Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Таутомерия пятичленных ароматических гетероциклических соединений является прототропной таутомерией и осуществляется обратимым переносом протона внутри молекулы из ее кислотного центра в основный. Перенос протона сопровождается перераспределением электронной плотности.

Для осуществления таутомерных превращений необходимо присутствие в молекуле достаточно активных как кислотного, так и основного центров. Поэтому среди незамещенных пятичленных ароматических гетероциклов прототропная таутомерия возможна для азотсодержащих циклов с двумя и более гетероатомами, например, для имидазола. Скорость переноса протона чрезвычайно велика и разделить таутомеры невозможно.

Схема прототропной таутомерии имидазола.

основный                кислотный

R  4 3

N

R     H

5           2          4          2

N 1                       N  3

H

кислотный       основный

4-алкилимидазол 5-алкилимидазол

 

Важным производным имидазола является α-аминокислота гистидин. Из-за прототропной таутомерии гистидин может быть представлен как 2- амино-3-[4(5)-имидазолил]- пропановая кислота.

 

Таутомерия гистидина:

H3N

CH COO^-

H3N

CH COO^-

CH2

4   N 3

CH₂ H

5  N 1

5          2        4          2

N 1                               N 3

H

 

В переносе протона в процессах таутомерии имеет значение межмолекулярная ассоциация, которая осуществляется образованием водородных связей между кислотным центром одних молекул и основным других:

N     N   H   N     N   H  N     N   H

 

8. Реакции электрофильного замещения у пятичленных ароматических гетероциклов.

Реакции электрофильного замещения у пятичленных ароматических гетероциклов в общем аналогичны этому типу реакций у аренов. Они осуществляются по механизму S_E через последовательное образование π- и σ- комплексов, а затем – продукта. У гетероциклов с одним гетероатомом электрофильное замещение происходит преимущественно в α-положение к гетероатому, поскольку α-замещению соответствует более устойчивый σ- комплекс. Однако замещение возможно и в β-положение, особенно, если α- положения уже заняты.

В молекулах имидазола электрофильное замещение происходит в положения 5(4), у пиразола – в положение 4, т.е. в положения, наиболее удаленные от пиридинового гетероатома.

 

Схемы электрофильного замещения в общем виде:

H        H  b                                         E

E

H                H a

-H⁺

E +

X                     X

образуется

преимущественно

4 3

 

 

N 1 H

 

5    H

N  1

4          2

 

E+

 

-H⁺     E

 

H

N

3

 

4     3

 

N 2

N 1                               E

H             E+

 

4   

 

3        N H

N 2 1

-H⁺                       N

N

H

 

 

Механизм S_E:

H     H

H     H

   E                                   E+ a                     E                  E                   E

H  X  H

H  X  H

замещение                          H

H         X  H

p-комплекс

 

 

b-замещение

a-s-комплекс более устойчив

 

 

E

E                   E                  преимущественный продукт реакции

H                  H

X                  X

 

 

a-s-комплекс менее устойчив

 

    H

 

 

X

 

Реакции электрофильного замещения у пятичленных ароматических гетероциклических соединений с одним гетероатомом (π-избыточные соединения) протекают с более высокой скоростью и более глубоко, чем у бензола. Но для проведения реакций нитрования, сульфирования и галогенирования ацидофобных гетероциклов необходимы, обычно, условия, исключающие присутствие сильной кислоты. Поэтому в качестве реагентов в реакциях, например, с фураном и пирролом используют: для нитрования -

O

CH3-C

O-NO2              ацетилнитрат;  для  сульфирования  –   С₅Н₅N·SO₃

пиридинсульфотриоксид; галогенирование проводят в присутствии пиридина или диоксана для связывания выделяющегося галогеноводорода.

 

Примеры реакций электрофильного замещения у                     ацидофобных гетероциклов:

реагент

O                    

CH3-C

O-NO2

-CH3COOH

NO2

N

нитрование

 

 

субстрат

H  2-нитропиррол

 

C5H5N SO3                        -

H                                                SO3

 

сульфирование

N                   -C5H5NH         N

H                                               H

анион

пиррол-2-сульфо -

кислота

 

Br2, C6H5N                  

Br

-[C5H5NH] Br          N H

 

галогенирование

 

 

Br   Br

 

Br               N Br H

2,3,4,5-тетрабромпиррол

 

 

+d O

CH3-C

O

 

, SnCl4        

H3C  C                                  O

                O                    

-CH3COOH                         C-CH3

O                                                     O

2-ацетилфуран

ацилирование

 

Тиофен неацидофобен, поэтому в реакциях электрофильного замещения, обычно, не требует особых реагентов. Например, тиофен сульфируется концентрированной серной кислотой при комнатной температуре:

 

H2SO4 конц.            SO3H

S                                    S

тиофен-2-сульфокислота

 

Имидазол и пиразол – гетероциклические соединения с двумя гетероатомами – также неацидофобны. Их нитрование и сульфирование осуществляется обычными нитрующими и сульфирующими реагентами. Но для реакций необходимы условия более жесткие, чем у бензола, потому что

замещению предшествует образование катиона (положительно заряженный азот является сильным электроноакцептором).

Примеры реакций:

H2SO4

4

-HSO ^-

N

H

H

N

H2SO4 конц.

N               to

H           -H2O

H

  

N

HO3S

N H

   

Br 2, NaOH

N                -NaBr,

H                -H2O

Br     

N

N H

 

Ацилирование и алкилирование имидазола и пиразола происходят преимущественно по пиридиновому атому азота и осуществляются обычными ацилирующими и алкилирующими субстратами. В этих реакциях имидазол и пиразол являются нуклеофильными реагентами (реакции S_N).

Примеры реакций:

+d

CH3    I

-I^-

H

CH3

N

 

N         -H⁺

H

CH3

N

 

N

+d  O       

CH₃-C                       O                         O

            Cl

-Cl^-

H

C-CH3

N H

 

-H⁺

 

N C-CH3

N

 

Реакции электрофильного замещения низкоароматичных пятичленных ароматических гетероциклов, таких как фуран, конкурируют с реакциями электрофильного присоединения А_Е, в ходе которых гетероцикл ведет себя как сопряженный диен. Часто продукты замещения образуются через стадию присоединения с последующим элиминированием. Например, в реакции галогенирования фурана возможны продукты как присоединения, так и замещения:

 

 

H      H

Br                            Br 2

 

Br                    Br

 

H   O   H

H      H H                   H

 

 

Br 2

H H

Br                 Br

H              H

Br      O   Br

Br      O

Br

-2HBr

 

 

Br                    Br

O