Взаимные каталитические превращения пятичленных гетероароматических соединений.
В этих превращениях применяют катализаторы на основе Al2O3 и высокие температуры, 400-5000С.
Индол.
Индол представляет собой конденсированную систему пиррола и бензола, встречающуюся во многих природных соединениях и продуктах их метаболизма
Индольная система является структурным фрагментом незаменимой аминокислоты триптофана и продуктов его метаболических превращений – триптамина и серотонина, относящихся к биогенным аминам.
По
всем критериям индол относится к
ароматическим соединениям.
Наличие пиррольного кольца в конденсированной системе приводит к аналогии в химических свойствах индолов и пирролов. Оба гетероцикла проявляют NH-кислотные свойства.
Главное различие между индолами и пирролами заключается в том, что в индоле электрофильной атаке легче подвергается β-положение (атом С-3), а не α-положение (С-2), как в пирроле.
Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом. .Группа пиридина.
Пиридин
–
наиболее типичный представитель
ароматических гетероциклов. Производные
пиридина широко представлены среди
веществ, имеющих важное биологическое
значение. 3-Метилпиридин – важный
синтетический предшественник
пиридин-3-карбоновой (никотиновой)
кислоты – представителя витаминов В.
Амид никотиновой кислоты (никотинамид)
– структурный компонент коферментов
никотинамидадениндинуклеотида (НАД+)
и никотинамидадениндинуклеотидфосфата
(НАДФ+).
Последний кофермент (один из комплекса
витаминов В2)
входит в состав эритроцитов и принимает
участие в важных биохимических процессах.
Молекула пиридина отвечает критериям ароматичности, сформулированным для ароматических углеводородов. В этом отношении пиридин изоэлектронен бензолу.
Основные свойства.
Реакции с электрофильными реагентами.
В молекуле пиридина имеется два реакционных центра, способных принимать атаку электрофильными реагентами:
атом азота с неподеленной парой электронов;
π-электронная система ароматического кольца;
Присоединение к атому азота.
Замещение по атомам углерода.
Реакции электрофильного замещения протекают преимущественно по
β-положению.
KNO3 H2SO4
(конц.)
H2SO4
(конц.) 220оС
Br2 олеум
3-нитропиридин
пиридин-3-сульфоновая
кислота
3-бромпиридин
Реакции с нуклеофильными реагентами.
Окисление и восстановление.
Окисление по атому азота. Пиридин легко превращается в кристаллический N-оксид под действием пероксикислот – пероксибензойной или пероксиуксусной.
Восстановление. Полное гидрирование пиридина осуществляется каталитически в мягких условиях.
Гетероциклы с двумя гетероатомами.
Азолы.
Азолы, содержащие два гетероатома, в зависимости от их взаимного расположения подразделяются на 1,2-азолы и 1,3-азолы. Наиболее значимыми из них являются имидазол и пиразол.
Азолы относятся к 6π-электронным ароматическим соединениям.
Кислотные свойства присущи только диазолам – имидазолу и пиразолу, благодаря их NH-кислотному центру. Оба гетероцикла заметно превышают по кислотности пиррол:
Имидазол и пиразол проявляют амфотерный характер. В кристаллическом состоянии и в неполярных растворителях они образуют межмолекулярные ассоциаты.
Реакции электрофильного замещения в 1,3-азолах идет преимущественно по атому С-5, в 1,2-азолах – по атому С-4.
Имидазол – структурный фрагмент витамина В12, некоторых алкалоидов. Система имидазола лежит в основе незаменимой аминокислоты гистидина и гистамина. Вместе с шестичленным гетероциклом пиримидином он образует конденсированную систему пурина.