Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами

Пиридазин, пиримидин и пиразин являются изомерными шестичленными гетероциклами с двумя гетероатомами азота. Они носят общее название азины:

Диазины являются ароматическими соединениями (это замкнутые π,π-сопряженные системы, в которых делокализовано 6 электронов).

Подробнее остановимся на свойствах пиримидина.

Реакционная способность пиримидина в реакциях электрофильного замещения понижена из-за электроноакцепторного влияния двух пиридиновых атомов азота, поэтому реакции S_E практически не протекают.

В связи с тем, что пиримидин является ещё более π-недостаточной системой, чем пиридин, для него характерны реакции нуклеофильного замещения, например, реакция Чичибабина. Аминирование протекает в положениях 2, 4 или 6, в которых электронная плотность особенно понижена:

Основные свойства пиримидина ниже, чем пиридина, также из-за электроноакцепторного влияния второго атома азота. В отличие от пиридина пиримидин не образует соли с водой, он реагирует с сильными минеральными кислотами:

Особенно важны гидрокси- и амино-производные пиримидина – урацил, тимин и цитозин, являющиеся компонентами нуклеиновых кислот (см. стр.204).

К производным пиримидина относится также барбитуровая кислота и барбитураты.

Барбитуровая кислота является циклическим уреидом малоновой кислоты. Она может быть получена при взаимодействии мочевины с диэтиловым эфиром малоновой кислоты:

Для барбитуровой кислоты характерны два вида таутомерии – лактам-лактимная и кето-енольная:

Наиболее стабильной является триоксоформа, т.е. лактамная кето-форма. За счет существования в енольной таутомерной форме барбитуровая кислота проявляет сильные кислотные свойства (она сильнее, чем уксусная).

Многие 5,5-дизамещенные производные барбитуровой кислоты, так называемые барбитураты, применяются в медицине как снотворные и противосудорожные препараты.

Для барбитуратов возможна только лактам-лактимная таутомерия. Они проявляют кислотные свойства за счет лактимной формы, образуя соли с одним эквивалентом щелочи:

Примерами барбитуратов являются барбитал (5,5-диэтилбарбитуровая кислота), фенобарбитал (5-фенил-5-этилбарбитуровая кислота).

Пиримидиновое кольцо входит также в структуру витамина В₁ (тиамина) и кокарбоксилазы (см. стр. 143,144).

Из конденсированных гетероциклических систем в природе наиболее распространены соединения пуринового ряда.

Пурин образован конденсированными ядрами пиримидина и имидазола. Пурин является ароматическим соединением. Это замкнутая p,π-сопряженная система, в которой делокализовано 10 электронов (пиридиновые атомы азота в положениях 1, 3 и 7 отдают в сопряжение по одному электрону, пиррольный азот в положении 9 – неподеленную электронную пару).

Пурин проявляет амфотерные свойства: пиридиновый азот в положении 7 отвечает за основные свойства, а пиррольный азот – за кислотные:

Пурин образует соли с минеральными кислотами и со щелочными металлами:

Для пурина характерна протропная таутомерия за счет переноса протона водорода от кислотного центра к основному, поэтому положения 7 и 9 в молекуле равноценны:

Гидроксипурины.Гипоксантин (6-гидроксипурин), ксантин (2,6-дигидроксипурин) и мочевая кислота (2,6,8-тригидроксипурин) образуются в организме в процессе метаболизма нуклеиновых кислот.

Для гидроксипуринов характерна лактам-лактимная таутомерия, за счет лактимной формы они проявляют кислотные свойства. Более стабильной является лактамная форма.

Важными производными ксантина являются алкалоиды (так называемые метилированные ксантины) – теофилин (1,3-диметилксантин), теобромин (3,7-диметилксантин) и кофеин (1,3,7-триметилксантин):

Их природными источниками являются листья чая, зерна кофе, какао-бобы. Кофеин возбуждает центральную нервную систему. Теофиллин и теобромин также стимулируют ЦНС, но в меньшей степени. Они проявляют диуретический эффект.

Мочевая кислота – конечный продукт метаболизма пуриновых соединений в организме. Мочевая кислота образует два ряда солей, т.е. является двух-, а не трехосновной кислотой, как можно было бы предположить.

Дело в том, что один из лактамных фрагментов мочевой кислоты является «закрепленным», т.е. не может перейти в лактимную форму из-за наличия водородной связи.

Соли мочевой кислоты называют уратами. Кислые ураты (кроме литиевых) нерастворимы в воде, средние ураты растворимы. Нерастворимые ураты могут откладываться в суставах при подагре, а также в виде почечных камней.

Производными пурина являются также аденин и гуанин – нуклеиновые основания (см. стр. 204).