PIERŚCIENIE

PIERŚCIENIE

PIĘCIOCZŁONOWE Z

PIĘCIOCZŁONOWE Z

JEDNYM LUB DWOMA

JEDNYM LUB DWOMA

HETEROATOMAMI

HETEROATOMAMI

ZWIĄZKI HETEROCYKLICZNE

O CHARAKTERZE

AROMATYCZNYM,

ZAWIERAJĄCE

PIĘCIOCZŁONOWY PIERŚCIEŃ

Z JEDNYM HETEROATOMEM

pirol

furan

tiofen

N

H

1

2

3

..

S

1

2

3

..

..

..

..

O

1

2

3

 Struktury rezonansowe pirolu

N

H

..

N

H

+

–

..

N

H

+

..

–

N

H

+

..

–

..

N

H

+

–

 Reakcja substytucji elektrofilowej

N

H

NO

2

N

H

..

..

N

H

NO

2

H

+

N

H

H

NO

2

+

N

H

NO

2

..

N

H

H

NO

2

..

+

N

H

H

NO

2

..

+

N

H

NO

2

H

..

+

2–nitropirol

3–nitropirol

(NIE tworzy się)

Reakcja elektrofilowego nitrowania pirolu. Produkt pośredni

utworzony w wyniku reakcji na atomie węgla C2 jest bardziej trwały
niż analogiczny produkt wytworzony w wyniku reakcji na atomie
węgla C3.

REAKCJE SUBSTYTUCJI ELEKTROFILOWEJ PIROLU,

FURANU I TIOFENU

O

Br

2

O

Br

H

Br

+

dioksan

0

o

C

+

bromowanie

furan

2–bromofuran

(90%)

..

..

..

..

N

H

N

H

NO

2

HNO

3

H

2

O

+

bezwodnik

octowy

+

nitrowanie

..

..

2–nitropirol

(83%)

pirol

S

S

C

O

CH

3

CH

3

CCl

O

H

Cl

+

benzen

SnCl

4

+

acylowanie
Friedela-Craftsa

..

..

..

..

2–

acetylotiofen

(83%)

tiofen

Właściwości chemiczne pirolu, furanu i tiofenu przypominają

właściwości pierścienia benzenowego. Pierścienie heterocykliczne są

jednak bardziej reaktywne w stosunku do elektrofili niż pierścienie

benzenowe.

Reaktywność związków maleje w porządku:

furan > pirol > tiofen

OTRZYMYWANIE I REAKCJE FURANU

C

6

H

10

O

5

O

CHO

CO

O

H

3

O

+

katalizator Ni

280

o

C

+

furan

furfural

mieszanina
pentoz

O

C

O

H

CO

O

O

CaO,400

o

C

H

2

/Ni

+

tetrahydrofura

n

O

C

O

H

+

OH

–

O

CH

2

OH

O

COOH

alkohol

furfurylowy

kwas 2–furano–

karboksylowy

(kwas furoinowy)

O

C

O

H

HNO

3

(CH

3

CO)

2

O

O

CH(OCCH

3

)

2

O

O

2

N

O

C

O

2

N

N NH C NH

2

O

H

H

2

NNHC

O

NH

2

(semikarbazyd

)

nitrofurazon

OTRZYMYWANIE TIOFENU

S

CH

2

CH

3

CH

2

CH

3

4S

3H

2

S

650

o

C

+

+

S

CH CH

CH

2

CH

2

H

2

S

S

600

o

C

+

tiofen

1,3–butadien

C

CH

3

CH

2

CH

2

O

C

O

S

CH

3

P

2

S

5

70%

PIROL – OTRZYMYWANIE I REDUKCJA DO PIROLIDYNY

O

N

H

furan

pirol

NH

3

, H

2

O

Al

2

O

3

, 400

o

C

C

CH

3

CH

3

O

C

CH

3

CH

O NOH

C

CH

3

CH

2

O

NH

2

HNO

2

redukcja

H

2

C

C

NH

2

CH

3

O

O C

CH

3

CH

3

H

2

C

N

C

CH

3

O

C

CH

3

CH

3

N
H

CH

3

CH

3

+

– H

2

O

– H

2

O

pKa = 0.4

(słaba zasada)

2,5–dihydropirol

N

H

Zn, CH

3

COOH

N
H

pirolidyna

pKa = 11.27

H

2

/Pt

N
H

N

H

N

H

1

2

3

N

CH

3

CH

2

COCH

2

N

CH

3

N

CH

3

CH

2

COCH

3

pirolidyna

higryna

kuskohigryna

Alkaloidy zawierające pierścień pirolidynowy

N

N

N

N

Fe

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

COOH

COOH

H

3

C

CH

3

CH CH

2

H

3

C

CH

3

CH CH

2

N

N

N

N

CH

2

Mg

CH

2

C

O

O

O

C

H

3

C

CH

2

CH

3

CH

3

H

3

C

CH

3

CH CH

2

O

2

CH

3

hem

chlorofil

N

N

N

N

H
H

N

N

N

N

Fe

porfiryna

kompleks porfiryny

z jonem Fe

2+

INDOL – ZWIĄZEK HETEROCYKLICZNY POSIADAJĄCY
SKONDENSOWANY PIERŚCIEŃ

N

H

1

2

3

4

5

6

7

indol

Indol ulega substytucji elektrofilowej łatwiej niż benzen ale

trudniej niż pirol. Ponieważ pierścień pirolowy jest silniej aktywowany
niż benzenowy podstawienie zachodzi na atomie węgla 3 (w
przypadku pirolu podstawnik był kierowany w położenie 2).

Indol jest słabą zasadą podobnie jak pirol.

N

H

N

H

Br

H

Br

indol

3–bromoindol

Br

2

dioksan, 0

o

C

+

OTRZYMYWANIE INDOLU I JEGO POCHODNYCH

NH

2

Cl CH

2

COOH

NH

CH

2

C

HO

O

C

CH

2

N
H

O

N

O

H

N

O

H

+

O

2

NaNH

2

, NaOH

300

o

C

N–

fenyloglicyna

indoksyl

indygo

CH

3

NH

CH

O

N
H

(CH

3

)

3

COK

ZWIĄZKI NATURALNE ZAWIERAJĄCE UKŁAD INDOLU

N
H

HO

CH

2

CH

2

NH

2

N
H

CH

2

COOH

N
H

CH

3

5–hydroksytryptamina

(serotonina)

neuroprzekaźnik

kwas indolilooctowy

(auksyna)

hormon wzrostowy

roślin

skatol

N

O

H

N

O

H

N
H

CH

2

C

COOH

H

H

2

N

indygo

barwnik

tryptofan

aminokwas białkowy

bufotenina

(halucynogen)

występuje w skórze i

jadach ropuch (Bufo)

psylocybina

występuje w meksykańskich

grzybach odurzających

(Psilocybe mexicana)

N

H

HO

CH

2

CH

2

N

CH

3

CH

3

N

H

CH

2

CH

2

N

+

H(CH

3

)

2

O

P

O

OH

O

-

N CH

3

H

H CON(C

2

H

5

)

2

N

H

N CH

3

H

H CONH

2

N

H

LSD–25

amid kwasu lizerginowego

Halucynogeny – pochodne kwasu lizerginowego

N

N

H

OH

CH

3

OOC

O

O

CH

3

H

3

C

O

O

johambina

kantarydyna

DIAZOLE

N

X

X

N

1,3–diazole

1,2–diazole

X

= NH – imidazol

O – oksazol
S – tiazol

X

= NH – pirazol

O – izooksazol
S – izotiazol

Związki o charakterze aromatycznym.
Energia rezonansu większa niż w przypadku analogicznych

związków zawierających jeden heteroatom i zbliżona do energii
rezonansu benzenu.

Substytucji elektrofilowej ulegają trudniej niż benzen, ale

łatwiej niż pirydyna.

IMIDAZOL – OTRZYMYWANIE I REAKCJE

C
C

H

H

O

O

NH

3

NH

3

O C

H

H

3 H

2

O

N

N
H

1

2

3

4

5

+

+

+

pKa = 6.98

(bardziej

zasadowy od

pirydyny)

R

1

R

2

X

O

MeCONH

2

HCONH

2

RCNH

2

NH

ROCR

NH

N

N

H

R

1

R

2

+

lub

40 – 90%

X = Cl, NH

2

OH, =O

N

N
H

R

N

N

H

R

Tautomeria

N

N H

N

N H

N

N H

Tworzenie wiązań wodorowych

Reakcje substytucji elektrofilowej zachodzą w 1,3–diazolach

łatwiej niż w pirydynie ale trudniej niż w benzenie. Podstawnik
kierowany jest w położenie 5.

Reaktywność maleje ze wzrostem elektroujemności

heteroatomu:

imidazol > tiazol > oksazol

ZWIĄZKI O DZIAŁANIU BIOLOGICZNYM

ZAWIERAJĄCE PIERŚCIEŃ IMIDAZOLOWY

HN

N

CH

2

CHCOOH
NH

2

aminokwas białkowy
histydyna

R

2

C

OR

1

O

N

NH

N

NH

C

OR

1

R

2

O

N

N

CO

R

2

– OR

1

–

– H

+

N

N

CO

R

2

N

NH

R

2

COOH

+

H

2

O

O

R

2

N

N

H

H

R

2

O

C

O

R

1

O

H

H

..

..

N

NH

..

– R

1

COOH

+

N

N

H

OH

R

2

+

N

N
H

CH

2

CH COOH

NH

2

CO

2

N

N
H

CH

2

CH

2

NH

2

+

histydyna

histamina

CH

3

NHCNHCH

2

CH

2

SCH

2

NH

N

N

H

CH

3

cymetydyna

(lek przeciw chorobie

wrzodowej)

POCHODNE IMIDAZOLU O DZIAŁANIU BIOLOGICZNYM

NH

N

CH

2

N

C

6

H

5

CH

2

C

6

H

5

O

C

H

H

C

2

H

5

O

N

N

CH

3

S

N

N

H

H

O

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

COOH

NH

N
H

O

O

2–benzylofenyloaminometylo–

imidazolina (antazolina)

lek blokujący uwalnianie histaminy

pilokarpina

alkaloid z liści krzewu

(Pilokarpus jaborandi)

biotyna (witamina

H)

hydantoina

Powstaje w reakcji α–aminokwasów i

ich estrów z mocznikiem

Układ hydantoiny występuje w lekach

przeciwpadaczkowych

PIRAZOL – OTRZYMYWANIE I WŁAŚCIWOŚCI

CH
CH

N

H

2

C

N

N

N

H

H

2

C C

HC

N

NH

2

H

O

+

– H

2

O

Me

Me

O

O

N

N

Me

H

Me

+

NH

2

NH

2

H

2

SO

4

·

NaOH, H

2

O

15

o

C

77%

1,2–azole są słabszymi zasadami od 1,3–azoli tzn. że

pirazol jest słabszą zasadą niż imidazol

pKa = 2.52

N

N

H

R

N

N H

R

Tautomeria

N

N H

N

N

H

Tworzenie wiązań wodorowych

REAKCJA SUBSTYTUCJI ELEKTROFILOWEJ PIRAZOLU

Reakcje substytucji elektrofilowej zachodzą w 1,2–diazolach

(podobnie jak w przypadku 1,3–diazoli) dość trudno i wymagają

silnych elektrofili

Podstawnik kierowany jest w położenie 4.

Reaktywność maleje ze wzrostem elektroujemności

heteroatomu:

pirazol > izotiazol > izooksazol

N

N
H

N

N
H

Cl

N

N
H

O

2

N

N

N
H

HO

3

S

Cl

2

HNO

3

H

2

SO

4

POCHODNE PIRAZOLU O DZIAŁANIU LECZNICZYM

(PRZECIWBÓLOWYM I PRZECIWGORĄCZKOWYM)

ZAWIERAJĄCE UKŁAD 5–PIRAZOLONU

N

N

H

HO

N

N

H

O

5–hydroksypirazol

5–pirazolon

N

N

C

6

H

5

O

CH

3

(CH

3

)

2

N

aminofenazon

OTRZYMYWANIE POCHODNYCH TIAZOLU

C
CH

R

O

R

Cl

C

S

NH

2

R

S

N

R

R

R

H

2

O

HCl

+

+

+

H

2

C

C

O

R

NH

C

O

R'

N

S

R

R'

P

2

S

3

S

N

CH

3

CH

2

CH

2

O P O P O

OH OH

O

O

CH

2

N

N

NH

2

H

2

N

2

1

POCHODNE TIAZOLIDYNY I TIAZOLU WYKAZUJĄCE

WAŻNE DZIAŁANIE BIOLOGICZNE

N

S

O

N
H

C

R

O

H

COOH

CH

3

CH

3

H

H

N

S

7

6

5

4

3

2

1

penicylina

numeracja podstawowego

szkieletu

pierścień tiazolidyny

skondensowany z układem

β–laktamu

pirofosforan tiaminy (TPP) –

koenzym

tiamina – witamina B

1

INNE POCHODNE AZOLI O DZIAŁANIU BIOLOGICZNYM

N

N

NHSO

2

NH

2

N

S

NH

2

Ph

H

2

N

sulfamid

2–sulfanilamidotiazol –

lek z

grupy sulfamidów

aminophenazol

2,4–diaminofenylotiazol

stosowany przy zatruciu

morfiną

O

N

Me

CONHNHBz

N

N
H

N

S

2– (4–tiazolilo)benzimidazol

thiabendazol

lek przeciwgrzybiczny

benzylohydrazyd kwasu

5–metylo–3–

izoksalilokarboksylowego

izokarboxazid – lek antydepresyjny

S

N

O

H

O

O

sacharyna