Гетероцикли. Нуклеїнові кислоти

Лекція 11.

1. Визначення, класифікація, номенклатура гетероциклів.

2. Пятичленні гетероцикли та їх похідні

3. Шестичленні гетероцикли та їх похідні

4. Гетероцикли з конденсованими ядрами

5. Антибіотики

6. Алкалоїди. Загальна характеристика, номенклатура, способи одержання

7. Фізико-хімічні властивості

8. Характеристика окремих представників

9. Загальна характеристика нуклеїнових кислот, будова, просторова організація

10. Значення нуклеїнових кислот

1. Гетероциклічними називають органічні сполуки із замкненим у кільцеву систему ланцюгом атомів, які містять у складі кільця, крім атомів вуглецю, атоми інших елементів: кисню (фуран, піран), сірки (тіофен, тіозол), азоту (пірол, піридин) та ін. Гетероцикли можуть формуватися двома і більше атомами Карбону, а також гетероатомами. Атоми, які крім Карбону, входять до складу гетероциклу, називають гетероатоми. Згідно з теорією Байєра найстійкіші гетероцикли будуть лише у тих випадках, коли відхилення валентних кутів атомів, що утворюють цикл буде найменшим від кута 109°28´. Тобто, найбільш нестійкими будуть тричленні гетероцикли.

Гетероциклічні сполуки дуже поширені в природі: хлорофіл рослин, гемін крові; амінокислоти триптофан та гістидин; пуринові (аденін, гуанін) та піримідинові (тимін, урацил, цитозин) основи; алкалоїди (кофеїн, атропін); їх застосовують як лікарські речовини (пеніцилін, сульфідин, сульфазол, атофан, акрихін), білки, вітаміни, гормони, барвники (індиго), пластичні маси (полівінілкарбазол), прискорювачі вулканізації каучуку (каптакс). Серед речовин, що сприяють розвитку с/г значне місце займають інсектициди, регулятори росту. Найбільше значення в біології, медицині і техніці мають п’яти- та шестичленні гетероциклічні сполуки із спряженими подвійними зв’язками.

Класифікація. Класифікацію гетероциклів здійснюють залежно від величини циклу. Відповідно до цього розрізняють три-, чотири-, п’яти-, шестичленні гетероцикли та гетероцикли з більшою кількістю атомів. У кожній такій групі є підгрупи з одним, двома, трьома гетероатомами.

Номенклатура. Номенклатура для гетероциклічних сполук до цього часу не розроблена, в назвах немає єдиної номенклатурної основи, а для деяких гетероциклічних сполук назви надзвичайно складні. Як правило для них застосовують тривіальні та систематичні назви. Тривіальні назви визначені номенклатурою IUPAC і переважно є більш вживаними. При побудові систематичних назв гетероциклів номенклатурними правилами IUPAC враховуються природа та число гетероатомів, розмір циклу та ступінь його насиченості.

Природу гетероатома відображають у префіксі, розмір циклу – в корені, міру насиченості – у суфіксі назви. Для позначення гетероатомів використовують префікси – окса- (О), тіа- (S) і аза- (N).

Розмір циклу позначають коренями -ір- (три-), -ет-, -єт- (чотири-), -ол- (п’яти-), -ин- (шести-), -еп- (семичленний), ступінь насиченості – суфіксами -идин, -ідин (насичений цикл з атомом нітрогену), який додають до назви вихідної ненасиченої сполуки. У цьому разі вказується положення подвійного зв’язку. У назві гетероциклів із максимально можливою кількістю подвійних зв’язків у циклі суфікс не вказують.

Для частково гідрованих сполук використовують префікси дигідро-, тетрагідро- з позначенням номерів атомів, до яких приєднаний гідроген. Якщо атом гідрогену приєднаний тільки до одного атома, то в назві позначається літера Н і номер гідрованого атома. У шести- і семичленних азотовмісних гетероциклах повна насиченість циклу позначається префіксом пергідро-. Число однакових гетероатомів позначають у назві множинними префіксами ди-, три-, тетра- і т.д. Якщо гетероцикл містить кілька різних гетероатомів, то називають їх у певній послідовності: окса-, тіа-, аза-. Нумерація циклу починається від гетероатома і продовжується по циклу так, щоб замісник (або інший гетероатом) дістав найменший номер. Якщо цикл містить два однакові гетероатоми, то нумерацію починають з гетероатома, який сполучений з атомом Гідрогену, або з алкільним залишком.

Приклади тривіальних* та систематичних назв деяких гетероциклів: етиленоксид* (оксиран) (І), етиленімін* (азиридин) (ІІ), етиленсульфід* (тіїран) (ІІІ), оксетан (IV), азетидин (V), тієтан (VI), фуран* (оксол) (VII), пірол* (азол) (VIII), тіофен* (тіол) (IX), піразол* (1,2-діазол) (X), імідазол* (1,3-діазол) (XI), тіазол* (1,3-тіазол) (XII), оксазол* (1,3-оксазол) (XIII), піридин* (азин) (XIV), піридазин* (1,2-діазин) (XV), піримідин* (1,3-діазин) (XVІ), піразин* (1,4-діазин) (XVІІ), азепін (XVІІІ):

При побудові назв конденсованих систем, які складаються з одного гетероциклічного та одного або двох бензольних ядер, до назви гетероциклу приєднують префікс бенз-(бензо-) або дибенз-(дибензо-) з позначенням буквами а, b, c, d тощо зв’язку гетероциклу, вздовж якого відбувається конденсація. Позначення зв’язків починають від гетероатома. Якщо конденсована система складається з двох гетероциклів, за основу назви беруть назву циклу, більшого за розміром; при однакових розмірах – циклу з більшою кількістю гетероатомів. Якщо за першими двома критеріями цикли рівнозначні, то азотовмісний цикл має перевагу над кисневмісним, а останній – перед сірковмісним. За допомогою літер позначають зв’язок основного циклу, який є спільним для обох циклів, а за допомогою цифр – спільний зв’язок другого циклу з основним. Наприклад, індол* (бензо[b]пірол) (ІХХ), хінолін* (бензо[b]піридин) (ХХ), акридин* (дибензо[b,e]піридин) (ХХІ), піроло[2,3-b]піридин (XXIІ), піридо[2,3-d]піримідин (XXІІІ):

За раціональною номенклатурою гетероциклічні сполуки називають за тим же принципом, що й ароматичні. За основу беруть назву основних гетероциклічних структур: фуран, тіофен, пірол, піразол, імідазол, піран, піридин, піримідин, піразин, пірадазин; положення замісників позначають літерами грецького алфавіту або цифрами, причому рахунок атомів починають з гетероатома:

2,5-диметилфуран 2-метил-3-етилтіофен 2,4,6-триметил-піридин

Для метильованих похідних тіофену та піридину існують поширені назви – тіотолен і тіоксен для похідних тіофену, піколін і лутидин – для похідних піридину:

2-метилтіофен, 2,5-диметилтіофен,

або 2-тіотолен або 2,5-тіоксен

2-піколін, 2,4-лутидин,

або 2-метилпіриднн або 2,4-диметилпіридин

Якщо в сполуці є кілька гетероатомів, нумерацію починають із старшого. По старшинству гетероатоми розміщують у такому порядку: О, S, N і далі за латинським алфавітом.