21. Előadás

Heterociklusos vegyületek

HETEROCIKLUSOS VEGYÜLETEK

Felosztás:

1. telített – telítetlen

2. heteroatomok száma

3. gyűrűk száma

4. heteroatomok milyensége (N, O, S, P, As, Si)

I. Monociklusos, egy heteroatomos vegyületek

CH1

CH2

O3

CH4

CH5

CH1

CH2

S3

CH4

CH5

NH

N

CH2

CH2

OCH2

CH2

CH2

CH2

NH

CH2

CH2 CH2

CH2

CH2

NH

CH2

CH2CH2

CH2

SCH2

CH2

furán*

oxol

tiofén*

tiol

pirrol*

azol

piridin*

azin

O S NH

N

tetrahidrofurán*

oxolán

tetrahidrotiofén*

tialán

pirrolidin*

azolidin

piperidin*

perhidroazin

O oxa-

S tia-

N aza-

II.Monociklusos, két heteroatomos vegyületek

oxazol tiazol imidazol

III. Biciklusos, kondenzált heteroatomos vegyületek

NH

N

N

N

NH

N

N

N

N

N

indol(triptofánban)

purin (DNS, RNS-ben)

pteridin (folsavban)

kinolin

(hisztidinben)

2

N3

O1

5

4

2

N3

S1

5

4

2

N1

NH3

4

5

(DNS, RNS-ben)

N3

2

4

N1

5

6

pirimidin

3

2

4

N1

5

6

pirazin

N

izokinolin

N

IV. Tri-, ...-ciklusos, heteroatomos vegyületek

N

akridin

N

NH

CH3

O

NH5C2 C2H5

lizergsav-dietilamid (LSD)op. 80-85°C

(anyarozs alkaloid)

N

NCH2

R2 - N CO

HN CH

COOH

(CH2)2

COOH

N

NH2N

R1

Folsav analógok

R1 = OH, R2 = H folsav R1 = NH2, R2 = H aminopterin R1 = NH2, R2 = CH3 amethopterin, methotrexat

Elektronszerkezet

Aromás jelleg (pirrol, furán, tiofén)

Q

Q = :N , :S: , :O:

EN = 2,5 3,0 3,5

S > N > O

- I effektus

K effektus

NH

-

-

- 0,15

+

.. S+ 0,2

O+ 0,3

N+ 0,38

piridin

N

+

- 0,58

+ 0,15+ 0,15

+ 0,18

NH

N+

HN

+

HN

+

HN

+

H

NH

..

„egyenletes” valóságos elektroneloszlás

- 0,04

N

+

N-

N-

+ +

N-

N

+ 0,05

Téralkat

Kötéshossz : S-C > N-C > O-C

Fizikai tulajdonságok

Kémiai reakciók

1. Sav-bázis sajátság

nem bázis, nem sav

+H+

-H+

megszűnik az aromás jelleg

aromás marad

H-híd: pirrol, imidazol, purin

piridin

OH+

O+H+

-O-H+

K

K+

½ H2+

(pK = 15)

NNH

+N

+H+-H+

pKb = 8,8

S

NH2

+NH

N-

pirrol

piridin

amfoter

pirazol imidazol

pirimidin

piridin

NNH

N

NH

bázikus

bázikus

N

N

piridin

2. Elektrofil szubsztitúciók Feltétel: elektronban „gazdag” gyűrűk

A. pirrol, furán, tiofén, indol

Q

NH

Irányítás

Reaktivitás

250oC

5oC

B. piridin

N

Irányítás

Reaktivitás

pirrol furán tiofén piridin

nitrálás NO2 + + + +*

szulfonálás SO3 + + + +*

diazo kapcsolás

Ar-NN + +

Friedel- Crafts

acilezésCH3-CO-Q + + +

brómozás Br2 + + +

+

* protonálás után

Áttekintés

Példák (kénsav – protonálódás)

Példa: triptofán szintézise (indol SE reakció)

CHCOOEt

COOEt

NHAc C

-COOEt

COOEt

NHAc

EtO-

-H+

acetamido-malonészter

NH

CH2

O

NH

CH3

CH3 NH

CH2N

CH3

CH3+ +SE

NH

CH2N

+

CH3

CH3CH3

C-

COOEt

COOEt

NHAc

NH

CH2

COOEt

NHEtOOC

Ac+ SN2

1. hidrolízis

2. dekarboxilezés

triptofán

NH

CH2N

+

CH3

CH3CH3

SN+ CH3INH

CH2N

CH3

CH3

Aminometilezés

Alkilezés

I -

NH

CH2

COOEt

NHEtOOC

Ac

NH

CH2

COOH

NH2

H

NN NH2

N OH

N C6H5

1. NH2-

2. H2O

OH-

C6H5-Li+

3. Nukleofil szubsztitúciók

Feltétel: elektronban „szegény” gyűrűk

Összehasonlítás

N

NH

NH

N

piridin szerű+

+

--

pirrol szerű (tautoméria)

N

N piridin szerűa

b

Pozíció Na Nb

2 + +

4 + +

5 - -

6 + +

Magyarázat: a parciális töltések szuperponálódnak

Kétheteroatomos vegyületek reaktivitása

NNH

N

NH

N

N

SESE

SE

SE

SN

SNSN

pirazol imidazol pirimidin

12 2

3

3

4

5

5

4

1

Imidazol

Tautoméria

N

NH

NH

N

Szubsztituált imidazol

N

NH

NH2

O

N

N

NH2

OH

citozin (pirimidin)

34

26

1

5

N

N

NH

N

NH2

N

NH

NH

N

NH

adenin (purin)

Piridin származékok

keto-enol

amino-imino

Furán, tiofén, pirrol vázas vegyületek szintézise (Paal-Knorr)

R R'

O O

SR R'

NH

R R'

OR R'

cc. H2SO4

NH3 nyomás

P2S5

1,4-dioxo-vegyület(1,4-dienol is jó)

Példák

1

2 3

4

– bróm - keton

Piridin szintézis (Hantzsch)

aldehid

-oxo karbonsavészter

- 3 H2O

ox.

- 2H

piridin-származék

EtOOC

R O

O

R'

COOEt

RONH3

NH

EtOOC COOEt

RR

R' H

N

EtOOC COOEt

RR

R'

NH

EtOOC COOEt

RR

R' H

Purin szintézis

HNO2/HCl

H2/red

1. KOCN2. Wöhler-izomerizáció

2,4,6-trihidroxi-pirimidin (barbitursav)

pszeudohúgysav

-H2OHCl

(20%)

2,6,8-trihidroxi-purin(húgysav)

POCl3

2,4,6-trihidroxi-5-amino-pirimidin

N

N

OH

OH OH

NH

NH

O

O

O

NO

NH

NH

O

O

O

NH2

NH

NH

O

O

O

NH

NH2

O

NH

NH

O

O

NH

N

O

N

N

OH

OH

N

NH

OH

N

N

Cl

Cl

N

NH

Cl

N

N

OH

O OH

H N

N

O

O OH

H

dilaktám-enol dilaktám-keto

3

2

1

4

56 7

8

9

H

keto – enoltautoméria

140oC

2,6,8-triklór-purin

Purin szintézis (folytatás)

+ 2 Na+EtO-

+ NH3

1. KOH2. NH3

1. Elfőzés (cc. HCl)2. red.dehalogénezés

red. dehal. red. dehal.

xantin(adenin)

guanin

N

N

OEt

EtO

N

NH

Cl

N

N

NH2

Cl

N

NH

Cl

N

N

OH

NH2

N

NH

Cl

N

N

OH

OH

N

NH

N

N

NH2

N

NH

N

N

OH

NH2

N

NH

Reaktivitási sorrend

6 > 2 > 8

N

N

Cl

Cl

N

NH

Cl

3

2

1

4

56 7

8

9

2,6,8-triklór-purin

N

NN

NH

3

2

1

4

56 7

8

9

purin

Reduktív

dehalogénezés

6-aminopurin