ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Гетероциклді қосылыстар» «050721 – Органикалық заттардың химиялық технологиясы» ОҚУ-Әдістемелік материалдар

«Гетероциклді қосылыстар»

Семей 2010

1 ӘЗІРЛЕНГЕН
ҚҰРАСТЫРУШЫ « 31 » 08 2010 ж. Дінжұманова Р. Т., химия ғылымдарының кандидаты, доцент‚ «Химия» кафедрасы

2 ТАЛҚЫЛАНДЫ

2.1 Химия кафедрасының отырысында
«31» 08 2010 ж., № 1 хаттама
Кафедра меңгерушісі, доцент Яшкарова М.Ғ

МАЗМҰНЫ:
1 . Дәрістер.......................... ................................................................................ 4

2. Зертханалық жұмыстар....................................................................................

3. СӨЖ...................................................................................................................

Дәріс жоспары:

1. Гетероциклді қосылыстардың жіктелуі

2. Үш‚төрт мүшелі гетероциклдер.

1. Органикалық заттың өте көп түрлілігі. Қазіргі кезде бірнеше миллиондаған қосылыстар белгілі, ал неорганикалық қосылыстар саны небары бірнеше ондаған мыңға жетеді.

2. Органикалық заттарды неорганикалық заттардан физикалық қасиеттері жағынан айырмашылық болуы. Органикалық қосылыстар әдетте неорганикалық қосылыстарға қарағанда тұрақсыздау, тотығуы, жануы оңай.

3. Органикалық реакцияның өнімінің шығымының аз болуы.

4. Органикалық заттардың практикада көп қолданылуы.

Органикалық қосылыстардың жіктелуі.

Органикалық заттарды кластарға бірнеше түрде бөледі. Органикалық қосылыстардың жіктелуі негізінде олардың құрылысы - көміртек қаңқасы –жатыр. Органикалық қосылыстардың белгілі бір ретпен өзара химиялық байланысқан С атомдарынан С қаңқасы деп атайды.

І. С қаңқасы типіне байланысты қосылыстар 2 топқа бөлінеді.

1) Ашық тізбекті ациклді қосылыстар.

2) Циклді, тұйық тізбекті қосылыстар.

Ациклді қаңқа нормаль және изоқұрылысты болуы мүмкін.

Нормаль → С – С – С – С

Изо → С – С – С – С

С

Ациклді қосылыстар (май қатары) қаныққан, қанықпаған болып екіге бөлінеді. Тұйық тізбекті циклді қосылыстар

Карбо циклді және гетероциклді

(циклі С тек атомдардан және басқа

алициклді арендер элементтерден N,O,S,P және т.б. құралған)

(цикл3 тек С атомынан құрылған)

H₂C - CH₂

H₂C - CH₂ N

пиридин

ІІІ. Атомдар арасындағы химиялық байланыстарға қарап бөлу (қаныққан, қанықпаған).

ІV. Функциональді топтарға қарап кластарға бөлуге болады.

Функционалды топ деп заттардың қандай топқа жататынын және олардың қандай негізгі химиялық қасиеттерін сипаттайтын атом немесе атом тобын айтамыз.

Органикалық заттардың молекулада бірнеше функционалдық топтар болуы мүмкін. Егер ондай топтар бірдей болса, ( 2 галоген) (3 гидроксил тобы) онда олар полифункционалды деп аталады.

Егер бірнеше әр түрлі функционалды топ болса, гетерофункционалды деп аталады.

CH₂ - ОН этаноламин.

ациклді қосылыстар циклді

нормаль изотізбек карбоциклді гетероциклді

(алкандар) аромат қасиет көр-ді)

Көміртекпен бірге цикл құруга қатынасатын элементтер гетероатомдар деп аталады. Олардың санына сәйкес моно-, ди-немесе үш- және т. б. гетероатомдық сақиналарды айырады.

Гетероциклдердің құрамында үш, төрт, бес, алты және атомдардың одан да көп саны бола алады. Карбоциклдік қосылыстар сияқты бес және алты мүшелі гетероциклдер өте берік келеді.

Мүмкін болатын гетероциклді системалардың саны орі ка­рай коиденсацияланған ядролары бар гстероциклдердің болуына байланысты өседі.

Гетероциклді қосылыстардың табиғатта кеңінен таралуы (витаминдер, алкалоидтер, пигменттер және жануарлар мен өсімдік клеткаларының басқа да құрам бөліктері түрінде), олардың биологиялык. процестердегі маңызды ролі, сондай-ақ ауыл шаруашылығы қалдыктарынан және көмірді кокстеу өнімдерінің ұшқыш бөлігінен алу мүмкіндігі қосылыстардың бұл класын тиянақты зерттеу қажеттігін тудырады.

Қасиеттері бойынша май қатарының қосылыстарына жақьн кейбір гетероциклді қосылыстар алдыңғылармен бірге қарастырылган-ды, мысалы этилен тотығы, лактондар, екі негізді кышқылдардың ангидридтері, цианур қышқылы және т. б. Бүл косылыстар ашык тізбекті косылыстардан оңай түзіледі және сакшіа үзілгенде қайтадап оларга оңаіі айналады.

Химиялық жәпе физикалық қасистінде үлкенірек немесе кішірек дәрежеде ароматик сипат байқататын, яғнн қа-систтері бойынша бензолға ұқсас гетероциклді қосылыстар оргаішкалық қосылыстардың басқа типтеріиен жеке карастырылады. Ароматик сипаты бар өте қарапайым гетероциклді косы­лыстар— фуран (І),тиофен (II) және пиррол (III):

Бензол сияқты бұл гетероциклдердің қосып алу реакцпяларынан гөрі орьн басу реакцияларына бейімдірек келеді. Олар бензолга тән байырғы галогендеу, сульфолау, иитрлеу, Фри­дель— Крафтс реакциясына және т. б. реакцияларға туседі. Тотықсыздапдыргыштар мен тотықтырғыштардын, әсеріпе мейлінше төзімді. Химиялық тұрғыдан көрсетілген ерекшеліктер сакинналарда гетероатомның электрондық жұбы және π-байланыстардың екі электропдық жүбынан тұратьш электрондық секстеттің бар болуымен анықталады. Алты р-электрондар бензолдағы сияқты ортак электрондық бұлт құрады, мысалы фуран үшін:

Ренгенографиялық зерттеулер фуран, тиофен және пиррол молекулаларындағы атомаралық қашықтықтардың келесі мәндерін береді.

С — С қашықтығыпың қыскаруы (әдоткі мөлшері 1,5,4,А са-лыстырғанда) циклде байланыстардыц қосарлапуьшыц бар екен-

дігін дәлелденді.

Алайда бензол молекуласы және бес мүшелі гетероциклдер молекулаларыидағы электрондар секстеттерінін, тұрақтылығы әр турлі. Мысалы, тиофенде орын басу реакциялары бензолдағыдан гөрі оңайырақ өтеді. Пиррол мен фуранда ароматик қа-сиет әлсіздік сипат көрсетеді. Фуран қосылу реакцияларында әдеткі алифатик диендер сияқты болады. Оның π-электрондар секстстіиін. шамалы тұрақтылығы сақина ашуга бейімділігінен де көрінеді.

Көптеген гетероциклдер үшін гетероатомдардың алмасу реак-иіялары тән. Мұндай реакцпялар ароматик қосылыстар үшін юлгісіз.

Жалғыз гетероатомы бар гетероциклдерде нөмірлеуді сол гетероатомнан бастайды.

Циклде бірнеше гетероатомдар болғанда оларды келесі рет-еи белгілейді: О, S, N.

2. Гетероциклдерге сипаттама беріңіз?

№ 2 Дәріс. Гетероциклдердің‚ полициклдердің номенклатурасы. Қанықпаған гетероциклдердің ароматтылығы.

2. Қанықпаған гетероциклдердің ароматтылығы.

т. б. қосымшалар қойылады, олар екінші гетероциклді емес эмга сәйкес

Егер конденсацияланған системаларда гетероатом циклдер конденсацияланатын орнымен қатар орналаспаса, нөмірлеу сол орнымен катар атомнан басталады да, гетероатом ең темен цифрға ие болатындай етіп жүргзіледі:

Егер гетероцикл екі жагынан екі карбоциклді ядролармен болса, онда нөмірлеу гетероатом ең жоғары цифрға не болатындай етіп өткізіледі:

H₂C - CH₂

Бутилен окисі
Алу әдістері:

1. 
   Мырышты дигалогенмен әрекеттестіріп туындыларын галогенсіздендіру жатады.
   
2. 
   Дигалоген туындылардың натриймалон эфирімен әрекеттестіру арқылы
   
3. 
   Галоген сутегінің галогенкарбонилді қосылыстан бөлінуі
   
4. 
   Екі негізді қышқылдардың тұздарын декарбоксилирлеу
   
5. 
   Күрделі эфирлік конденсациялау арқылы
   

Химиялық қасиеттері.

1. 
   Сутектендіру
   
2. 
   Галогендіру
   
3. 
   Галогенді сутектердің әрекеті
   

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

2. Гетероциклдердің ароматтылығын қандай реакциялармен дәлелдейге болады?

Дәріс жоспары:

2. Формуласы‚ алу әдістері‚ қасиеттері.

ФУРАН

Радикал С₄ Н₃ О — фурил, ал радикал С% Из О —СН₂ — фурфу­рал деп аталады. Фуран — қайнау темп. 31° С, хлороформный иісі бар түссіз суйықтық. Суда ерімейді. Фуран меп оның гомологтары агані қараманыиыц құрамында бар.

2. Фуран алу үшін басқа бір бастапкы зат фурфурол альде­гид болып табылады.

Фурфуролды 350—360° С натрон ізбес аркылы немесе 200° С-де ұсақ ұнтакталған никельдін. үстімен өткізгенде кеміртек тотығының бөлінуі жүреді. Фурфуролды су буымен қоса хром, мырыш және марганец тотықтарыиық қосындысынан тұратын катализатор арқылы өткізу фурфуролды фуранға айналдырудың ең тиімді әдісі болып табылады. Бұл жағдайда фураннық шығымы 75—80%.

3. Фуранның ен, оңай колға түсетін және маңызды туындысы — фурил альдегиді, фурфурол — иентозандарды гидролиздеуде түзілетін пентозаларды гидратсыздандыру арқылы алы-нады (303 бет).

4. Сілекей кышқылы да сондай-ақ пиросілекей кышқылына оңай айналады:

5. Тиісті 1,4-дикетондар немесе диальдегидтерді гидратсыз­дандыру да фуран гомологтарын алудың жалпы тәсілі болып табылады.

Фуран қатары қосылыстарының химиялық қасиеттері. Фуран қатарының, қосылыстары орын басу, қосылу, оттектің орын басу және сақина ашу реакцияларына қабілетті. Фуран ядросы сілтілердің әсеріне төзімді және қышқылдарға қатысты реакциялык қабілеттілігі өте күшті (фуран ацидофобтық қасиет көрсе-теді). Бұл жағдай реагенттерді іріктеуді қамтамасыз етеді.

Орын басу реакциялары. Іс жүзінде фуранның барлық орын басу реакциялары α-қалыпта жүреді, егер ол бос болса; бұл п-электрондық тығыздықтың фуранда таралуынан да көрініп тұр. Нитро-, карбоксиль-, сульфотоптар сияқты α-қалыптардың біріне орналасқан лега-бағыттаушы топтар келссі орынбасар-дмц екінші α-қалыпқа енуіне кедергі жасамайды. Егер а-қалып-тың екеуі де бос болмаса, онда сх-калыптағы орынбасарлардың сипатына қарай орын басу екі р-қалыптың біреуінде өтеді. Мы-салы, айталық, 5-бром-2-фуранкарбон кышқылын сульфолау 3-те емес, 4-қалыпта жүреді. Екі бос а-қалыптың қайсысының жаңа орынбасар қабылдай алатынын, сондай-ақ р-қалыпта ор-наласқан топта анықтай алады.

Электрофильдік реагенттердің әрекетімен фуранныц ядро-сында орын басу бензолдағыдан гөрі елеулі оңай өтеді. Әдеткі нуклеофильдік реагенттермен фуран әрекеттеспейді.

1. Галогендермен реакция темен температураларда фуран ядросына 2,5-қалыпқа қосылу аралық сатысы арқылы өтеді. Түзілетін қосылу өнімдері галогенсутекті оңай жоғалтып, а-галогенфурандар береді:

3. Хлорлы сынап фуранмен әрексттесіп, балку температурасы дәл хлор-меркуртуынды түзеді. Бұл косылыс фурамды идеитнфикациялау үшін жұмсалады:

4. Фуранды ацилдеу хлорлы мырыш, хлорлы қалайы, хлор­лы титан немесе хлорлы сынап сияқты жүмсақ конденсацияла-ғыш агенттердіц көмегімен жиі өтеді. Фуран ядросының жеціл әрекеттесетіндігі сондай, бензолды көптеген Фридель — Крафтс реакцияларында еріткіш есебінде пайдалануға болады:

5. Калий мен натрийдіц құймасы немесе металл күйіндегі калий фуранмен фурилкалий түзеді. Үш феішлметилиатрий бензолды металдандырмайды, бірак фураиды фурилнатрийге оңай айпалдырады:

Қосып алу реакциялары. 1. Сутек фуранға косылады, мысалы, 100—150° С және 100—150 атм-д,а Реней никелінің қатысуымен:

2. Галогендердің қосылуы.

3. Азот кышқылы сірке ангидридінде 10° С негіздердің (пиридин) әреке-тімен еірке кышкылын бөліп шығарып, 2-нитрофурон түзеді:

4. Фуран сақинасының 1,3-диендік қасиеті оның малеин ангидридін қосып алу қабілеттілігінен кврінеді:

Сақинаның ашылуы. Минералдық қышқылдар фу­ран сақинасының ашылуын тудыратын ең әдеттегі реагенттер болыи табылады.

Фуран концентрациялы тұз қышқылымен қопарылыс іспеттес әрекеттеседі және ииррблмен алынатын түс сияқты бояу береді: сұйытылған тұз қышқылымен фуран қоңыр тұнба береді, НС1 қаныққан метанолмен ол янтарь альдегидінің ацетилін

түзеді:

Фурфурил Спирті концентрациялы тұз қышқылымеп өңдегенде полимерленеді, дегенмен 0,1%-тік НСІ ерітіндісіиіи әрекетімен метил спиртінің суда-ерітіндісінде левулин кышқылын береді. Гидролиа(цін бірінші өнімі ок-сикетоальдегид больп табылуы мүмкін:

Бұл реакция пептоза мен гексозаларды ажырату тосілі ретінде қызықты.

Қумырсқа кышқылып тек гексозалардың қатысуымен ажыратуга болады.

Фуран молекуласында нитро-, сульфо-, альдепідтік, кетондык және кар­боксил топтарыныц болуы тұз кышкылыпың әсерін әлсіретеді. 2,4-фурандикарбон қышқылы және 5-питро-2-фурилметил эфирі тұз қышқылымен әрекет еткенде өзгермейді.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:
1. Ароматтылық және ароматты секстет дегеніміз не?

2. Бензолдың гомологтарын атаныз?

№ 4 Дәріс. Фуран‚ тиофен‚ пирролдың химиялық қасиеттері. Негіздік және қышқылдық қасиеттері. Электрофилді орынбасу реакциялары.

Дәріс жоспары:

1. Фуран‚ тиофен‚ пирролдың химиялық қасиеттері. Негіздік және қышқылдық қасиеттері.

2. Электрофилді орынбасу реакциялары.

Бұл айналуларда өнімдер шығымы әдетте шамалы. Фураннын, өзгерулерге түсуі басқа гетероциклдердің мейлінше жоғары шығымдарын береді.

Фурфурол. Фуран туындыларының ішінен фурфурол альде­гиді ен маңызды қосылыс болып табылады, ол фураннын. Көптеген туындыларын және фуранның езін алу үшін жүмсалатын негізгі бастапқы зат.

Фурфурол ендірістік көлемде ағаш сүрегінің және құрамында пентозаны бар ауыл шаруашылық қалдықтарын, негізінен жүгері езектерін, шемішке қауызын, сабанды және сол сияқтыларды қышқылдық гидролиздеу арқылы алады.

фурфурол — піскен нанға тән иісі бар сұйықтык, қайнау темп. 162° С. Суда нашар ериді.

Фурфурол альдегидтерге тән барлық реакцияларға түседі (12-схеманы қараңыз, 579-бет). Ол бисульфит қосып алады, пиросілекей қышқылына дейін тотыгады, фурфурил спиртіне дейін тотықсызданады, Канниццаро реакциясына ұшырайды, цианды калиймен фуроин (бензоин іспеттес) түзеді, аммиакпен әрекеттесіп фурфурамид кұрады және анилинмен шифр негізін түзеді.

Фурфурол мұнай фракцияларын тазалағанда іріктегіш еріткіш есебінде, пластмассалар, фумар қышқылын және фуран сақинасы бар көптеген қосылыстарды, соның ішінде дәрі-дәрмектік препараттар алу үшін қолданылады.

Радикал C₄H₃S тиенил деп аталады. Тетрагидротиофенді тиофен деп атайды. Тиофен — қайнау темп. 84° С сүйықтық, су­да ерімейді.

1879 жылы Байер бензолды изатин және концентрациялы күкірт кышкылымен араластырғанда көк түске боялатынын тапты. (ішдофенилдік ре­акция) .

1882 жылы Виктор Мейер өз лекцияларының бірінде бұл реакцияны бен­зоин кышқылын карбоксилсіздендіру арқылы дайындалган бензол арқылы керсетуге әрекет жасады. Лекциялык, тәжірибе шықпады. Сәтсіздіктін ссбебін анықтаған уакытта «индофениндік» реакция бензолға емес, тиофенге тән екендігі анықталды, тиофен техникалық бензолдың құрамында бар және физикалык, химиялык касиеттері бойынша бензолға өте ұксас.

Әрі қарай тиофен химиясының тез дамығандығы сондай, оны бөліп алғаннан соң бес жыл өткенде-ақ В. Мейер тиофенге арналған монографиясын басып шығарды.

Тиофеннің кейбір туындыларынын антигистамимдік әсері (анафилакти-калық естен тануды тежеуге кабілеттілік) болуына, сондан-ақ ісіп ауыруға қарсы әрекет көрсетуіпс байланысты тиофен химиясына таяудағы жылдарда кайтадан кеңіл бөліпе бастады.

Бұдан баска, табиғи өнім б и о т и п п і ц кұрамында тиофен сақинасы бар експдігі көрсетілді.

СН₂—СН—NH

(СІЬҺСООН

Биотип — витамин Н-жұмырткапын сары уызында, бауыр мен сүтте болады және адам мен жануарларға биокатализатор есебінде қажет. Биотинніц ерекше витаминдік әрекеті — ол жетіспегенде өсудің тежелуінен, терінің бұзылуынан және шаштың түсуінен көрінеді.

Авитаминоз организмде белоктар мен майлардың алмасуының бұзылуымен кабаттаса жүреді.

Биотин жоғары сатыдағы өсімдіктер үшін клеткалык белінуді қолдайтын фактор есебінде қажет, ол ашытқылардың көптеген түрлері мен басқа микроор-ганизмдер үшін өсіргіш фактор болып табылады. Адамның биотинге мұктаждығы тәулігіне 6—10 |хг-ге тең.

Алу тәсілдері. 1. 1,4-дикарбонилдік косылыстарды фосфордың гептасульфидімен қыздыру тиофен мен оның гомологтары синтезінің жалпы тәсілі болып табылады. Янтарқышқыл натрийден осындай жолмен тиофен алынады:

2. Өнеркәсіпте тиофенді бутан меи күкірт буынан алады:

НС-СН

СНз—СН₂—СН₂—CH₃+4S--у 3H₂S

НС СН

Алдын ала 600° С-ге дейін қыздырған реагенттерді реакция-лык түтікте 650° С және жанасуы 0,07 секундқа тең уақытта араластырады. Шығатын газды тез салқындатады.

Электрофильдік орын басу реакцияларында (галогендердің, HN0₃, H₂S0₄ әрекет етуі) тиофен реакциялық қабілеттілік жөнінен бензол мен фуранның арасында аралық қалыпта орна-ласқан.

1. 
   Тиофенді тікелей хлорлау моно- және полихлортиофендердің қосындысын береді, бірақ хлорлы сульфурил тек 2-хлортио-фен береді және 2-метилтиофенді 5-хлор-2-метилтиофенге айналдырадыТолуолды хлорлау үшін қолайлы жағдайлардың өзінде де 2-метилтиофеннің бүйір тізбекке хлорлануға бейімділігі жоқ.
   

Иод және сынап тотығыиың әрекетімеп тиофен 2-қалыпқа қанағаттанарлық иодтанады.

2-бром-және 2-иодтнофеннен Гриньяр реактивтері оңай түзіледі. Олар, бензол катарындағыдай қышқылдар, альдегидтер, кетондар меп спирттер алу үшін колдамылады. Бұл реагенттердің сумен реакциялары 2 немесе 5-қалыптағы бром атомдарын сутекке ауыстыру үшін пайдаланылады.

2. Күкірт және хлорсульфон қышқылдары, сондай-ақ пири-динмен S0₃ комплексі тиофенді 2-сульфоқышқылға айналдырады:

3. Азот қышқылымен сірке ангидридінде нитрлеу 2-нитро-және 3-нитротиофен береді. 2-Нитротиофенді әрі қарай 2,4- және 2,5-динитротиофендердің қосындысына дейін нитрлеуге болады, алайда үш нитротоп енгізуге қол жетпейді:

Сол сияқты 2-тиофенкарбон қышқылы 4- және 5-нитротуын-дылардың қосындысын түзу арқылы нитрленеді.

Сонымен, бензол қатарында жега-бағыттаушы болып табылатын топтар тиофенде күкірттіғт күшті бағыттағыш әсерінін, салдарынан өзінің ерекше лета-бағыттағыш әсерін сақтамайды.

4. Фридель — Крафтс бойынша галогеналкилдермен алкилдеу бәлкім, полимерленуді тудыратын тым қатаң жағдайлардың салдарынан тиофен гомологтарының төменгі шығымын береді.

Сондай-ақ Вюрц-Фиттиг реакциясы (мысалы, 2-этилтиофен алу макса-тымеи жүргізілетін 2-бромтиофенніқ бромды этил және натриймен реакция­сы) да жақсы шығым бермейді.

Олефиндермен реакция тікелей алкилдеудің ең жаксы тәсілі болып табылады. Изобутиленмеп алкилдеу 2-және 3-үшіншілік-бутилтиофендердің тең мөлшерлерін береді:

Алкилтиофендерді сондай-ақ альдегидтер немесе кетоидарды тотықсыздандыру арқылы алуға болады.

5. Тиофенді хлорлы алюминийдің қатысуымен хлорлы аце­тил 2-қалыпқа ацилдейді (ацетилдейді). Катализатор есебінде фосфор қышқылы немесе иод жұғынының қатынасуымен сірке ангидридін де сол мақсат үшін пайдалануға болады:

6. Тиофен сакинасына альдегидтік топты енгізу үшін Гетерман реакциясын пайдалануға болады, алайда 2-тиофен-карбальдегидтіц жаксырақ шығымдары N-метилформанилид пен фосфордың хлортотығынан алынады:

7. Тиофеи ароматик альдегидтермен әрекеттеспейді жәие сондықтан тұз қышқылымен дымдалган қарағай тамызығымен өтетін пирролға тән реакция тиофенмен жүрмейді.

Алайда формальдегид және хлорлы сутек тиофенмсн 2-хлорметилтиофен береді:

8. Хлорлы сынап жәие тиофен 2,5-дихлормеркуртиофен түзеді. Гидролиз тиофенді калпына келтіреді. Бұл реакция шикі бепзолдан тиофемді бөліп алу үшін қолданылады. Хлормеркури-топ ацилдерге, бром немесе иодка оңай алмасады:

Қ о с ы п алу реакциялары. Тиофен ядросы фуран жағдайында орын алған малеин ангидриді емес, сутек пен галогендерді қосып алуға қабілетті.

1. Сутектіц тиофенге катализдік қосылуы 2—4 атм және қалыпты температурада палладий катализаторының қатысуымен өтіп, тетрагидротиофен (тиофен) түзіледі:

Тиофеннің гомологтары мұнайларда бар.

2. Хлордың тиофенге қосылу өнімдері кристалдар түрінде бөлініи шығады. Сілтімен өңдегенде ол хлортиофеидерге айналады:

Пиррол — қайнау температурасы 130° С түссіз сұйықтық. Сақтағанда тусі боялады және смолаланады. н-Бутиламиннен гөрі (78° С) елеулі жоғары температурада қайнайды. Пиррол іс жүзінде суда ерімейді, ал н-бутиламин сумен араласады.

Рунге (1834 ж.) тас көмір смоласының кейбір фракцияларыпың жорамал қүрам бөлігіне пиррол (қызыл май) дегеи ат берді, өйткеиі ол тұз кышқылы-мен дымдалгап карағай жаңқасын кызыл түске бояйды. Бүл зат таза күйінде 1858 жылы (Андерсон) бөлініп алынды, ал оның құрылымын 1870 жылы Байер тағайындады.

Пиррол тас көмір смоласында және мстилдік гомологтарымен бірге сүйек майында кездеседі.

Пиррол туындыларының үлкен биологиялык маңызы бар. Оларға өсімдіктердегі хлорофилл, кандағы гемин, өт пигменттері сияқты заттар жатады. Пирролдың тотықсыздандырылған сақинасы (пиррелидин) кептеген алколоидтар (639-бет) және аминоқышқылдарда (593-бет) кездеседі.

Әрбір С-моноорыналмасқан пирролдың екі а- және р-изомері түрінде болады.

Әрбір С-екіорыналмаскан өнім төрт изомер түрінде болады: а, а'-, а, р-, а, р' немесе р, р'-.

Дигидропирролдарды пирролиндер деп атайды. Толық то-тықсызданған пирролдар — тетрагидропирролдар — пирроли-диндер деп аталады.

Кетопирролдарды пиролидондар және кетопирролиндерді — пирролидондар деп атайды.

Янтарь диальдегидінен бұл реакцияда пиррол түзіледі.

2. Қант немесе сілекей қышқылдарының аммоний тұзы гли-церинмен қоса 200° С-де қыздырғанда пиррол береді. Жоғары температураларда бұл тұздың бос қышқылға дейін диссоциациялануы күмәніз, ол қышқыл гидратсызданады, карбоксилсізденеді және аммиакпен реакцияға туседі:

Аммоний сахаратының шығымы жақсы, бірақ сілекей қышқыл аммонийдің алынуы оңайырақ.

3. Өндірісте пирролды фурон мен аммиактан алады (578 бет).

4. Аммиак пен 1,4-бутиндиолдың буын алюминий тотығы (95%) мен торий тотығының (5%) қосындысының үстімен 300° С-де өткізгенде жоғары шығыммен пиррол түзіледі:

Егер аммиактың орнына біріншілік аминдерді алсақ, онда N — орын алмасқан пирролдар алынады, мысалы анилин N-фе-нил пирролды береді.

5. Пирролдың кұрылымы ол янтарь қышқылының имидіне мырыш үнтағын қосып айдағанда түзілуі арқылы көрнекті түрде дәлелденеді:

Химиялық қасиеттері. Пирролдың диполь моменті (1.83Д) ядроға карай бағытталған, соның салдарынан көміртек атомдарында электрондардың тығыздығы жоғары болады. Сондықтан бензол және тіпті анилиннен де гөрі пиррол электрофильдік реагенттермен жеңіл әрекеттеседі. Нуклеофильдік реакциялар пир­рол қатары үшін сирек.

Қышқылдық-негіздік қасиеттері. Пиррол өте әлсіз қышқыл (К = 5,4 • 10-¹⁵) болып табылады, фенолдан (К= 1,3 • 10^-10) гөрі әлсіздеу. Ол сутекті бөле отырып пиррол түзын түзеді де калиймен әрекеттеседі. Ылғалдың қатысынсыз пирролкалийді пиррол мен күйдіргіш калийді қоса балқыту арқылы алуға болады:

2. Ароматты сақинадағы орын басу реакциясының механизмі қандай?

Дәріс жоспары:

1. 
   Қосып алу реакциялары.
   

Пирролидин (қайнау темп. 88° С) әдетте екіншілік амин болып табылады. Ол сумен араласады, оның негіз есебіндегі диссоциациялану константасы К = 1,3 - 10 ³.

Пролин (2-пирролидинкарбон қышқылы)

және оксипролин (4-окси-2-пирролидин карбон қышқылы) пирролидиннің маңызды туындылары болып табылады, олар белоктык заттар ыдырағанда түзіледі.

Пирролидин ү-аминомай қышқылының лактамы болып табылады. Ол ү-бутиролактон мен аммиактан өндірістік көлемде өндіріледі. Сілтілік катализатордың қатысуымен ол «най-лон-4» деп аталатын сызықтық полимер береді.

NH найлон-4

Пирролидон мен ацетиленді конденсациялау N - в и н и л-пирролидонға апарып соғады, ол поливинил пирролидонға полимерленеді:

Кейінгісі суда коллоидтық ерітінділер береді, олар қан плазмасының баламасы ретінде, сондай-ақ желімдегіш және байланыстырғыш материал есебінде пайдаланылады.

Порфин туындылары. Алкилденген пирролдық ядролар көптеген биологиялық маңызды пигменттердің, мысалы, қанның, есімдіктердің жасыл бөлігінің, оттің, пигменттерінің, сондай-ақ Ві2 витаминінің негізін қалайды.

Сондыктан пиррол және алкилденген пирролдар сүйек майында болады — олар қан пигментін жасап шығаратын сүйек майынын ыдырауымен тузіледі. Бұл пигменттердің барлығының құрамыпда жазық 16-мүшелі сақи-на — и о р ф и н н і қ ядросы бар.

Табиғи пигменттерден алынатын порфиндердіқ пирролдық ядроларының әрбір |5-қалпында орынбасарлары бар:

3. Пиррол

Табиғи пигменттер порфириндердің металдық хелат (тарамдалған) комилекстері болып табылады. Мысалы, протопорфирин сілтілік ерітіндіде хлорлы темірмен қан пигменті — гемин береді. Геминнің синтезін Г. Фишер сипат-тап жазған (1929 ж.) Геминнен сілтінің әрекетімен бос негіз гематин [С₃4Нз2Ы40₄Ғе]+ОН— түзіледі:

Хлорофилл порфириннің ұзын тізбекті қанықпаған спирт — фитолмен С₂₀Н₃9—ОН эфирленген магнийлі комплексі болып табылады. р%хлорофилл-дің а-хлорофиллден айырмашылығы оның 3-калыпта альдегидтік тобы (ме­тил топтың орнына) бар. Орыс ботанигі М. С. Цветтің а және Р хлорофиллдерді бөліп алуы хромотография дамуының бастамасы болды.Геминнін де, хлорофиллдіц де порфириндік ядросы биологиялық бір ғана схема бойынша глицин мен сірке қышқылынан синтезделетіндігі танбалаиғап атомдар әдісімен тағайындалады. Хлорофиллдің лабораториялық синтезі 1930 жылы жүзеге асырылды (Р. Вудворд).

Бауырдан алынатын және де қауіпті кан аздықты емдеуде тиімді турде колданып жүрген,В_І2 витамині лорфирнидік ядросы бар СбзНдоОнЫнРСО кобальттык комплекс болып табылады. Оның кұрылымы химиялық және рент-генструктуралық анализ арқылы 1955 жылы толық тағайындалды. Ол кұ-рылымы белгілі ең күрделі белоктык емес органикалық қосылыс болып та­былады.

Порфириннін пикельдік және ванадийлік комплекстері кейбір жерлердеи өидірілетін мұнайда кездеседі.

4. ИНДОЛ

И н д о л — балку темп. 52° С түссіз кристалдық зат. А. Байер 1866 жылы индигоның ыдырау өнімі алғаш рет оксииндолды мырыш ұнтағымен қосып айдағанда алынған. Тас көмір смоласынан табылған.

NH индол(Йензопиррол)

Индол және 3-метилиндол — скатол (балқу темп. 95° С) белоктар шірігенде пайда болады. Олар қолайсыз иіске тән ерекше иіс береді. Концентрациясы көп мөлшерде азайтылган таза индолда гүл иісі болады. Ондай иіс жасмин гүлдері мен апсльсиндерге тән.

Дәріс жоспары:

2. Скрауп синтезі.

Алу тәсілдері. Индол мен оның гомологтарын алудың ең ма-ңыздысы келесі тәсілдер болып табылады.

1. Формил-о-толуидиғшің молекула ішіндегі конденсациясы. Бұл синтез индолдың қүрылымын көрнекі түрде дәлелдейді:

СН СН₃ СН

2. Эр түрлі басқа о-орын алмасқан анилиндердін молекула ішіндегі конденсациясы, мысалы, о-аминофенилацетальдегидтен су бөлінуі арқылы жүреді.

3. Фишер реакциясы. Индолдын, орын алмасқан туындыла-рын алудың ең жалпы тәсілі — альдегидтер мен кетондардың феншігидразондарын хлорлы мырышпен немесе күкірт қышқы-лымен (Фишер) немесе хлорлы мыслен (А. Е. Арбузов) коса кыздырумен тұжырымдалады.

Химиялык касиеттері. Индол мен оның карапайым туындыларының реакциялары пирролдың реакцияларына ұқсас.

Пиррол секілді индолға әлсіз негіздік және оның үстіне фенолдық қасиеттер тән. Ол қышқылдар әсерімен смолаланады, тұз қышкылымен дымқылданган қарағай жаңканы шие-кызыл түске бояйды.

1. Индол металдык туындылар — индол-калии және индол-натрий құрады:

Индолды тек жеңіл әрекет ететін реагенттермен, мысалы, хлорлы сульфурил, диоксандибромидтің көмегімен галогендеуге болады. Индолды натрий этилатының қатысуымен эфирлік ерітіндіде этилнитратпен нитрлегенде 3-нитроиндол алынады. Бірақ пиридин мен S0₃ комплексімен индолды сульфолағанда 3- емес, 2-сульфоқышқыл алынады:

3. Диазоний тұздары индолмен 3-азот туындыларьн береді:

Изатин (I)— ашық-қызыл кристалдар. Гетероароматик циклдері жоқ, бірақ өте ароматик касиеттес зат (тотығуға төзімді). Ол о-аминофенил глиоксил кышкылының («изат кышкылыныц» (II) лактамы болып табылады және сілтімен кыздырғанда бұл кышқылды оцай береді:

2. Скрауп синтезі бойынша қандай қосылыстар реакцияға кіріседі?

Дәріс жоспары:

2. Алкалоидтер.

Алу тәсілдері. Индол мен оның гомологтарын алудың ең ма-ңыздысы келесі тәсілдер болып табылады.

1. Формил-о-толуидиғшің молекула ішіндегі конденсациясы. Бұл синтез индолдың қүрылымын көрнекі түрде дәлелдейді:

2. Эр түрлі басқа о-орын алмасқан анилиндердін молекула ішіндегі конденсациясы, мысалы, о-аминофенилацетальдегидтен су бөлінуі арқылы жүреді:

Пиррол секілді индолға әлсіз негіздік және оның үстіне фенолдық қасиеттер тән. Ол қышқылдар әсерімен смолаланады, тұз қышкылымен дымқылданган қарағай жаңканы шие-кызыл түске бояйды.

1. Индол металдык туындылар — индол-калии және индол-натрий құрады:
2. Электрофильдік орын басуда орынбасар 3-қалыпқа енуге бейімірек (пирролдан айырмашылығы); егер бұл қалып бос болмаса, онда орынбасар 2-қалыпқа бағытталады. Мұндай ба-ғытталу индолдың молекуласында электрондық тығыздықтың таралуына сәйкес келеді:

Индолды тек жеңіл әрекет ететін реагенттермен, мысалы, хлорлы сульфурил, диоксандибромидтің көмегімен галогендеуге болады. Индолды натрий этилатының қатысуымен эфирлік ерітіндіде этилнитратпен нитрлегенде 3-нитроиндол алынады. Бірақ пиридин мен S0₃ комплексімен индолды сульфолағанда 3- емес, 2-сульфоқышқыл алынады:

3. Диазоний тұздары индолмен 3-азот туындыларьн береді:

Изатин (I)— ашық-қызыл кристалдар. Гетероароматик циклдері жоқ, бірақ өте ароматик касиеттес зат (тотығуға төзімді). Ол о-аминофенил глиоксил кышкылының («изат кышкылыныц» (II) лактамы болып табылады және сілтімен кыздырғанда бұл кышқылды оцай береді:

СО топ 2-қалыпта активтік емес, оған амидтік сипат тән, ал 3-қалыпта — кетон сипаттас. Изатин негізінде (бірақ жаппай емес) имид түрінде (III) болады.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

2. Алкалоидтер дегеніміз не?

№ 8 Дәріс. Екі әр түрлі гетероатомы бар V-мүшелі гетероциклдер: оксазол‚ тиазол‚ изоксазол.

2. Химиялық қасиеттері.

Бұл класқа жататын ароматик сипаттас қосылыстардың гетероциклдік ядросында, міндетті түрде, бір немесе одан да көп азот атомдары болады. Олар — азолдар деген жалпы атпен белгілі және екінші гетероатомның табиғаты бойынша ажыратылады: оксазол, тиазол, имидазол, пиразол, үшазол (азоттың үш атомы бар), тетразол (азоттын. төрт атомы бар) және т. б.

Егер фуран, тиофен немесе пиррол формулаларындағы СН топты азот атомымен айырбастасак, біз азолдардың ең басты енімдерінің формулаларын аламыз.

Фуранға екі қосылыс сәйкес келеді: оксазол және изоксазол

Тиофенге тиазол мен изотиазол сәйкес келеді:

Пирролға диазолдар сәйкес келеді: пиразол және имидазол:

пиразол

1. ПИРАЗОЛ

Пирразол (балку темп. 70° С кристалдық зат) және оның туындылары табиғатта табылған. Олар синтетикалық жолмен алынады және дәрілік препараттар мен бояғыштар есебінде кеңінен колданылады.

1. Пирразол ацетиленге диазометанмен әрекет еткенде түзіледі:
2. Пиразолдың гамологтары сондай-ақ 1,3-дикетондар мен гидразиндерден алынады, мысалы, ацетилацетон мен гидразиннен 3,5-диметилпиразол түзіледі:

Химиялық қасиеттері. 1. Пиразол негіз болып табылады. Ол тотықтырғыштардың, сондай-ақ қышқылдар мен сілтілердің әрекетіне төзімді.

2. Пирролға қарама-қарсы қасиет көрсетіп, ол тисті қыш-қылдармен 4-қалыиқа нитрленеді және сульфоланады, яғни ацидофобтық қасиеттер көрсетпейді.

4-нитротуындыны тотықсыздандыру арқылы 4-аминопиразол алынады; ол диазоттану және диазоний тұздарымен бірігу реак-циясына қабілетті:

4-аминопиразол

4-нитропиразол

3. Пиразол бөліну сәтіндегі сутекнен (натрий жэне спирт) дигидротуынды пиразол и иге дейін баяу тотықсызданады.

пираэолидин

Пиразолин — пиразолдан гөрі күштірек негіз. Оңай тотығады.

Пиразолон және онық туындылары. Пиразолинге пиразолон тобының маңызды туындылары сәйкес келеді:

Пиразолонның туындылары орын алмасқан гидразиндердің р-кетонқышқылдардың эфирлерімен конденсациялануы немесе дикетондерге қосылуы арқылы оңай алынады.

1-фенил-3-метилпиразолонды-5 (I) иодты метилмен метилдегенде антипирин (1-фенил-2,3-диметил-пиразолон-5) (II) —дененің қызуын басатын белгілі зат алынады.

Антипирин су мен спиртте жақсы ериді және оған ащы дәм тән. Антипириннін. суда жаксы ерігіштігі оньщ тұз тәріздес сипатымен түсіндіріледі; антипиринге бетаиндық структура тағайындалған:

Пирамидон (амидопирин), 4-диметиламиноантипирин — дененін. қызуын басатын қасиетінен басқа антиневралгиялық әсері де бар, маңызды дәрілік препарат.

Оны алу үшін антипиринді азотты қышқылдың көмегімен 4-нитрозотуындыга айналдырады. Әрі қарай тотықсыздандыру 4-аминоантипирин береді, ол метилдегенде пирамидонға айналады:

2. ИМИДАЗОЛ

Имидазол (балқу темп. 90° С, қайнау темп. 256° С)— пи-рі. Глиоксаль, аммиак пен формальдегидтен алынады:

Оның туындылары осындай жолмен құрамында қатар екі СО тобы бар қосылыстарға (глиоксаль, диацетил жэне т. б.) аммиакпен әрекет ету арқылы түзіледі.

Изомерлік пиразолдан гөрі имидазол күштірек негіз болып табылады (имидазолдыц негіздік константасы 1,2-Ю-⁷ пигіа-эолдыкі — 3,4- Ю-¹²). ' ^Р

Белоктардын кұрамына кіретін аминоқышқыл гистидин (I) және белок-тар шірігендеп гистилиннің ыдырау өнімі — гистамин (II) имидазолдыц ма-дызды туындылары болып табылады.

Имидазолдың ядросы бірқатар алкалоидтардың мысалы, синтезін алғаш рет Н. А. және В. А. Преображенскийлер (1935 ж.) іске асырған пило­карпин (III) скелетнпң кұрамдық элементі болып табылады:

3. ТИАЗОЛ

Тиазол (қайнау темп. 117° С) табиғатта табылмаған, бірақ тиазолдың ядросы көптеген табиғи қосылыстардың күрамы-на кіреді. Ві витаминінің бөлшектенуі тиазолдың туындысын береді. Тиазол туындыларының қатары дәрілік препараттар то-бын сульфотиазолдар құрайды.

Тиазолдар тіюамидтер мен хлоркетондардыц немесе а-хлоральдегидтердің әрекеттесуімен түзіледі:

Егер бҰл реакция үшін хиоформамид жэне хлорсірке альдегидін пайдалансақ, онда тиазол түзіледі:

2-Амипотиазол — сульфотиазол дайьшдаудағы аралык. зат. Тиомочевина және хлорацетальдегидтен дайындалады. Диазоттануға түсе алады. Диазоиий тузынан әдеткі тәсілдермен 2-хлор немесе 2-бромтиазол ие тиазолдың өзі алынады:

Пенициллин көгерген сацыраукүлақ сипаттас дақылдан Penicilium natatum бөлініп алынған. Бұл алғашқы ашылған және колдану тапқан антибиотиктердің біріншісі, олар бактериялық инфекциялық ауруларды емдеуге пайдаланылады.

Пенициллиннің молекуласында [3-лактамдык циклмен коііденсацняланған тиазолидиндік сақина бар:

Оның үш асимметриялық көміртек атомы бар. Ең белгілі төрт пенициллин тек R орынбасарларымен ғана айырылысады:
Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:
1. Пиразолдың алу әдістері қандай?

2. Пенициллин молекуласының формуласы?

Дәріс жоспары:

1. Бір азот атомы бар VІ-мүшелі гетероциклдер: пиридин және оның туындылары.

2. Химиялық қасиеттері.

Пиридинді үш валентті тобы СН – азот атомына айырбасталған бензол есебінде қарастыруға болады:
пиридин
Пиридиндік ядродағы қалыптар әдетте цифрлармен немесе грек әріптерімен белгіленеді.

Құрылым теориясына сәйкес үш моноорыналасқан және орынбасарлардың бірдей немесе әр түрлі болуына байланысты алты немесе он екі орынамасқан өнімдер болуы тиіс.

Монометилпиридиндер – пиколиндер‚диметилпиридиндер-лутидиндер‚ үшметилпиридиндер коллидиндер деп аталады.