2. b) Heterocykly
(charakteristika, vlastnosti, přehled a využití nejdůležitějších)
- Charakteristika:
o cyklické deriváty uhlovodíků, jejich kruh obsahuje kromě uhlíkových atomů i jeden nebo více atomů jiných prvků tzv. heteroatomů (nejčastěji kyslík, síra, dusík)
o heterocyklické sloučeniny jsou základem složitých struktur – ty jsou součástí rostlinných i živočišných organismů (sacharidů, nukleových kyselin, aminokyselin, vitamínů, alkaloidů atd.) Jejich zdrojem je i ropa
o názvy jsou nejčastěji triviální -> furan, pyrrol ….
o podle velikosti heterocyklů a počtu heteroatomů v molekulemi rozlišujeme heterocyklické sloučeniny:
§ pětičlenné – sloučeniny s jedním nebo více heteroatomy
§ šestičlenné - -,,-
§ kondenzované – heterocyklické sloučeniny s více kondenzačně spojenými heterocykly
- Vlastnosti:
o atomy v cyklu mohou být spojeny konjugovanými vazbami nebo mají konjugovaný systém π- elektronů, a pak jsou jejich vlastnosti podobné aromatickým uhlovodíkům
o u pětičlenných cyklů -> atomy uspořádány do 5-členného kruhu, do konjugace se zapojuje i volný elektronový pár heteroatomu, vzniká π- elektronový systém, který je tvořený 6 elektrony (jako benzen -> vykazují i podobné fyzikální a chemické reakce jako benzen)
o u šestičlenných cyklů -> volný elektronový pár heteroatomu se nezapojuje do konjugace -> to způsobuje jejich zvýšenou zásaditost a polárnost
- Charakteristika vazby :
o reakcí se účastní π- elektrony
- Reakce:
o ELEKTROFILNÍ SUBSTITUCE
§ Nitrace pyrrolu
§ Nitrace pyridinu
§ Bromace furanu
o ADICE (probíhá nejsnáze u furanu ->má nejslabší aromatický charakter)
§ hydrogenace furanu
§ hydrogenace pyridinu
- Příprava :
o nejjednodušší se získávají z ropy a černouhelného dehtu
- Zástupci:
o PĚTIČLENNÉ HETEROCYKLY S JEDNÍM HETEROATOMEM
§ Pyrrol
§ bezbarvá kapalina, nepříjemně páchnoucí, ve vodě málo rozpustná, toxická
§ výskyt: v černouhelném dehtu, produkty suché destilace kostí, rohoviny
§ stavební jednotka řady přírodních biologicky významných látek (tetrapyrrolových barviv) -> např. chlorofyl, hemoglobin, bilirubin -> jejichž základem je porfin
§ významné deriváty pyrrolu:
· aminokyseliny PROLIN A HYDROXYPROLIN (jsou součástí bílkovin)
· Indol (benzopyrrol)
· krystalická látka, příjemná vůně
· obsažen v květech jasmínu, v citrusech
· základ řady alkaloidů
· součást hormonů, barviv, aminokyseliny tryptofan
· Furan
· bezbarvá kapalina, ve vodě málo rozpustná
· zapáchá
· významná je jeho katalytická hydrogenace za vzniku TETRAHYDROFURANU ( = používá se jako ropouštědlo)
· je základem cyklických forem sacharidů – FURANÓZY
· Thiofen
· bezbarvá, kapalina, ve vodě nerozpustná, podobná benzenu
· ve formě tetrahydrothifenu je stavební jednotkou BIOTINU
(vitaminu H)
o PĚTIČLENNÉ HETEROCYKLY SE DVĚMA HETEROATOMY
§ Pyrazol
§ má v kruhu dva atomy dusíku
§ bezbarvá, krystalická látka, špatně rozpustná ve vodě
§ silnější zásada než pyrrol
§ deriváty pyrazolu se používají při výrobě léčiv- působících proti horečce a bolesti
§ Imidazol
§ v kruhu dva atomy dusíku
§ krystalická, ve vodě rozpustná látka
§ derivátem je aminokyselina HISTIDIN -> dekarboxylací vzniká HISTAMIN (fyziologicky účinná látka)
§ Thiazol
§ má dva různé heteroatomy (N, S)
§ páchnoucí kapalina
§ derivátem je vitamin B1 – THIAMIN a SULFONAMIDY (léky proti infekci) a antibiotika PENICILIN
o ŠESTIČLENNÉ HETEROCYKLY S JEDNÍM HETEROATOMEM
§ Pyridin
§ zásaditá jedovatá kapalina, rozpustná ve vodě, zapáchající
§ výskyt v černouhelném dehtu, používá se jako rozpouštědlo
§ deriváty:
· KYSELINA NIKOTINOVÁ (vzniká biochemickými procesy v organismu, využití při výrobě léků)
· NIKOTINAMID (amid kys. nikotinové) – součást koenzymů NAD a NADP (které se účastní oxidačně-redukčních pochodů v živých organismech)
· CHINOLIN – obsažen v alkaloidech, léčivech
§ Pyran
§ může tvořit 2 nestálé izomery (2H-pyran nebo 4H-pyran)
§ deriváty:
· TETRAHYDROPYRAN – je podstatou cyklických forem sacharidů (PYRANÓZY)
· od jeho benzoderivátů odvozujeme VITAMIN E a přírodní barviva ANTHOKYANY