Ароматические гетероциклические соединения

1. Номенклатура гетероциклических соединений
2. Ароматичность гетероциклических соединений
3. Электронное построение 5-тичленных гетероциклических соединений
4. Прочие ароматические гетероциклы

Эти прочие атомы именуются гетероатомами (гетеро-заместителями). Зачастую данными гетеро-заместителями считаются кислородные и азотные атомы, а также атомы серы. Более многообразны и неплохо исследованы ароматические гетероциклические соединения, содержащие азот. Исключительными случаями гетероцикла являются соединения, которые не включают углеродные атомы в цикле, к примеру, пентазол – ароматическая пятичленная система, состоящая из 5 атомов азота.

В гетероциклических соединениях имеет возможность нахождений от одного до нескольких гетеро-заместителей. Но в соответствии с теорией напряжения циклов, 3-хчленные и 4-хчленные циклы слабоустойчивы. Более устойчивые, и по данной причине, зачастую возможно встретить 5-хчленные и 6-хчленные гетероциклические соединения.

Классифицируются гетероциклические соединения соответственно величины цикла. В зависимости от данной величины гетероциклические соединения делятся на трех-, четырех-, пяти-, шестичленные гетероциклические соединения, а также на гетероциклические соединения с большим числом атомов. Гетероциклы являются многочленными, и достаточно хорошо распространены в природной среде, а также обладают значительным предназначением на практике.

К гетероциклам причисляются следующие вещества: хлорофилл – зеленый пигмент, который окрашивает хлоропласты растительности в зеленый цвет, гемоглобин – сложный содержащий железо белок животных, обладающих кровообращением, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани, окрашивающий кровь. Также гетероциклам относится множество иных натуральных окрашивающих веществ, витамины, антибиотики (пенициллин), медикаментозные препараты, ядовитые вещества, используемые для уничтожения вредителей.

Номенклатура гетероциклических соединений

Гетероциклы именуют по различным классифицированным перечня, таким как: тривиальный, рациональный и систематический. Для давно открытых гетероциклов зачастую применяют тривиальные наименования. К примеру, пиррол – ароматический 5-тичленный азотистый гетероцикл (\(C_4H_5N\)), пиридин – 6-тичленное ароматическое гетероциклическое соединение (\(C_5H_5N\)), бензопиррол – гетероциклическое конденсированное ароматическое соединение (\(C_8H_7N\)) и другие.

В рациональном классифицированном перечне за основание применяется наименование конкретного гетероциклического соединения. К примеру, тиофен – ароматический 5-тичленный гетероцикл (\(C_4H_4S\)), пиридин – 6-тичленное ароматическое гетероциклическое соединение (\(C_5H_5N\)) либо иные. В свою очередь, положение заменителей в данных гетероциклических соединениях отмечают числами либо греческими литерами. В гетероциклических соединениях с одним гетероатомом нумерация инициализируют с данного гетеро-заместителями.

Рисунок 1.

Нынешний научный классифицированный перечень гетероциклов состоит из размера цикла, его не насыщения, числа гетеро-заместителей, а также их типа и расположения. Наименование гетероциклических соединений по данной классификации включает три части:

• Корня – определяет циклическую величину.
• Суффикса – определяет уровень не насыщения гетероциклов.
• Приставки – определяет тип гетеро-заместителя, а также его величину.

3-хчленное кольцо обладает корнем -ир, 4-хчленное – -ет, 5-тичленное – -ол, 6-тичленное – ин. Гетероциклические соединения, обладающие высокой насыщенностью, с азотными атомами обладают суффиксом -идин, насыщенные гетероциклические соединения без данного атома обладают суффиксом -ан, насыщенные структуры гетероциклов обладают суффиксом -ин.

Природа гетеро-заместителей определяется префиксами окса-, тиа- и аза- соответствующе кислороду, сере и азоту. В свою очередь, приставки диокса-, дитиа-, диаза- обозначают соответствующе 2 атома O, S, N.
Когда в гетероциклическом соединении 2 и больше различных гетеро-заместителей, тогда данные гетероциклы нумеруют по старшинству кислород раннее серы, а сера раньше азота, и их перечисляют в такой последовательности: кислород, сера и азот.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяОнлайн-репетиторЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

При присутствии в гетероциклическом соединении 1 атома O (кислорода) и 1 атома N (азота) применяют префикс – оксаза-, а при 1 одном атоме S (сера) и 1 атоме N (азота) – тиаза-. При единовременном наличии в цикле третичного атома N и группы NH числом 1 отмечают атом азота N группы NH. В данной ситуации нумерация осуществляется в такой последовательности: кислород O, сера S, группа NH, азот N.

Гетероциклические соединения, не обладающие крайними взаимосвязями, обычно, по химическим и физическим характеристикам схожи с соответствующими циклическими соединениями.

Ароматичность гетероциклических соединений

Присутствует большая группа гетероциклических соединений, обладающих сопряженной структурой кратных взаимосвязей. Данного рода гетероциклические соединения сходны с собственной устойчивостью и видами реакций фенилового водорода (\(C_6H_6\)), а также его производными, и именуются ароматическими гетероциклами.

В соответствии с правилом немецкого химика Эриха Арманда Артура Йозефа Хюккеля, циклическая структура обладает ароматическими показателями, когда она:

• Включает (4n + 2) суммирующие электроны;
• Обладает постоянной цепью сопряжения;
• Считается планарной.

Для сравнения можно привести бензол (\(C_6H_6\)) и пиридин (\(C_5H_5N\)):

Рисунок 2.

В молекуле бензола (\(C_6H_6\)) углеродные атомы располагаются в состоянии sp2-гибридизации (в процессе образования либо получения гибридов). 4-й электрон каждого атома C считается негибридизующимся. В то же время возникает секстет электронов, объединенный атомами цикла (ароматический секстет). Облака негибридизованных π-электронов, обладающих видом объемистых восьмерок, перекрываясь одна одной, организовывают общее π-электронное облако:

Рисунок 3.

По аналогии возможно пояснить ароматическую природу пиридина (\(C_5H_5N\)). Лишь при основании электронного секстета в природных условиях принимают участие 5π-электроны от углеродных атомов и 1 азотный электрон:

Рисунок 4.

В азотном атоме сберегается безраздельная электронная пара. Данная электронная пара не осуществляет вхождение в ароматический секстет; структура является планарной; отвечает правилу Хюккеля: (4n + 2).

Электронное построение 5-тичленных гетероциклических соединений

Осуществим рассмотрение электронного построения 5-тичленного азотистого гетероциклического соединения – пиррола (\(C_4H_5N\)), основанного 4-мя углеродными атомами и одним азотным атомом, а также включает 2 двойные взаимосвязи:

Рисунок 5.

В молекуле пиррола (\(C_4H_5N\)) тоже формируется ароматический секстет благодаря четырем π-электронам углеродных атомов и 2-х безраздельных р-электронов азотного атома. Следовательно, в ядре формируется общая структура электронного секстета, и ядро обладает ароматическими характеристиками.

Осуществляется выполнение первого правила ароматичности: присутствует 4n + 2 = 4 * 1 +2 = 6 суммарных электронов. Также осуществляется второе условие ароматичности – сберегается постоянная цепь сопряжения, включающая безраздельную пару электронов азотного атома. Все атомы находятся в единой плоскости, структура является планарной. Следовательно, в 5-тичленных гетероциклических соединениях шесть электронов делокализованных между пятью атомами, формирующими этот цикл.

Рисунок 6.

Из 5-тичленных гетероциклах с одним гетеро-заместителем самым важным значением обладают: фуран (\(C_4H_4O\)), тиофен (\(C_4H_4S\)) и пиррол (\(C_4H_5N\)). Для данных гетероциклов, а также их производных характерны реакции электрофильной замены: нитрование (введения нитрогруппы —\(NO_2\)), сульфонирование (введение сульфогруппы —\(SO_2OH\)), галогенирование (введения галогена), ацилирование (введение ацильного остатка RCO-) и другие.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяОнлайн-репетиторЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Эта специфичность свойств данных гетероциклов взаимосвязана с их электронным построением. В циклах данных веществ находятся как углеродные атомы, так и гетеро-заместители. Атомы углерода и гетеро-заместители связаны с соседствующими углеродными атомами σ-связями.

Прочие ароматические гетероциклы

Так как в полициклических соединениях гетеро-заместители можно подменить углеродными атомами различных циклов и сочетаний, количество вероятных ароматических гетероциклов достаточно большое:

Рисунок 7.

Кроме структур гетероциклов, включающих в любом кольце по 6 π-электронов, известно множество примеров ароматических (4n + 2) p-электронных гетероциклов, в которых n > 1. Известны аналоги гетероциклов – ароматические моноциклические углеводороды без боковых цепей в углеродном скелете. Например, окса-17-аннулен, аза-17-аннулен, аза-18-аннулен, изоэлектронные ароматическому 18.-аннулену:

Рисунок 8.

Рисунок 9.

В том числе, гетероциклическим аннуленом считается мостиковый гомохинолин, изоэлектронный 1,6-метано 10-аннулену, включающий 10 p-электронов:

Рисунок 10.