Universitatea „Al. I. Cuza” IaşiFacultatea de ChimieFacultatea de Chimie

Chi i H t i l il i Chimia Heterociclurilor și a Intermediarilor Reactivi

Lect. Dr. Costel Moldoveanu

Iași 2010

1

Curs 12

Cuprinsp

III.2.2. Derivați ai indoluluiIII.3. Carbazolul (dibenzopirol)III.3. Carbazolul (dibenzopirol)III.3.1. Metode de preparareInele de cinci atomi poliheteroatomiceA Cicluri de cinci atomi cu doi heteroatomi identiciA. Cicluri de cinci atomi cu doi heteroatomi identici1. Pirazol (1,2-diazol)2. Imidazol (1,3-diazol)

2

Curs 12III.2.2. Derivați ai indolului

1. N-metil indolul2. Gramina (β-[N-dimetilaminometil]-indol)3 Triptamina (β (2 etilamino) indol)3. Triptamina (β-(2-etilamino)-indol)4. Serotonina (5-hidroxitriptamina)5. Acidul 3-indolilacetic

6. Indoxilul (3-hidroxiindol)

Poate prezenta două forme tautomere: forma indolică I și forma cetonică II.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 oxidareîn mediu alcalin se transformă în indigo (de aceea metodele lui de preparare vor fi prezentate

3

în mediu alcalin se transformă în indigo (de aceea metodele lui de preparare vor fi prezentateodată cu ale indigoului).

Curs 12

În reacții indoxilul participă cu ambele forme tautomere Acetilarea indoxilului cu anhidridăÎn reacții indoxilul participă cu ambele forme tautomere. Acetilarea indoxilului cu anhidridăacetică dă N-acetilindoxil (1). Atunci când acetilarea se face cu anhidridă acetică în prezențaNaOH rezultă O-acetilindoxilul (2), iar acetilarea energică în prezența CH3COONa conducela O N diacetilindoxil (3)la O,N-diacetilindoxil (3).

4

Curs 12

Gruparea CH din poziția 2 a indoxilului este foarte reactivă și poate da reacții de condensareGruparea 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 denumițiindogenide.

5

Curs 127. Indigoul (indigoina)

Inițial a fost izolat din plante aparținând speciei „Indigofera Tinctoria”.Metode de obținere:•Prin oxidarea indoxilului cu oxigen din aer•Prin oxidarea indoxilului cu oxigen din aer.

•Din acid antranilic și acid monocloracetic.

- CO2+N

OH

COOH- HClNH2

COOH

Cl CH2 COOHNH

COOH

CH2 COOH- H2O

t°C

ș

NH

COOHNH2acid antranilic acid cloroacetic

NH CH2 COOH

acid fenil-glicin-o-carboxilic acid indoxilic

6

Curs 12

•Din anilină și acid monocloracetic.Din anilină și acid monocloracetic.

H OH200°C

•Din anilină și etilenoxid.

+NH2

anilina etilen oxidO

CH2 CH2NH

CH2

CH2

-hidroxietilanilina- H2O- NH3

(NaOH + NaNH2)200 C

7

Curs 12

Prezența dublei legături între cele două nuclee indoxilice face posibilă existența uneiizomerii cis - trans. Indigoul solid sau în soluție se prezintă exclusiv sub formaizomerului trans, fapt dovedit prin măsurători cu raze X. Forma trans este preferatăîntrucât ea este stabilizată prin două legături de hidrogen intramoleculare, așa cum esteprezentat în structura II.

Indigoul se prezintă ca o pulbere cristalină colorată în albastru insolubilă în apă alcool sauIndigoul se prezintă ca o pulbere cristalină colorată în albastru insolubilă în apă, alcool saubenzen.

8

Curs 12Prin reducerea indigoului se formează dihidroindigoul, compus incolor, denumit și alb de indigo(leucoderivat) Reducerea se face cu ditionit de sodiu în mediu alcalin(leucoderivat). Reducerea se face cu ditionit de sodiu în mediu alcalin.

Pe această reacție se bazează vopsirea cu indigo Indigoul insolubil este redus cu ditionit dePe această reacție se bazează vopsirea cu indigo. Indigoul insolubil este redus cu ditionit desodiu în mediu alcalin, iar soluția galbenă, numită cadă de indigo, servește în vopsitorie. Prinoxidarea dihidroindigoului direct pe fibră în contact cu oxigenul din aer se reface indigoulalbastru

9

albastru.

Curs 12III.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 șifenantren.

III.3.1. Metode de preparare

•Prin trecerea difenilaminei prin tuburi de oțel încălzite la roșu•Prin trecerea difenilaminei prin tuburi de oțel încălzite la roșu.

10

Curs 12

•Din 2,2‘-diaminodifenil, prin încălzire cu H2SO4 concentrat.

•Prin încălzirea fenotiazinei cu cupru metalic.

11

Curs 12•Din fenilhidrazona ciclohexanonei. Se formează intermediar tetrahidrocarbazolul care prinpdehidrogenare în prezența unor acceptori de hidrogen (fenoli, acid cinamic, olefine) trece încarbazol.

12

Curs 12

Este un produs cristalin, incolor, solubil în solvenți organici. Prin încălzirea carbazolului cuacetilenă la 150°C, în prezența unor cantități mici de KOH rezultă N-vinilcarbazol.

Polimerizarea N vinilcarbazolului dă o masă transparentă utilizată ca izolator electricPolimerizarea N-vinilcarbazolului dă o masă transparentă utilizată ca izolator electric.

13

Curs 12Inele de cinci atomi poliheteroatomice

A. Cicluri de cinci atomi cu doi heteroatomi identici1. Pirazol (1,2­diazol)

Face parte din categoria heteroaromatelor bogate în electroni π și prezintă următoarele structuriFace parte din categoria heteroaromatelor bogate în electroni π și prezintă următoarele structurilimită:

Metode de preparare•Prin adiția diazoderivaților alifatici la hidrocarburi cu triplă legătură (alchine). Din acetilenă șidiazometan rezultă pirazolul.diazometan rezultă pirazolul.

14

Curs 12•Prin ciclizarea vinildiazometanului în soluție eterică la temperatura camerei.

•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 deEste un produs cristalin cu miros slab de piridină, este stabil și nu prezintă tendințe depolimerizare.

15

Curs 12Proprietăți chimice

•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:structuri limită:

•Derivații substituiți cu grupe alchil pot prezenta fenomenul de tautomerie, tautomerii nefiindizolabiliizolabili.

16

Curs 12•Dă reacții de substituție electrofilă în poziția 4:

Cl2HCl N

N

Cl

N

- HCl NH 4-cloropirazol

H2SO4

HO3S

NNH

- H2O NNH acid pirazol-4-sulfonic

HNOO2N

HNO3- H2O N

NH

4-nitropirazol

P i d di i l l f ă β2 i li i i d i ă

Na / ROH

•Prin reducere cu sodiu și alcool se formează β2-pirazolina, iar prin reducere energică pecatalizator de nichel conduce la pirazolidină:

NNH

Na / ROH2-pirazolina

NNH

17

H2H2 /Ni

pirazolidinaNHNH

Curs 12Un derivat al pirazolinei este 1-fenil-3-metil-5-pirazolona care se obține din ester acetil aceticși fenilhidrazinăși fenilhidrazină.

1-Fenil-3-metil-5-pirazolona poate reacționa după trei formule, întrucât ea adoptă trei forme

NCC

H3CH

H

NCC

H3C H

NCC

H3C H

tautomere și anume:

N CN

forma cetonica

O

C6H5

N CN O

C6H5

H N CN O

C6H5

H

I II IIIforma enolica forma iminica

Aceste trei forme tautomere au fost puse în evidență astfel:•Forma metilenică s-a dovedit prin sinteză și prin tratare cu acid azotos când se formează unizonitrozoderivat.izonitrozoderivat.

18

Curs 12•Forma fenolică se întâlnește în derivatulO-metilat rezultat prin tratarea pirazoloneicu diazometan.

•Prin înlocuirea hidrogenului de la atomulde azot cu gruparea metil la tratareag ppirazolonei cu iodură de metil în soluțiealcoolică s-a evidențiat forma iminică. Unexemplu îl constituie sinteza antipirineip pfolosită 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 seformează 4-dimetilaminoantipirina (piramidonul).

- 2 HI

HO N O- H2ON

CC

N

H3C

O

H

H3C2 CH3I

NCC

N

H3C

O

N

H3C

O

- H2O NCC

H3C

O

NH2

H C

4 [H]N

CC

H3C

O

N

H C

CH3

CH3

formează 4 dimetilaminoantipirina (piramidonul).

194-nitrozoantipirina

- 2 HIN O

C6H5

3 N O

C6H5

H3C N O

C6H5

H3C

4-aminoantipirina

N CN O

C6H5

H3C

4-dimetilaminoantipirina(piramidon)

Curs 12

2  Imidazol (1 3 diazol)2. Imidazol (1,3­diazol)

Este un heterociclu aromatic cu următoarele structuri limită:Este un heterociclu aromatic cu următoarele structuri limită:

Metode de preparare

•Prin încălzirea dialdehidelor sau dicetonelor cu NH și CH O în funcție de combinațiaPrin încălzirea dialdehidelor sau dicetonelor cu NH3 și CH2O, în funcție de combinațiadicarbonilică rezultând imidazol sau derivații săi.

20

Curs 12•Prin tratarea acidului dicetosuccinic cu NH3 și CH2O rezultă imidazol.

•Prin condensarea α-halogencetonelor cu amidine.

Proprietăți fizice

Este o substanță cristalină incoloră solubilă în solvenți polari insolubilă în solvenți nepolari

21

Este o substanță cristalină, incoloră, solubilă în solvenți polari insolubilă în solvenți nepolari.

Curs 12Proprietăți chimice

•Are caracter bazic mai pronunțat decât pirolul și piridina (bazicitatea este dictată de atomul deazot terțiar din poziția 3).

i i ii•Formează săruri cu acizii.•Are caracter slab acid (atomul de hidrogen de la azot poate fi înlocuit cu metale alcaline șihidruri ale metalelor alcaline).Ci l l i id li t t bil i t fi d d t i i hi i î ăl i HCl l 300°C•Ciclul imidazolic este stabil și nu poate fi degradat nici chiar prin încălzire cu HCl la 300°C.

•Este stabil față de acidul cromic, însă alți agenți oxidanți (KMnO4 sau H2O2) îl degradeazăconducând la oxamidă (amida acidului oxalic), amoniac și aldehidă formică.

22

Curs 12

•Dă reacții de substituție electrofilă înDă reacții de substituție electrofilă înpoziția 4 sau 5.

•Prin tratarea N-alchil imidazolului cuhalogenură de alchil se obțin săruricuaternare la atomul de azotnesubstituit.

•Prezintă tautomerie prototropică Are•Prezintă tautomerie prototropică. Areloc transferul intermolecular al unuiproton de la o moleculă la alta în timpulunei reacții de ionizare

23

unei reacții de ionizare.

Curs 12Derivați ai imidazolului•Histidina (imidazolil 4 alanina)•Histidina (imidazolil-4-alanina)Se obține prin tratarea 4-formilimidazolului cu acid hipuric (N-benzoilglicină).

Este un aminoacid care intră în structura multor proteine.

Hi t i (i id lil 4 til i )•Histamina (imidazolil-4-etilamina)Se obține prin decarboxilarea histidinei în prezența unor bacterii.

Se găsește în țesuturi și are acțiune dilatatoare asupra vaselor capilare Este component al24

Se găsește în țesuturi și are acțiune dilatatoare asupra vaselor capilare. Este component alunor medicamente care ameliorează circulația periferică.

Curs 12•2-ImidazolinaSe obține prin tratarea etilendiaminei cu acid formic în prezența unor mici cantități de HClSe obține prin tratarea etilendiaminei cu acid formic în prezența unor mici cantități de HCl.

E t b ă t i t ă î ițiEste o bază tare intră în compoziția unormedicamente vasodilatatoare, iar unii derivațiîn structura detergenților cu caracter cationic șiproprietăți bacteriostaticeproprietăți bacteriostatice.•2-ImidazolidonaSe obține din etilendiamină și CO2 la 230°C și100 atmosfere100 atmosfere.

Este un produs cristalin solubil în apă caldă. Prin hidroliză acidă sau alcalină trece în produșiiinițiali.ț•Hidantoina (2,5-dioxoimidazolidina)Se obține prin tratarea clorurii aciduluibromacetic cu uree.

Este o substanță cristalină,solubilă în apă caldă insolubilă

25

solubilă în apă caldă, insolubilăîn eter. Prin hidroliză alcalină setransformă în acid hidantoinic.

Curs 12•Acid parabanic (2,3,5-trioxoimidazolidina)Se obține prin tratarea clorurii de oxalil cu ureeSe obține prin tratarea clorurii de oxalil cu uree.

Este un produs cristalin, solubil în solvenți organici. Prin hidroliză cu soluții de hidroxizi alcalini trece în acid oxaluric.

•Biotina (vitamina H)Este un biciclu care conține un nucleu tiofenic condensat cu unul imidazolidonic.

26Are rol important în funcționarea normală a pielii.

Curs 12•BenzimidazolEste un sistem heterociclic care conține un nucleu benzenic condensat cu unul imidazolic

N2

34

5

Este un sistem heterociclic care conține un nucleu benzenic condensat cu unul imidazolic.

NH

benzimidazol126

7

Metode de preparare•Prin încălzirea o-fenilendiaminei cu acid formic 80-90%, sau cu alți acizi carboxilici când seobțin derivați substituiți în poziția 2 a benzimidazolului.

27

Curs 12•Prin tratarea o-fenilendiaminei cu cetone rezultă derivați ai benzimidazolului.ț

•Prin încălzirea o-fenilendiaminei cu tiouree sau tiofosgen se obțin 2-mercaptobenzimidazoli.

28