ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Предисловие к первому изданию из "Химия гетероциклических соединений" Каждая глава заканчивается разделами Заключение и Задачи . Большинство задач взято из литературы, ссылки на оригинальные статьи приведены в конце книги. Литературные ссылки по главам даны в конце глав. [c.8] Несмотря на все усилия проследить авторство всех оригинальных работ, в некоторых случаях это оказалось невозможным, и мы приносим извинения всем авторам, чьи права мы невольно ущемили. [c.8] Для органических соединений характерно огромное разнообразие структур. Многие из ннх содержат циклические системы. Если циклическая система состоит из атомов углерода и хотя бы одного атома другого элемента, соединение относится к гетероциклическим. В циклических системах наряду с углеродом наиболее часто встречаются такие элементы, как азот, кислород и сера. Примерно половина известных органических соединений имеет структуру, содержащую хотя бы один гетероциклический компонент. [c.9] Области применения гетероциклических соединений чрезвычайно широки они преобладают среди лекарственных препаратов, а также средств, используемых в сельском хозяйстве и ветеринарии. Они находят применение как оптические отбеливатели, антиоксиданты, ингибиторы коррозии и разнообразные присадки. Многие красители и пигменты имеют гетероциклическую структуру. Обзоры по применению гетероциклических соединений см. [П. [c.9] Одна нз причин широкого использования гетероциклических соединений — возможность тонко манипулировать их структурой для достижения необходимых модификаций свойств. Как мы увидим в гл. 2, многие гетероциклы могут быть отнесены к одной из нескольких широких групп структур которые обладают сходными свойствами, но имеют и значительные внутригрупповые различия, в том числе вариации кислотности и основности, полярности, различную чувствительность к атаке электрофилом или нуклеофилом. Разнообразие структур гетероциклических систем обусловлено возможностью замены одного гетероатома на другой и изменения положения одного и того же гетероатома в кольце. Другой вариант модификации структур многих гетероциклов — возможность введения в их структуру функциональных групп либо в качестве заместителей, либо непосредственно в циклическую систему. Например, оснбвные атомы азота могут быть введены в молекулу либо в виде экзоциклической аминогруппы, либо как часть кольца. Это обусловливает чрезвычайную изменчивость структур за счет наличия или имитации функциональных групп. Примером последней может служить имитация циклической системой 1Н-тетразола карбоксильной группы, так как они подобны по кислотности и стерическим требованиям (гл. 8). Одной из основных целей последующих глав этой книги является создание основы для понимания и предсказания влияния строения гетероциклических соединений на их свойства. Вооружившись этим пониманием, химик-гетероциклист может сконструировать структуру в соответствии с разнообразными требованиями, модифицируя гетероциклический компонент. [c.10] Гетероциклические соединения все чаще находят применение в качестве промежуточных соединений в органическом синтезе (обзоры см. [2, 3]).Это в основном происходит потому, что относительно стабильную циклическую систему можно провести неизменной через ряд синтетических стадий и затем в необходимый момент раскрыть цикл и высвободить другие функщюнальные группы. В последующих главах будет приведено много подобных примеров, но принцип можно проиллюстрировать на примере использования фу-рановой циклической системы как скрытого 1,4-дикарбоиильного соединения (рис. 1.1) фурановое кольцо может быть раскрыто кислотой с высвобождением его замаскированной функциональности. [c.10] Многие лекарственные препараты и большинство гетероциклических соединений, имеющих практическое применение, не экстрагируют из природного сырья, а производят промышленным способом. Однако источником вдохновения для химиков-органиков служит изучение природных продуктов, которое формировало основу для дальнейших исследований. Примерами могут служить открытие кубовых красителей на основе структуры индиго и продолжающиеся поиски новых антибактериальных препаратов на основе /3-лактамной структуры пенициллина. Три различные группы лекарственных препаратов со структурами, родственными природным соединениям, кратко описаны ниже как иллюстрации путей, на которых химия природных соединений соприкасается с синтетической гетероциклической химией. [c.11] Для примера приведем серотонин (1) (также называемый 5-гидрокситриптамин, или 5-НТ). Это соединение широко распространено в природе, но встречается в очень низких концентрациях. В живых системах он образуется из аминокислоты триптофан гид-роксилированием по положению 5 индольного ядра с последующим декарбоксилированием. Впервые серотонин был выделен из природных продуктов в 1948 г. как сосудосуживающее средство, присутствующее в сыворотке крови, а впоследствии был обнаружен в пищеварительной системе и в мозгу. Однако только лабораторный синтез несколько лет спустя значительно расширил возможности для изучения механизма его действия. Сейчас известно, что серотонин имеет широкую и сложную область фармакологического действия, включая сужение кровеносных сосудов благодаря стимуляции гладкой мускулатуры и агрегации тромбоцитов. Он вызывает. [c.11] Существует группа алкалоидов с галлюциногенными свойствами (они изменяют восприятие и настроение), родственных серотонину, но более стабильных in vivo (эти и некоторые другие галлюциногены рассмотрены в работе [5]). Псилоцин (2) — один из активных составляющих мексиканского мухомора, который использовался с 1500 г. до н.э. в культуре ацтеков и майя как галлюциноген. Буфотенин (3) — другой галлюциноген, который встречается в поганках. [c.12] В последующих главах приведены структуры многих других соединений, нашедших широкое применение. Скорость, с которой такие соединения продолжают открывать, свидетельствует о силе и жизнеспособности этой областии органической химии. [c.15] Все шестичленные полностью ненасыщенные гетерощислические соединения можно представить как бензол, у которого один или более атомов углерода заменены на гетероатом. Пиридин (азабен-зол) — простейший из подобных соединений — имеет один кольцевой атом азота. Подобно бензолу, молекула пиридина представляет собой плоскую циклическую систему, слегка искаженный шестиугольник из-за меньшей длины связи С—N по сравнению со связями С—С. Ее можно представить (рис. 2.1, а) как циклическую систему, состоящую из пяти р -гибридизованных атомов углерода, к каждому из которых присоединен атом водорода (на рисунке не показаны), и одного р -гибридизованного атома азота. Каждый из шести атомов кольца имеет одну р-орбиталь, перпендикулярную плоскости кольца. Эта структура подобна структуре бензола по наличию единого цикла р-орбиталей, содержащего шесть электронов, но отличается тем, что обладает неподеленной парой электронов в плоскости кольца. Подобно бензолу, молекулу пиридина удобно представить в виде одной из двух эквивалентных структур Кекуле. [c.17] Родство структур молекул бензола и пиридина распространяется также и на другие шестичленные сопряженные циклические системы, содержащие более одного атома азота в кольце. Известны восемь гетероциклических систем (включая пиридин), содержащих один или более р -гибридизованных атомов азота в цикле (рис. 2.3). [c.20] Пониженная тг-электронная плотность на углеродных атомах кольца пиридина по сравнению с атомами углерода в бензоле, особенно в положениях 2 и 4, показана на рис. 2.4. По мере увеличения числа атомов азота в цикле понижение электронной плотности на атомах углерода становится более заметным. Поэтому ароматические гетероциклы такого типа часто относят к т-дефицитным гетероциклическим соединениям. [c.20] Азот — единственный элемент второго периода периодической системы, который может заменить группу СН в бензоле с образованием незаряженного ароматического гетероцикла. В случае кислорода образуется только положительно заряженная частица — катион пирилия. То же самое происходит и с участием атома серы. Однако другие элементы IV и V групп периодической системы могут образовывать незаряженные гетероциклические системы этого типа некоторые примеры приведены на рис. 2.5. Обзоры по свойствам гетеробензолов , содержащих атомы элементов V группы, см. [4, 5]. [c.21] Вернуться к основной статье