Хетероциклична хемија

1. Хетероциклична хемија

2. Номенклатура • Тривијални имиња на некои хетероциклични соединенија хинолин пирол пиридин индол фуран • Hantzsch-Widman-ов систем за именување на 5- и 6- члени хетероциклични соединенија (1887) • Основа за номенклатурата на хетероциклични соединенија која се користи денес од IUPAC

3. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • Хетероатом (префикс)

4. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија

5. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • За целосно незаситен прстен

6. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • За целосно заситен прстен

7. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија

8. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • Азотни хетероциклуси • Аза-(Аз-) + ир, ет, ол, ин, еп+ суфикс азирин азет азол (пирол) азин (пиридин) азепин

9. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • Кислороднихетероциклуси • Окса- (Окс-) + ир, ет, ол, + суфикс оксирен оксет оксол (фуран) -пиран (1,4-пиран) -пиран (1,2-пиран) -пиран (1,4-пиран)

10. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • Сулфурнихетероциклуси • Тиа- (Ти-) + ир, ет, ол, + суфикс тиирен тиет тиол (тиофен) -тиопиран

11. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • Парцијална заситеност на прстенот • се означува местото на кое се наоѓа двојната врска • хетероатомот секогаш се нумерира со 1. а понатаму се продложува во правец на хидрогенираните атоми • За една хидрогенирана двојна врска се користи префиксот ДИХИДРО- ; две хидрогенирани двојни врска ТЕТРАХИДРО- фуран 2,3-дихидрофуран 2,5-дихидрофуран 1,2-дихидро пиридин

12. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • Заситенихетероциклуси Азиридин (етиленимин) Азетидин Азолидин (пиролидин) хексахидропиридин (пиперидин) Оксиран (етиленоксид) Оксетан Оксолан (тетрахидрофуран) Оксан (тетрахидропиран)

13. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • Алтернативен систем (за покомплексни структури) • Позицијата на двојната врска во парцијално хидрогенираната структура се обележува со  (делта) и броеви (во надтекст) кои го означуваат местото на двојната врска во прстенот. 3,4-дихидрофуран 2,3-дихидрофуран

14. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • “Екстра” водордни атоми • Кај пирол постојат две дополнителни изомерни форми кои се добиваат со преместување на водородниот атом • Соединението се именува со додавање на префикс: Н + број на атом (1,2,3...) кој го покажува бројот на атомот во прстенот со водородниот атом 3 2 1 1Н-пирол 3Н-пирол 2Н-пирол

15. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • Кај пиролот сите изомери (1H, 2H 3H) се нестабилни освен кога водородните атоми се супституирани 3,3-диметил-3Н-пирол • Екстра-водороден атом може да се јави кај сите прстени кои содржат азотен атом и непарен број на атоми во прстенот 1Н-азарин 2Н-азарин

16. Номенклатура – едноставни моноциклични соединенија • Допонителен водороден атом може да се јави кај пирани • Се користат , ,  означување за да се означи позиција на дополнителниот водородниот атом   2Н-пиран (-пиран) 4Н-пиран (-пиран)

17. Супституирани моноциклични соединенија • Замена на водороден атом со функционална гр. • При нумерирање • хетероатомот во прстенот секогаш добива бр. 1 • Супституентот треба да има помал локант • Супституентите во името се ставаат по азбучен редослед 3,4-диметил-1Н пирол 3-метоксифуран 3-бромо-2-хлоропиридин тиофен- 3-карбоксилна киселина

18. Прстени со повеќе хетероатоми • Атомите се именуваат по приоритет: • О > S > N • Местото на секој хетероатом во прстенот се бележи со број • Бројот на исти хетероатоми се бележи со ди- три-... • Хетероатомот со највисок приоритет се нумерира со 1. 1,3-оксазол 1,3,4-оксадиазол 1,4-диазин 1,3-диазин

19. Прстени со повеќе хетероатоми • Заситен хетероатом има предност над незаситен хетероатом од ист тип • Броевите се групираат пред суфиксот за хетероатомот 1Н-1,3-диазол (имидазол) 4Н-1,4-оксазин 1 1 1 5-етил-4-метил- 1,2-оксазол 1,2,4- оксатиазин 2-метил- 1,3-оксазол 1-метил-1Н-1,3-диазол (N-метил имидазол)

20. Бициклични системи • фузирани прстени = делат една сигма врска • најчесто хетероциклусите се фузирани со бензенов прстен = префикс БЕНЗО • местотот на врзување се означува со букви: a,b,cкои ја означуваат страната на поврзување на хетреоциклусот со бензеновиот прстен • 1,2 = а страна • 3,4 = bстрана • 5,6 = с страна • итн. • по конвениција хетеропрстенот се пишува на десна страна а хетероатомот најдолу

21. Бициклични системи Бензо[с]пиридин (изохинолин) Бензо[b]пиридин (хинолин) 1Н-Бензо[b]пирол (индол) • нумерирањето секогаш започнува на позиција веднаш до “бензо”групата • доколку еден прстен содржи N, се смета за основа и при именување неговото име се додавaпоследно

22. Ароматичност • Потсетување...

23. Ароматичност • Потсетување...

24. Ароматичност • Потсетување...

25. Ароматичност • Потсетување...

26. Ароматичност • Потсетување... Не е sp3!

27. Петочлени хетероциклуси со еден хетероатом пирол фуран тиофен

28. Пирол • Резонантни структури на пирол • Пи-суфицитарни системи • Зголемена електронска густина на С-атомот (негативен полнеж на С-атом) • Пи-електронска густина • Јаглеродните атоми имаат над 1.0 а хетероатомот под 2.0 (вредност доколу електронскиот пар е локализиран на азотот)

29. Ароматичност • Должина на врски • Експерименталните податоци • BI (Bird Index)- мерка за ароматичност • Бензен: 100 BI двојна 1.34 ˚А, единечна1.48 ˚A • BI

30. Пирол • Електрофилна супституција (ЕС) • Карактеристика на сите пи-суфицитарни системи • Реактивност слична како деривати на бензен со електрон-донорни групи (пр. анилин) • Поголема електронска густина во прстен  поголема реактивност Пирол > фуран > тиофен Нападот на азотот дава интермедиер кој неможе резонантно да се стабилизра

31. Пирол • Електрофилна супституција (ЕС) Интермедиер при напад на С2(поголема делокализација) Интермедиер при напад на С3(помала делокализација)

32. Пирол/ ЕС • Ацилирање • Со анхидриди на умерена температура  кетон • Иако пиролот формално е секундарен амин, намалената нуклеофилност на азотот не дозволува реакцијата да се одвива на ова место

33. Пирол/ ЕС • Нитрирање • Силно кисели услови потребно е да се избегнуваат заради осетливоста на прстенот кон киселини поради што неможе да се користи смеса од азотна и сулфурна киселина • Се користи смеса од анхидрид на оцетна киселина и азотна киселина за да се создаде нитрониум јон

34. Пирол/ ЕС • Халогенирање • Пиролот лесно реагира (без катализатор) со бром и хлор при што се формира полисупституиран продукт

35. Пирол/ ЕС • Сулфонирање • Со пиридиниум-N-сулфонат Пирол-2-сулфонска к-на

36. Пирол/ ЕС • Vilsmeier-ова реакција= добивање на пирол алдехид прекурсор за добивање на пиролни к-ни или а-холи • Реагенси: POCl3, N,N-диметил формамид (DMF)

37. Пирол/ ЕС • Vilsmeier-ова реакција= механизам 1. Фосфорилирање на карбонилниот кислород на DMF и формирање на дихлородфосфат DMF 2. Заминување на фосфатната група и формирање на електрофилна честичка која го напаѓа пиролот

38. Пирол/ ЕС 3. Хидролиза на имино групата и добивање на карбонилна група • Реакција со алдехиди и кетони 2-формилпирол

39. Пирол/ ЕС • Во присуство на киселински катализатор формираат полимери (најчесто линерни) • дипирилметанска структура значајна за синтеза на порфирини • Реакција на пирил карбиноли

40. Пирол/ ЕС • Реакција на куплирање со диазониум соли –добивање на азо бои • Азо продуктот прекурсор за синтеза на аминопироли

41. Пирол анјон • БАЗНОСТ – Мн. слаба база заради делокализацијата на слободниот електронски пар на азотот • Доколку се протонира – протонот го врзува јаглеродниот атом а не азотот • КИСЕЛОСТ – Слаба киселина која може да се депротонира во присуство на силна база (пр. Бутиллитиум, метални амиди (KNH2), метали (Na, K) итн. Пиролен анјон

42. Пирол анјон • пиролниот анјон може да се N-алкилира, ацилира или сулфонира слично како фенолатниот анјон

43. Пирол анјон • Colbe-ова реакција на карбоксилација Пирол N-карбоксилна к-на • реакцијата се користи за претворба на натриумфенолат во салицилна киселина

44. Циклоадициони реакции • Diels-Alder-ова реакција • ароматичните соедиенија на учестуваат во р-кцијата • внатрешната резонанција на N-ацил групата (електрон акцептор) оневозможува делокализација на СЕП на азотот во прстенот и истиот го прави по “диенски”

45. Добивање на пирол • Paal-Knorr-ова синтеза • од 1,4-дикарбонилни соединенија и амонјак -H2O

46. Добивање на пирол • Paal-Knorr-ова синтеза на clopirac (NSAID) хексан-2,5-дион • реакцијата со p-хлороанилин дава пирол • реакција на формалдехид и диметиламин во кисела средина- реакција на ЕС на иминиум јонот CH2=NMe+2во прстенот за да се внесе аминометил групата • хидролиза на цијано група до карбоксилна • Амино групата се заменува со цијано група преку нејзина трансформација во кватернерна сол пратена со Nu напад на цијанидниот јон

47. Фуран • Помалку ароматичен од пирол порадипоизразен електроакцепторен ефект на кислородниот атом • Резонантни стуктури на фуран • реактивност кон електрофилна супституцијакако и пиролот • супституција главно во положба 2. од исти причини како и кај пирол

48. Фуран • Сулфонирање • се изведува во присуство на сулфурна киселина и пиридин при што се добива пиридиниум-N-сулфонат кој понатаму реагира со фуран и се добива фуран-2-сулфонска киселина • Халогенирање • бромирање или хлорирање во диоксан на -40 С • Бромирање во вода – адиционен продукт !

49. Фуран – диенски карактеристики • Нитрирање • при нитрирање со ацетилнитрат карактеристично е добивање интермедиер, 5-ацетокси-2,5-дихидро-2-нитрофуран, од кој во присуство на пиридин се отстранува оцетна киселина и се добива 2-нитрофуран • HNO3во МеОН • настанува адиција на реактантите заради диенските карактеристики на фуранот. Карбокатјонот кој се формира по реакција со електрофилот, наместо да оддаде Н+ влегува во реакција со нуклеофилот

50. Фуран • Diels-Alder реакција • заради помалата ароматичност во споредба со пиролот, фуранот влегува во циклоадициони реакции многу побрзо. анхидрид на малеинска киселина • при реакција со диетил ацетилендикарбоксилат се формира адукт кој во присуство на база може да хидролизира (отварање на прстен) при што се добива диетил-3-хидроксифталат