7. Охарактеризуйте механизм реакций электрофильного замещения на примере

7. Охарактеризуйте механизм реакций электрофильного замещения на примере
реакций алкилирования и ацилирования пиррола. Ориентация замещения.
Сравните реакционные способности пиррола и бензола в реакциях Se ( на примере
реакций сульфирования и нитрования). Напишите уравнения реакций
характеризующих амфотерность имидазола.
По
электронному
строению
пиррол
является
ароматическим
соединением и, как следствие, реакции электрофильного замещения для
него характерны в большей степени, чем присоединения. При этом их
реакционная способность изменяется в последовательности: пиррол >
бензол. Повышенная реакционная способность этих соединений по
сравнению с бензолом связана с положительным мезомерным эффектом
гетероатома, который, с одной стороны, приводит к появлению частичного
отрицательного заряда на атомах углерода в составе гетероцикла,
обуславливающего большее сродство к электрофилу, а с другой стороны,
приводит к более эффективной стабилизации катионного интермедиата
этой реакции – пи-комплекса и, следовательно, к снижению энергии
переходного состояния реакции.
Поскольку
пиррол
неустойчив
в
кислых
средах,
реакции
электрофильного замещения для него проводят в существенно более
мягких условиях, чем обычно используются для бензола. Электрофильное
замещение для пиррола протекает преимущественно в положение 2,
поскольку возникающий при этом пи-комплекс обладает более низкой
энергией вследствие более эффективной резонансной стабилизации, чем
сигма-комплекс, образующийся в результате электрофильной атаки по
положению 3.
Алкилирование пиррола по Фриделю-Крафтсу невозможно, поскольку
кислоты Льюиса, подобно протонным кислотам, разрушают гетероцикл,
вызывая осмоление реакционной смеси. Ацильные же производные этого
гетероцикла могут быть получены, однако, в условиях более мягких, чем
используют при ацилирования производных бензола.
Ацилирование пиррола уксусным ангидридом при 1000C приводит к
смеси
2-ацетил-
и
2,5-диацетилпирролов.
Наличие в
положении
1
электроноакцепторной фенилсуль-фонильной группы изменяет ориентацию
электрофильного замещения: ацилирование 1-фенилсульфонилпиррола по
Фриде-лю-Крафтсу селективно идет по положению 3. Под действием CHCl3 в
щелочной среде пиррол форматируется с образованием 2-формил-пиррола.
При использовании CHCl3 из-за образования дихлоркарбена идет побочная рция с образованием 3-хлорпиридина:
Пиррол значительно активнее бензола в реакциях электрофильного
замещения, т.к. атом азота, предоставляя в систему сопряжения два
электрона (+М-эффект), повышает электронную плотность в цикле.
Устойчивость пиррола как ароматической структуры значительно
меньше, чем бензола. Под действием сильных минеральных кислот
электронная пара азота все же используется для солеобразования, и свойства
пиррола резко меняются: ароматичность исчезает (в системе сопряжения
остается всего 4 электрона). При этом проявляются свойства диена,
например, способность к полимеризации.
-
N +H+
N +H +
+
-H
N
NH
-H+
Имидазол
NH
–
более
сильное
основание, чем пиррол. Амфотерность
+
NH
приводит к тому, что его участие в той или
иной реакции зависит от среды: в кислой среде кольцо заряжается
положительно, в щелочной – отрицательно.
16. Осуществите синтез лек. вещества: антипирин NaNO2 + HCl 1 Fe + HCl 2
C6H5CHO 3 (CH3)2SO3 4 CH2O + NaHSO3 5. Назовите все соединения. Опишите
спектр лекарственного действия 5.
H2N
O
CH3
CH3
N CH
H3C
10% HCl
(OH-)
N
N
CHO
H3C
C6H5
N
O
N
C6H5
3
1. нитроантипирин
2. аминоантипирин
3. бензилиденаминоантипирин
CH3
CH N
CH3
H5C6
(CH3)2SO4
CH3SO4
N
O
N
CH N
CH3
-
N
O
CH3
N
C6H5
H3CHN
C6H5
NaO3SH2C
CH3
N
O
N
CH3
CH3
H3C
HCHO
NaHSO3
N
O
C6H5
CH3
N
N
CH3
Анальгин
Применение: Артралгии, ревматизм, хорея, боли: головная, зубная,
менструальная, невралгия, ишиалгия, миалгия, при коликах (почечная,
печеночная,
кишечная),
расслаивающей
инфаркте
аневризме
аорты,
легкого,
тромбозе
инфаркте
миокарда,
магистральных
сосудов,
воспалительных процессах (плеврит, пневмония, люмбаго, миокардит),
травмах,
опухолях,
ожогах,
орхите,
пневмотораксе,
лихорадочный
декомпрессионной
панкреатите,
болезни,
перитоните,
посттрансфузионных
синдром
при
острых
опоясывающем
перфорации
осложнениях,
инфекционных,
лишае,
пищевода,
приапизме;
гнойных
и
урологических заболеваниях (простатит), укусах насекомых (комары, пчелы,
оводы и др.).
23. Дайте определение гетероцикл системам – диазинам. Классификация
диазинов. Сравните ароматичность пиримидина и пиридина на конкретных
реакциях нитрования и галогенирования. Осуществите превращения β- пиколин [O]
1 PCl5 2 диэтиламин 3. Промежуточные соединения и продукт реакции назовите.
Каково применение соединения 3
Диазины - шестичленные гетероциклические соединения с двумя
гетероатомами, оба из которых являются атомами азота. К диазинам
относятся производные пиридазина, пиразина, пиримидина.
Атом азота в реакциях электрофильного замещения ведет себя как
заместитель 2-го рода, поэтому электрофильное замещение происходит в
мета-положение.
1. Реакции электрофильного замещения.
Эти реакции протекают в жестких условиях. Здесь атом азота
пиридинового кольца - положение ииграет роль заместителя II рода,
направляющего группы в
затрудняющего реакции электрофильного
замещения (по сравнению с бензолом).
Электрофильное замещение для пиримидина (как и для пиридина)
затруднено и проходит в положении 5; нуклеофильной атаке подвергается
обычно атом углерода в положениях 4 и 6.
Электрофильное замещение в самом пиримидине затруднено в еще
большей степени, чем в пиридине. При введении донорных заместителей
процесс электрофильного замещения становится возможным.
При одном донорном заместителе успешно идет нитрование и
галогенирование в основном по положению 5.
C 5H4N-CH3 + 3О = C 5H4 N-CООН + Н 2 О
Никотиновая кислота (1)
Или
+ 3О =
C 5H4 N-CООН + РСL5 = C 5H4 N-COCl + POCl3 + HCl
Галогенангидрид никотиновой кислоты (2)
C 5H4 N-COCl + (CH3)2NH
=
C 5H4 N-CONHCH3 +
CH3Cl
метилпиридидметиламид (3)
35. Приведите формулы и дайте названия заместительной номенклатуре
бензопиронов: хромона, кумарина, флавона и их гидроксипроизводных. Где нашли
они применение?
Кумарины — кислородсодержащие гетероциклические соединения,
являющиеся
производными
бензопирона.
Кумарины
широко
распространены в растениях (более 200 соединений). К хромонам относят
ненасыщенные
гетероциклические
кетоны,
относящиеся
к
конденсированной системе бензопирона. Известно более 50 природных
производных
хромона.
Кумарины
обладают
спазмолитическим,
антикоагулянтным, коронарорасширяющим и фотосенсибилизирующим
действием. Для хромонов характерно спазмолитическое, бактерицидное и
бактериостатическое действие. Структура БЕНЗОПИРАНЫ-фрагмент
некоторых
алкалоидов,
флавоноидов,
токоферолов,
антоцианов.
Производные хромена и хромона относятся к витаминам группы Р (рутин,
квертицин, рамнетин), являются спазмолитич. и гипотензивными
средствами (келлин, карбохромен).
Флавон
2-фенил-4-хроменон, a -фенилхромон
Кумарин
2-хроменон
Хромон
бензо
пирон
44. Дайте определение классу алкалоидов. Какие свойства объединяют алкалоиды в
один класс соединений? Подтвердите эти свойства приведенными реакциями.
Укажите кислотный и основный центры в молекулах теобромина и теофиллина,
напишите уравнения реакций взаимодействия их с соляной килотой и гидроксидом
натрия. Какова цель применения этих алкалоидов.
Алкалоид - это циклическое органическое соединение, содержащее азот в
отрицательной степени окисления и имеющее ограниченное распространение
среди живых организмов. (По Пельтье).
Требование наличия циклического фрагмента в структуре молекулы
исключает из списка алкалоидов простые низкомолекулярные производные
аммония,
а
также
H2N(CH2)4NH2,
циклические
спермидин
полиамины,
такие,
как
H2N(CH2)4NH(CH2)3NH2
и
путресцин
спермин
H2N(CH2)3NH(CH2)4NH(CH2)3NH2. В то же время требование наличия
азота в отрицательной степени окисления (с.о.) обусловливает включение в
список алкалоидов аминов (с.о. -3), аминоксидов (-1), амидов (-3) и
четвертичных аммониевых солей (-3), но исключает нитро- (+3) и нитрозо(+1) соединения. При этом важно, чтобы соблюдалось условие ограниченной
распространенности в живой природе, иначе почти все природные азотистые
соединения
пришлось
бы
причислить
к
алкалоидам.
Определение
алкалоидов, предложенное Пельтье, удобно в том отношении, что
подтверждает отнесение к алкалоидам большинства тех соединений,
которые, хотя традиционно считаются алкалоидами, должны были бы
исключаться
из
их
числа
согласно
классическому
определению
Винтерштейна - Трира. Это, например, колхицин, пиперин, фенилэтиламины,
рицинин, генцианин, буфотоксин. Поскольку структурой соединения
определяется
его
принадлежность
к
алкалоидам,
антибиотики
соответствующей структуры (например, циклосерин, глиотоксин, митомицин
С, пенициллин, стрептомицин и стрептонигрин) тоже могут быть отнесены к
алкалоидам.
В течение последних десятилетий химики
предложили
много
биогенетических схем синтеза различных алкалоидов. Большая часть этих
схем основана на мысли, что алкалоиды образуются из относительно
простых предшественников, например, фенилаланина, тирозина, триптофана,
гистидина,
ацетатных
и терпеновых
остатков,
метионина
и других
аминокислот, таких, как антраниловая кислота, лизин и орнитин. Структуры
большинства алкалоидов можно вывести теоретически из таких простых
предшественников, используя немногие хорошо известные химические
реакции.
Несколько
простых
алкалоидов
были
синтезированы
из производных аминокислот в физиологических условиях с применением
таких биогенетических концепций. С помощью радиоактивных меток эти
теории были подвергнуты экспериментальной проверке.
Биосинтетические
исследования
алкалоидов
включают
введение
меченых предшественников в растения с последующим (после надлежащего
периода роста) выделением алкалоидов. Полученные алкалоиды подвергают
последовательным реакциям расщепления, чтобы определить положение
меченых атомов. Этот метод продемонстрировал, что тебаин, кодеин
и морфин последовательно образуются в растении из тирозина:
Сходные эксперименты продемонстрировали, что многие другие
алкалоиды (никотин, гиосциамин, пеллотин, папаверин, колхицин, грамин)
синтезируются из аминокислот. В настоящее время произошел качественный
скачок в исследованиях биогенеза алкалоидов: в растительную систему
биосинтеза
успешно
и мевалонолактон,
вводят
не только
но и в некоторых
случаях
аминокислоты,
большие
ацетаты
промежуточные
соединения
Теофиллин и теобромин являются амфотерными соединениями. Их
центры кислотности представлены NH-группами, причем в теобромине это
может быть и гидроксигруппа лактимной формы. Центром основности
является пиридиновый атом азота N9. Основные свойства у препаратов
выражены слабо. У теофиллина кислотные свойства более выражены, чем у
теобромина: теобромин имеет рКа = 9,9; теофиллин рК = 8,8.
В медицине чистый алкалоид (теобромин) не употребляется,
назначается, главным образом, двойная соль его с салициловокислым
натрием, известная под названием диуретин.
Экспериментальные исследования показали, что теобромин, столь
близкий по химическому составу к кофеину, имеет с последним
аналогичное действие, вызывая в терапевтических дозах возбуждение
сердечной мышцы и увеличивая путем раздражения почечного эпителия
количество мочи.
Теофилин
обладает
ограниченным
терапевтическим
индексом,
поэтому должен контролироваться во избежание токсического эффекта.
Основные
мускулатуры,
эффекты:
расслабление
положительный
инотропный
бронхиальной
эффект
гладкой
(увеличивает
сокращаемость и эффективность сердечной мышцы), положительный
хронотропный
эффект
(увеличивает
сердечный
ритм),
увеличивает
кровяное давление, увеличивает почечный кровяной поток, некоторый
противовоспалительный эффект.
58.. Дайте определение понятию пентозы. Классификация пентоз(примеры). На
примере D –маннозы опишите свойства альдоз с реактивами Толленса и Гайнеса.
Напишите уравнения реакций, назовите продукты реакций: D-галактоза +циклооксотаутомерия 1 C2H5OH +HCl 2 [O], HNO3 3 H2O/ H+ 4 поликонденсация 5
Пентозы - органические соединения из группы моносахаридов, у которых
углеродный скелет состоит из 5 атомов. Классифицируют на альдозы и
кетозы.
СЕМЕЙСТВО альдоз
СЕМЕЙСТВО кетоз
Альдоза + Ag(NH3)2+ = гликоновая кислота + Ag + продукты
деструктивного окисления
СH2OH-CHOH-CHOH - CHOH CHOH- C=O (H) + Ag(NH3)2+
СH2OH-CHOH-CHOH - CHOH CHOH- C=O (OH)
+ C2H5OH =
+ HNO3
+H20 =
=
=
=
61. Дайте определение понятию полисахариды. Перечислите известные Вам
гомополисахариды. Напишите структурные формулы сложных эфиров клетчатки,
применяющихся в медицине. Осуществите превращения мальтоза H2O/ H+ 1 CH3J
2 CH3COCl
3
Полисахариды, высокомолекулярные соединения из класса углеводов;
состоят из остатков моносахаридов (М), связанных гликозидными связями
Гомополисахариды - длинные разветвленные цепи, состоящие из одних и тех
же моносахаридов:
1/) 1) крахмал - полимер глюкозы, соединенной -1,4 и -1,6-гликозидными
связями. При этом неразветвленные цепи образуют амилозу (20%), а
разветвленные амилопектин (80%);
2/) 2) гликоген - животный крахмал, состоящий из остатков глюкозы. Это
более разветвленный полимер, чем крахмал. При частичном гидролизе
крахмала или гликогена образуются декстрины (более короткие
разветвленные цепи);
3/) 3) целлюлоза - главный компонент структурной основы растительных
клеток. Это линейный полимер глюкозы, соединенной -1,4гликозидными связями.
Метилцеллюлоза применяется в фармацевтической и промышленности
используется для капсулирования таблеток и пилюль, как безжировая основа
мазей.
Моно- и динитраты целлюлозы (коллоксилин) применяются в медицине
(коллодийная вата, коллодийный клей для перевязок).
+ H2O == 2
СH3I
––––
NaOH
пентаметил- ,
D- глюкопираноза
+ CH3COCl ===
77. Дайте определение понятию фосфолипиды. Напишите формулу
фосфатидилколамина, содержащего остатки пальмитиновой и линоленовой кислот.
К какому классу относятся фосфатидилколамины. Поясните их свойства и
физиологическую роль. Напишите уравнения реакции кислотного гидролиза
приведенного фосфатидилколамина. Продукты назовите.
ФОСФОЛИПИДЫ, природные липиды, содержащие в молекуле остаток
фосфорной к-ты, связанной эфирной связью с производным многоатомного
спирта.
Фосфатидилэтаноламины (кефалины) сложные эфиры этаноламина
(коламина) и фосфатидовых кислот. Их многообразие связано с остатками
различных ЖК: пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, полиеновых С20С22. Содержатся в организме (нервная ткань).
H2C – O – CO –C17H29
│
С15Н31 –СO – O – CH
│
H2C – O – PO –O - CH2 - CH2 – NH3+
O-
+H2O
===
│
==== C15H31COOH + C17H29COOH +-O-CH2-CH2-NH3+ +
CH2OH-CHOH-CH2OH + Н3PO4
Продукты гидролиза: пальмитиновая кислота, линоленовая кислота,
этаноламин, глицерин, фосфорная кислота
90. Дайте определение понятию терпеноидов. Приведите структурные формулы
лимонена и ретинола, выделите в них изопреновые фрагменты, соотнесите
структуры соединений с классификацией терпенов. Изобразите конформационную
формулу борнеола и напишите реакции его взаимодействия с реагентами: а) K2Cr2O7
+ H2SO4 б)(CH3CO)2O. Продукты назовите.
Терпеноиды — органические соединения, производные терпенов. Терпе́ны
— класс углеводородов, природных органических веществ, вторичных
растительных метаболитов
Лимонен
Ретинол
Все терпены обычно рассматривают как продукты полимеризации изопрена,
лимонен и ретинол содержат одно и три изопреновых звеньев.
+ K2Cr2O7 + H2SO4
====
Камфора
+ ( CH3CO)2O
изоборнилацетат
100. Охарактеризуйте класс стероидов с точки зрения их химического строения.
Напишите формулы углеводородов, лежащих в основе женских половых гормонов,
желчных кислот. Напишите уравнения реакций взаимодействия гидрокортизона с
реагентами: а) с избытком ацетилхлорида, б) фенилгидразином. Дайте
стереохимическое заместительное название исходному соединению Назовите
продукты реакции.
Все стероиды в своей структуре имеют ядро, образованное гидрированным
фенантреном (кольца А, В и С) и циклопентаном (кольцо D).
+ СН3СОСL ===
- COСН3
кортизолацетат
+ C6H5NHNH2
==========
фенилгидразон
R = CH2OH
R1 =