[БЕЗ_ЗВУКА]
[БЕЗ_ЗВУКА] На прошлой лекции мы
познакомились с углеводами и рассмотрели их некоторые химические свойства.
Сейчас давайте перейдем к более сложным молекулам, обладающими более
широким спектром химических свойств, это к различным гетероциклическим соединениям.
И остановимся в первую очередь на пятичленных гетероциклах.
Но начнем по порядку.
Что такое гетероциклы?
Гетероциклическими соединениями принято называть молекулы, которые,
во-первых (ну исходя из названия),
содержат в себе циклический остов — это раз, а во-вторых, содержат гетероатом.
Возникает вопрос: а что такое гетероатом?
В органической химии гетероатомом принято считать любой атом,
который не является углеродом и водородом, то есть все, что угодно.
Чаще всего, когда говорят о гетероциклических соединениях,
сталкиваются с атомами азота либо кислорода.
Это самые распространенные гетероциклические соединения.
Реже встречаются серосодержащие, фосфор, селен, кремний,
ну а в принципе известны и достаточно экзотические молекулы, содержащие и атомы
металлов в своем цикле, но на них мы сейчас останавливаться не будем.
Какие бывают гетероциклы?
Гетероциклы бывают ароматическими и неароматическими.
Давайте вспомним, что ароматическими называются вещества,
которые удовлетворяют правилу Хюккеля, то есть молекула должна быть плоская,
иметь π-систему, π-система должна быть замкнута,
и в этой π-системе должно быть (4n + 2) π-электрона.
Ну и простейшие примеры пятичленных гетероциклов,
а именно: пиррол (то есть с атомом азота), фуран с кислородным атомом и тиофен,
содержащий атом серы, являются ароматическими соединениями.
Правило Хюккеля здесь выполняется.
Как же это происходит?
У нас есть две двойные связи, содержащие по два электрона,
то есть четыре π-электрона, и плюс каждый из гетероатомов, как азот, так и кислород,
так и сера, отдают по неподеленной электронной паре в наше сопряжение,
то есть образуется общая система электронов,
возникает сопряжение и правило Хюккеля начинает выполняться.
У нас в молекуле содержится шесть π-электронов.
Ну а в целом для ароматических гетероциклов характерны реакции,
которые мы рассматривали во втором модуле, когда обращались к ароматическим
карбоциклическим соединениям, в первую очередь — реакциям бензола.
То есть электрофильное замещение в ароматическом ряду в гетероциклах,
конечно же, присутствует.
Но есть много дополнений,
поскольку гетероатом вносит серьезное возмущение в нашу молекулу,
это и несимметричность, это и разная реакционная способность атомов, и,
соответственно, химия гетероциклов очень разнообразна и зависит от класса к классу.
Кроме ароматических, бывают, естественно,
и неароматические гетероциклы, то есть у нас не выполняется правило Хюккеля.
Ну если рассматривать на примере пиррола, у нас возможны гетероциклы,
содержащие четыре углеродных атома и один атом азота различной степени насыщенности.
То есть у нас может быть одна двойная связь,
которая где-то в цикле располагается, либо этой двойной связи может не быть совсем,
то есть мы получаем полностью предельный гетероцикл.
Также гетероциклы могут содержать несколько гетероатомов.
Например, давайте рассмотрим опять же азотсодержащие гетероциклы,
в которых добавляется по одному атому.
То есть может быть два атома — азот и кислород,
в этом случае мы получаем оксазол и изоксазол.
Может быть два атома азота в ароматическом цикле,
тогда мы получаем имидазол и пиразол.
Может быть три атома азота, три гетероатома,
в этом случае мы приходим к триазолам.
Четыре — соответственно, тетразол.
Ну и достаточно необычная молекула,
которая не получена в чистом виде — это пентазол.
Но вы тут можете возразить: какая же это органическая молекула,
нет ни одного атома углерода?
Да, действительно.
Но исторически про пентазол вспоминают,
когда как раз-таки и рассматривают азотсодержащие гетероциклы.
Что это некая молекула, которая в чистом виде, еще раз повторю, не получена,
она не устойчива, но ее производные, то есть вот тот единственный атом водорода
может быть заменен на какой-нибудь алкильный либо арильный заместитель,
они получены, описаны, хоть и являются неустойчивыми.
Еще раз повторю, что химические свойства гетероциклических соединений
очень разнообразны и сильно зависят от структуры гетероцикла.
Ну а в природе этот класс соединений чрезвычайно широко распространен.
Ну давайте некоторые примеры рассмотрим молекул,
которые либо обладают биологической активностью, либо присутствуют в природе.
3-метилиндол носит тривиальное название скатол.
Такая с виду не очень сложная молекула обладает достаточно интересным свойством.
Сам по себе скатол относится к ряду самых дурнопахнущих веществ.
То есть его запах считают отвратительным абсолютное большинство людей.
Но он нашел применение в парфюмерии, в так называемых усилителях аромата.
Практически все одеколоны,
туалетные воды содержат скатол либо подобные ему соединения.
Они являются раздражителями для наших рецепторов,
и необходимый аромат парфюмерной композиции ощущается более остро.
Еще одно из производных индола — серотонин.
Известный еще как «витамин радости», или «гормон счастья».
То есть молекула, которая отвечает за эмоциональный подъем, возбуждение,
эйфорию, и, соответственно, присутствует в нашем с вами организме.
Гетероциклы — частые гости в красителях.
Можно привести в качестве примера синий краситель индиго,
пурпур как вещество, или краситель, интенсивно красного цвета.
Многие гетероциклы могут собираться в достаточно диковинные конструкции.
То есть сами гетероциклы могут образовывать ансамбли,
которые тоже являются циклами еще более сложного строения.
Например, порфин и его производные — порфирины являются красителями,
причем их окраска закрывает практически весь спектр.
Ну и в этой связи хочется вспомнить о геме.
Всем известно,
что наша кровь обладает красной окраской в том числе из-за гемоглобина,
достаточно сложной молекулы, отвечающей за перенос кислорода к органам нашим.
Так вот в структуре гемоглобина есть молекула гема, которая является
гетероциклом, содержащим атом железа в центре этого большого конгломерата.
Ну а в следующей лекции мы познакомимся с шестичленными гетероциклами.
Денис МорозовСтарший преподаватель, кандидат химических наук
