cuprins - teclu.chem.uaic.ro · ea joacă un rol important în organism. este cunoscut faptul că...
TRANSCRIPT
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
1
CuprinsIII.2.2. Derivați ai indolului ............................................................................................... 2
III.3. Carbazolul (dibenzopirol) ............................................................................................. 5
III.3.1. Metode de preparare .............................................................................................. 5
Inele de cinci atomi poliheteroatomice ...................................................................................... 6
A. Cicluri de cinci atomi cu doi heteroatomi identici ............................................................ 6
1. Pirazol (1,2-diazol) ........................................................................................................ 6
2. Imidazol (1,3-diazol) ...................................................................................................... 9
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
2
III.2.2.Derivațiaiindolului
1. N-metil indolul
2. Gramina (-[N-dimetilaminometil]-indol)
3. Triptamina (-(2-etilamino)-indol)
4. Serotonina (5-hidroxitriptamina)
5. Melatonina (O-metil-N-acetil serotonina)
6. Acidul 3-indolilacetic
7. Indoxilul (3-hidroxiindol)
Poate prezenta două forme tautomere: forma indolică I și forma cetonică II.
Este un compus cristalin, colorat în galben și care se rezinifică în contact cu acizii.
Prin oxidare în mediu alcalin se transformă în indigo (de aceea metodele lui de preparare vor
fi prezentate odată cu ale indigoului).
În reacții indoxilul participă cu ambele forme tautomere. Acetilarea indoxilului cu
anhidridă acetică dă N-acetilindoxil (1). Atunci când acetilarea se face cu anhidridă acetică în
prezența NaOH rezultă O-acetilindoxilul (2), iar acetilarea energică în prezența CH3COONa
conduce la O,N-diacetilindoxil (3).
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
3
Gruparea CH2 din poziția 2 a indoxilului este foarte reactivă și poate da reacții de
condensare.
Cu acid azotos formează un izonitrozoderivat.
Cu aldehidele sau cetonele aromatice dă produși de condensare frumos colorați denumiți
indogenide.
8. Indigoul (indigoina)
Inițial a fost izolat din plante aparținând speciei „Indigofera Tinctoria”.
Metode de obținere:
a) Prin oxidarea indoxilului cu oxigen din aer.
b) Din acid antranilic și acid monocloracetic.
- CO2+NH
OH
COOH- HClNH2
COOH
acid antranilic acid cloroacetic
Cl CH2 COOHNH
COOH
CH2 COOH
acid fenil-glicin-o-carboxilic
- H2O
acid indoxilic
t°C
c) Din anilină și acid monocloracetic.
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
4
d) Din anilină și etilenoxid.
+NH2
H
anilina etilen oxidO
CH2 CH2
NHCH2
CH2
-hidroxietilanilina- H2O
OH
- NH3
(NaOH + NaNH2)200°C
Prezența dublei legături între cele două nuclee indoxilice face posibilă existența unei
izomerii cis - trans. Indigoul solid sau în soluție se prezintă exclusiv sub forma izomerului
trans, fapt dovedit prin măsurători cu raze X. Forma trans este preferată întrucât ea este
stabilizată prin două legături de hidrogen intramoleculare, așa cum este prezentat în structura
II.
Indigoul se prezintă ca o pulbere cristalină colorată în albastru insolubilă în apă,
alcool sau benzen.
Prin reducerea indigoului se formează dihidroindigoul, compus incolor, denumit și
alb de indigo (leucoderivat). Reducerea se face cu ditionit de sodiu în mediu alcalin.
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
5
Pe această reacție se bazează vopsirea cu indigo. Indigoul insolubil este redus cu
ditionit de sodiu în mediu alcalin, iar soluția galbenă, numită cadă de indigo, servește în
vopsitorie. Prin oxidarea dihidroindigoului direct pe fibră în contact cu oxigenul din aer se
reface indigoul albastru.
III.3.Carbazolul(dibenzopirol)
Este un sistem heterociclic ce conține două nuclee benzenice condensate cu unul pirolic.
Se găsește în gudroanele cărbunilor de pământ și anume în fracțiunea care conține antracen și
fenantren.
III.3.1.Metodedepreparare
a) Prin trecerea difenilaminei prin tuburi de oțel încălzite la roșu.
b) Din 2,2‘-diaminodifenil, prin încălzire cu H2SO4 concentrat.
c) Prin încălzirea fenotiazinei cu cupru metalic.
d) Din fenilhidrazona ciclohexanonei. Se formează intermediar tetrahidrocarbazolul care
prin dehidrogenare în prezența unor acceptori de hidrogen (fenoli, acid cinamic, olefine)
trece în carbazol.
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
6
Este un produs cristalin, incolor, solubil în solvenți organici. Prin încălzirea
carbazolului cu acetilenă la 150°C, în prezența unor cantități mici de KOH rezultă N-
vinilcarbazol.
Polimerizarea N-vinilcarbazolului dă o masă transparentă utilizată ca polimer
conductor a cărui conductivitate este foton-dependentă. Compusul este utilizat în
fotoreceptorii din fotocopiatoare.
Ineledecinciatomipoliheteroatomice
A.Cicluridecinciatomicudoiheteroatomiidentici
1.Pirazol(1,2‐diazol)
Face parte din categoria heteroaromatelor bogate în electroni și prezintă
următoarele structuri limită:
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
7
Metode de preparare
a) Prin adiția diazoderivaților alifatici la hidrocarburi cu triplă legătură (alchine). Din
acetilenă și diazometan rezultă pirazolul.
b) Prin ciclizarea vinildiazometanului în soluție eterică la temperatura camerei.
c) Din 1,3-dicetone prin încălzire cu hidrazină rezultă derivați ai pirazolului.
Proprietăți fizice
Este un produs cristalin cu miros slab de piridină, este stabil și nu prezintă tendințe
de polimerizare.
Proprietăți chimice
a) Are caracter slab acid și caracter bazic. Formează cu acizii săruri care la încălzire sau în
contact cu apa se descompun. Cationul sărurilor de pirazoliu poate prezenta următoarele
structuri limită:
b) Derivații substituiți cu grupe alchil pot prezenta fenomenul de tautomerie, tautomerii
nefiind izolabili.
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
8
c) Dă reacții de substituție electrofilă în poziția 4:
NNH
Cl2- HCl
NNH
Cl
4-cloropirazol
H2SO4
- H2O NNH
HO3S
acid pirazol-4-sulfonic
HNO3
- H2O NNH
O2N
4-nitropirazol
d) Prin reducere cu sodiu și alcool se formează 2-pirazolina, iar prin reducere energică pe
catalizator de nichel conduce la pirazolidină:
Un derivat al pirazolinei este 1-fenil-3-metil-5-pirazolona care se obține din ester
acetil acetic și fenilhidrazină.
1-Fenil-3-metil-5-pirazolona poate reacționa după trei formule, întrucât ea adoptă
trei forme tautomere și anume:
Aceste trei forme tautomere au fost puse în evidență astfel:
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
9
Forma metilenică s-a dovedit prin sinteză și prin tratare cu acid azotos când se formează
un izonitrozoderivat.
Forma fenolică se întâlnește în derivatul O-metilat rezultat prin tratarea pirazolonei cu
diazometan.
Prin înlocuirea hidrogenului de la atomul de azot cu gruparea metil la tratarea pirazolonei
cu iodură de metil în soluție alcoolică s-a evidențiat forma iminică. Un exemplu îl
constituie sinteza antipirinei folosită în medicină ca analgezic, antipiretic și antireumatic.
Prin nitrozarea antipirinei se obține 4-nitrozoantipirina care redusă conduce la 4-
aminoantipirină. Prin înlocuirea atomului de hidrogen de la grupa aminică cu grupe metil
se formează 4-dimetilaminoantipirina (piramidonul).
4-nitrozoantipirina
- 2 HI
HO N O- H2ON
CC
N
H3C
O
C6H5
H
H3C2 CH3I
NCC
N
H3C
O
C6H5
N
H3C
O
- H2O NCC
N
H3C
O
C6H5
NH2
H3C
4 [H]
4-aminoantipirina
NCC
N
H3C
O
C6H5
N
H3C
4-dimetilaminoantipirina(piramidon)
CH3
CH3
2.Imidazol(1,3‐diazol)
Este un heterociclu aromatic cu următoarele structuri limită:
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
10
Metode de preparare
a) Prin încălzirea dialdehidelor sau dicetonelor cu NH3 și CH2O, în funcție de combinația
dicarbonilică rezultând imidazol sau derivații săi.
b) Prin tratarea acidului dicetosuccinic cu NH3 și CH2O rezultă imidazol.
c) Prin condensarea -halogencetonelor cu amidine.
Proprietăți fizice
Este o substanță cristalină, incoloră, solubilă în solvenți polari insolubilă în solvenți nepolari.
Proprietăți chimice
a) Are caracter bazic mai pronunțat decât pirolul și piridina (bazicitatea este dictată de
atomul de azot terțiar din poziția 3).
b) Formează săruri cu acizii.
c) Are caracter slab acid (atomul de hidrogen de la azot poate fi înlocuit cu metale alcaline și
hidruri ale metalelor alcaline).
d) Ciclul imidazolic este stabil și nu poate fi degradat nici chiar prin încălzire cu HCl la
300°C.
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
11
e) Este stabil față de acidul cromic, însă alți agenți oxidanți (KMnO4 sau H2O2) îl
degradează conducând la oxamidă (amida acidului oxalic), amoniac și aldehidă formică.
f) Dă reacții de substituție electrofilă în poziția 4 sau 5.
N
NH
Cl2- HCl
N
NH
Cl
4-cloroimidazol
H2SO4
- H2O
N
NH
HO3S
acid imidazol-4-sulfonic
HNO3
- H2O
N
NH
O2N
4-nitroimidazol
g) Prin tratarea N-alchil imidazolului cu halogenură de alchil se obțin săruri cuaternare la
atomul de azot nesubstituit.
h) Prezintă tautomerie prototropică. Are loc transferul intermolecular al unui proton de la o
moleculă la alta în timpul unei reacții de ionizare.
Derivați ai imidazolului
a) Histidina (imidazolil-4-alanina)
Se obține prin tratarea 4-formilimidazolului cu acid hipuric (N-benzoilglicină).
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
12
Este un aminoacid care intră în structura multor proteine. Este precursor al histaminei.
b) Histamina (imidazolil-4-etilamina)
Se obține prin decarboxilarea histidinei o reacție catalizată de enzima L-histidin
decarboxilază. Este o amină vasoactivă hidrofilă.
Deși histamina este mică în comparație cu alte molecule biologice (conținând doar 17 atomi),
ea joacă un rol important în organism. Este cunoscut faptul că este implicată în 23 de funcții
fiziologice diferite datorită proprietăților chimice (capabilă să transporte o sarcină electrică,
conformatională și flexibilă) care îi permit să fie versatilă în legare.
Histamina este un compus organic implicat în răspunsurile imunitare locale, precum și
reglarea funcției fiziologice în intestin și care acționează ca un neurotransmițător pentru
creier, măduva spinării și uter.
Histamina este implicată în răspunsul inflamator și are un rol central ca mediator al pruritului.
Ca parte a unui răspuns imun la agenții patogeni străini, histamina este produsă de bazofili și
de celulele mastocite găsite în țesuturile conjunctive din apropiere.
Histamina mărește permeabilitatea capilarelor la celulele albe din sânge și la unele proteine,
pentru a le permite să angajeze agenți patogeni în țesutul infectat.
c) 2-Imidazolina
Se obține prin tratarea etilendiaminei cu acid formic în prezența unor mici cantități de HCl.
HOC
OH
etilen diamina
-2 H2O+
H2C
H2C
NH2
NH2
acid formic
(HCl) N
NH
2-imidazolina2-imidazolina)
Este o bază tare intră în compoziția unor medicamente vasodilatatoare, iar unii derivați în
structura detergenților cu caracter cationic și proprietăți bacteriostatice.
d) 2-Imidazolidona
Se obține din etilendiamină și CO2 la 230°C și 100 atmosfere.
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
13
Este un produs cristalin solubil în apă caldă. Prin hidroliză acidă sau alcalină trece în produșii
inițiali.
e) Hidantoina (2,5-dioxoimidazolidina)
Se obține prin tratarea clorurii acidului bromacetic cu uree.
Scheletul hidantoinic se găsește în mai mulți compuși importanți cu activitate biologică. În
produsele farmaceutice, derivații de hidantoină formează o clasă de anticonvulsivante;
phenytoin și fosphenytoin ambele conțin fragmente de hidantoină și ambele sunt utilizate ca
anticonvulsivante în tratamentul tulburărilor de convulsii. Dantrolenul, derivat de hidantoină
este utilizat ca relaxant muscular pentru a trata hipertermia malignă, sindromul neuroleptic
malign, spasticitatea și intoxicația cu ecstasy. Ropitoina este un exemplu de hidantoină
antiaritmică.
Hidantoina este o substanță cristalină, solubilă în apă caldă, insolubilă în eter. Prin hidroliză
alcalină se transformă în acid hidantoinic.
CNH
ONH
NH
hidantoina
O H2NOH2O / HO-
CH2
HOOC
acid hidantoinic
f) Acid parabanic (2,3,5-trioxoimidazolidina)
Se obține prin tratarea clorurii de oxalil cu uree.
Curs 06 Ch. Heterociclurilor Inele de 5 atomi poliheteroatomice
14
Este un produs cristalin, solubil în solvenți organici. Prin hidroliză cu soluții de hidroxizi
alcalini trece în acid oxaluric.
g) Biotina (vitamina H)
Este un biciclu care conține un nucleu tiofenic condensat cu unul imidazolidonic.
Biotina este o componentă importantă a enzimelor implicate în metabolizarea grăsimilor și a
carbohidraților, influențând creșterea celulelor și afectând aminoacizii implicați în sinteza
proteinelor. Biotina contribuie la diferite reacții metabolice care implică transferul de dioxid
de carbon. De asemenea, poate fi utilă în menținerea unui nivel constant de zahăr din sânge.
Biotina este adesea recomandat ca supliment alimentar pentru întărirea părului și a unghiilor,
deși datele științifice care susțin aceste rezultate sunt slabe. Cu toate acestea, biotina se
găsește în multe produse cosmetice și de sănătate pentru păr și piele.
h) Benzimidazol
Este un sistem heterociclic care conține un nucleu benzenic condensat cu unul imidazolic.
N
N
H
benzimidazol1
2
34
5
6
7
Metode de preparare
Prin încălzirea o-fenilendiaminei cu acid formic 80-90%, sau cu alți acizi
carboxilici când se obțin derivați substituiți în poziția 2 a benzimidazolului.
-2 H2OCO
RHO
+
o-fenilendiamina
N
NHR=H, acid formic
R=CH3, acid acetic
NH2
NH2
R
R=H, benzimidazolR=CH3, 2-metilbenzimidazol