Aromatické heterocyklické sloučeniny

Aromatické heterocyklické sloučeniny jsou heterocyklické sloučeniny, které mají aromatický charakter, neboť splňují pravidla aromaticity.

Přehled vybraných zástupců

Pětičlenné heterocykly

Fyzikálně-chemickými metodami bylo zjištěno, že furan, thiofen a pyrrol jsou rovinné útvary s vazbami délky přibližně odpovídající průměru jednoduché a dvojné vazby. Počet π elektronů je 4 (atomy C) + 2 (heteroatom), což odpovídá Hückelovu pravidlu.

Jelikož elektronegativita klesá v řadě O > N > S, má furan největší snahu přitahovat π-elektrony, což se projeví nižší delokalizační energií.

Vlivem heteroatomu dochází k nerovnoměrnému rozložení elektronových hustot a může vzniknout řada mezomerních struktur.

Rezonance aromatických heterocyklických sloučenin

Nejvíce jsou preferovány první 2 struktury, protože mají náboje blízko u sebe. Do těchto poloh proto bývá usměrňována substituce.

Šestičlenné heterocykly

Dalším typickým představitelem aromatických heterocyklů je pyridin (delokalizační energie 88,2 kJ/mol). Nejvyšší elektronová hustota je v poloze 3. +more Nahrazením dalšího atomu C dusíkem získáme 3 izomery.

Image:pyridin. svg|pyridin Image:pyridazin. +moresvg|pyridazin Image:pyrimidin. svg|pyrimidin Image:pyrazin. svg|pyrazin.

Dvojjaderné heterocykly

Image:Indol.svg|indol Image:Chinolin.svg|chinolin Image:Isochinolin.svg|isochinolin

Tříjaderné heterocykly

Image:Carbazol - Carbazole.svg|karbazol Image:Akridine.png|akridin

Reakce aromatických heterocyklů

Reakční centrum je jak na heteroatomu, tak i na jádře. U vícejaderných heterocyklů musíme brát ohled na to, že reakce mohou probíhat i na jádře bez heteroatomu.

Reakce na heteroatomu

Stálost vůči kyselinám

Furan a pyrrol nejsou kvůli své vysoké elektronegativitě stálé vůči silným kyselinám. Dochází k štěpení heterocyklického jádra. +more To lze za mírných podmínek použít k přípravě některých sloučenin.

Příprava tetrametylacetalů z pyrrolu a etanolu

Příprava dioximu z pyrolu a hydroxylamidu

Bazicita síry v thiofenu je natolik malá, že je vůči kyselinám stálý.

Kyselost pyrrolu a indolu

Pyrrol a indol mají slabě kyselé vlastnosti a proto reagují s Grignardovými činidly nebo amidem draselným.

Reakce pyrrolu s RMgX nebo KNH2

Reakce indolu s EtMgBr

Kyselost pyrrolu a indolu je způsobena tím, že se π-elektrony aniontu delokalizují po jádře a aniont je stabilizován.

Rezonance aniontu pyrrolu

Bazicita pyridinu, chinolinu a isochinolinu

Pyridin, chinolin a isochinolin jsou slabé zásady, které se silnými kyselinami vytvářejí soli.

Reakce na jádře

Oxidace alkylpyridinu a (iso)chinolinu

Pyridin je vůči oxidaci (na rozdíl od benzenu) netečný a proto alkylové substituenty na pyridinovém jádře se mohou bezpečně oxidovat. Takto se připravuje kyselina nikotinová (z β-pikolinu) a isonikotinová (z γ-pikolinu), které patří mezi důležité farmaceutické meziprodukty.

Oxidace chinolinu a isochinolinu postihuje benzenové jádro a vznikají pyridindikarboxylové kyseliny - chinolinová a cinchomeronová.

Syntéza

Syntéza furanu, pyrrolu a thiofenu

Základní přípravou 2,5-disubstitučních derivátů furanu, pyrrolu a thiofenu je Paalova-Knorrova reakce. Výchozí látkou jsou γ-diketosloučeniny, které působením dehydratačních činidel (oxid fosforečný) přechází na deriváty furanu, zahříváním s amoniakem nebo s primárními aminy vznikají deriváty pyrrolu a účinkem sulfidu fosforu (P4S7) přechází na deriváty thiofenu.

Pall-Knorrova reakce

Protože je furan dobře dostupný (dá se vyrobit z furfuralu, který se získává zpracováním dřevěného odpadu), používá se i na přípravu pyrrolu a N-alkylpyrrolů. Páry furanu se spolu s amoniakem nebo primárním aminem a vodní párou vedou přes oxid hlinitý při teplotě okolo 400 °C.

Příprava pyrrolu z furanu

Thiofen se dá získat z butanu, butenů nebo buta-1,3-dienu reakcí se sírou při asi 600 °C.

Syntéza indolu

Indol a jeho deriváty se připravují především Fisherovou syntézou. Arylhydrazony se zahřívají s bezvodým chloridem zinečnatým, fluoridem boritým, polyfosforečnou kyselinou nebo kyselinou sírovou. +more Reakce probíhá v následujících krocích: # Dochází k přesunu dvojné vazby a vzniká derivát hydrazinu. # Vlivem kyselého prostředí dojde k o-benzidinovému přesmyku. # Vzniklý diaminoderivát cyklizuje za odštěpení amoniaku,.

Schéma Fischerovy syntézy

Syntéza pyridinu a chinolinu

Hlavním zdrojem pyridinu, chinolinu a jejich derivátů je černouhelný dehet.

β-pikolin lze připravit z glycerolu a amoniaku.

Příprava beta-pikolinu

Deriváty pyridinu lze připravit Hantzschovou syntézou.

Hantzschova syntéza pyridinu

Ze získaných esterů 2,6-dimethyl-4-alkylpyridin-3,5-dikarboxylových kyselin lze hydrolýzou za varu a dekarboxylací získat 2,6-dimethyl-4-alkylpyridin.

Hantzschova syntéza pyridinu

Chinolin lze připravit Skraupovou syntézou.

Skraupova syntéza

Literatura

Červinka O., Dědek V., Ferles M.: Organická chemie, druhé přepracované vydání, SNTL, Praha

Externí odkazy

Kategorie:Aromatické sloučeniny Kategorie:Heterocyklické sloučeniny