Reja: kirish 1 geterosiklik birikmalar

MAKTAB DASTURIDA GETEROHALQALI BIRIKMALARNI O’QITISH METODIKASI
Reja:
KIRISH
1 GETEROSIKLIK BIRIKMALAR
2 GETEROTSIKLLAR VA GETEROATOMLARNING TURLARI
3 GETEROTSIKLLARNING FIZIK-KIMYOVIY XUSUSIYATLARI
XULOSA
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR

Kirish
Molekulasida uglerod atomlaridan tashqari bir yoki bir necha boshqa (getero) atomlari bo’lgan siklik birikmalarga geterosiklik birikmalar deyiladi. Geterosiklik birikmalar tabiatda keng tarqalgan. Ko’proq uchraydigan elementlar, bular kislorod, azot, oltingugurtdir. “Geteros” so’zi grekcha bo’lib “boshqa” degan ma’noni beradi, ya’ni geterosiklik birikmalar tarkibida uglerod va vodorod atomlaridan tashqari boshqa elementlar atomlari borligidan darak beradi.

Geterosiklli birikmalar biologiya, medisina, qishloq xo’jaligi va boshqa sohalarda katta ahamiyatga ega. Ko’pchilik muhim tabiiy birikmalar tarkibida geterosiklik birikmalar uchraydi: qon va o’simliklarning bo’yovchi moddalari (gemin va xlorofil) nuklein kislotalari, ko’pchilik vitaminlar, antibiotiklar, alkaloidlar. Farmasevtik preparatlarning deyarli ko’pchiligini geterosiklik birikmalar tashkil etadi. Ko’pchilik tabiiy va sun’iy bo’yoqlar tarkibida ham geterosiklik xalqalar mavjud (indigo, indatren va h.k.).
Tetraxalqalar tarkibida uchraydigan atomlar soniga qarab uch, to’rt, besh, olti a’zoli va h.k. geterosiklik birikmalar uchraydi. Ularning xalqalarida bitta, ikkita, uchta va undan ko’p boshqa geteroatomlar uchrashi, bu atomlar bir xil yoki har xil atomlar bo’lishi mumkin.
1 HETEROSIKLIK BIRIKMALAR

Geterotsiklik birikmalar geterotsikllar (hetero... va yunon. kyklos — doira), tarkibida uglerod atomlaridan tashqari boshqa elementlarning atomlari (heteroatomlar) bo'lgan tsiklni o'z ichiga olgan organik moddalar, ko'pincha N, o, S, kamroq-P, B, Si va boshqalar. heterosiklik birikmalar turlarining xilma-xilligi juda katta, chunki ular bir-biridan sonda farq qilishi mumkin geteroatomlarning tsikldagi atomlari, tabiati, soni va joylashishi, o'rnini bosuvchi moddalar yoki kondensatsiyalangan tsikllarning mavjudligi yoki yo'qligi, geterotsiklik halqaning to'yingan, to'yinmagan yoki aromatik tabiati. Aromatik bo'lmagan heterosiklik birikmalar kimyoviy xossalari bo'yicha ochiq zanjirli hamkasblariga yaqin; ba'zi farqlar tsikldagi kuchlanish effektlari va tsiklik tuzilish bilan bog'liq fazoviy ta'sirlar bilan bog'liq. Shunday qilib, etilen oksidi (I) va tetrahidrofuran oddiy alifatik efirlarga, etilenimin (III) va pirolidin (IV) esa alifatik ikkilamchi aminlarga o'xshaydi.

Aromatiklik heterosiklik birikmalarda (asosan 5 va 6 a'zoli) namoyon bo'ladi, ular tarkibida boshqa aromatik birikmalar singari 4n+2 sirtli yopiq tizim mavjud. Bunday heterosiklik birikmalarning kimyosi, benzol seriyasining aromatik birikmalari kimyosiga ma'lum o'xshashlikni saqlab, asosan har bir heterosiklik yadroning o'ziga xos xususiyati bilan belgilanadi. Eng muhim aromatik heterosiklik birikmalarga furan (V), tiofen (VI), pirrol (VII), pirazol (VIII), imidazol (IX), oksazol (X), tiazol (XI) va piridin (XII) kiradi. Benzol yadrolari bilan kondensatsiyalangan heterosiklik birikmalar — benzofuran (kumaron; XIII), benzpirrol (indol; XIV), benztiofen (tionaften; XV), benztiazol (XVI), benzpiridinlar — xinolin (XVII) va izoxinolin (XVIII), dibenzpiridin (akridin; XIX) ham katta ahamiyatga ega.
Furan, tiofen, pirrol va ularning benzin hosilalarining aromatik tabiati geteroatomning yolg'iz elektron juftligining oltita yadro elektronining yopiq tizimini shakllantirishda ishtirok etishi bilan belgilanadi. Kislotali muhitda heteroatom proton bilan birikadi va tizim aromatik bo'lishni to'xtatadi. Shuning uchun furan, pirrol va indol kabi heterosiklik birikmalar kuchli kislotalarning ta'siriga bardosh bera olmaydi (tiofen oltingugurtning protonga kamroq yaqinligi tufayli kislotalarga chidamli).
6 a'zoli heterosikllarda heteroatomning yolg'iz elektron juftligi aromatik bog'lanish tizimini shakllantirishda ishtirok etmaydi. Shuning uchun piridin pirolga qaraganda ancha kuchli asos bo'lib, kislotalar bilan barqaror tuzlar hosil qiladi.
Ba'zi muhim heterosiklik birikmalar ko'mir smolasidan olinishi mumkin, masalan piridin va uning gomologlari, xinolin, izoxinolin, indol, akridin, karbazol va boshqalar; o'simlik chiqindilarining gidrolizlanishi (kungaboqar qobig'i, somon va boshqalar) furfurolni oladi. Biroq, eng muhimi, juda xilma-xil va o'ziga xos bo'lgan sintetik usullardir. Sintez paytida ular ko'pincha ochiq zanjirli birikmalardan kelib chiqadi. Ba'zi 5 a'zoli heterosikllar uchun o'zaro o'zgarishlar ma'lum. Shunday qilib, furan, pirrol va tiofen mos ravishda H2O, NH3 yoki H2S ta'sirida Al2O3 dan 450° gacha bir-biriga o'tadi . 2 GETEROTSIKLLAR VA GETEROATOMLARNING TURLARI

Agar valentlik qoidalariga rioya qilgan holda, sikloheksan molekulasida uglerod atomlaridan biri azot bilan almashtirilsa, siz eng oddiy heterosikllardan biri - piperidinni olasiz. Xuddi shunday, piridin benzoldan, 1,2,3,6 - tetrahidropiridin esa sikloheksendan "qurilishi" mumkin.

Geterotsiklik birikmalarning juda ko'p turlari ma'lum. Ular halqalarning kattaligi va soni, heteroatomlarning soni va turi, ularning o'zaro joylashuvi va boshqalar bilan farq qiladi. Masalan, tsiklik uglevodorodlar sikloparafinlarga (ularning vakili sikloheksan), sikloolefinlarga (masalan, sikloheksen) va aromatik uglevodorodlarga bo'linadi, ularning asosiy vakili benzoldir. Shunga ko'ra, heterosikllar umumiy shaklda heterosikloparafinlarga (piperidin), heterosiklolefinlarga (1,2,3,6-tetrahidropiridin) va heteroaromatik birikmalarga (piridin va boshqalar) bo'linadi. Keyingi tasniflash asosan heteroatom turiga asoslangan.
Geterotsikllarning eng o'ziga xos va amaliy jihatdan muhim guruhi heteroaromatik birikmalardir. Ularda heteroatomning ikkita asosiy turi uchraydi, ular mos ravishda heteroaromatik tuzilmalarning ikki turini keltirib chiqaradi. An'anaviy ravishda piridin deb ataladigan birinchi turdagi heteroatom piridinning o'zida va uning kislorod yoki oltingugurt atomlari - piriliy va tiapiriliy kationlari bilan o'xshashlarida uchraydi. U aromatik ansamblga bitta p-elektronni kiritadi va o'zi ikki tomonlama bog'langan bo'lib qoladi. Ikkinchi turdagi heteroatom odatda pirol, furan yoki tiofen kabi besh a'zoli heterosikllarning bir qismidir. U aromatik sekstetga ikkita p-elektronni kiritadi va o'zi faqat bitta bog'lanishni hosil qiladi. Bunday heteroatom pirrol deb ataladi.
Heterokoltsda bir xil turdagi (pirimidin) va har xil turdagi (imidazol) bir nechta heteroatomlar bo'lishi mumkin. Faqat heteroatomlardan tashkil topgan tsikllar ma'lum, masalan, borazin, uning barqarorligi uchun "noorganik benzol" yoki kamroq barqaror pentazol deb ataladi. Geterotsikllarning katta guruhi ikki yoki undan ortiq halqalardan iborat bo'lib, ular 2,2'-dipiridildagi kabi oddiy bog'lanish bilan bog'lanishi yoki purindagi kabi umumiy chekka bilan bo'g'ilishi mumkin.
Tabiatda besh va olti a'zoli heterosikllar eng keng tarqalgan; ular ko'pincha ilmiy tadqiqotlarda ham qo'llaniladi. Biroq, so'nggi paytlarda kimyogarlar makrogeterotsikllarga ko'proq e'tibor qaratmoqdalar. Shunday qilib, piridinning o'n sakkiz a'zoli analogi azaannulen va pirolning o'n etti a'zoli analogi azaannulen sintez qilindi. Eng muhim tabiiy makrogeterotsikl porfin bo'lib, uning molekulasi metin ko'priklari bilan bog'langan to'rtta pirrol halqalardan iborat-CH \ u003d.

3 GETEROTSIKLLARNING FIZIK-KIMYOVIY XUSUSIYATLARI

Ta'kidlash kerak bo'lgan birinchi narsa-heterosikllarning reaktivligining juda keng doirasi. Muhitning pH darajasiga qarab, ular anionlar yoki kationlar hosil qiladi, ba'zilari ijobiy zaryadlangan reaktivlar (elektrofillar) bilan, boshqalari salbiy zaryadlangan (nukleofillar) bilan bajonidil reaksiyaga kirishadi; ba'zilari osongina kamayadi, ammo oksidlanishi qiyin, boshqalari, aksincha, oson oksidlanadi, ammo tiklanishi qiyin. Bir vaqtning o'zida sanab o'tilgan barcha xususiyatlarni namoyish etadigan amfoter heterosiklik tizimlar mavjud. Ko'pgina heterosikllarning metall ionlari bilan kuchli komplekslar hosil qilish qobiliyati muhim biokimyoviy ahamiyatga ega. Reaktsiyaning barcha bu ko'rinishlari u yoki bu tarzda heterosiklik molekulalarda elektron zichligining taqsimlanishi bilan bog'liq.

Piridinni misol sifatida ko'rib chiqing. Piridin azot atomining o'ziga xos xususiyati shundaki, u molekulaning elektron bulutining bir qismini o'ziga tortadi. Natijada, uglerod atomlari, birinchi navbatda, orto va para pozitsiyalarida qisman musbat zaryadga ega bo'ladi. Uglerod yadrosidagi elektron zichligi etishmovchiligi piridin tipidagi heteroatomlarni o'z ichiga olgan barcha heterosikllarning o'ziga xos xususiyatidir. Ularning eng muhim xususiyati salbiy zaryadlangan reaktivlar - nukleofillar bilan o'zaro ta'sir qilish qulayligi. Oddiy misol-piridinning natriy amid bilan reaktsiyasi, natijada 2-aminopiridin hosil bo'ladi .
Bunday heterosikllar uchun musbat zaryadlangan reagentlar ta'sirida vodorodni almashtirish reaktsiyalari juda qiyin yoki umuman bo'lmaydi. Biroq, elektrofillar piridin azot atomiga yolg'iz elektron jufti orqali osongina birikadi. Masalan, kislotalar va alkilgalogenidlar bilan piridin mos ravishda piridiniy va n-alkilpiridiniy tuzlarini hosil qiladi .Piridin bunday reaktsiyalarda aslida asos sifatida ishlaydi.
Ma'lumki, elektronni tortib oluvchi guruhlarning organik molekulaga kiritilishi molekulyar orbitallarning energiyasini pasayishiga olib keladi. Natijada, birikmalar elektronlarni berish qiyinroq (yomon oksidlanadi), lekin ularni biriktirish osonroq (ular tezroq kamayadi). Piridin tipidagi heteroatom elektron qabul qiluvchidir, shundan kelib chiqadiki, mos keladigan heterosikllar oson tiklanishiga moyil bo'lishi kerak. Bu haqiqatan ham shunday. Masalan, 1-benzil-3-karbamoil piridiniy xlorid 1-benzil-3-karbamoil-1,4-dihidropiridinga kamayadi, uni yana asl tuzga oksidlash mumkin.
Ushbu qaytariladigan reaktsiya ko'plab tabiiy katalizatorlar - fermentlar, birinchi navbatda nafas olish jarayoni va energiya to'planishini ta'minlaydigan fermentlarning ta'sirida yotadi. Ushbu turdagi eng mashhur transformatsiya etil spirtining asetaldegidga oksidlanishi yoki ikkinchisining etanolga qaytarilishidir.
Qarama-qarshi holat pirrol va pirrol tipidagi heteroatomli boshqa heterosikllarda sodir bo'ladi. Ushbu birikmalarning molekulalarida beshta halqa atomiga rasmiy ravishda oltita p-elektron to'g'ri keladi. Natijada, halqali uglerod atomlari ortiqcha manfiy zaryadga ega. Bunday heterosikllar endi nukleofillar bilan reaktsiyalar bilan tavsiflanmaydi, ammo ularning elektrofillar bilan o'zaro ta'siri juda oson. Masalan, pirrol sovuqda tetrabrompirrolgacha bromlanadi va bu reaktsiyani monosamstatsiya bosqichida to'xtatish qiyin.
Pirrol tipidagi heteroatom deyarli asosiy xususiyatlaridan mahrum. Aksincha, pirol va boshqa NH heterosikllari kislotalikning namoyon bo'lishi bilan tavsiflanadi. Shunday qilib, asoslar ta'sirida ular N-anionlarni hosil qiladi. Ikkinchisi turli xil elektrofillar bilan osonlikcha reaksiyaga kirishadi, ular turli xil n-hosilalarni, masalan, 1-metilpirolni olish uchun ishlatiladi .Bunday heterosikllardagi molekulyar orbitallar yuqori energiyaga ega, shuning uchun ular piridin va uning analoglaridan farqli o'laroq, ularni kamaytirish qiyin, ammo oson oksidlanadi. Shunday qilib , pirol va uning N-o'rnini bosuvchi oksidlanishi bilan ajoyib elektrofizik xususiyatlarga ega polipirollarni olish mumkin.
Bir vaqtning o'zida pirrol va piridin tipidagi heteroatomlarni o'z ichiga olgan birikmalar, kutilganidek, amfoter xususiyatlarga ega. Imidazol bu borada dalolat beradi.
Ushbu heterosikl tirik organizmlarda eng keng tarqalgan, aytish mumkinki, kalitlardan biridir. U purin asoslari, B12 vitamini va ko'plab fermentlarning bir qismidir. Imidazolning biologik funktsiyalari uning fizik-kimyoviy xususiyatlarining ajoyib xilma-xilligi va moslashuvchanligi bilan bog'liq. Shunday qilib, protonni ajratib, u anionga aylanadi va protonni qo'shib, imidazol kationiga aylanadi. Imidazolning kislota-asos xususiyatlari shundan iboratki, organizmda pH \ u003d 7 da uning molekulalarining taxminan yarmi kation shaklida, qolgan yarmi neytral zarralar shaklida bo'ladi. Imidazolning yana bir o'ziga xos xususiyati-o'ziga o'xshash molekulalar bilan ham, suv, aminokislotalar va boshqa biomolekulalar bilan molekulalararo vodorod aloqalarini hosil qilish tendentsiyasi.
Vodorod aloqalari valent bo'lmagan o'zaro ta'sirlar deb ataladi. Bitta kovalent bo'lmagan o'zaro ta'sirning energiyasi an'anaviy kovalent bog'lanishlar energiyasidan 1-2 daraja past bo'lsa-da, bu biokimyoviy jarayonlarning moslashuvchanligi, tezligi va xilma-xilligini ta'minlaydigan nevalent o'zaro ta'sirlar va birinchi navbatda vodorod aloqalari. Bu molekulalararo o'zaro ta'sirlarning ko'pligi bilan izohlanadi, ular qo'shilib, tirik kimyoda hal qiluvchi omilga aylanadi. Heterosiklik birikmalar, ularning qutbliligi, yolg'iz elektron juftlari, heteroatomlar va n-H bog'lanishlari mavjud bo'lib, ular noyob bo'lmagan o'zaro ta'sir qilish qobiliyatiga ega. Shu munosabat bilan, adenin-timin va guanin-sitozinning bir-birini to'ldiruvchi tayanch juftlari o'rtasida ko'plab vodorod aloqalarining hosil bo'lishi ikki zanjirli DNK molekulalarida polinukleotid spirallarning etarlicha kuchli yopishishini ta'minlaydi.
O'simlik va hayvon organizmlarining hayotiy jarayonlarida heterosiklik birikmalarning roli juda katta. Heterosiklik birikmalarga o'simlik xlorofill va qon geminasi, nuklein kislotalarning tarkibiy qismlari, koenzimlar, ba'zi muhim aminokislotalar (masalan, prolin va triptofan), deyarli barcha alkaloidlar, penitsillin va boshqa ba'zi antibiotiklar, kobalamin kabi bir qator vitaminlar kiradi. vitamin B12), nikotinik kislota va uning amidi (vitamin PP), o'simlik pigmentlari (antosiyaninlar) va boshqalar. Tibbiyotda keng qo'llaniladigan ko'plab sintetik dorivor moddalar, masalan, antipirin, amidopirin, analgin, akrixin, aminazin, norsulfazol va boshqalar heterosiklik birikmalarga tegishli. Geterotsiklik birikmalar turli sohalarda (erituvchilar, bo'yoqlar, kauchuk vulkanizatsiya tezlatgichlari va boshqalar) keng qo'llaniladi.Molekulasida uglerod atomlaridan tashqari bir yoki bir necha boshqa (getero) atomlari bo’lgan siklik birikmalarga geterosiklik birikmalar deyiladi. Geterosiklik birikmalar tabiatda keng tarqalgan. Ko’proq uchraydigan elementlar, bular kislorod, azot, oltingugurtdir. “Geteros” so’zi grekcha bo’lib “boshqa” degan ma’noni beradi, ya’ni geterosiklik birikmalar tarkibida uglerod va vodorod atomlaridan tashqari boshqa elementlar atomlari borligidan darak beradi.
Geterosiklli birikmalar biologiya, medisina, qishloq xo’jaligi va boshqa sohalarda katta ahamiyatga ega. Ko’pchilik muhim tabiiy birikmalar tarkibida geterosiklik birikmalar uchraydi: qon va o’simliklarning bo’yovchi moddalari (gemin va xlorofil) nuklein kislotalari, ko’pchilik vitaminlar, antibiotiklar, alkaloidlar. Farmasevtik preparatlarning deyarli ko’pchiligini geterosiklik birikmalar tashkil etadi. Ko’pchilik tabiiy va sun’iy bo’yoqlar tarkibida ham geterosiklik xalqalar mavjud (indigo, indatren va h.k.).
Tetraxalqalar tarkibida uchraydigan atomlar soniga qarab uch, to’rt, besh, olti a’zoli va h.k. geterosiklik birikmalar uchraydi. Ularning xalqalarida bitta, ikkita, uchta va undan ko’p boshqa geteroatomlar uchrashi, bu atomlar bir xil yoki har xil atomlar bo’lishi mumkin.
Besh a’zoli geterosiklik birikmalar orasida eng muhimlari kislorodli (furan), oltingugurtli (tiofen), azotli (pirrol) birikmalar hisoblanadi:

Fizikaviy va kimyoviy xossalari bo’yicha ular benzolga o’xshab elektrofil almashinish reaksiyalariga kirishadi, chunki ular Xyukkelning aromatiklik qoidasiga bo’ysunadi.

1. Molekulasi xalqasimon bir tekislikda joylashgan.
2. To’yinmagan siklik tuzilishga ega.
Ularning tarkibida taga teng yaxlit -elektronlar buluti mavjud: