Гетероциклические соединения как метаболиты и лекарственные препараты. Классификация гетероциклических соединений

Имидазол – пятичленное гетероциклическое соединение, содержащее два гетероатома азота в 1-м и 3-м положениях кольца.

И мидазол проявляет амфотерные свойства. Он образует соли с сильными кислотами и щелочными металлами.

Вследствие наличия в молекуле имидазола N–H - кислотной группы и основного атома азота –N= между молекулами имидазола образуется межмолекулярная водородная связь.



Вмолекулеимидазолаосуществляется быстрый межмоле­кулярный водородный обмен, который приводит к прототропной таутомерии.

Производное имидазола – гистидин (α-амино-β-[4(5)–имида-золил] пропионовая кислота) входит в состав многих белков, в том числе и глобина.

В молекуле гемоглобина за счет пиридинового атома азота имидазольного фрагмента гистидина белок глобин связывается с атомом железа гема.
При декарбоксилировании гистидина образуется биогенный амин – гистамин.

Гистамин обладает широким спектром биологического действия, в частности, вызывает аллергические реакции.
Пиридин– шестичленное гетероциклическое соединение, содержащее один гетероатом азот.
В молекуле пиридина sp²-гибридизированный атом азота проявляет электроноакцепторный характер. Атом азота более электроотрицателен(3,0), чем атом углерода(2,4). Поэтому электронная плотность кольца смещена в сторону азота, и пиридин по сравнению с бензолом является более электронодефицитным. Вследствие этого пиридин труднее вступает в реакции элект-рофильного замещения, труднее окисляется и легче вступает в реакции гидрирования.
При гидрировании пиридина образуется гексагидропиридин – пиперидин.

Пиперидиновое кольцо входит в состав эффективного анесте­тика – промедола.
В молекуле пиридина неподеленная пара электронов атома азота не принимает участие в образовании π-электронного секстета и следовательно, ответственна за проявление его основных свойств. Водные растворы пиридина окрашивают лакмус в синий цвет. При взаимодействии пиридина с минеральными кислотами образуются кристаллические пиридиниевые соли.

Пиридин окисляется труднее чем бензол. Однако его гомолог -метилпиридин окисляется легко и образует -пиридин карбо­новую кислоту (никотиновую кислоту (витамин РР))

Важным производным пиридина является никотиновая кис­лота и никотинамид. Они известны, как две формы витамина РР и входят в состав многих ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных процессах организма. Недостаток витамина РР приводит к заболеванию пеллагра.
Амид никотиновой кислоты – никотинамид (витамин РР) получают по следующей реакции.

Диэтиловый эфир никотиновой кислоты – кордиамин является эффективным стимулятором нервной системы.
При окислении -метил пиридина (-пиколин) образуется изоникотиновая кислота.

Из изоникотиновой кислоты синтезируют противоту­берку­лезные препараты тубазид и фтивазид.

Тубазид (гидразид изоникотиновой кислоты) образуется при последовательнойобработкеизоникотиновой кислоты тионил-хло­ридом, этанолом и затем гидразином. Тубазид является токсичным соединением. Для снижения токсичности его обрабатывают арома­тическим альдегидом ванилином, в результате чего образуется соответствующий гидразон – фтивазид.

Тубазид
При взаимодействии тубазида с 4-гидрокси-3-метокси-бензальдегидом (ванилин) образуется фтивазид.

Пиримидин является шестичленным гетероциклическим соеди-нением с двумя гетероатомами азота. В эту группу входят три изомера, называемые диазинами.

Введение в молекулу пиридина второго атома азота понижает активность гетероциклического ядра в реакциях нуклеофильного замещения. Основность пиримидина также снижается по сравне­нию с пиридином.
Пиримидиновое ядро составляет основу алкалоидов и суль­фаниламидных препаратов.
Из производных пиримидина особо важное значение имеют гидрокси- и аминопроизводные – урацил, тимин, цитозин. Они являются компонентами нуклеиновых кислот и называются нуклеиновыми основаниями.



Для урацила, тимина, цитозина характерна лактам-лактимная таутомерия.



Обычно в равновесии преобладает лактамнаяформа.Гидрокси-, амино- и тиопроизводные пиримидина широко применяются в медицине в качестве лекарственных препаратов. Калиевая соль урацил-6-карбоновой кислоты (оротовой кис­лоты) – оротат калия является стимулятором обменных процессов. Метилтиоурацил применяется при лечении заболеваний, связан­ных с нарушением функции щитовидной железы.

Оротат калия Метилтиоурацил
Гидрокси- производные пиримидина 2,4,6-тригидрокси-пири­мидин – барбитуровая кислота и ее производные 5,5-дизамещен­ные производные барбитуровой кислоты – барбитураты оказы­вают снотворное и противосудорожное действие.
Барбитуровую кислоту получают при взаимодействии диэти­лового эфира малоновой кислоты в присутствии этоксида натрия с мочевиной.

5,5-дизамещенные производные барбитуровой кислоты назы­вают барбитуратами. Они оказывают снотворное и противосудо­рожное действие. Например, 5,5-диэтилбарбитуровая кислота, барбитал (веронал), ее натриевая соль – барбитал натрия (ме­динал), 5-этил-5-фенилбарбитуровая кислота, фенобарбитал (люми­нал) широко применяются в медицине.

Наиболее важное значение имеют конденсированные гетероциклические соединенияс одним гетероатомом азота – индол, хинолин, изохинолин, акридин, пурин их производные.

Индол – конденсированное гетероциклическое соединение, состоит из бензольного и пиррольного ядра, содержит один гетероатом азот (N).
И ндол ароматичен. Его обобществленная π- система содержит 10 π-электронов (4n+2=10) n = 2. Химические свойства индола схожи с химическими свойствами пиррола (ацидофобность). Основные свойства выражены очень слабо. В химических реакциях ведет себя как слабая NH – кислота. Легко окисляется кислородом воздуха. Индол легко вступает в реакции электрофильного замещения, причем наиболее реакционноспособным является β-углеродный атом пиррольного ядра.
Индол входит в состав незаменимой аминокислоты – триптофан. Триптофан входит в состав полипептидов растительных и животных организмов. Важным направлением в метаболизме триптофана является гидроксилирование под действием фермента - гидроксилаза. В результате образуется 5-гидрокситриптофан, который далее подвергается декарбоксилированию с образованием 5-гидрокситриптамина (сератонин).

Сератонин является одним из нейромедиаторов головного мозга. Нарушение его обмена приводит к шизофрении.
Родственное серотонину вещество псилоцибин находится в грибах. Оно вызывает зрительные галлюцинации.



Производное индола – синтетическое средство индопан оказывает антидипрессивное и психоактивирующее действие.



α – Метилтриптамин (индопан)


Хинолин – конденсированное гетероциклическое соединение, состоит из бензольного и пиридинового ядра, содержит один гетероатом азот (N). Хинолин по свойствам подобен пиридину, проявляет основные свойства.
Х инолин легко окисляется и образует тетрагидрохинолин. При окислении хинолина разрушается бензольное кольцо и образуется 2,3-пиридинкарбоновая (хинолиновая) кислота. Ядро хинолина входит в состав некоторых алкалоидов.
К лекарственным препаратам, содержащим хинолин, относится 8-гидроксихинолин(оксин). Его сульфопроизводные применяются как антисептическое средство.

Продукт нитрования 8-оксихинолина 5-НОК (8-гидрокси-5-нитрохинолин) обладает бактерицидным действием. Применяется при заболеваниях почек.

Производное хинолина атофан (2-фенил 4-хинолин карбоновая кислота) применяется в медицине при лечении подагры и ревматизма.

Галогенпроизводное 8-оксихинолина энтеросептол (8-гид­рокси-7-йод-5-хлорхинолин) оказывает сильное действие на микро-организмы, вызывающие кишечные инфекции.