Презентация на тему Гетероциклические соединения

наряду с атомами углерода один или несколько гетероатомов: O, N, S.
К

гетероциклическим соединениям (ГЦС) относятся многие алкалоиды, витамины, природные пигменты. Они являются структурными фрагментами молекул нуклеиновых кислот и белков. Более 60% наиболее известных и широко употребляемых лекарственных препаратов являются гетероциклическими соединениями.

природе и числу гетероатомов (простые и сложные)
Простые ГЦС (моноядерные)

Сложные ГЦС

диоксан), ненасыщенные (фуран, пиридин, тиофен) и ароматические гетероциклы

по числу циклических фрагментов в молекуле - моноциклические (моноядерные) и полициклические (полиядерные). Причем, циклы могут быть конденсированные (содержать два общих атома, например, индол), либо соединенные простой связью (например, бипиридил). В природе наиболее распространены пяти- и шестичленные гетероциклы, содержащие в качестве гетероатомов азот, а также кислород и серу.

Моноциклические ГЦС - все простые ГЦС ; из сложных - диоксан, тиазол, оксазин.

Полициклические ГЦС - индол, бипиридин (бициклические) , порфин и его производные (тетрациклические)

краун-эфиры (crown англ. – корона), содержащие свыше четырех гетероатомов и более десяти звеньев в структуре цикла (звеном называют фрагмент из двух химически связанных атомов (рис. 2).

макроцикл  порфин, включающий четыре пиррольных кольца.

Замещенные порфины называют порфиринами. В

виде комплексов с металлами порфирины и частично гидрированные порфирины входят в состав гема (простетической группы гемоглобина – содержащегося в эритроцитах основного белка дыхательного цикла, переносчика кислорода от органов дыхания к тканям), зеленого пигмента растений хлорофилла, витамина В12.

аароматические гетероциклы, содержащие два атома азота
Ароматические системы имидазола и

пиразола включают по 6 p -электронов. При этом один из атомов азота цикла подает в ароматическую систему один р-электрон (пиридиниевый атом азота), другой атом азота – неподеленную пару электронов (пиррольный атом азота).

Имидазол и пиразол содержат в молекуле кислотный центр (связь N-H) и основный центр (пиридиниевый атом азота) и являются амфотерными соединениями. При этом основные свойства преобладают над кислотными.

основного центров имидазол и пиразол ассоциированы за счет образования

межмолекулярных водородных связей.

Следствием такой ассоциации являются высокие температуры кипения и быстрый водородный межмолекулярный обмен между пиррольным и пиридиниевым атомами азота, который в случае замещенных гетероциклов приводит к существованию таутомеров.

не могут быть выделены в индивидуальном состоянии.
Особый вид таутомерии

характерен для 5-гидроксипиразолов (пиразолонов-5). В растворе они существуют в виде равновесной смеси гидроки-(I) и оксо-(II,III) таутомерных форм.

В кристаллическом состоянии наиболее устойчива форма II.

состав многих белков, в том числе гемоглобина; в составе

ферментов осуществляет кислотный и основной катализ за счет амфотерных свойств имидазольного цикла.

Гистамин – биогенный амин, продукт декарбоксилирования гистидина; обеспечивает аллергические реакции организма.

Производные пиразолона- 5 - антипирин, амидопирин, анальгин – ненаркотические анальгетики, жаропонижающие и противовоспалительные средства.

и пиррольный циклы.
Индол
Биологически активные производные индола
Триптофан – незаменимая (не синтезируется

в организме человека) аминокислота, входящая в состав животных и растительных белков.

Производные индола

активностью, является нейромедиатором головного мозга.
Пиридин – моноциклическое соединение, представляющий

6-членный ароматический гетероцикл с одним атомом азота с неподеленной парой электронов .

Производные пиридина

азота пиридин проявляет слабые основные свойства и с кислотами

образует соли пиридиния.

Атом азота пиридина проявляет также нуклеофильные свойства и алкилируется алкилгалогенидами с образованием солей алкилпиридиния.

Подобные процессы лежат в основе механизма действия кофермента НАД+.

витамина РР.

Биологическая роль ниацина (никотинамида):

Входит в состав

NAD+ и NADP+ дегидрогеназ и участвует в начальном этапе биологического окисления

обеспечивавет слаженную работу антиоксидантных систем, содержащих сульфгидрильные группы (глутатион).

NAD+

системы.
кордиамин

кофермента пиридоксальфосфата, участвующего в процессах синтеза аминокислот из кетокислот

путем трансаминирования.

состав многих алкалоидов – никотина и анабазина (алкалоиды, содержащиеся

в листьях табака; чрезвычайно токсичны, используются как инсектициды), атропина (содержится в растениях семейства пасленовых; высокотоксичен; применяется в медицине как средство, вызывающие расширение зрачка), кокаина (содержится в листьях коки; стимулирует и возбуждает нервную систему, известен как одно из первых местно анестезирующих и наркотических средств).

– 8-гидрокси-5-нитрохинолин (5-НОК) и 8-гидрокси-7-иод-5-хлорхинолин (энтеросептол) – обладают сильным бактерицидным действием и

используются как противовоспалительные и антисептические средства.

Действие этих препаратов основано на образование прочных хелатных комплексов с ионами металлов. Таким образом происходит связывание микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности бактерий.

морфин - сильнейшее болеутоляющее средство, наркотик; папаверин - спазмолитическе и сосудорасширяющее

средство.

атомами азота.
Ароматическая система пиримидина включает 6 p -электронов и подобна ароматической

системе пиридина: т.е. каждый атом цикла, в том числе и оба атома азота, подают в ароматический секстет один р-электрон.
Химические свойства пиримидина подобны свойствам пиридина. Пиримидин является более слабым основанием, чем пиридин, за счет электроноакцепторного влияния второго атома азота (=1,3). Снижение, по сравнению с пиридином, электронной плотности на атомах углерода кольца приводит к инертности пиримидина по отношению к электрофильным реагентам и окислителям. Реакции нуклеофильного замещении и восстановления в ядре пиримидина, напротив, протекают легче, чем в пиридине.

и аминопроизводные пиримидина
Урацил, тимин и цитозин – нуклеиновые основания; входят в

состав нуклеозидов, нуклеотидов, нуклеиновых кислот. Существуют в таутомерных оксо- и гидроксиформах, переходы между которыми осуществляются за счет миграции протона между кислородом и азотом кольца.

для урацила и тимина.
Оксо-формы нуклеиновых оснований образуют прочные межмолекулярные

водородные связи.

Ассоциация такого типа играет важную роль в формировании структуры ДНК.
Барбитуровая кислота и ее производные – барбитураты (веронал, люминал) – снотворные и противосудорожные средства.

тиазол.
Тиамин является предшественником кофермента кокарбоксилазы, принимающего участие в декарбоксилировании

a -кетокислот и синтезе кофермента А.

пиримидиновый и имидазольный циклы.
Пурин, подобно имидазолу, существует в виде

двух таутомерных форм. Более стабильной является форма с атомом водорода в положении 7.

Пурин является амфотерным соединением и образует соли с сильными кислотами (по атому азота имидазольного цикла) и щелочными металлами (по NH-группе).

и аминопроизводные пурина.
Аденин и гуанин - нуклеиновые основания; входят в

состав нуклеозидов, нуклеотидов, в том числе нуклеотидных коферментов, нуклеиновых кислот.

Для аденина известны две таутомерные формы, являющиеся результатом миграции протона между атомами азота имидазольного цикла. У гуанина, кроме того, существуют таутомерные гидрокси- и оксоформы.

метаболизма пуринов в организме является мочевая кислота, которая выделяется

с мочой. Соли мочевой кислоты – ураты – откладываются в суставах при подагре, а также в виде почечных камней.

In vitro аденин и гуанин могут быть превращены соответственно в гипоксантин и ксантин дезаминированием под действием азотистой кислоты.

приводят к мутациям.


Пуриновые алкалоиды – кофеин, теофиллин, теобромин – метилированные по

азоту производные ксантина; содержатся в чае, кофе, какао-бобах.

Кофеин – эффективное средство, возбуждающее центральную нервную систему и стимулирующее работу сердца.

Теофиллин и теобромин менее эффективны, однако обладают сильными мочегонными свойствами.