П’ятичленні гетероцикли з двома гетероатомами

ІМІДАЗОЛ

Імідазол (1,3-Діазол)

• тверда речовина, яка розчиняється у воді, Т_т = 90 °С.

Ароматичний секстет імідазолу складається з трьох електронів атомів Карбону і трьох електронів атомів Нітрогену: один атом Нітрогену віддає у -електронну систему один електрон, адругий атом Нітрогену—пару електронів (рис. ).

Рис. Молекула імідазолу: на р-орбіталі одного атома Нітрогену роз­міщені два електрони, на р-орбіталях кожного атома Карбону і другого атома Нітрогену — по одному електрону; при перекриванні р-орбіталей утворюється секстет делокалізованих -електронів

Отже, один з атомів Нітрогену має відносно вільну електронну пару, що визначає основні властивості імідазолу, а другий атом Нітрогену, беручи участь у кон'югації двома електронами, характеризується зниженою електронною густиною, що зумовлює більшу рухливість сполученого з ним Гідрогену і визначає кислотні властивості імідазолу.

Імідазоли таутомерні, тобто два атоми Нітрогену є рівноцінними і тому положення С₄ і С₅ теж будуть рівноцінними:

Імідазол є сильнішою основою, ніж пірол і сильнішою кислотою, ніж пірол. Імідазоли утворюють стійкі кристалічні солі з кислотами і, на відміну від піролу, ароматичність системи не порушується:

Імідазолій катіон

Алкілгалогеніди алкілують імідазол з утворенням четвертинних солей:

Імідазоли здатні до електрофільного заміщення, яке здійснюється у положенні С₄ (або С₅). Оскільки реакції нітрування, сульфування відбуваються в кислому середовищі, утворення імідазолій-катіона перешкоджає цим реакціям. Тому нітрування і сульфування здійснюються за жорсткіших умов порівняно з бензеном. Галогенування відбувається легко в лужному середовищі, при цьому атакується навіть положення С₄:

Важливими природними сполуками, які містять імідазольне кільце, є гістидин і гістамін:

Гістидин є зв'язуючою ланкою між білком глобіном і порфіриновою структурою геміном. Під час декарбоксилування гістидину утворюється гістамін. У невеликій кількості він знижує кров'яний тиск, стимулює діяльність шлунка. Надлишок гістаміну в організмі призводить до порушення процесів обміну речовин (наприклад, до алергії).

Піразол

N2

N1

Н

Подібно до імідазолів, піразоли таутомерні: експериментально доведено рівноцінність двох атомів Нітрогену. Піразоли виявляють основні та кислотні властивості. Вони утворюють четвертинні солі під дією алкілгалогенідів. Піразоли вступають у реакції нітрування, сульфування, галогенування за умов відповідних реакцій імідазолу. Заміщення відбувається у положенні С₄.

Похідні піразолу входять до складу лікарських препаратів. Серед них пірамідон і анальгін — відомі як сильні болезаспокійливі засоби:

Ще одна царина практичного застосування похідних піразолону— хімія піразолонових барвників, які використовуються в харчовій промисловості.

Оксазол

— найменш стабільна з циклічних систем азолів. Дня нього не характерні реакції електрофільного заміщення.

У природних сполуках оксазол та його похідні не знайдені і в практиці знаходять поки що незначне застосування.

Тіазол

— безбарвна рідина, Т_кип=117°С.

Ароматичність тіазольного кільця зумовлена -електронним секстетом, який складається з трьох електронів атомів Карбону, одного електрона ато­ма Нітрогену і неподіленої пари електронів атома Сульфуру (рис. ).

Рис. Молекула тіазолу: на р-орбіталі атома Сульфуру розміщені два електрони, на р-орбіталях кожного атома Карбону і кожного атома Нітрогену — по одному електрону; при перекри­ванні р-орбіталей утворюється секстет делокалізованих -електронів

Тіазол — слабка основа, але він здатний утворювати з кислотами достат­ньо стійкі солі. З алкілуючими реагентами тіазоли утворюють четвертинні тіазолієві солі:

З-Метилтіазолій йодид

Електрофільне заміщення здійснюється дуже важко у положенні С₅ і не характерне для тіазолу.

Проте в ряду тіазолів виявилось можливим здійснити реакцію нуклеофільного заміщення з натрій амідом (у положенні С₂):

Тіазол та його похідні входять до складу природних сполук, що мають велике значення для процесів життєдіяльності людини та тварин.

Так, тіазольне кільце входить до складу вітаміну В₁, ферменту карб-ксилази, антибіотика пеніциліну та деяких фармакологічних препаратів.

ВітамінВ₁ містить дві гетероциклічні структури – піримідину і тіазолу:

Вітамін В₁ (тіамін)

Після засвоєння вітаміну організмом відбувається його фосфорування, і в організмі він існує у вигляді тіамінпірофосфату, який іноді називають кокарбоксилазою:

Кокарбоксилаза

Кокарбоксилаза — основна складова ферменту карбоксилази, який каталізує певні процеси обміну речовин в організмі. Його роль в організмі надзвичайно велика. Відсутність тіаміну призводить до клітинного виснаження.

Похідними тіазолідину (гідрованого тіазолу) є група антибіотиків пеніцилінів, які використовуються для лікування бактеріальних захворювань.

Пеніцилін

Найвідоміші форми пеніциліну відрізняються тільки замісником R.

ШЕСТИЧЛЕННІ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ З ОДНИМ АТОМОМ НІТРОГЕНУ