Учебно-методическое пособие Авт сост. В. А. Трофимов Нижний Тагил 2006 ббк 24. 236я73 Г44 (стр. 6 из 10)
неустойчивая структура
β-замещение
γ-замещение
 |
Таким образом, пиридин в реакциях электрофильного замещения во многом напоминает производные бензола, содержащие в кольце сильные электроноакцепторные заместители, например нитробензол.
Реакции нуклеофильного замещения. Для пиридина, так же как и для производных бензола, содержащих электроноакцепторные заместители, SN-реакции идут довольно легко с образованием α- или γ-замещенных производных. При этом часто процесс не останавливается на стадии образования монозамещенного продукта. Наибольшее значение для пиридина имеют реакции аминирования и гидроксилирования. Аминирование осуществляется при взаимодействии пиридина с амидом натрия при температуре 100 °С (реакция А. Е. Чичибабина), а гидроксилирование – при действии на пиридин расплава щелочей при температуре 300 °С. В растворах α-гидроксипиридин находится в равновесии со своей таутомерной кето-формой – α-пиридоном:
2-аминопиридин
α-гидроксипирдин α-пиридон
Реакции окисления. Так же как и кольцо бензола, цикл пиридина довольно устойчив к действию окислителей. При действии пероксидов и надкислот окисление происходит только по атому азота с образованием N-оксида пиридина:
N-оксид пиридина
Алкильные же производные, так же как и в бензоле, легко окисляются с образованием соответствующих карбоновых кислот:
β-пиколин никотиновая кислота
Важнейшие производные ряда пиридина
К природным производным пиридина, проявляющим физиологическую активность, следует отнести алкалоиды и витамины.
Алкалоиды
Наиболее важными представителями этой группы природных соединений являются никотин, анабазин, атропин и кониин.
Никотин – бигетероцикл, содержащий кольца пиридина и N-метилпирролидина. Его химическое название – N-метил-α-(β-пиридил)-пирролидин.
Никотин является основным алкалоидом табака, в листьях которого его содержится до 8 %. Используется для получения никотиновой кислоты, препаратов на ее основе и как инсектицид. Соединение очень ядовито, летальная доза для человека 40 мг.
Анабазин – β-(α-пиперидил)-пиридин:
Главный алкалоид среднеазиатского дикорастущего растения ежовника, используется как сильнодействующий инсектицид, может служить сырьем для получения никотиновой кислоты.
Кониин (α-пропилпиперидин) содержится в растении болиголов.
Очень токсичен, в малых концентрациях используется в терапевтических целях как противоспазматическое средство.
Атропин. Содержится в растениях семейства пасленовых (красавка, белена, дурман, скополия). В основе его строения лежит конденсированная система тропана, являющаяся бигетероциклом, состоящим из колец пиперидина и пирролидина. Обладает сильным физиологическим действием на парасимпатическую нервную систему, вызывает расширение зрачка. Применяется в медицине.
Витамины
Здесь следует выделить два представителя природных соединений пиридинового ряда – витамин В6 и витамин РР.
Витамин В6 (пиридоксин). Ему соответствует структура 2-метил-3-окси-4,5-диметилолпиридина:
Особенно богаты витамином В6 рисовые отруби, бобы, дрожжи, зародыши пшеницы. Попадая в организм, витамин В6 превращается в пиридоксальфосфат, который является основным коферментом, участвующим в реакциях белкового обмена. Недостаток витамина В6 приводит к поражению нервной системы, появлению кожных заболеваний, нарушению кроветворения.
Витамин РР (никотинамид, витамин В5).
Содержится в рисовых отрубях, печени крупного рогатого скота. Витамин РР, являясь важным фрагментом некоторых нуклеотидов, каталитически воздействует на протекание ряда редокс-процессов с участием этих нуклеотидов. Недостаток витамина РР в организме приводит к заболеванию пеллагрой, к нарушению синтеза ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные процессы.
Метильные гомологи
Пиколины:
α-пиколин β-пиколин γ-пиколин
Лутидины и коллидины:
2,4-лутидин 2,4,6-коллидин
Эти метильные гомологи пиридина представляют собой легкокипящие жидкости с неприятным запахом. Они выделяются из фракции легких пиридиновых оснований каменноугольной смолы и используются в органическом синтезе.
Пиридинкарбоновые кислоты
Существуют в виде трех изомеров:
пиколиновая кислота никотиновая кислота изоникотиновая кислота
(пиридин-2-карбоновая) (пиридин-3-карбоновая) (пиридин-4-карбоновая)
Их получают окислением алкильных гомологов пиридина и из ряда алкалоидов. Проявляют амфотерный характер. Некоторые их производные обладают физиологической активностью (например, амид никотиновой кислоты – витамин РР). Диэтиламид никотиновой кислоты (кордиамин) – средство, возбуждающее сердечную деятельность. Производные пиколиновой кислоты используются для синтеза лекарственных средств, применяемых для лечения язвенной болезни. Изоникотиновая кислота является сырьем для получения ряда противотуберкулезных препаратов, например фтивазида.
6. Шестичленные гетероциклические соединения
с двумя гетероатомами
В этой главе будут рассмотрены только гетероциклические системы пиримидина и пурина, а также их производные, играющие значительную роль в биологических процессах и создании лекарственных препаратов.
6.1. Пиримидин
Пиримидин – шестичленный диазин – по химическому поведению во многом аналогичен пиридину и бензолу, однако наличие в цикле второго атома азота, играющего роль электроноакцептора, сказывается на снижении основности и активности в реакциях электрофильного замещения. Вместе с тем, пиримидин легче пиридина вступает в реакции нуклеофильного замещения и гидрирования.
Наибольшее биологическое значение имеют кислородсодержащие производные пиримидина – пиримидиновые основания урацил, тимин и цитозин, входящие в состав нуклеиновых кислот в виде N-гликозидов, а также барбитуровая кислота, являющаяся основой для получения барбитуратов – лекарственных препаратов, обладающих седативным действием.
Важнейшие производные пиримидина
цитозин урацил
тимин барбитуровая кислота
6.2. Пурин
Бициклическая система, состоящая из конденсированных между собой ядер пиримидина и имидазола и проявляющая таутомерный характер:
Пурин является ароматической структурой с сопряженной
10-π-электронной системой, отвечающей правилу Хюккеля (при n = 2). Он устойчив к действию окислителей и проявляет амфотерные свойства. Среди производных пурина наибольшее значение имеют так называемые пуриновые основания – аденин (6-аминопурин) и гуанин (2-амино-6-оксипурин), которые входят в состав нуклеиновых кислот. Пуриновый цикл составляет основу известных алкалоидов – кофеина и теобромина. Из природных производных, содержащих пуриновую структуру, следует отметить гипоксантин (6-гидроксипурин), ксантин (2,6-дигидроксипурин) и мочевую кислоту (2,6,8-тригидроксипурин). Эти соединения являются продуктами обмена веществ в живых организмах (метаболизм нуклеиновых кислот).
Важнейшие производные пурина
