Тема 9. Гетероциклічні сполуки
Циклічні сполуки, в молекулах яких один або декілька атомів Карбону заміщені іншими (гетеро) атомами, називаються гетероциклічними.
Атоми, які, крім Карбону, входять до складу гетероциклу, називаються гетероатомами. Найчастіше в складі гетероциклів наявні атоми Нітрогену, Оксигену та Сульфуру, але існують гетероциклічні сполуки з будь-якими елементами, якщо їхня валентність не менша двох.
Властивості гетероциклічних сполук визначаються насамперед взаємним впливом гетероатома і циклічної системи. Роль гетероатома в циклічній системі визначається наявністю в нього вільної електронної пари, а вплив циклічної системи визначається природою зв'язків, які містяться в ній. Тому особливості хімічної поведінки гетероциклічних сполук залежать від природи взаємодії неподілених електронних пар гетероатомів і електронів циклічної системи.
Усі сполуки, які за визначенням належать до гетероциклічних, можна поділити на насичені, ненасичені, ароматичні.
До насичених гетероциклів належать такі сполуки, як етиленоксид, бурштиновий ангідрид, діоксан і, навіть, вуглеводи.
Такі структури не містять подвійних зв'язків, у них відсутня взаємодія неподіленої пари електронів гетероатома з циклом, тому їхні властивості майже не відрізняються від властивостей лінійних аналогів.
У ненасичених гетероциклах у разі відповідного розміщення подвійних зв'язків у циклі вже спостерігається слабка взаємодія подвійного зв'язку з гетероатомом, однак вона незначною мірою впливає на їхні властивості порівняно з ненасиченими сполуками аліфатичного ряду
Найважливіші і найцікавіші ароматичні гетероцикли. Саме назва цих гетероциклів указує, що вони мають ароматичні властивості, особливу електронну будову. В них найбільше спостерігається взаємодія електронів циклічної системи з неподіленими парами електронів гетероатома.
Приклади розв’язання типових задач.
Приклад 1. Наведіть структурну формулу фурану. Наведіть схему реакції перетворення фурану у пірол.
Розв’язання.
При пропусканні парів фурану у суміші з амоніаком над Al2O3 відбувається перетворення фурану у пірол (метод Юр’єва):
Приклад 2. Наведіть структурну формулу тіофену. Проаналізуйте відношення тіофену до реакції нітрування, наведіть схеми можливих реакцій. Назвіть продукти реакцій.
Розв’язання.
При нітруванні тіофену в м’яких умовах утворюється 2-нітротіофен:
Контрольні завдання
136. Наведіть структурну формулу a-метилфурану. Проаналізуйте відношення a-метилфурану до реакції нітрування, наведіть схеми можливих реакцій. Назвіть продукти реакцій.
137. Наведіть структурну формулу b-бромтіофену. Проаналізуйте відношення тіофену до дії сульфатної кислоти, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
138. Наведіть структурну формулу фурфуролу. Як відноситься фурфурол до дії окисників? Наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
139. Наведіть структурну формулу b-тіофенальдегіду. Проаналізуйте відношення цієї сполуки до дії окисників, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
140. Наведіть структурну формулу піролу. Проаналізуйте відношення піролу до реакції нітрування, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
141. Наведіть структурну формулу a-етилфурану. Проаналізуйте відношення цієї сполуки до реакції нітрування. Наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
142. Наведіть структурну формулу індолу. Проаналізуйте відношення індолу до реакції хлорування, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
143. Наведіть структурну формулу a-метилтіофену. Проаналізуйте відношення a-метилтіофену до реакції галогенування, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
144. Наведіть структурну формулу фурану. Напишіть схему реакції часткового і повного бромування фурану. Назвіть продукти реакцій.
145. Наведіть структурну формулу піролу. Проаналізуйте відношення піролу до реакції сульфування, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
146. Наведіть структурну формулу тіофену. Проаналізуйте відношення тіофену до реакції нітрування, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
147. Наведіть структурну формулу індолу. Проаналізуйте відношення індолу до реакції нітрування, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
148. Наведіть структурну формулу піролу. Проаналізуйте відношення піролу до реакції ацилування, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
149. Наведіть структурну формулу індолу. Проаналізуйте відношення індолу до реакції сульфування, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.
150. Наведіть структурну формулу піролу. Проаналізуйте відношення піролу до реакції галогенування, наведіть схеми можливих реакцій, назвіть продукти реакцій.