Cuprins - teclu.chem.uaic.ro · ea joacă un rol important în organism. Este cunoscut faptul că...

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


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).


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.


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.


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.


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:


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.


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:


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:


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.


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).


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.


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.


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


15

Prin tratarea o-fenilendiaminei cu cetone rezultă derivați ai benzimidazolului.

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

mercaptobenzimidazoli.

Cuprins - teclu.chem.uaic.ro · ea joacă un rol important în organism. Este cunoscut faptul că...

Documents

Transcript of Cuprins - teclu.chem.uaic.ro · ea joacă un rol important în organism. Este cunoscut faptul că...