Ти членные гетероциклические соединения с одним гетероатомом.
Пиридин и его простейшие алкильные аналоги содержатся в каменноугольной смоле и легко выделяются обработкой сильными кислотами. Хинолин и изохинолин также впервые были выделены из каменноугольной смолы.
В природе пиридин представлен производными никотиновой кислоты (витамин РР) и входит в состав витамина В6. Хинолиновое ядро входит в состав алкалоида хинина, используемого для лечения малярии и других лихорадочных состояний, а изохинолин в состав опийного алкалоида папаверина, обладающего сосудорасширяющим и расслабляющим действием на гладкую мускулатуру.
В отличие от электрон-избыточных 5-ти членных гетероциклов, производные пиридина и хинолина, в которых неподеленная пара азота не участвует в сопряжении, за счет высокой электро-отрицательности атома азота оказываются обедненными электронной плотностью. В связи с этим, Пиридин очень медленно и в очень жестких условиях вступает в реакции электрофильного замещения. В основном, электрофильное замещение в пиридиновом ядре протекает по 3-му положению кольца. Хинолин реагирует с электрофилами только по бензольному кольцу, причем азот соседнего кольца играет роль заместителя II-го рода с соответствующим направлением электрофильной атаки. Так же как и в случае ароматических соединений содержащих акцепторные группы, пиридин не алкилируется и не ацилируется по Фриделю-Крафтсу.
Наличие неподеленной пары электронов азота кольца обуславливает основные свойства пиридина (pKa= 5,23), хинолина (pKa= 4,94), изохинолина (pKa= 5,40) и их производных. Как и в случае аминов и анилинов, акцепторные заместители понижают основные свойства, а донорные повышают.
Пиридиновое ядро очень устойчиво. Это можно проиллюстрировать с помощью реакции окисления хинолина, в которой разрушается бензольное ядро и не затрагивается пиридиновое. По аналогии с нафталином, образуется 2,3-пиридиндикарбоновая кислота. В результате дальнейшего ее декарбоксилирования образуется никотиновая кислота (пиридин-3-карбоновая).
При действии на пиридин или хинолин 30% перекиси водорода образуются N-оксиды пиридина и хинолина соответственно. Несмотря на кажущую дезактивацию ароматического ядра N-оксиды пиридина и хинолина гораздо более реакционноспособны по отношению к электрофильным агентам, чем свободные производные пиридина или хинолина. В N-оксидах присутствует одна из резонансных форм, в которой отрицательный заряд локализован на 4-м атоме. Действительно, N-оксиды пиридина и хинолина вступают в реакции электрофильного замещения по 4-му положению ароматического кольца. Эту реакцию используют для введения заместителей в труднодоступное 4-е положение пиридиновой или хинолиновой системе.
Шестичленные гетероциклические соединения и их конденсированные аналоги широко представлены в природе. Они входят в состав нуклеиновых кислот – т.н. азотистые основания:
Образование структурной единицы нуклеиновой кислоты можно схематично представить как присоединение сахарного остатка с образованием связи между имидазольным азотом аденина и гликозидным центром сахара (рибозы) и образование эфира фосфорной кислоты по гидроксильной группе в 5-м положении рибозного фрагмента (на примере аденина).
В составе структурных единиц РНК присутствует рибоза, а в ДНК дезоксирибоза (рибоза с отсутствием гидроксильной группы во 2-м положении).
Азотистые основания каждой ветви спирали ДНК направлены внутрь навстречу друг друга и попарно взаимодействуют за счет образования водородных связей. Эти связи удерживают ветви спирали вместе и задают шаг спирали.
Аденин образует две разнонаправленные водородные связи с урацилом или тимином, а гуанин образует три водородные связи с цитозином.