Гетероциклді қосылыстар. бес мүшелі гетероциклдер

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 22 бет
Таңдаулыға:

Тақырыбы: ГЕТЕРОЦИКЛДІ ҚОСЫЛЫСТАР. БЕС МҮШЕЛІ ГЕТЕРОЦИКЛДЕР

Мазмұны

І. Кіріспе . . . 1-2

ІІ. Негізгі бөлім.

2. 1. Бес мүшелі гетероциклдерге сипаттама . . . 3-5

2. 2. Бес мүшелі гетероциклдердің алыну жолдары . . . 6-13

2. 3. Бес мүшелі гетероциклдердің химиялық қасиеттері . . . 14-19

ІІ. Қорытынды . . . 20-21

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі . . . 22

Кіріспе

Оргаинкалық химия тарихының әрбір кезеңінде ғалымдар әр түрлі химиялық қосылыстарды белгілі бір сипаты бойынша топшылап, бірегей жүйеге келтіруге ұмтылып отырған. Органикалық қосылыстардың қазіргі кездегі жіктелуі, жүйеленуі негізінде әрбір жекелеген химиялық қосылысты тек оның өзіне ғана тән бір-ақ химиялық формуламен өрнектеуге болады деген тұжырымға негізделген А. М. Бутлеровтың химиялық құрылым теориясы алынған. Демек, органикалық қосылыстарды жіктеудегі басты белгі олардың құрамындағы көміртек атомынан тұратын тізбек пен функционалды топтардың табиғаты екен.

Органикалық қосылыстар көміртектік тізбектің құрылысына қарай ациклді және циклді болып бөлінеді. Ациклді немесе ашық циклді қосылыстар - көміртектік (тұйықталмаған) ашық тізбектен тұратын қосылыстар. Циклді қосылыстарға көміртектік атомнан тұратын тізбек тұйықталып, сақина тәрізді тұйық тізбек құрайтын органикалық қосылыстарды жатқызады.

Мұндағы цикл деген сөз гректің хухlоs (киклос) - дөңгелек деген сөзінен шыққан.

Циклді қосылыстар оны құрайтын тізбек құрамына енетін атомдарының түріне қарай карбоциклді және гетероциклді болып екіге бөлінеді.

Гетероциклді қосылыстардың тізбегінде көміртек және өзге элемент атомдары енеді. Мұны кейде изоциклді деп те атайды және ол өте сирек қолданылады. Сонымен гетероқосылыстарды құрайтын сақиналы тізбек құралына көміртек атомымен қатар өзге элементтер енеді және олар: оттегі, күкірт, фосфор және т. б.

Гетеро деген сөз грек сөзі және ол eteros «этерос» - басқа, өзге деген сөзден шыққан.

Гетероциклді қосылыстар дегеніміз - ол молекуласы сақина тәрізді тұйықталған және ол сақина тізбегіне көміртегі атомынан басқа атом - гетероатом енетін зат. Қазіргі таңда, Д. И. Менделеев жасаған периодтық жүйедегі элементтердің біразы қатынасатын гетероциклді қосылыстар алынады. Олардың арасында оттегі, азот, күкірт секілді элементтері болатын қосылыстар кеңірек зерттелген.

Гетероциклді қосылыстар биология саласында, медицинада, ауылшаруашылығында және т. б. салаларда кеңінен қолданылады және олардың маңызы зор. Сонымен қатар, гетероциклді қосылыстар аса маңызды табиғи өнімдердің де құрамында кезедеседі. Өсімдік және қан құрамындағы бояғыштарда да кезедеседі: өсімдік және қан құрамындағы бояғыштар (гемин

және хлорофилл), нуклеин қышқыл, көптеген дәрумендер, антибиотиктер мен алкалоидтар.

Ал, күллі дәрі-дәрмек химиясын гетероциклді қосылыстың химиясы десе артық емес.

Көптеген гетероциклді қосылыстар тас көмір айшырында және көмірді кокстиц процесінде түзілетін жеңіл майлардың құрамында кездеседі. Олардың бірқатары өнеркәсіп көлемінде алынады. Сонымен қатар бұл қосылыстарды алудың тиімді жолдары жасалынған. Гетероциклді қосылыстар бес мүшелі, алты мүшелі және жеті мүшелі гетероциклді қосылыстар, еселенген гетероциклді қосылыстар болып бөлінеді.

Бес мүшелі гетероциклдердің өкілдері: тиофен, фуран, пиррол, пиразол, гемидазол, фуразан, изоксазол, изотиазол т. б.

Алты мүшелі гетероциклдердің өкілдері: пиридин, пиразин, пиримидин, пиридазин т. б.

Жеті мүшелі гетероциклдердің өкілдері: оксепин, тцепин, азерин т. б.

Еселенген гетероциклдердің өкілі: пурин, индол, ксантин, тиантрен, хролин, хинолин, акридин, кофеин, теобромин т. б.

Гетероциклдердің сақина өлшемін - ир - 3; ет - 4, ол - 5; ин - 6. Гетероциклдің қанығу дәрежесін жұрнақ арқылы көрсетеді: идин - азот атомы бар қаныққан; - ан - оттегі атомы бар, қаныққан, - ин - қанықпаған сақина (цикл) .

Құрамында бір гетероатомы бар болатын гетероциклдегі атомдарды нөмірлеуді, ондағы гетероатомның өзінен батсайды. Егер сақинада атом болса, онда оттегі, күкірт, азот реті бойынша белгілейді.

2. 1. Бес мүшелі гетероциклдерге сипаттама.

Бес мүшелі гетероциклдер дегеніміз тұйықталған тізбектердегі бір жай, бір қос байланыс кезектесіп келген бес тізбектен және гетероатомнан тұра-тын гетероқосылыс. Олар тағы алты электрондық жүйе, көміртек атомда-рына тиісті төрт электронның гетероатомының (жалпы түрде X әрпімен белгілейміз) бөлінбеген қос электронымен бірігуі нәтижесінде түзіледі.

Х=0, S атомдары және NН тобы болып есептелінеді. Гетероатомдардың бөлінбеген жұп электрондары жалпы - жүйені түзу үшін ғана пайдаланылатындықтан, бұл қосылыстардың негізділігі қаныққан қосылыстардың негіздігінен төмен болады. Олар күшті қышқылдардың әсерінен протонданады, бірақ бұл жағдайда ароматтылық бұзылады және - электрондар жүйесі 1, 3 - дегендер жүйесі тәрізденеді.

Диендердің күшті қышқылдардың әсерінен полимерленетіндігі белгілі. Сондықтан бес мүшесі гетероциклдердің ароматты көмірсутектерден айырмашылығы олар күшті қышқылды орталықта шайырға айналады. Бұлар сұйық қосылыстар.

Гетероатомдарға сақинадағы көміртек атомдарының біреуін ғана емес, екеуін де және одан да көбінің орнын ауыстыруға болады.

Екінші гетероатомның бөлінбегек жұп электрондары жалпы - жүйеге қатыспайды. Сондықтан екі гетероатомды бес мүшелі гетероциклдер қышқылдардың әсеріне тұрақты негіз болып есептелінеді. Екі немесе одан да көп гетероатомды негіздік гетероциклдің аттары төмендегідей, олардың көпшілігі қатты заттар болып келеді.

Жоғарыда келтірілген сақиналарда СН тобының орнына ендірілген үш валентті азотпен байланысқан сутек атомдары болмайды. Бұлардан басқа біріккен екі бензол сақинасынан тұратын нафталин молекуласы сияқты, бензол сақинасымен біріккен гетероциклдер өте көп таралған. Құрамында бір және екі гетероатомы бар бесмүшелі гетероцикл, көміртек атомы мен өгей (гетеро) атомның sр ² будандасқан орбиталынан түзілген, жазық бесмүшелі циклден тұрады. Қалған төрт көміртек атомындағы р - орбиталар (олардың әрқайсысы бір sр ² - орбиталмен жалғасқан), гетероатомның р - орбиталымен (екі электронмен) қайта жабылып, бензолдағы сияқты делокализденген біртекті молекулалық орбиталдар түзеді. Мысалы, пирролдық азот, көміртек атомымен - байланысты түзу үшін екі sр ² - орбиталын, сутек атомымен - бір sр ² орбиталын береді және оның бір орибталы екі электромен төрт көміртек атомындағы = орбиталмен қабысуға енеді. Олай болса, пиррол ароматты қосылыс екен, өйткені онда ароматтылық шарты орындалған.

Бұл гетероциклдегі электрон тығыздылығының таралуы, ондағы азот атомының көміртектен салыстырғандағы электртерістілігінің үлкен айырмашылығы салдарынан әлсіз симметриялы.

Бес мүшелі гетероциклдегі электрон тығыздылығы гетероатомнан тебіліп, сақинаға қарай ығысады және ол -жағдайда шоғырланып артық болады. Сондықтан да фуранның, пирролдың және тиофеннің сақинасындағы электрон тығыздылығы бензолдағыдан жоғарылау болады, ал бұл жағдай - көміртекті атомдағы электрофилді орынбасу реакциясының жүруін жеңілдетеді.

Пирролдағы азот атомында сутек атомы бар да, бос электрон жұбы жоқ. Сондықтан да, ол қышқылдық сипат көрсетеді. Қазіргі кезде, гетероатомның табиғатын қосымшамамен белгілейді: оксо - О, тио - S, аза - N.

2. 2. Бес мүшелі гетероциклдердің алыну жолдары.

Бір гетероатомды бес мүшелі гетероциклдердің туындыларын алудың жалпы жолы алғашқы зат есебінде 1, 4 - дикетондарды пайдалануға негізделген.

1, 4 - дикетондардың қарапайым түрлерінің бірі - ацетонил - ацетон, суды байланыстырушы фосфор ангидридімен қосып қыздырғанда диметилфуранға айналады.

Реакцияның барысын дикетоненоль түрінде кіріседі деп қарағанда оңай түсінуге болады.

Фурон сақинасындағы жалғасушылардың орналасу тәртібін белгілеу үшін ондағы атомдарды гетероатомнан бастап нөмірлейді.

Реакция өнімінің аты 2, 5 - диметилфуран. Ацетонилацетонды тиофеннің туындысына айналдыру үшін Р ₂ О ₅ орнына фосфордың күкіртті қосылысын пайдалану керек:

2, 5 - диметилпиррол алу үшін аммиак қолданылады.

Егер аммиактың орнына біріншілік аминдер алынса, онда пирролдың N алмастырылған туындылары түзіледі. Бес мүшелі гетероциклдер аллюминий тотығы қатысында тиісті элементтердің гидридтерімен қосып қыздырғанда бір-біріне айналады. Бұл реакцияны совет химигі Ю. К. Юрьев ашқан. Ол үшін олардың буын, судың, сутекті күкірттің немесе аммиак буымен қыздырады.

Кері реакцияны пирролды немесе тиофенді су буымен қыздыру арқылы жүзеге асыруға болады. Пиррол және тиофен осы жағдайда бір-біріне айна-луы мүмкін. Бірақ алғашқы екі реакцияның өнімдері ғана жақсы шығады. Бес мүшелі гетероциклдерді алу үшін қажетті заттардың бірі диацитилен. Оны аммиакпен қосып қыздырғанда пирролға (хлорлылау мыс катализатор есебінде қолданылады) айналады, негіздік ортада күкіртті сутекпен әсер еткенде тиофен түзіледі:

Бес мүшелі гетероциклдің әрқайсысының өздеріне тән басқа да алу жолдары бар.

Фуран өзінің туындысы - молекула құрамында бес мүшелі сақиналар бар көмірсулардың сусыздануы (дегидратациялануы) нәтижесінде түзілетін өнімнен - фурфуролдан өте оңай алынады. Фурфурал фуран қатарының ең қарапайым альдегиді болып есептеледі. Оны карбоксилсіздендіру арқылы фуранға айналдыруға болады. Ол үшін оны су буымен араластырып 400°С-қа дейін қыздырылған катализатордан (мырыш хромиті) өткізеді.

Фурфуралды фуранға айналдырудың басқа әдісі - оны алдымен тиісті қышқылға дейін тотықтырып, соңынан карбоксилсіздендіреді. Реакцияның екі сатысы да өте оңай жүреді:

Тиофен ацетиленді 300°С-қа дейін қыздырылған күкірт алынатын заттардан (ол үшін рудасы - пиринт қолданылады) өткізу арқылы алынады.

Тиофенді алудың қызықты жолы аландарды немесе алкендерді күкірт буымен қосып 550-700°С-қа қыздырылған түтіктен өткізу. Бұл жағдайда бутаннан немесе бутеннен алынады. Реакция сутексіздену арқылы жүреді, сутек H ₂ S түріне бөлінеді.

Пентаннан 2-метилтиофен алынады:

Изопентан - метилтиофенге айналады. Тиофендерді алудың бұл әдісте-рі, тиофеннің фуранға немесе пирролға қарағанда қыздыруға өте берік екен-дігіне негізделген. Пирролдың гомологтары кетондардың - аминокетондар-мен конденсациялануы нәтижесінде алынады.

1, 3 - Диктондар немесе - қышқылдардың эфиерлері аминді кетондармен жай кетондарға қарағанда реакцияға оңай кіріседі. Олардың көмегімен ацилпирролдарды немесе пиррол қышқылдарының эфирлерін оңай синтездеуге болады.

Бес мүшелі гетероциклдері бар біріккен жүйелердің ішіндегі индол және карбазол айтарлықтай маңызды болып есептеледі.

Индолды Чичибабин ашқан және осы қосылыстың құрылысын жақсы дәлелдей алатын реакцияның көмегімен алынады. Бұл реакция бойынша ацетилен мен анименнің буының қоспасын қатты қыздырылған түтіктен өткізеді.

Индолды және оның туындыларын алудың жалпы әдісі Фишер синтезі - альдегидтердің немесе кетондардың фенилгидразондарын хлорлы мырышпен қыздыру.

Бұл ерекше реакцияның мәні табиғаты жағынан бензиндиннің қайта топталуына ұқсас, қайта фенилгидразонның таутомерлі түрде топтасуы. Реакцияның барысында N=N байланыс үзілді және амефатты көміртек атомы бензол сақинасының ортокөміртек атомымен байланысады. Мұның нәтижесінде жорамалданған аралық диамин түзіледі және ол қос байланыстағы амин тобының нуклеофильді алмасуынан аммиак молекуласын бөліп индолдың гомологына тұйықталады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.