактерий.
хелат 8-гидроксихинолина

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
ЯДРО ХИНОЛИНА ВХОДИТ В СОСТАВ НЕКОТОРЫХ АЛКАЛОИДОВ И ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
ПРИ ЛЕЧЕНИИ КИШЕЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ИСПОЛЬЗУЮТ ПРОИЗВОДНОЕ 8-ГИДРОКСИХИНОЛИНА – ЭНТЕРОСЕПТОЛ

ИЗОХИНОЛИН
ВХОДИТ В СОСТАВ АЛКАЛОИДОВ МОРФИНА
И ПАПАВЕРИНА

Применяют морфин как болеутоляющее средство при травмах и различных заболеваниях, сопровождающихся сильными болевыми ощущениями

А так же при подготовке к операции, при бессоннице, иногда при сильном кашле.

АКРИДИН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ ОБЛАДАЮТ СИЛЬНЫМ ТОКСИЧНЫМ И БАКТЕРИЦИДНЫМ ДЕЙСТВИЕМ.НАПРИМЕР, ЭТАКРИДИН (РИВАНОЛ) ИСПОЛЬЗУЮТ ДЛЯ ДЕЗИНФЕКЦИИ
БОЛЬШУЮ РОЛЬ В БОРЬБЕ С МАЛЯРИЕЙ СЫГРАЛ АКРИХИН

Шестичленные гетероциклы с несколькими гетероатомами

Гетероциклы, содержащие два атома азота называются диазины и различаются взаимным расположением атомов азота.
пиридазин пиримидин пиразин

менее основный (2N конкурируют)
почти не вступает в SЕ

входит в состав:
а) нуклеиновых кислот в форме NH2 – и ОН –производных
б) витамина В1 – тиамина, одиного из важнейших витаминов. В1 содержит два гетероцикличиских кольца – пиридиновое и тиазольное, связанные метиленовой группой

Свойства тиамина
Влияет на активность ряда окислительных ферментов.
Обладает антиоксидантными свойствами в отношении аскорбиновой кислоты, пиридоксина.
Легко взаимодействует с оксигруппами полифенолов.

Источники витамина тиамина

Важнейшая конденсированная гетероциклическая система – пурин состоит двух сочлененных колец – имидозола и пиримидина.
пурин

Свойства пурина
устойчив к действию окислителей
хорошо растворяется в воде
амфотерен, образует соли не только с сильными кислотами, но (благодаря наличию NH – группы) и щелочами Ме.
Наиболее важны гидрокси – и аминопурины, принимающие активное участие в процессах жизнедеятельности.

Гипоксантин, ксантин, мочевая кислота – продукты превращения нуклеиновых кислот в организме
гипоксантин ксантин мочевая кислота

К пуриновым алкалоидам относятся:
теофиллин кофеин теобромин
(чай) (кофе, чай) (какао)
Эти алкалоиды оказывают возбуждающее действие на центральную нервную систему.

Пятичленные гетероциклические соединения

пиррол фуран тиофен
ДОКАЗАТЕЛЬСТВА АРОМАТИЧНОСТИ:
1) Замкнутые, циклические, плоские скелеты (атомы углерода и азота в sp2 гибридизации )
2) 4n + 2 = 4 х 1 + 2 = 6 (е)
π – избыточные, так как 6 е на 5 атомов цикла
электронная плотность в пирроле > C6H6
π – избыточные системы (суперароматические)

Пиррольный атом азота имеет неподеленную электронную пару и участвует в р- π сопряжении.
Связь N–Н ослабляется, и пиррол проявляет кислотные свойства.

ПИРРОЛ

ФУРАН

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПИРРОЛА
1) Реакции SЕ. Большая реакционная способность, чем у С6Н6
Ацидофобен. Реагент не должен содержать Н+, так как может произойти разрушение π-избыточной системы (кроме тиофена: он более ароматичен).
α-пирролсульфокислота
пиридинсульфотриоксид
+ С5Н5N · SO3
+ С5H5N

H2O, Al2O3, to
NH3
H2S
H2O
H2S
NH3
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

2) Слабокислые свойства (Н Ме)
+ NaNH2 + NH3

3) восстановление пиррола:
4[H]
Н Н
пирролидин
Входит в состав лекарственных средств, некоторых алкалоидов,α-аминокислоты пролина.

Пиррол образует кольца из четырех пиррольных циклов – порфиновые, (если водород замещается, то – порфириновые). Входит в состав хлорофилла, гемоглобина.

ИНДОЛ (БЕНЗОПИРРОЛ)
-δ
Практически не обладает основными свойствами, ведет себя как слабая NH-кислота. Вступает в реакции SE (положение 3).

БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ИНДОЛА
Триптофан – α-амино-β-(β‘-индолил) пропионовая кислота. Входит в состав полипептидов растительных и животных организмов. Участвует в реакции гидроксилирования (получение 5-гидрокситриптофана, который подвергается декарбоксилированию с образованием 5-гидрокситриптамина(серотонина)).
Серотонин является одним из нейромедиаторов головного мозга. Нарушение его нормального обмена ведет к шизофрении.

МЕДИКО- БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
КОНЕЧНЫЙ ПРОДУКТ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПИРРОЛА – ПИРРОЛИДИН ВХОДИТ В СОСТАВ РЯДА ПРИРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ, АЛКАЛОИДОВ.
ВИТАМИН В12 БЛИЗОК ПО СТРУКТУРЕ ПОРФИРИНОВЫМ КОМПЛЕКСАМ МЕТАЛЛОВ.ОН НЕОБХОДИМ ДЛЯ НОРМАЛЬНОГО КРОВЕТВОРЕНИЯ.
СЕРОТОНИН – ПРОИЗВОДНЫЙ ИНДОЛА (БЕНЗПИРРОЛА), ОДИН ИЗ НЕЙРОМЕДИАТОРОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА.НАРУШЕНИЕ ЕГО НОРМАЛЬНОГО ОБМЕНА В ОРГАНИЗМЕ ВЕДЕТ К ШИЗОФРЕНИИ.