Гетероциклические соединения
Гетероциклическими соединениями называются соединения, в цикле которых кроме атомов углерода содержатся атомы других элементов (гетероатомы).
Гетероциклические соединения входят в состав важнейших природных веществ: красящих веществ крови и растений (гемина и хлорофилла), нуклеиновых кислот, многих витаминов, антибиотиков, алкалоидов и др. Практически вся фармацевтическая химия является химией гетероциклических соединений.
Классификация гетероциклических соединений:
1. В зависимости от природы гетероатома различают азот-, кислород- и серосодержащие гетероциклические соединения.
2. По числу атомов в гетероцикле их делят на трех-, четырех-, пяти-, шестичленные и т.д.
3. По степени насыщенности все гетероциклические соединения могут быть отнесены к насыщенным, ненасыщенным и ароматическим.
Наибольшее значение имеют ароматические пяти-, шестичленные и конденсированные гетероциклические соединения. Для них типична высокая устойчивость гетероциклического кольца.
Гетероциклические соединения чаще всего носят тривиальные названия.
Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом:
В эту группу входят пиррол, фуран и тиофен.
Пиррол
 |
Пиррольное ядро входит в состав многих биологически важных соединений.
Производные пиррола:
| Индол – конденсированное гетероциклическое соединение, в состав которого входят бензольное и пиррольные ядра. Образуется при гниении белков. |
Индол
Cкатол
 |
Скатол – ядовитое вещество, образуется при гниении белков.
Триптофан
 |
Триптофан – a-аминокислота, которая входит в состав полипептидов растительных и животных организмов.
Важнейшим направлением в метаболизме триптофана является гидроксилирование, в результате чего получается 5-гидрокситриптофан, который при декарбоксилировании преобразуется в серотонин (биогенный амин).
  |
 |
5-окситриптофан Серотонин
Серотонин – медиатор нервных процессов в ЦНС. Нарушение его нормального обмена в организме ведет к шизофрении.
В норме серотонин окисляется в 5-гидроксииндолилуксусную кислоту и выводится с мочой.
 |
|
Серотонин 5-Гидроксииндолилуксусная кислота Другой путь метаболизма триптофана – превращение его в индолилуксусную кислоту (гетероауксин).
 |
 |
фермент
Триптофан Триптамин
 |
 |
 |
Триптамин Индолилуксусная кислота
Четыре пиррольных кольца образуют циклическую сопряженную систему, называемую порфином, которая входит в состав хлорофилла, гемоглобина, цитохромов.
Гемоглобин эритроцитов состоит из гема и растворенного в воде белка глобина.
Состав гема:
1. 4 пиррольных цикла;
2. 4 метиновых мостика (- СН=);
3. 4 радикала метил (- СН3);
4. 2 радикала винил (- СН=СН2);
5. 2 остатка пропионовой кислоты (- СН2-СН2-СООН);
6. Ион Fe2+.
 |
Гем
Ион Fe2+ находится в центре плоского порфиринового квадрата и связан с четырьмя атомами азота пиррольных колец. Пятым лигандом иона Fe2+ является остаток аминокислоты гистидина, шестое координационное место занимает кислород. Биологическая роль гемоглобина заключается в переносе кислорода в животном организме от легких к тканям. Помимо кислорода шестое координационное место могут занимать другие лиганды. В частности, действие оксида углерода (II) как дыхательного яда связано с тем, что он гораздо прочнее связывается с ионом Fe2+, чем кислород и, таким образом, блокирует действие гемоглобина.
Фуран
 |
Кольцо фурана входит в состав лекарственных средств, например, фурацилина и фуразолидона. Они эффективны при гнойно-воспалительных процессах, вызываемых микроорганизмами (дизентерии, брюшном тифе и т.д.).
Тиофен
 |
Производным тетрагидротиофена является биотин (витамин Н), отсутствие которого в пище нарушает обмен белков и липидов в организме и ведет к кожным заболеваниям. Производные тиофена входят в состав ихтиоловой мази, оказывающей противовоспалительное, антисептическое и местное обезболивающее действие.
Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами:
Имидазол
 |
Имидазольное кольцо входит в состав пуриновых оснований, некоторых аминокислот и алкалоидов.
Гистидин
 |
Гистидин входит в состав многих белков, в том числе глобина.
Гистидин в организме подвергается декарбоксилированию.
 |
 |
фермент
 |
- CO2
Гистидин Гистамин (биогенный амин)
Тиазол
 |
Тиазольный цикл входит в состав витамина В1 (тиамина) и кофермента кокарбоксилазы.
Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом:
Пиридин
 |
Пиридиновое ядро встречается во многих алкалоидах, входит в состав некоторых витаминов группы В.
Никотиновая кислота
 |
Никотиновая кислота и ее амид - никотинамид получили известность как две формы витамина РР, применяющегося в медицине для лечения пеллагры.
Амид никотиновой кислоты
 |
Никотинамид является составной частью ферментных систем, ответственных за окислительно-восстановительные процессы в организме, а диэтиламид никотиновой кислоты - кордиамин служит эффективным стимулятором ЦНС.
Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами:
Пиримидин
 |
Производные пиримидина объединяются в группу пиримидиновых оснований. К ним относятся урацил, тимин, цитозин.
Пиримидиновые основания являются структурными компонентами нуклеиновых кислот (ДНК, РНК). Для пиримидиновых оснований характерна лактим-лактамная таутомерия.
Лактимы- гидроксильные соединения, в которых гидроксигруппа стоит при атоме углерода с двойной связью.
Такие соединения крайне неустойчивы, в них происходит внутримолекулярная перегруппировка атомов: разрывается двойная связь, атом водорода из гидроксильной группы переходит к смежному по двойной связи атому азота.
Цитозин (4-амино-2-гидроксипиримидин)
 |
 |
 |
Лактимная форма Лактамная форма
Урацил (2,4-дигидроксипиримидин)
 |
 |
Лактимная форма Лактамная форма
Тимин (2,4-дигидрокси-5-метилпиримидин или 5-метилурацил)
Лактимная форма Лактамная форма
Тиамин (витамин В1)
 |
Витамин В1 входит в структуру кофермента кокарбоксилазы.
Фрагмент Фрагмент
пиримидина тиазола
Оротат калия
 |
Оротат калия - стимулятор обменных процессов в организме.