4.4 Шестичленные гетероциклы с двумя разными гетероатомами

Оксазины. Оксазиновое кольцо входит в состав многих органических веществ, имеющих большое практическое значение. Среди последних – широко распространенные красители, лекарственные вещества, инсектициды и т. д. Однако моноциклические оксазины практического интереса пока не представляют и изучены относительно мало. До сих пор не один из простейших представителей оксазинов не получен.

Тетрагидро-1,4-оксазины (морфолины). Изучены значительно лучше, чем остальные соединения оксазинового ряда, и за последние годы нашли практическое применение. Они могут быть получены циклизацией этаноламинов или циклизацией диргалогенэтилового эфира. Морфолин является основанием средней силы. При сравнении измеренного дипольного момента с вычисленными для конформаций «кресло» и «ванна» было показано, что для морфолина характерна конформация «кресло». В реакциях морфолин ведет себя как вторичный амин: дает твердые производные при взаимодействии с активными галогенсодержащими соединениями.

Бензоксазины изучены примерно в такой же степени, как и моноциклические азины. Лучше всего изучены 3,1,4-бензоксазин, изатовый ангидрид и 2,3-дигидро-1,4-бензоксазин (феноморфолин). Номенклатура бензоксазинов несколько отличается от номенклатуры моноциклических оксазинов. Начало отсчета определяется не атомом кислорода, а гетероатомом, находящимся в нижнем положении оксазинового кольца. Так 3,1,4-бензоксазин изображается следующим образом:

Применение оксазинов и их производных. Как известно, практическое применение производных моноциклических оксазинов ограничено. Возможно, причиной этого является их малая доступность и неустойчивость, а также недостаточная изученность их свойств. Известны попытки использовать восстановленные формы некоторых моноциклических азинов в качестве противотуберкулезных препаратов, эмульгаторов, ускорителей вулканизации каучука. Однако широкую известность приобрел только морфолин и его производные. Морфолин является отличным растворителем (морфолин > диоксан > пиридин > бензол) и применяется как мягкое основание в красильном производстве в качестве эффективного средства для удаления органически связанной серы (CS₂ и COS) из производственных горючих газов. π-Нитробензоаты и π-аминобензоаты морфолиноспиртов применяют как препараты для местной анестезии (обладают низкой токсичностью). Малотоксичными средствами местной анестезии являются и некоторые другие производные морфолина. Продукты реакции Манниха с морфолином, формальдегидом и фенолами используются при изготовлении мыла, смачивающих агентов, эмульгаторов, бактерицидных препаратов и инсектицидов.

Фенотиазин. Отличный донор электронов и может передавать их даже слабому электронно-акцептору под действием света. Однако образующийся при этом катион феназтиония радикального характера S⁺ сам будет являться довольно сильным электронно-акцептором. Таким образом фенотиазин будет как бы «генерировать» движение электронов между собой и вторым компонентом комплекса. При низких температурах фенотиазин образует неустойчивые комплексы с переносом заряда с SО₂ и BF₃. Между прочим считается, что ингибирующее действие лекарственного препарата – хлорпромазина на некоторые энзиматические процессы в живых организмах связано с образованием КПЗ между ним и окисленными флавинами и ксантинами. Донорная способность N-замещенных фенотиазинов уменьшается, а следовательно, уменьшается и их способность к образованию комплексов с переносом заряда.

Бензотиазин. Этому соединению свойственны реакции, характерные для лактамов. При действии морфол-3-оне, а в более жестких условиях можно ввести и второй атом галогена. В полученных таким образом галогенпроизводных бензотиаморфол-3-она атомы галогена проявляют большую реакционную способность. Активность α-водородных атомов обнаруживается и при образовании фиолетового красителя – индигоидного типа:

Практическое применение тиазинов и их производных. Ни моноциклические тиазины, ни бензотиазины до сих пор практического применения не нашли. Согласно патентным данным 2-меркапто-1,3,6-тиазины могут быть использованы как ускорители вулканизации каучука. Но это, по-видимому, исключение в ряду упомянутых соединений. Зато практическое значение фенотиазина и его производных трудно переоценить. Сам фенотиазин является прекрасным инсектицидом. Он уничтожает личинки вредителей плодовых деревьев и при этом не портит качества плодов и не поражает листву. Инсектицидные свойства фенотиазина с успехом используются в борьбе с москитами. Некоторые производные фенотиазина оказались ценными красителями. Среди них первое место, безусловно, занимает метиленовый голубой.

Метиленовый голубой является важным биологическим красителем. При физиологических и медицинских исследованиях он обычно применяется в виде хлористоводородной соли – блестящего кристалли-ческого порошка темно-зеленого цвета. Особенность химических свойств этого красителя заключается в том, что он легко восстанавливается до лейкоформы под действием таких восстановителей, как фенилгидразин, цинковая пыль, уксусная и иодистоводородная кислота, и так же легко окисляется кислородом воздуха в присутствии катализатора, например ионов меди. Метиленовый голубой избирательно окрашивает в синий цвет клетки дифтеритных бацилл и отдельные участки нервной ткани. В виде двойной соли с хлоридом цинка метиленовый голубой применяется и для крашения. Хлопчатобумажные ткани, предварительно обработанные танином, он окрашивает в чистый голубой цвет, прочный по отношению к хлору, свету и стирке. В настоящее время известно много модифицированных форм метиленового голубого, используемых как красители для конкретных целей.

Бурное развитие химии фенотиазина, однако, связано с открытием ценных лекарственных качеств отдельных его производных, особенно по отношению к заболеваниям нервной системы. Открытие хлорпромазина и его аналогов явилось фактом огромной важности в развитии современной психофармакологии. По действию на психические центры активные химические вещества разделяются на две большие группы: вещества с седативным, успокаивающим действием – нейролептики или транквилизаторы – и вещества с антидепрессивным, импульсным действием – тимолептики. Производные фенотиазина относятся к первой группе веществ. Наиболее важные из них следующие:

Психотропное действие фенатиазина связано с заместителем в положении 2 и N-боковой цепью, включающей, как правило, три промежуточных углеродных атома. Нейролептики фенотиазинового ряда в маленьких дозах уничтожают чувство страха.

Одной из целей данного пособия является помощь студентам правильно и аккуратно составить конспект лекции, структурировать материал, сделать правильные акценты в записи, отделить обязательный материал от второстепенного при самостоятельной работе с конспектом или учебником. Необходимо отметить, что несмотря на широчайшее распространение современных методов обучения и доступность разнообразного учебного материала в учебниках и в Интернете, только самостоятельная упорная, если не сказать тяжёлая работа по конспектированию (лекций, учебников, других материалов), работа на семинарах, самостоятельное написание важнейших уравнений и механизмов, и самостоятельное решение синтетических задач способно привести к успеху в изучении органической химии. Прослушивание курса лекций даёт основу для изучения органической химии и охватывает все темы, выносимые на экзамен. Однако, прослушанные лекции, равно как и прочитанные учебники остаются пассивным знанием до тех пор, пока не произойдёт закрепление материала на семинарах, коллоквиумах, при написании тестов, контрольных работ и анализе ошибок. Каждый студент должен добывать какие-то знания самостоятельно: написать важнейшие реакции, механизмы и лучше не один раз (самостоятельная работа с конспектом лекций, с учебником, коллоквиум). Только то, что приобретается путём самостоятельной кропотливой работы запоминается надолго и становится активным знанием. То, что легко достаётся – легко теряется или забывается, причём это справедливо не только по отношению к курсу органической химии.

Помимо материалов программного характера данная разработка содержит ряд вспомогательных материалов, которые демонстрировались на лекциях и которые необходимы, по мнению автора, для лучшего понимания органической химии. Эти вспомогательные материалы чаще всего не предназначены для буквального запоминания, но нужны для оценки тенденций изменения свойств или реакционной способности органических соединений. Поскольку демонстрируемые на лекциях вспомогательные материалы, цифры, таблицы бывает трудно полностью и качественно записать в конспект, размещение этих материалов в данной разработке имеет целью помочь слушателям курса восполнить пробелы в записях и конспектах, а на лекции сосредоточиться не на стенографировании цифр и таблиц, а на восприятии и понимании материала, обсуждаемого лектором.