11. Előadás. Heterociklusos vegyületek

Átírás

1 11. Előadás eterociklusos vegyületek

2 ETECIKLUSS VEGYÜLETEK Felosztás: 1. telített telítetlen. heteroatomok száma 3. gyűrűk száma. heteroatomok milyensége (,, S, P, As, Si) oxa- S tia- aza- I. Monociklusos, egy heteroatomos vegyületek C C 3 C C C 1 C C S C 1 furán* tiofén* pirrol* piridin* oxol tiol azol azin S C C C C C C C C C C C C S C C C C C tetrahidrofurán* oxolán tetrahidrotiofén* tiolán pirrolidin* azolidin piperidin* perhidroazin

3 II.Monociklusos, két heteroatomos vegyületek 1 3 S Azolok: -tagú gyűrű +legalább 1 más heteroatom oxazol tiazol imidazol (hisztidinben) Azinok: 6-tagú gyűrű +legalább 1 más heteroatom () pirimidin (1,3-diazin) (DS, S-ben) pirazin (1,-diazin) piridazin (1,-diazin) III. Biciklusos, kondenzált heteroatomos vegyületek 8 1 triazinok (3), tetrazinok () pirimidin imidazol pirazin pirimidin 3 indol (triptofánban) purin (DS, S-ben) pteridin (folsavban) kinolin (benzopiridin) Festék alapanyag, tartósítószer, fertőtlenítő, oldószer izokinolin izokinolinvázas alkaloidok

4 IV. Tri-,...-ciklusos, heteroatomos vegyületek C 3 akridin 9-aminoakridin: erős fertőtlenítő szer fluoreszcens tulajdonságú C C lizergsav-dietilamid (LSD) op C (anyarozs alkaloid) indol pteridin gyűrű 1 Folsav analógok C C - C (C ) C C 1 =, = folsav; B9-vitamin, M-vitamin. 1 =, = aminopterin 1 =, = C 3 amethopterin, methotrexat glutaminsav Folsav: terhesség korai szakaszában a fejlődő embrió gerincét, a velőcsövet lezáró folyamat fehérvérsejtek, vörösvértestek, vérlemezkék képzésében, az aminosavak, és nukleinsavak anyagcseréjében Metotrexát: tumorellenes szer, alkalmazzák reumatoid artritisz esetés is

5 Elektronszerkezet Aromás jelleg (pirrol, furán, tiofén) (ückel szabály: n+ elektron) Q - I effektus (hetero atom E-nak megfelelő mértékben vonzza az elektronokat Q = :S:, :, :: E =,6 3,0 3, S < < Tiofén hasonlít legjobban a benzolra,de az elektrofil szubsztitúciós reakció gyorsabbak. K effektus 0, 0, + 0,8 + 0, 0, δ- δ- + δ+ - 0,1 + S δ+ 0, δ+ 0,3 δ+ 0,38 egyenletes valóságos elektroneloszlás csak határszerkezetekből - 0,0 + határszerkezetek! nem bázis, nem proton kedvelő piridin + 0,18 + 0,0 + 0,1-0,8 + 0,1 bázis, proton kedvelő

6 Téralkat pm: 10-1 m Å: m izolált egyes kötés izolált kettős kötés Konjugált kettős kötés esetén az egyes és kettős kötés hossza aromás rendszer Kötéshossz : S-C > -C > -C

7 Fizikai tulajdonságok a a molekulában van -donor és -akceptor egyben, akkor tud -kötést kialakítani pirazol

8 Kémiai reakciók 1. Sav-bázis sajátság (sav: protont tud leadni; bázis: protont tud felvenni) tiofén: S nem bázis, nem sav (C- nem proton donor, a kén atom E nem elég nagy, hogy vonzza a -t) pirrol: K ½ K + (pk = 1) megszűnik az aromás jelleg aromás marad (tehát gyenge - sav) furán: piridin: -híd: pirrol, imidazol, purin pk b = 8,8 gyenge bázis

9 piridin piridin pirrol amfoter pirazol imidazol pirimidin bázikus bázikus piridin

10 . Elektrofil szubsztitúciók Feltétel: elektronban gazdag gyűrűk A. pirrol, furán, tiofén, indol pozitív töltés vagy parciális pozitív töltésű rész támad elektronban gazdag helyre δ- Irányítás - 0,0 δ- δ+ - 0,1 Q eaktivitás σ-komplexek lehetséges határszerkezete -es és 3-as helyzetű szubsztitúció esetén: jobb elektron eloszlás, stabilabb σ-komplex o C -nitropirrol -acetilpirrol 0 o C

11 B. piridin Irányítás eaktivitás + 0,1 + 0,18-0,8 + 0,0 + 0,1 legkevésbé + helyre igyekszik kötődni. De kölcsönhatás, ezért sokkal nehezebb a reakció, mint a benzol esetén stabilabb σ-komplex

12 Példák (kénsav protonálódás) 3-brómpiridin 3-nitropiridin piridin-3 szulfonsav Áttekintés benzol pirrol furán tiofén piridin nitrálás * + szulfonálás S * diazo kapcsolás Friedel- Crafts acilezés Ar- + + C 3 -C-Q brómozás Br * protonálás után

13 Példa: triptofán szintézise (indol S E reakció) CEt Ac C C - CEt Ac CEt nátrium-etilát (igen erős bázis) Et CEt acetamidomalonészter (C- sav) Aminometilezés + + C 3C C3 S E C C3 3C Alkilezés C C3 3C + C 3 I S C3 C + C3 3C I - (jó távozó csoport, ld. offman elimináció) C3 C + C3 3C + Ac C - CEt CEt S CEt C EtC Ac CEt C EtC Ac 1. észter hidrolízis. dekarboxilezés C C triptofán

14 3. ukleofil szubsztitúciók Feltétel: elektronban szegény gyűrűk C 6 - Li + C6 Összehasonlítás

15 Kétheteroatomos vegyületek reaktivitása δ + piridin szerű δ- - 0,0 δ + δ- - 0,1 δ+ + 0,18 δ - pirrol szerű δ - (tautoméria) + 0,0 + 0,1-0,8 + 0,1 b a piridin szerű Pozíció a b δ+ δ+ δ+ δ+ δ- δ- 6 δ+ δ+ elatív elektronhiány: = 6 > > Magyarázat: a parciális töltések szuperponálódnak S E S E S S E S E S S pirazol imidazol pirimidin

16 Tautoméria egy kettős kötés és egy proton helyzetének megváltozása Imidazol Szubsztituált imidazol

17 Piridin származékok keto-enol amino-imino citozin (pirimidin) adenin (purin)

18 Furán, tiofén, pirrol vázas vegyületek szintézise (Paal-Knorr) cc. S ' 3 1 ' 3 nyomás ' 1,-dioxo-vegyület (1,-dienol is jó) P S 10 Foszfor-pentaszulfid S ' Példák α amidin-származék karbonsavamid-származék imidazolszármazék oxazolszármazék tiazolszármazék α bróm - keton tioamid-származék

19 Piridin szintézis (antzsch) ' aldehid EtC α β 3 β-oxo karbonsav észter CEt - 3 EtC ' CEt EtC ' CEt ox. EtC ' CEt - piridin-származék

20 Purin szintézis,,6-trihidroxi-pirimidin (barbitursav) dilaktám-enol dilaktám-keto /Cl /red,,6-trihidroxi--aminopirimidin 1. KC. Wöhlerizomerizáció - Cl (0%) pszeudohúgysav keto enol tautoméria Cl Cl ,6,8-triklór-purin Cl PCl 3 10 o C,6,8-trihidroxi-purin (húgysav)

21 Purin szintézis (folytatás) eaktivitási sorrend 6 > > 8 Cl 1 Cl ,6,8-triklór-purin 8 Cl eduktív dehalogénezés purin a + Et K. 3 Et Cl Cl Cl Et Cl 1. Elfőzés (cc. Cl). red.dehalogénezés red. dehal. red. dehal. xantin 6-aminopurin (adenin) guanin

22 Antibiotikumok 198 Alexander Fleming ( ) Penicillium notatum / Staphylococus aureus 1938.W. Florey: tiszta penicillin 19 obel-díj (orvosi): Fleming, Florey

23 Penicillinek S C3 Gram-pozitív baktériumokra C Penicillin G Penám váz transzpeptidáz S C C3 C C3 C3 C C rezisztens törzsben: penicillináz (hidrolízis) C Ampicillin S C3 C3 C enzim (Thr,Ser) Kefalosporin C ezisztencia: a β-laktám gyűrű hidrolizál, mielőtt a transzpeptidázzal reagálna C S C C3