Heterocyklické sloučeniny

Heterocykly

  • = cyklické sloučeniny s jedním nebo více heteroatomy (zastupují v cyklu C)
  • Nejčastěji O, S, N
    příklady:

furan            thiofen          pyridin

  • 2/3 organických sloučenin jsou heterocykly (sacharidy, barviva, alkaloidy, celulóza, …)

Rozdělení: podle velikosti heterocyklu a podle počtu heteroatomů

  • 5-ti členné heterocykly s jedním nebo více heteroatomy
  • 6-ti členné heterocykly s jedním nebo více heteroatomy
  • Kondenzované heterocykly s jedním nebo více heteroatomy

Názvosloví

  1. Pětičlenné heterocykly s jedním heteroatomem

    furan        thiofen         pyrrol

Aromatický charakter: do konjugovaného systému π vazeb se zapojí i volný e pár heteroatomu → vzniká podobný π-elektronový sextet jako u benzenu → podoba s areny (heteroareny)

Porovnání aromaticity:
thiofen  
>             pyrrol                   >             furan

kyslík u furanu je nejelektronegativnějšínejméně zapojuje volný e pár do konjugace → nejméně aromatický charakter

Chemické reakce

  • Aromatický charakter → typická reakce (viz areny)
  • Příklady:
    chlorace furanu, nitrace pyrrolu, sulfonace thiofenu
  • Katalytická hydrogenace

furan → tetrahydrofuran

pyrrol → pyrolidin

thiofen nehydrogenuje
Pyrrol a jeho deriváty

  • Čirá kapalina, chloroformový zápach
  • Toxický a narkotický
  • Zisk: z černouhelného dehtu
  • Aromatický charakter: 6 πe na 5 členů cyklu → větší e hustota → snadnější než u benzenu
  • Pyrrol je stavební jednotkou řady přírodních sloučenin:

Tetrapyrrolová barviva = základ je porfinová struktura (konjugovaný systém 4 pyrrolových jader v cyklu
na porfinovou strukturu jsou komplexně vázány atomy kovů

 

chlorofyl = zelené barvivo listů (Mg)

hemoglobin = červené krevní barvivo (Fe)

myoglobin = červené barvivo svalů (Fe)

bilirubin = žlučové barvivo (vzniká odbouráváním hemoglobinu)

vitamín B12 = (Co)

Indol

  • Čistý voní po pomerančových a jasmínových květech, technický páchne
  • Součást AMK tryptofanu, dále v některých hormonech, alkaloidech a indigu
  1. Pětičlenné heterocykly se dvěma heteroatomy
    menší význam

 

základ řady léčiv (antipyrin, penicilíny, B1, …)

v přírodních látkách (např. AMK histidin)

 

  1. Šestičlenné heterocykly s jedním heteroatomem

Pyridin        2H pyran     4H pyran

 

 

  • Nepříjemně páchnoucí olejovitá (l), z černouhelného dehtu
  • K denaturaci lihu, rozpouštědlo
  • Nejstabilnější heterocyklická sloučenina – stejná struktura jako benzen
    volný e pár u N se e sextetu nezúčastní! → slabě polární charakter

Typické reakce:

katalytická adice: hydrogenace

+ 6H →                                piperidin (viz alkaloidy dále)

vznik solí: pyridinové soli

                                                               pyridiniumchlorid

Deriváty pyridinu

kyselina nikotinová (niacin), vitamin PP

nikotinamid (→ léčiva)

chinolin

                       základ jedné skupiny alkaloidů (opium, morfin, …)

isochinolin

  1. Šestičlenné heterocykly se dvěma heteroatomy

Pyrimidin

deriváty:

  • pyrimidové báze
    cytosin (C)
    thymin (T) stavba nukleových kyselin
    uracil (U)
  • kyselina barbiturová 

    součást hypnotik a sedativ
    lze nahlížet i jako derivát
    močoviny

  1. Heterocykly se dvěma kondenzovanými jádry

Purin = pyrimidin + imidazol

 

 

deriváty:

  • purinové báze: adenin (A), guanin (G) – stavba NK
  • kyselina močová
    – konečný produkt přeměny purinových látek
    – v moči
    – součást močových kamenů