- •Глава 12. Гетероциклические соединения
- •12.1. Классификация и номенклатура
- •12.2. Пятичленные гетероциклические
- •12.2.1. Номенклатура пиррола, фурана и тиофена и их производных
- •12.2.2. Строение пиррола, фурана и тиофена
- •12.2.3. Физические и химические свойства пиррола, фурана и тиофена
- •12.2.4. Особенности индола
- •12.2.5. Способы получения пиррола, фурана, тиофена, индола
- •12.2.6. Важнейшие представители и медико-биологическое значение
- •12.3. Пятичленные гетероциклические
- •12.3.1. Номенклатура имидазола и пиразола
- •12.3.2. Строение имидазола и пиразола
- •12.3.3. Физические и химические свойства имидазола и пиразола
- •12.3.4. Способы получения
- •12.3.5. Важнейшие представители и медико-биологическое значение
- •12.4. Шестичленные гетероциклические
- •12.4.1. Номенклатура пиридина и его производных
- •12.4.2. Строение пиридина
- •12.4.3. Химические свойства пиридина
- •Но если оба -положения заняты, то замещается водород в-положении. При нагревании с избытком амида натрия можно получить 2,6-диаминопиридин.
- •12.4.4. Особенности химического поведения пиколинов и функциональных производных пиридина
- •12.4.5. Хинолин и изохинолин
- •12.4.6. -Пиран и -пиран и их производные
- •12.4.7. Способы получения
- •Реакция аналогична получению бензола, протекает при высоких температурах, но представляет только теоретический интерес.
- •12.4.8. Важнейшие представители и медико-биологическое значение
- •12.5. Шестичленные гетероциклические
- •12.5.1. Строение и свойства диазинов
- •12.5.2. Пурин
- •12.5.3. Способы получения
- •12.5.4. Важнейшие представители и медико-биологическое значение
- •12.5.5. Нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты
- •12.6. Алкалоиды
- •Вопросы и упражнения
12.2.4. Особенности индола
Название индола как конденсированной системы, содержащей гетероциклическое кольцо пиррола, — бензо[b]пиррол.
Нумерацию атомов в индоле начинают с гетероатома, атомы углерода в пиррольном цикле могут быть обозначены также греческими буквами:
Индол и его производные — это бесцветные кристаллические вещества, не растворяющиеся в воде и имеющие своеобразный неприятный запах.
12.2.4.1. Строение
Молекула индола представляет 10--электронную бициклическую сопряжённую систему, в которой участвует гетероатом со своей неподелённой электронной парой. В результате электронодонорного мезомерного эффекта атома азота повышается электронная плотность в положениях 3, 5 и 7:
12.2.4.2. Кислотно-осόвные свойства
Сильные кислоты протонируют индол в положение 3, тем самым нарушается сопряжённая система пиррольного цикла, что приводит к его раскрытию и дальнейшим превращениям (димеризация, олигомеризация):
Индол является слабой NH-кислотой (по кислотности сравним с пирролом). Он образует соли при действии щелочей, алкоголятов и металлорганических соединений (аналогично пирролу).
12.2.4.3. Реакции с электрофилами
Ввиду выраженных ацидофобных свойств индола его реакции с сильными электрофилами в кислой среде приводят к продуктам олигомеризации. С более мягкими электрофилами осуществляется замещение в -положение. Если оно занято, то реакция протекает в -положение. Объяснить такое направление электрофильного замещения можно сравнением устойчивости образующихся -комплексов:
(Здесь не приведены граничные структуры с участием -электронной плотности бензольного кольца по причине их значительно меньшего вклада, но таких структур было бы в каждом случае на три больше.)
Как видно из приведённых направлений взаимодействия индола с электрофильной частицей, делокализация положительного заряда в случае атаки по -атому (второе направление) полнее и такой -комплекс устойчивее.
Нитрование индола осуществляется так же, как и пиррола, через образование солей, сульфирование — пиридинсульфотриоксидом, а для бромирования используется комплекс брома с диоксаном:
Алкилирование может осуществляться как по атому азота, так и по атому углерода. Направление реакции определяется главным образом температурой, а также природой металла и растворителем. Это можно изобразить схемой:
12.2.4.4. Реакции окисления
Мягкое окисление индола даёт синий краситель индиго:
индиго (синего цвета) соль белого индиго
Сильными окислителями (KMnO4) индиго окисляется до изатина:
изатин
12.2.5. Способы получения пиррола, фурана, тиофена, индола
В небольших количествах пиррол и тиофен содержатся в каменноугольной смоле. При этом тиофен выгоняется из неё вместе с бензолом.
К синтетическим способам получения можно отнести следующие.
Общим способом получения пиррола, фурана и тиофена и их производных является циклизация -дикарбонильных соединений. Механизм кислотно-катализируемого образования фуранов можно представить в следующем виде:
В синтезе пирролов необходима нуклеофильная атака аммиаком, а для получения тиофенов используются сульфиды фосфора. Например, механизм образования пирролов:
Для получения фурана и его производных используют природные моносахариды. При нагревании в присутствии минеральных кислот может образоваться фурфурол:
D-ксилоза фурфурол
или другие производные фурана в зависимости от природы исходного моносахарида (гл. 7.1.2.3).
При нагревании гликаровых (гл. 7.1.2.1) кислот образуется пирослизевая кислота:
пирослизевая кислота
Пиррол образуется при нагревании аммониевых солей гликаровых кислот:
Универсальным и удобным в практическом выполнении методом получения производных пиррола является взаимодействие -аминокетонов с кетонами, содержащими реакционноспособную метиленовую группу (синтез Кнорра*). Например:
Пиррол и тиофен могут быть получены из фурана с помощью реакций Юрьева (см. выше).
Для получения индола и его производных практическое значение имеет реакция Фишера, которая ещё называется синтезом индолов по Фишеру. Это метод получения производных индола из фенилгидразонов альдегидов или кетонов. Реакция протекает при нагревании арилгидразонов в присутствии таких катализаторов, как ZnCl2, разбавленная H2SO4, концентрированная CH3COOH, спиртовый раствор HCl:
Общепринятый в настоящее время механизм этой реакции можно представить в следующем виде: