Слайд 2
Гетероциклические соединения
Гетероциклическими называют соединения, молекулы которых содержат циклы, включающие
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.
Слайд 3
Классификация ГЦС
Гетероциклы классифицируют по следующим основным признакам:
по
природе и числу гетероатомов (простые и сложные)
Простые ГЦС (моноядерные)
Сложные ГЦС
Слайд 4
по степени ненасыщенности – насыщенные (пиперидин,
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).
Слайд 5
азотсодержащие ароматические гетероциклы
Производные пирола
Пирол
Производные пирола:
Тетрапиррольные соединения
содержат ароматический
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.
Слайд 7
Производные имидазола и пиразола
Имидазол и пиразол – 5-членные
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.
Слайд 8
В результате присутствия в молекуле одновременно кислотного и
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.
Слайд 9
Таутомерные формы быстро превращаются друг в друга и
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.
Слайд 10
Биологически активные производные имидазола и пиразола
Гистидин - α-аминокислота, входящая в
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.
Слайд 11
Индол – ароматическое гетероциклическое соединение, содержащее конденсированные бензольный
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
Слайд 12
Серотонин
Серотонин – биогенный амин, продукт метаболизма триптофана. Обладает высокой биологической
активностью, является нейромедиатором головного мозга.
Пиридин – моноциклическое соединение, представляющий
6-членный ароматический гетероцикл с одним атомом азота с неподеленной парой электронов .
Производные пиридина
Слайд 13
Основные и нуклеофильные свойства.
Благодаря наличию неподеленной пары электронов
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+.
Слайд 14
Никотиновая кислота (ниацин) и ее амид - никотинамид - две формы
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+
Слайд 15
Диэтиламид никотиновой кислоты – кордиамин – эффективный стимулятор центральной нервной
системы.
кордиамин
Слайд 16
Пиридоксин и пиридоксаль – различные формы витамина B6, предшественники
кофермента пиридоксальфосфата, участвующего в процессах синтеза аминокислот из кетокислот
путем трансаминирования.
Слайд 17
Пиридиновые алкалоиды.
Ядро пиридина и пиперидина входит в
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).
Слайд 18
Гетероциклические соединения, содержащие конденсированные бензольный и пиридиновый циклы.
Хинолин
Изохинолин
Слайд 19
Биологически активные производные хинолина и изохинолина
8-Гидроксихинолин и его производные
– 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.
Слайд 20
Хинин - алкалоид коры хинного дерева, эффективное противомалярийное средство.
Алкалоиды опия:
морфин - сильнейшее болеутоляющее средство, наркотик; папаверин - спазмолитическе и сосудорасширяющее
средство.
Слайд 21
Производные пиримидина
Пиримидин – 6-членный ароматический гетероцикл с двумя
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.
Слайд 22
Биологически активные производные пиримидина
Важную биологическую роль играют гидрокси-
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.
Слайд 23
Наиболее стабильными являются оксо-форма для цитозина и диоксо-формы
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.
Слайд 24
Тиамин (витамин В1) содержит два гетероцикла – пиримидин и
тиазол.
Тиамин является предшественником кофермента кокарбоксилазы, принимающего участие в декарбоксилировании
a -кетокислот и синтезе кофермента А.
Слайд 25
Производные пурина
Пурин – ароматическое гетероциклическое соединение, содержащее конденсированные
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).
Слайд 26
Биологически активные производные пурина
Важную биологическую роль играют гидрокси-
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.
Слайд 27
Продуктами метаболизма пуриновых оснований являются гипоксантин, ксантин.
Конечным продуктом
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.
Слайд 28
Такие превращения пуриновых оснований в составе нуклеиновых кислот
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.