Лекция Конденсированные гетероциклические соединения

Лекция Конденсированные гетероциклические соединения

хинолин

хинолин (бензо[Ь]пиридин) представляет собой бициклическую систему, содержащую конденсированные пиридиновое и бензольное кольца. Его также можно рассматривать как гетероциклический аналог нафталина (1-аза-нафталин).

В пиридиновом кольце положения обозначаются греческими буквами а-(положение 2), р (3), у (4). Хинолин — бесцветная жидкость с неприятным запахом, I = 237 °С, хорошо смешивается

с водой, этанолом, диэтиловым эфиром, перегоняется с водяным паром.

Способы получения. Хинолин и его метильные производные получают из продуктов перегонки каменноугольной смолы.

Среди синтетических способов получения хинолина и его производных важнейшими являются синтез Скраупа и синтез Дебне-ра — Миллера.

1. Синтез Скраупа.

Конденсированные шестичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом

Механизм реакции включает три последовательные стадии.

На первой стадии глицерин под действием концентрированной кислоты превращается в акро

леин:

На второй стадии образовавшийся акролеин вступает в реакцию конденсации с анилином:

дигидрохинолин окисляется нитробензолом в хинолин:

Для получения производных хинолина, содержащих заместители в бензольном кольце, вместо анилина используют его соответствующие производные со свободным орто-положением.

Реакция была открыта в 1881 году австрийским химиком-органиком 3. Х. Скраупом. В литературе эту реакцию иногда называют скраупированием.

2. Синтез Дебнера—Миллера. Реакция открытав 1881 годуи является модификацией синтеза Скраупа.

Синтез Дебнера — Миллера применяют для получения производных хинолина, содержащих алкильный заместитель в пиридиновом кольце.

В качестве исходных веществ используют ароматический амин и альдегид, который может вступать в реакцию кротоновой конденсации. Синтез проводят в присутствии цинка хлорида, хлороводородной или другой минеральной кислоты.

Например, для получения 2-метилхинолина (хинальдина) используют анилин и ацетальдегид.

На первой стадии происходит кротоновая конденсация двух молекул альдегида с образованием а, р-ненасыщенного альдегида:

далее происходит взаимодействие кротонового альдегида

с анилином. В данном случае окислителями выступают азомети-ны С, И.—N=03—К, которые образуются в процессе реакции:

Конденсированные шестичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом

хинолин является ароматическим соединением: его молекула имеет плоское строение и единую сопряженную 10 п-электронную систему.

По химическим свойствам хинолин схож с пиридином. Для него характерны реакции:

— с участием гетероатома;

— электрофильного и нуклеофильного замещения;

— окисления;

— восстановления.

1. Реакции по гетероатому. Наличие в молекуле хинолина атома азота пиридинового типа обусловливает основные свойства.

Хинолин образует соли с сильными кислотами, алкил - и ацилгалогенидами:

Гетероциклические соединения

2. реакции злектрорильпого и пуклеорильпого замещении, в результате электроноакцепторного влияния гетероатома электронная плотность в молекуле хинолина распределена неравномерно: в пиридиновом кольце она ниже, чем в бензольном. Поэтому при действии электрофильных реагентов замещение проходит по бензольному кольцу, а нуклеофильное — по пиридиновому.

±еакщии злекшриц;илиниси замещения в молекуле хинолина протекают преимущественно по положению 5 и 8.

При обработке нитрующей смесью образуются 5- и 8-нитро-хинолины. Сульфирование концентрированной серной кислотой при температуре 220 °С приводит к образованию 8-хинолинсуль-фокислоты, а при 300 °С — 6-хинолинсульфокислоты (в этих условиях происходит перегруппировка 8-изомера в более термодинамически выгодный 6-изомер):

Конденсированные шестичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом

в реакции нуклео^илинооо замещения хинолин вступает значительно легче, чем пиридин. При этом реакции протекают по положению 2.

при восстановлении хинолина в первую очередь восстанавливается пиридиновое ядро. Образование продуктов реакции зависит от катализатора и условий проведения.

окисление калия хинолина перманганатом в щелочной среде

приводит к расщеплению бензольного кольца и образованию хи-нолиновой (2,3-пиридиндикарбоновой) кислоты. В присутствии пероксикислот хинолин образует 1Г-оксид:

Хинолиновое ядро является структурным фрагментом многих алкалоидов и лекарственных препаратов.

8-±идроксихинолин — бесцветное кристаллическое вещество с ^пл = 75...76 °С и характерным запахом, малорастворимый в воде, диэтиловом эфире, бензоле. Его получают нагреванием орто-аминофенола с глицерином в присутствии концентрированной серной кислоты (синтез Скраупа) или сплавлением 8-хинолинсульфокислоты со щелочью:

8-гидроксихинолин способен образовывать нерастворимые координационные комплексы — хелаты, используемые в качественном анализе:

ато свойство 8-гидроксихинолина также лежит в основе его применения в медицине.

Множество производных этого соединения (хинозол, нитро-ксолин (5-НОК), энтеросептол) обладают антибактериальной и противогрибковой активностью.

Конденсированные шестичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом

следует отметить лекарственный препарат совкаин, который является местным анестетиком.

И30ХИН0ЛИН

изохинолин является изомером хинолина, но в отличие от него циклы соединены вдоль связи С3—С4 пиридинового кольца и поэтому его называют бензо[с]пиридином. Нумерацию атомов в молекуле изохинолина проводят как в конденсированных аренах, с учетом положения гетероатома.

Изохинолин — это бесцветное кристаллическое вещество с Тпл = 24,6 °С и запахом, напоминающим запах хинолина, растворяется в воде и большинстве органических растворителей.

Способы получения. Изохинолин содержится в хинолиновой фракции каменноугольной смолы (1\%).

В лаборатории синтез изохинолина и его производных осуществляют по реакции Бишлера—Напиральского.

при взаимодействии р-фенилэтанамина с хлоранг идридами карбоновых кислот образуется К-ацил-р-фенилэтанамин, который при действии водоотнимающих средств РОС13, Р205 или полифосфорной кислоты подвергается циклодегидратации с образованием замещенных 3,4-дигидроизохинолина.

Последующее дегидрирование приводит к образованию изо-хинолина.

по химическим свойствам изохинолин во многом напоминает хинолин. За счет гетероатома он проявляет слабооснбвные свойства, взаимодействуя с сильными кислотами. Как основание изохинолин немного сильнее хинолина

лирование и ацилирование протекают по гетероатому с образованием солеобразных продуктов присоединения.

мзохинолин вступает в реакции электрофильного замещения, как и хинолин, в положениях 5 и 8 бензольного кольца.

Нуклеофильное замещение протекает в положении 1.

изохинолин труднее восстанавливается, чем хинолин.

ири окислении изохинолина щелочным раствором перманганата калия

окислению подвергаются оба ядра, и в результате образуется смесь фталевой и 3,4-пиридиндикарбоновой кислот.

Производными изохинолина являются многие алкалоиды изо-хинолинового ряда — морфин, папаверин, наркотин и др.

АКРИДИН

акридин (дибензо[ь, е]пиридин) представляет собой конденсированную систему из двух бензольных и одного пиридинового циклов.

Нумерацию атомов проводят таким образом, чтобы азот получил наибольший номер — 10. Положения 9 и 10 называют мезо-поло-жениями.

Акридин — это светло-желтое кристаллическое вещество с Тпл = 111 °С и характерным запахом, легко возгоняется. Хорошо растворяется в органических растворителях, малорастворим в воде. Разбавленные растворы имеют синюю флуоресценцию. Растворы солей обладают зеленой флуоресценцией, при разбавлении водой происходит гидролиз, и зеленая флуоресценция переходит в синюю, характерную для свободного акридина. Акридин оказывает на слизистые оболочки и на кожу раздражающее воздействие, вызывает чувство жжения, откуда и произошло его название аспя — едкий.

Способы получения. Акридин выделяют из антраценовой фракции каменноугольной смолы.

Чаще акридин получают синтетическим путем, используя реакции конденсации и циклизации.

1. Конденсация дифениламина с карбоновыми кислотами. Акридин получают по способу Бернтсена при нагревании дифениламина с одноосновными карбоновыми кислотами в присутствии цинка хлорида как водоотнимающего средства:

Хинолин и изохинолин

Хинолин и изохинолин – ароматические гетероциклические соединения, содержащие конденсированные бензольный и пиридиниевый циклы.

хинолин	изохинолин

Химические свойства

Химические свойства хинолина и изохинолина аналогичны свойствам пиридина. Они обладают основными и нуклеофильными свойствами и образуют соли при протонировании сильными кислотами и при алкилировании алкилгалогенидами. Реакции электрофильного замещения протекают по наименее электронодефицитному бензольному кольцу и направляются в хинолине в положения 6 и 8. Нуклеофильные реагенты атакуют пиридиниевый цикл хинолина в положение 2.

При каталитическом гидрировании хинолина в первую очередь затрагивается пиридиниевый цикл. При окислении разрушается бензольный цикл и образуется 2,3- пиридиндикарбоновая кислота.

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.

Хинин - алкалоид коры хинного дерева, эффективное противомалярийное средство.

Алкалоиды опия: морфин - сильнейшее болеутоляющее средство, наркотик; папаверин - спазмолитическе и сосудорасширяющее средство.