Program glavnog predmeta organska hemija i neki dodatni materijali demonstrirani tokom predavanja - drugi semestar. Aromatična jedinjenja Određivanje aromatičnosti

Aromatičnost je posebno svojstvo nekih hemijskih jedinjenja, zbog čega konjugovani prsten nezasićenih veza pokazuje abnormalno visoku stabilnost; veća od onoga što bi se očekivalo sa samo jednom konjugacijom.Aromatičnost nije direktno povezana sa mirisom organskih jedinjenja, i predstavlja koncept koji karakteriše ukupnost strukturnih i energetskih svojstava određenih cikličkih molekula koji sadrže sistem konjugovanih dvostrukih veza. Izraz "aromatičnost" predložen je jer su prvi predstavnici ove klase supstanci imali ugodan miris. Najčešći aromatični spojevi sadrže šest ugljikovih atoma u prstenu; predak ove serije je benzen C 6 H 6 . Analiza difrakcije rendgenskih zraka pokazuje da je molekul benzena ravan, a dužina C-C veza iznosi 0,139 nm. Iz toga slijedi da je svih šest atoma ugljika u benzenu unutra sp 2-hibridnom stanju, svaki atom ugljika formira σ veze sa dva druga atoma ugljika i jednim atomom vodika koji leži u istoj ravni, uglovi veze su 120º. Dakle, σ-skelet molekula benzena je pravilan šesterokut. Štaviše, svaki atom ugljika ima nehibrid str-orbitala smještena okomito na ravan skelet molekula; svih šest su nehibridne str-elektroni stupaju u interakciju jedni s drugima, formirajući π-veze, koje nisu lokalizirane u parovima, već spojene u jedan oblak π-elektrona. Dakle, u molekuli benzena dolazi do kružne konjugacije. Grafički, struktura benzena može se izraziti sljedećom formulom:

Kružna konjugacija daje energetski dobitak od 154 kJ/mol - ova vrijednost je energija konjugacije - količina energije koja se mora potrošiti da se uništi aromatični sistem benzena.

Za formiranje stabilnog aromatičnog sistema potrebno je da str-elektroni su formalno grupisani u 3, 5, 7 itd. dvostruke veze; to je matematički izraženo Hückelovo pravilo : ciklična jedinjenja koja imaju ravnu strukturu i sadrže (4n + 2) elektrona u zatvorenom sistemu konjugacije, gde je n prirodan niz brojeva, imaju povećanu termodinamičku stabilnost.

31 . Reakcije elektrofilne supstitucije u benzenu (halogenacija, nitracija, sulfonacija, alkilacija, acilacija). Ideja o mehanizmu reakcija elektrofilne supstitucije u aromatičnim serijama, σ- i π-kompleksima.

Halogenacija

Za uvođenje halogena u aromatični prsten, kao reagensi se koriste kompleksi halogena sa Lewisovim kiselinama. Uloga potonjeg je da polarizira halogen-halogenu vezu, uslijed čega jedan od atoma dobiva pozitivan naboj, dok drugi formira vezu s Lewisovom kiselinom zbog njenog praznog d-orbitale.

Nitracija

Benzen i njegovi homolozi se pretvaraju u nitro jedinjenja djelovanjem nitrirajuće smjese, koja se sastoji od koncentrisane sumporne i dušične kiseline (2:1). Nitraciona čestica (elektrofil) je nitronijev kation NO 2+ čije je postojanje u nitrirajućoj smjesi dokazano krioskopskom metodom: mjerenja temperatura smrzavanja dušične i sumporne kiseline i njihove mješavine ukazuju na prisustvo četiri čestice u rješenje.

Sulfoniranje

Vjeruje se da se reakcija sulfoniranja arena javlja u oleumu pod djelovanjem sumpor trioksida, a u sumpornoj kiselini uz učešće kationa HSO 3 +. Sumpor trioksid pokazuje elektrofilni karakter zbog polariteta S–O veza.

Friedel-Crafts alkilacija

Jedan od načina za dobivanje homologa benzena je reakcija alkilacije. Transformacija je nazvana po S. Friedelu i J. M. Craftsu, koji su je otkrili. U pravilu se u reakciju kao katalizatori uvode haloalkani i aluminij halogenidi. Vjeruje se da katalizator, Lewisova kiselina, polarizuje C-halogenu vezu, stvarajući manjak elektronske gustine na atomu ugljika, tj. mehanizam je sličan reakciji halogeniranja

Friedel-Crafts acilacija

Slična reakciji alkilacije je i reakcija acilacije aromatičnih jedinjenja. Kao reagensi koriste se anhidridi ili halogenidi karboksilnih kiselina, a proizvodi su aromatični ketoni. Mehanizam ove reakcije uključuje stvaranje kompleksa između acilirajućeg reagensa i Lewisove kiseline. Kao rezultat toga, pozitivni naboj na atomu ugljika se neuporedivo povećava, čineći ga sposobnim da napadne aromatično jedinjenje.

Treba napomenuti da je, za razliku od reakcije alkilacije, u ovom slučaju potrebno uzeti višak katalizatora u odnosu na količinu reagensa, jer produkt reakcije (keton) je sam sposoban za kompleksiranje i vezuje Lewisovu kiselinu.

Reakcije elektrofilne supstitucije σ- i π-kompleksa karakteristika aromatičnih karbocikličnih i heterocikličnih sistema. Kao rezultat delokalizacije p-elektrona u molekulu benzena (i drugim aromatičnim sistemima), gustoća p-elektrona je ravnomjerno raspoređena na obje strane prstena. Takva zaštita atoma ugljika u prstenu p-elektronima štiti ih od napada nukleofilnih reagensa i, obrnuto, olakšava mogućnost napada elektrofilnih reagensa. Ali za razliku od reakcija alkena s elektrofilnim reagensima, interakcija aromatskih spojeva s njima ne dovodi do stvaranja adicijskih produkata, jer bi u tom slučaju aromatičnost spoja bila poremećena i njegova stabilnost bi se smanjila. Očuvanje aromatičnosti je moguće ako elektrofilna čestica zamijeni katjon vodika Mehanizam reakcija elektrofilne supstitucije je sličan mehanizmu reakcija elektrofilne adicije, jer postoje opći obrasci reakcija.

Opća shema mehanizma reakcija elektrofilne supstitucije S E:

Formiranje pi kompleksa nastaje zbog pi veze u spoju, a sigma kompleks nastaje zbog sigma veze.

Formiranje π-kompleksa. Rezultirajući elektrofil X+ (na primjer, Br+ jon) napada benzenski prsten bogat elektronima, formirajući π-kompleks.

Transformacija π-kompleksa u σ-kompleks. Elektrofil uzima 2 elektrona iz π-sistema, formirajući σ-vezu sa jednim od atoma ugljenika benzenskog prstena. Razlika između pi i sigma veza: Sigma veza je jača, sigma veza je formirana od hibridnih orbitala. Pi veza je formirana od nehibridizovanih pi orbitala. Pi veza je udaljenija od centara atoma koji se povezuju, pa je manje jak i lakši za lomljenje.

32. Aromatični ugljovodonici. Utjecaj supstituenata u benzenskom prstenu na izomerni sastav proizvoda i brzinu reakcije. Aktivirajući i deaktivirajući supstituenti. Orto-, para- i meta-orijentatori. Reakcije radikalne supstitucije i oksidacije u bočnom lancu.

Bitna karakteristika reakcija za proizvodnju i transformaciju derivata aromatskih ugljovodonika je da novi supstituenti ulaze u benzenski prsten na određenim pozicijama u odnosu na postojeće supstituente. Obrasci koji određuju smjer supstitucijskih reakcija u benzenskom prstenu nazivaju se pravila orijentacije.

Reaktivnost određenog atoma ugljenika u benzenskom prstenu određena je sledećim faktorima: 1) položajem i prirodom postojećih supstituenata, 2) prirodom aktivnog agensa, 3) reakcionim uslovima. Prva dva faktora imaju odlučujući uticaj.

Supstituenti na benzenskom prstenu mogu se podijeliti u dvije grupe.

Donori elektrona (prve vrste) su grupe atoma sposobne da doniraju elektrone. To uključuje OH, OR, RCOO, SH, SR, NH 2, NHR, NR 2, NHCOR, -N=N-, CH 3, CH 2 R, CR 3, F, CI, Br, I.

Supstituenti koji povlače elektrone (druge vrste) su atomske grupe sposobne da povuku i prihvate elektrone iz jezgra benzena. To uključuje S0 3 H, N0 2, CHO, COR, COOH, COOR, CN, CC1 3, itd.

Polarni reagensi koji djeluju na aromatična jedinjenja mogu se podijeliti u dvije grupe: elektrofilne i nukleofilne. Najčešći procesi za aromatična jedinjenja su alkilacija, halogenacija, sulfonacija i nitriranje. Ovi procesi se javljaju tokom interakcije aromatičnih jedinjenja sa elektrofilnim reagensima. Poznate su i reakcije sa nukleofilnim reagensima (NaOH, NH 2 Na, itd.), na primjer, reakcije hidroksilacije i aminacije.

Supstituenti prve vrste olakšavaju reakcije sa elektrofilnim reagensima i orijentišu novi supstituent u orto- I par- odredbe.

Supstituenti druge vrste komplikuju reakcije sa elektrofilnim reagensima: orijentišu novi supstituent na meta poziciju. Istovremeno, ovi supstituenti olakšavaju reakcije s nukleofilnim reagensima.

Razmotrimo primjere reakcija s različitim orijentacijskim efektima supstituenata.

1. zamjenik prve vrste; elektrofilni reagens. Efekat koji olakšava reakciju supstituenta, o-, p-orijentacije:

2. zamjenik druge vrste; elektrofilni reagens. Djelovanje supstituenta koji ometa reakciju; m-orijentacija:

3. zamjenik prve vrste; nukleofilni reagens; m-orijentacija. Opstruktivno djelovanje zamjenika. Primjeri takvih reakcija s neospornim mehanizmom su nepoznati.

4. zamjenik druge vrste; nukleofilni reagens, o-, p-orijentacija:

Pravila orijentacije za elektrofilnu supstituciju u benzenskom prstenu zasnivaju se na međusobnom uticaju atoma u molekulu. Ako je u nesupstituiranom benzenu C 6 H 6 elektronska gustoća u prstenu raspoređena ravnomjerno, onda u supstituiranom benzenu C 6 H 5 X, pod utjecajem supstituenta X, dolazi do preraspodjele elektrona i pojavljuju se područja povećane i smanjene gustoće elektrona. Ovo utječe na lakoću i smjer reakcija elektrofilne supstitucije. Ulazna tačka novog supstituenta određena je prirodom postojećeg supstituenta.

Pravila orijentacije

Supstituenti prisutni na benzenskom prstenu usmjeravaju novouvedenu grupu na određene pozicije, tj. imaju orijentacioni efekat.

Prema svom usmjeravajućem djelovanju, svi supstituenti se dijele u dvije grupe: orijentanata prve vrste I orijentanata druge vrste.

Orijentanti 1. vrste ( orto-para ortho- I par- odredbe. To uključuje grupe koje daju elektrone (elektronski efekti grupa su naznačeni u zagradama):

R ( +I); -OH( +M,-I); -ILI ( +M,-I); -NH2( +M,-I); -NR 2 (+M,-I)+M-efekat u ovim grupama je jači od -I-efekta.

Orijentanti 1. vrste povećavaju gustinu elektrona u benzenskom prstenu, posebno na atomima ugljika u ortho- I par-pozicije, što pogoduje interakciji ovih konkretnih atoma sa elektrofilnim reagensima. primjer:

Orijentanti 1. vrste, povećavajući gustinu elektrona u benzenskom prstenu, povećavaju njegovu aktivnost u reakcijama elektrofilne supstitucije u poređenju sa nesupstituisanim benzenom.

Posebno mjesto među orijentantima 1. vrste zauzimaju halogeni koji izlažu povlačenje elektrona svojstva: - F (+M<–I ), -Cl (+M<–I ), -Br (+M<–I ).Biće orto-para-orijentanti, usporavaju elektrofilnu supstituciju. Razlog - jak –I-efekat elektronegativnih atoma halogena, koji smanjuje gustinu elektrona u prstenu.

Orijentanti 2. vrste ( meta-orijentatori) usmjeravaju naknadnu zamjenu pretežno na meta-pozicija. To uključuje grupe koje povlače elektrone:

NE 2 ( –M, –I); -COOH( –M, –I); -CH=O ( –M, –I); -SO3H ( –I); -NH 3 + ( –I); -CCl 3 ( –I).

Orijentanti 2. vrste smanjuju gustinu elektrona u benzenskom prstenu, posebno u ortho- I par- odredbe. Stoga, elektrofil napada atome ugljika ne u ovim položajima, već u meta-pozicija na kojoj je elektronska gustina nešto veća. primjer:

Svi orijentanti 2. vrste, generalno smanjujući gustinu elektrona u benzenskom prstenu, smanjuju njegovu aktivnost u reakcijama elektrofilne supstitucije.

Dakle, lakoća elektrofilne supstitucije za jedinjenja (navedena kao primer) opada u redosledu:

toluen C 6 H 5 CH 3 > benzen C 6 H 6 > nitrobenzen C 6 H 5 NO 2.

Reakcije radikalne supstitucije i oksidacije bočnog lanca

Druga najvažnija grupa reakcija alkil aromatskih ugljovodonika je supstitucija slobodnih radikala bočni lanac atom vodonika u a-položaj u odnosu na aromatični prsten.

Preferencijalna zamjena u a-pozicija se objašnjava visokom stabilnošću odgovarajućih alkil aromatičnih radikala, a samim tim i relativno malom čvrstoćom a-C-H-veze. Na primjer, energija prekida veze C-H u bočnom lancu molekula toluena je 327 kJ/mol - 100 kJ/mol manja od energije C-H veze u molekulu metana (427 kJ/mol). To znači da je stabilizacijska energija slobodnog radikala benzila C 6 H 5 -CH 2 · jednaka 100 kJ/mol.

Razlog visoke stabilnosti benzila i drugih alkil aromatičnih radikala sa nesparenim elektronom je a-atom ugljika je mogućnost raspodjele spin gustine nesparenog elektrona u nevezujućoj molekularnoj orbitali koja pokriva atome ugljika 1", 2, 4 i 6.

Kao rezultat distribucije (delokalizacije), samo 4/7 spin gustine nesparenog elektrona ostaje kod atoma ugljika koji nije u prstenu, a preostalih 3/7 spin gustine je raspoređeno između jednog par- i dva ortho- atomi ugljika aromatičnog jezgra.

Reakcije oksidacije

Reakcije oksidacije, ovisno o uvjetima i prirodi oksidacijskog sredstva, mogu se odvijati u različitim smjerovima.

molekularni kiseonik na temperaturi od oko 100 o C oksidira izopropilbenzen preko radikalnog lančanog mehanizma u relativno stabilan hidroperoksid.

33. Kondenzovani aromatični ugljovodonici: naftalen, antracen, fenantren, benzopiren. Njihovi strukturni fragmenti u prirodnim i biološki aktivnim supstancama (steroidi, alkaloidi, antibiotici).

Naftalen - C 10 H 8 čvrsta kristalna supstanca sa karakterističnim mirisom. Nerastvorljiv u vodi, ali rastvorljiv u benzenu, eteru, alkoholu, hloroformu. Naftalen je po hemijskim svojstvima sličan benzenu: lako se nitrira, sulfonira i stupa u interakciju sa halogenima. Od benzena se razlikuje po tome što još lakše reaguje. Naftalen se dobija iz katrana ugljena.

Antracen je bezbojni kristal, tačka topljenja 218°C. Nerastvorljiv u vodi, rastvorljiv u acetonitrilu i acetonu, rastvorljiv u benzenu kada se zagreje. Antracen se dobija iz katrana ugljena. Hemijska svojstva su mu slična naftalenu (lako se nitrira, sulfonira itd.), ali se od njega razlikuje po tome što lakše ulazi u reakcije adicije i oksidacije.

Antracen može fotodimerizirati pod utjecajem UV zračenja. To dovodi do značajne promjene u svojstvima tvari.

Dimer sadrži dvije kovalentne veze nastale kao rezultat cikloadicije. Dimer se ponovo raspada na dva molekula antracena kada se zagrije ili pod UV zračenjem s talasnom dužinom ispod 300 nm.. Fenantren je triciklični aromatični ugljovodonik. Fenantren izgleda kao sjajni, bezbojni kristali. Nerastvorljiv u vodi, rastvorljiv u organskim rastvaračima (dietil eter, benzol, hloroform, metanol, sirćetna kiselina). Rastvori fenantrena svijetle plavo.

Njegova hemijska svojstva su slična naftalenu.Benzpiren ili benzopiren je aromatično jedinjenje, predstavnik porodice policikličnih ugljovodonika, supstanca prve klase opasnosti.

Nastaje pri sagorevanju ugljovodonika tečnih, čvrstih i gasovitih goriva (u manjoj meri pri sagorevanju gasovitih goriva).

U okolišu se akumulira uglavnom u tlu, manje u vodi. U biljna tkiva ulazi iz tla i nastavlja svoje kretanje dalje u lancu ishrane, dok se u svakoj fazi povećava sadržaj BP u prirodnim objektima (vidi Biomagnifikacija).

Ima jaku luminescenciju u vidljivom dijelu spektra (u koncentrovanoj sumpornoj kiselini - A 521 nm (470 nm); F 548 nm (493 nm)), što omogućava da se detektuje u koncentracijama do 0,01 ppb luminiscentnim metodama.

34. Halogeni derivati ​​ugljovodonika. Klasifikacija, nomenklatura, izomerizam.

Derivati ​​halogena mogu se klasifikovati na nekoliko načina:

1. u skladu sa opštom klasifikacijom ugljovodonika (tj. alifatski, aliciklični, aromatični, zasićeni ili nezasićeni derivati ​​halogena)

2. količinom i kvalitetom atoma halogena

3. prema vrsti atoma ugljika na koji je vezan atom halogena: primarni, sekundarni, tercijarni derivati ​​halogena.

Prema IUPAC nomenklaturi, položaj i naziv halogena je naznačen u prefiksu. Numerisanje počinje od kraja molekule kojem je atom halogena najbliži. Ako je prisutna dvostruka ili trostruka veza, onda je to ono što određuje početak numeracije, a ne atom halogena: tzv. “racionalnu nomenklaturu” za sastavljanje naziva derivata halogena. U ovom slučaju, naziv je konstruiran na sljedeći način: ugljikovodični radikal + halogenid.

Neki derivati ​​halogena imaju trivijalna imena, na primjer, inhalacijski anestetik 1,1,1-trifluoro-2-bromo-2-kloroetan (CF 3 -CBrClH) ima trivijalno ime fluorotan. 3. Izomerizam

3.1. Strukturna izomerija 3.1.1. Izomerizam supstituentnih pozicija

1-bromobutan 2-bromobutan

3.1.2. Izomerizam ugljeničnog skeleta

1-klorobutan 2-metil-1-kloropropan

3.2. Prostorni izomerizam

Stereoizomerizam se može pojaviti kada postoje četiri različita supstituenta na jednom atomu ugljika (enantiomerizam) ili kada postoje različiti supstituenti na dvostrukoj vezi, na primjer:

trans-1,2-dihloreten cis-1,2-dihloreten

35. Reakcije nukleofilne supstitucije atoma halogena, njihova upotreba u sintezi organskih jedinjenja različitih klasa (alkoholi, etri i estri, amini, tioli i sulfidi, nitroalkani, nitrili). - omogućava dobijanje predstavnika gotovo svih klasa organskih jedinjenja (alkoholi, etri, amini, nitrili itd.), stoga se ove reakcije široko koriste u sintezi medicinskih supstanci. Osnovni mehanizmi reakcije

Supstitucija halogena na sp 3 -hibridnom atomu ugljika može se izvršiti i S N 1 i S N 2 mehanizmima. Supstitucija halogena na sp 2 -hibridnom atomu ugljika (u aril i vinil halogenidima) se dešava ili po tipu adicija-eliminacija ili po tipu eliminacija-adicija i mnogo je teža nego kod sp 3-hibrida. - S N 1 mehanizam uključuje dva stupnja: a) disocijaciju alkil halida u jone; b) interakcija katjona sa nukleofilom Nukleofilni napad kontaktnog jonskog para, u kojem je asimetrija uglavnom očuvana, dovodi do preokreta konfiguracije. U ionskom paru odvojenom od solvata, jedna strana kationa je zaštićena solvatiranim halidnim ionom, a napad nukleofila je vjerojatniji na drugoj strani, što rezultira preokretom preferencijalne konfiguracije, ali selektivnost je smanjena i racemizacija je povećana. Potpuna racemizacija je moguća samo sa formiranjem slobodnog kationa (c). Međutim, potpuna racemizacija se obično ne opaža za optički aktivne halogenide preko S N 1 mehanizma. Racemizacija se kreće od 5 do 20%, tako da se gotovo ne formira solvatirani kation.

Faza stvaranja karbokationa je ograničavajuća, pa stoga stabilnost kationa određuje brzinu procesa. Brzina procesa također ovisi o koncentraciji alkil halida i neovisna je o koncentraciji nukleofila.

Formiranje karbokationa može uzrokovati niz sporednih procesa: izomerizaciju ugljičnog lanca, eliminaciju (EI) itd.

Nukleofil Nu - napada supstrat sa strane suprotne od odlazeće grupe. U ovom slučaju, reakcija se odvija u jednoj fazi sa formiranjem prelaznog stanja u kojem se sp 3 -hibridizacija centralnog atoma ugljenika menja u sp 2 - sa p-orbitalom okomitom na ravan lokacije hibridnih orbitala. Jedan režanj etor orbitale se preklapa sa nukleofilom, a drugi sa odlazećom grupom.C-Nu veza nastaje istovremeno sa cepanjem C-Y veze.

Brzina pretvaranja polaznih supstanci u produkte reakcije zavisi od: 1) veličine pozitivnog naboja na atomu ugljenika supstrata, 2) prostornih faktora, 3) jačine nukleofila i 4) kinetičke oblasti, koncentracija i nukleofila i alkil halida. S velikim viškom nukleofila, reakcija se može odvijati prvim ili frakcijskim redom. (Izrazi S N 1 i S N 2 označavaju samo molekularnost, a ne red reakcije.)

Reakcija je uvijek praćena preokretom konfiguracije.Sporedna reakcija može biti eliminacija E2.

Mehanizam S N Ar (adicija-eliminacija) obično se ostvaruje u prisustvu supstituenata koji povlače elektrone koji stvaraju d+ (usmjeravaju nukleofil) i stabiliziraju s-kompleks. U heterociklima njihovu ulogu igra heteroatom. Za razliku od S N 2 mehanizma za alkil halogenide, nukleofil formira novu vezu prije nego što se stara raskine.

Piridin i kinolin se mogu smatrati analozima nitrobenzena. Kao iu nitrobenzenu, položaj halogena u prstenu je od velike važnosti. 3-halopiridini su slični halobenzenima, 2-,4-supstituisani su slični nitrohalobenzenima, dok je 4-halopiridin aktivniji od 2-supstituisanih. Reaktivnost alkil halogenida u reakcijama nukleofilne supstitucije u protonskim rastvaračima opada (smanjuje se sposobnost grupa da napuste) sljedećim redoslijedom: RI > RBr > RCl > RF.

U slučaju aktiviranih haloarena, pojava pozitivnog naboja u reakcionom centru ne zavisi samo od broja, lokacije i prirode drugih supstituenata u jezgru, već i od prirode zamenjenog halogena. Stoga se atomi halogena mogu sve lakše zamijeniti u redu I< Br < Cl < F .Катализ замещения галоген в аренах медью – один из важных технологических приемов, позволяющий ускорить реакцию замещения неактивированного галогена в аренах, снизить температуру реакции (~ на 100 о С), увеличить селективность процесса и выход продукта. Предполагают, что реакция идет через стадию образования медь-органических комплексов

Aromatični supstrati (aril halogenidi) moraju biti aktivirani, inače bi prinos ciljnog proizvoda (estera) mogao biti nizak zbog sporednih procesa. Zamjena halogena u primarnim i sekundarnim alkil halidima amino grupom vrši se zagrijavanjem sa alkoholnom, vodenom ili vodeno-alkoholnom otopinom amonijaka, primarnog ili sekundarnog amina pod pritiskom (u autoklavu). Time nastaje mješavina soli primarnih, sekundarnih, tercijalnih amina i kvaternarnih amonijevih soli

1. Molekul ima ravnu cikličku strukturu.

2. Svi atomi u ciklusu su u stanju sp2 hibridizacije (dakle, s-skelet je ravan i sve sp-orbitale su paralelne.

3. U molekulu postoji delokalizovan sistem p-elektrona koji sadrži 4n + 2 p-elektrona, gde je n = 0,1,2, prirodan niz brojeva. Ovo pravilo se zove Hückelovo pravilo

Heterociklična jedinjenja takođe imaju aromatični karakter. Kada se –CH= u molekulu benzena zamijeni sa –N=, nastaje heterociklično jedinjenje piridin.

Mezomerni efekat. Supstituenti koji doniraju i povlače elektrone. Teorija rezonancije kao kvalitativni način za opisivanje delokalizacije elektronske gustine.

Mezomerni efekat ili efektivna konjugacija je prenos elektronskog uticaja supstituenata kroz konjugovani sistem. Za razliku od I (induktivnog) efekta, M (mezomerni) efekat se prenosi kroz sistem konjugacije bez slabljenja. zamjenik donji elektr. gustina u konjugaciji sistem (pomeranje ED u njegovom pravcu) manifestuje. - M-efekat i fenomen. akceptor elektrona. (supstituenti sadrže višestruke veze atoma ugljika sa više negativnih heteroatoma).

zamjenik povećana elektr. gustina u konjugaciji sistema (pomeranje EF od samog sebe prema konjugovanom sistemu). +M-efekat i fenomen. donor elektrona. (supstituenti koji sadrže heteroatom s nepodijeljenim parom elektrona)

M-efekat (hidroksi, amino, OR, halogeni). - M-efekat (nitro, sulfo, karboksil, karbonil).

Teorija rezonancije- teorija elektronske strukture hemijskih jedinjenja, prema kojoj je raspodela elektrona u molekulima kombinacija (rezonanca) kanonskih struktura sa različitim konfiguracijama dvoelektronskih kovalentnih veza.

Rezonantne strukture ciklopentadienid jona

Konfiguracija i konformacija su najvažniji koncepti u stereohemiji. Konfiguracija. Elementi simetrije molekula (os, ravan, centar) i operacije simetrije (rotacija, refleksija). Kiralni i ahiralni molekuli. Asimetrični atom ugljika kao centar kiralnosti.

Steriochemistry– odsjek hemije, prostor za učenje. izgrađen molekule i njihov uticaj. na fizička i hemijska svojstva, kao i na smjer. i brzinu njihove reakcije. Zasnovan je na tri osnovna koncepta: kiralnosti, konfiguraciji i konformaciji.

Konfiguracija– ovo su prostori. ulazna lokacija u sastav molekula atoma ili at. grupe bez uzimanja u obzir razlika koje su nastale u nastavku. rotacija oko pojedinačnih veza.

Osa simetrije. Ako je rotacija molekule oko bilo koje ose koja prolazi kroz nju pod uglom od 2π/ n= 360°/ n vodi do strukture koja se ne razlikuje od originalne, tada se takva os naziva osom simetrije n-ti red C n.

Ravan simetrije (ravan ogledala) je zamišljena ravan koja prolazi kroz molekul i dijeli ga na dva jednaka dijela poput ogledala.

U prisustvu centar simetrije svi atomi molekule koji ne leže u centru simetrije nalaze se u parovima na jednoj pravoj liniji koja prolazi kroz centar, na istoj udaljenosti od centra, kao, na primjer, u benzenu.

Konformacije molekuli - različiti prostorni oblici molekula koji su nastali kada se relativna orijentacija njegovih pojedinačnih dijelova promijenila u rez. interni rotacija atoma ili grupa atoma oko jednostrukih veza, savijanje veza itd.

Ako su molekuli nekompatibilni sa svojom slikom u ogledalu. Ovo svojstvo se zove kiralnost i sami molekuli – chiral(znači da se dva predmeta odnose jedan prema drugom kao lijeva i desna ruka (od grč. chiros- ruka) i zrcalne su slike koje se ne poklapaju kada se pokušavaju kombinirati u prostoru).

Asimetrični atom ugljika - atom vezan za četiri različita supstituenta.

Molekuli sa jednim centrom kiralnosti (enantiomerizam). Gliceraldehid kao konfiguracijski standard. Formule Fischerove projekcije. Relativna i apsolutna konfiguracija. D-, L- i R-, S-sistemi stereohemijske nomenklature. Racemati.

Enantiomeri su stereoizomeri čije su kiralne molekule povezane jedna s drugom kao objekt i nekompatibilna zrcalna slika (predstavljaju dva optička antipoda i stoga se nazivaju i optičkim izomeri).

Gliceraldehid sadrži kiralni centar, koji postoji u obliku 2 stereoizomera, koji posjeduju. razne opt.aktivnost.

Predložene formule za projekcije E. Fischer: 1) lokacija karbonskog skeleta. vertikalno; 2) postavljeno na vrhu. viša funkcija grupa; 3) tetraedar je orijentisan tako da se kiralni centar nalazi u ravni, a supstituenti koji se nalaze desno i levo od ugljeničnog lanca su usmereni napred od ravni projekcije; Supstituenti su postavljeni vertikalno, udaljavajući se od posmatrača izvan ravni projekcije; Asimetrični atom ugljika prenosi se u ravan na mjestu presjeka horizontalnih i vertikalnih linija. Relativna konfiguracija- ovo je relativni raspored supstituenata u različitim asimetrijama. atomi u međusobnom odnosu; obično se označava prefiksima ( cis- I trans-, treo- I eritro- itd.). Apsolutna konfiguracija- ovo je pravi raspored u prostoru supstituenata na svakom asimetričnom atomu molekula; najčešće se označava slovima D ili L .

R,S-nomenklatura.1) Odrediti red prvenstva supstituenata u hiralnom centru: a) red prvenstva se prvo uspostavlja za atome koji su neposredno pored. veza sa centrom: “što je veći atomski broj, to je stariji supstituent.” b) ako je najbliži. atomi su isti, onda postupak treba provesti za atom sljedeće sfere 2) Nakon što smo locirali najmlađi supstituent od posmatrača, odredimo smjer opadanja senioriteta preostala tri supstituenta. Ako se dogodi u smjeru kazaljke na satu, to je R-izomer, a ako se dogodi suprotno, to je S-izomer. D,L-nomenklatura(Vezano za Fischerovu projekciju). Ako je funkcionalna grupa u kiralnom centru desno, onda je to D-izomer, a lijevo je L-izomer. Enantiomeri se razlikuju po sposobnosti da rotiraju ravninsko polariziranu svjetlost: desno (+) D , lijevo (-) L.

7. Pojava konformacija kao rezultat rotacije oko σ veza. Faktori koji otežavaju rotaciju. Newmanove projekcijske formule. Vrste stresa. Energetske karakteristike konformacija otvorenog lanca. Odnos između prostorne strukture i biološke aktivnosti

1. Konformacije (rotacijski izomerizam). Bez promjene uglova veze ili dužine veze, može se zamisliti mnogo geometrijskih oblika molekula etana, koji se međusobno razlikuju po međusobnoj rotaciji ugljikovih tetraedara oko C-C veze koja ih povezuje. Kao rezultat ove rotacije, rotacijski izomeri (konformeri).

U projekciji Newman molekul se posmatra duž C-C veze). Tri linije koje se razilaze pod uglom od 120° od središta kruga ukazuju na veze atoma ugljenika koji je najbliži posmatraču; linije koje „izbijaju“ iza kruga su veze udaljenog atoma ugljika.

Konformacija prikazana na lijevoj strani se zove zatamnjen . Ovaj naziv nas podsjeća da su atomi vodonika obje CH 3 grupe jedan naspram drugog. Pomračena konformacija ima povećanu unutrašnju energiju i stoga je nepovoljna. Konformacija prikazana na desnoj strani se zove inhibirano , što implicira da je slobodna rotacija oko C-C veze „inhibirana“ u ovoj poziciji, tj. molekul postoji pretežno u ovoj konformaciji.

Minimalna energija potrebna za potpunu rotaciju molekula oko određene veze naziva se barijera rotacije za ovu vezu. Barijera rotacije u molekulu poput etana može se izraziti u smislu promjene potencijalne energije molekula kao funkcije promjene diedarski (torzioni) ugao sistemima. Diedarski ugao (označen sa ) prikazan je na slici ispod:

Kako molekula postaje složenija, broj mogućih konformacija se povećava. U nastavku su konformacije n-butana prikazane kao Newmanove projekcije. Konformacije prikazane lijevo (osenčene) su energetski nepovoljne, samo one inhibirane se praktično realizuju.

Cikloalkani. Nomenklatura. Mali ciklusi. Elektronska struktura ciklopropana. Karakteristike hemijskih svojstava malih ciklusa (adicione reakcije). Redovni ciklusi. Reakcije supstitucije. Vrste stresa. Energetska razlika između konformacija cikloheksana (stolica, kada, polustolica). Aksijalne i ekvatorijalne veze. Potvrda. Svojstva

Fizička svojstva. U normalnim uslovima, prva dva člana serije (C 3 - C 4) su gasovi, (C 5 - C 16) su tečnosti, počev od C 17 su čvrste materije.. Priprema. 1. Glavna metoda za dobijanje cikloalkana je eliminacija dva atoma halogena iz dihaloalkana:

2. Prilikom katalitičke hidrogenacije aromatičnih ugljovodonika nastaje cikloheksan ili njegovi derivati: t°, P, Ni C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12.

Hemijska svojstva. U pogledu hemijskih svojstava, mali i obični ciklusi se međusobno značajno razlikuju. Ciklopropan i ciklobutan su skloni reakcijama adicije, tj. u tom pogledu sličan alkenima. Ciklopentan i cikloheksan su po svom hemijskom ponašanju bliski alkanima, jer prolaze kroz reakcije supstitucije.1. Na primjer, ciklopropan i ciklobutan mogu dodati brom (iako je reakcija teža nego s propenom ili butenom):

2. Ciklopropan, ciklobutan, pa čak i ciklopentan mogu dodati vodonik, dajući odgovarajuće normalne alkane.
Dodavanje se događa kada se zagrije u prisustvu nikalnog katalizatora:

3. Opet, samo mali ciklusi ulaze u reakciju adicije sa vodonik halogenidima. Dodavanje homologa ciklopropana događa se prema Markovnikovovom pravilu:

4. Reakcije supstitucije. Konvencionalni ciklusi (C 6 i viši) su stabilni i prolaze samo kroz reakcije radikalne supstitucije poput alkana: t ° C 6 H 12 + Br 2 → C 6 H 11 Br + HBr.

5. Dehidrogenacija cikloheksana u prisustvu nikalnog katalizatora dovodi do stvaranja benzena: t°Ni
C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2 .6. Kada jaka oksidirajuća sredstva (na primjer, 50% dušična kiselina) djeluju na cikloheksan u prisustvu katalizatora, nastaje adipinska (heksandijeva) kiselina:

Strukturne karakteristike cikloalkana i njihovo hemijsko ponašanje. Ciklopropan ima ravnu strukturu, tako da se atomi vodika susjednih atoma ugljika nalaze iznad i ispod ravnine ciklusa u energetski nepovoljnom („zamračenom“) položaju. To je jedan od razloga “napetosti” ciklusa i njegove nestabilnosti.

Konformacije šestočlanog prstena: a - stolica: 6 - kupka Drugi mogući raspored atoma za cikloheksan odgovara konformaciji kupke, iako je manje stabilan od konformacije stolice. Treba napomenuti da su i u konformaciji stolice i kade, veze oko svakog atoma ugljika u tetraedarskom rasporedu. Otuda neuporedivo veća stabilnost običnih ciklusa u odnosu na male cikluse, otuda njihova sposobnost da uđu u reakcije supstitucije, ali ne i adicije.Cikloalkani su zasićeni ciklični ugljovodonici. Najjednostavniji predstavnici ove serije: ciklopropan ciklobutan. Opća formula CnH2n. Struktura. Izomerizam i nomenklatura. Cikloalkani su zasićeni ciklični ugljovodonici. Najjednostavniji predstavnici ove serije:

Alkenes. Nomenklatura. Izomerizam. Metode dobijanja. Reakcije elektrofilne adicije, mehanizam. Dodatak halogena, hidrohalogenacija, hidratacija i uloga kiselinske katalize. Markovnikovo pravilo. Koncept radikalnih reakcija adicije. Oksidacija alkena (ozonizacija, epoksidacija).

alkeni- To nisu ciklični ugljovodonici, u čijim molekulima su 2 atoma ugljika u stanju sp 2 hibridizacije i međusobno su povezani dvostrukom vezom.

Prvi predstavnik homolognog niza alkena je eten (etilen) - C 2 H 4. . Homologni niz alkena ima opštu formulu C n H 2n. Karakteristična karakteristika strukture alkena je prisustvo dvostruke veze >C=C u molekuli<. Двойная связь образуется при помощи двух пар обобщенных электронов. Углеродные атомы, связанные двойной связью, находятся в состоянии sp²-гибридизации, каждый из них образует три σ-связи, лежащие в одной плоскости под углом 120º.

Alkene karakteriše strukturni izomerizam: razlike u grananju lanca i u položaju dvostruke veze, kao i prostorni izomerizam (cis i trans izomeri).Shodno međunarodnoj nomenklaturi, alkeni se nazivaju brojevima najdužeg lanca počevši od kraja do kojoj je dvostruka veza najbliža. Prema racionalnoj nomenklaturi, smatraju se derivatima etilena, gdje je jedan ili više atoma vodika zamijenjeno ugljovodoničnim radikalima. Na primjer, nazovimo supstancu prema međunarodnoj (IUPAC) nomenklaturi: CH 3 – C(CH 3) = CH 2 izobutilen, nesimetrični dimetiletilen, 2-metilpropen.

Aromatičnost nije direktno povezana sa mirisom organskih jedinjenja, i predstavlja koncept koji karakteriše ukupnost strukturnih i energetskih svojstava nekih cikličkih molekula koji sadrže sistem konjugovanih dvostrukih veza. Termin "aromatičnost" nastao je zato što su prvi pripadnici ove klase supstanci imali ugodan miris.

Aromatična jedinjenja obuhvataju široku grupu molekula i jona različite strukture koji zadovoljavaju kriterijume aromatičnosti.

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

Aromatični spojevi i Hückelovo pravilo

Mezomerni efekat (efekat konjugacije). Dio 1.

Aromatičnost. Kriterijumi za aromatičnost organskih jedinjenja.

Aromatični heterocikli. Dio 1

Hückelovo pravilo aromatičnosti

Titlovi

Već sam govorio o fenomenu aromatičnosti, a ovaj video ću u potpunosti posvetiti ovoj temi. Dakle, aromatike. Prije svega: zašto se ove tvari nazivaju aromatičnim? Očigledno, od riječi "aroma". Možda mislite da sva aromatična jedinjenja imaju jak miris, ali mnogi od njih uopšte nemaju miris. Pa zašto? Možda je to zbog činjenice da su na neki način povezani sa tvarima koje imaju jak miris, pa su ih nazvali aromatičnim. Ostaje misterija. Većina poznatih aromatičnih jedinjenja, 99% takvih supstanci, su ili benzen ili derivati ​​benzena. Nacrtajmo benzen. Obično se molekul benzena crta ovako. Ciklus od 6 atoma sa tri dvostruke veze. Ovo su tri dvostruke veze. U videu o rezonanciji rekao sam da ova strukturna formula nije jedina. Moguća je i druga opcija. Ovaj elektron se može kretati ovdje, ovaj elektron se može kretati ovdje, a ovaj elektron se može kretati ovdje. Hajde da nacrtamo šta dobijemo na kraju. Ovo je strukturna formula koju dobijamo. Moguća konfiguracija molekule benzena je gdje su dvostruke veze locirane drugačije nego u prvoj formuli. Evo dvije formule. Iz videa o rezonanciji znate da je u stvarnosti sve malo komplikovanije. Obje formule su tačne. Benzen postoji u dvije konfiguracije odjednom i ne mijenja se iz jedne u drugu. Ovo je prikazano kao ciklus od šest atoma ugljika sa krugom u sredini. Ovako hemičari često prikazuju benzenski prsten. To znači da su svi π elektroni koji formiraju dvostruke veze u molekulu raspoređeni između atoma, razmazani po prstenu. Delokalizacija π elektrona u prstenu daje aromatičnim supstancama njihova jedinstvena svojstva. Ova konfiguracija je mnogo stabilnija od puke statičke izmjene jednostrukih i dvostrukih veza u prstenu. Postoji još jedan način za crtanje benzena. Promijenit ću boju i pokazati žutu. Delokalizacija π elektrona je prikazana na sljedeći način: isprekidana linija ovdje, ovdje, ovdje, ovdje, ovdje i ovdje. Ovo je najpopularnija opcija za prikaz delokalizacije elektrona u benzenskom prstenu, odnosno prisutnosti konjugovanog sistema π-elektrona. Reći ću ti šta je to. Ove dvije formule se također koriste, ali prava struktura benzena leži između ovih konfiguracija. Moramo vam pokazati šta se tamo dešava. Sigurno ste čuli za konjugovane sisteme π-elektrona. Mislim da bi bilo korisno prikazati molekul benzena u tri dimenzije. Dakle, gledaj. Evo ciklusa od šest atoma ugljenika: ugljenik, ugljenik, ugljenik, ugljenik, ugljenik, ugljenik. Svaki od atoma ugljika vezan je za još tri atoma, dva atoma ugljika i atom vodika. Nacrtaću vodonik i njegovu vezu sa ugljenikom. Evo atoma vodika, evo atoma vodonika, vodonika, vodonika i još dva atoma vodika. Svaki atom ugljika ima tri hibridne orbitale, ovo je sp2 hibridizacija. Osim toga, svaki od njih još uvijek ima slobodnu p-orbitalu. Ova p orbitala ne formira sigma veze sa susjednim atomima. A tu su i p-orbitale, koje izgledaju kao bučice. Ovdje je p-orbitala, ovdje je p-orbitala, evo, evo još dvije p-orbitale. U stvari, ima više orbitala, ali onda bi one prekrile sliku. Ne zaboravite da molekul benzena ima dvostruke veze. Istaknut ću jedan od atoma ugljika. Ova sigma veza odgovara, recimo, ovoj sigma vezi. Radi praktičnosti, pokazat ću još jednu vezu. Recimo da ova sigma veza odgovara ovoj vezi između dva atoma ugljika. Dvostruka veza, koju ću prikazati ljubičastom bojom, formirana je bočnim preklapanjem p orbitala. P orbitale susjednih atoma ugljika se preklapaju. Orbitala je područje u kojem elektron može završiti sa određenom vjerovatnoćom. Ovi regioni su veliki, preklapaju se i elektroni formiraju dodatnu π vezu. Šta se dešava u konjugovanom sistemu π-elektrona. Zapisaću ovo da ne zaboraviš. Konjugovani sistem π-elektrona. Na ovoj lokaciji može postojati veza ako se orbitale preklapaju. Ovako ću prikazati preklapanje orbitala. Prilikom prelaska na drugu konfiguraciju, orbitale će se ovdje preklapati. U stvari, svi ti π elektroni skaču oko cijelog prstena. Elektroni putuju kroz sve ove p orbitale. Mogu biti bilo gdje u ciklusu. Na to se misli kada se govori o aromatičnim svojstvima supstanci. Zbog toga supstance dobijaju posebnu stabilnost. Većina aromatičnih supstanci su upravo takvi ciklusi, benzen i njegovi derivati. Ali postoje i druge supstance. Svaka tvar koja ima 4n + 2 π elektrona u svom prstenu, gdje je n cijeli broj, je aromatična, odnosno aromatično jedinjenje. Hajde da izbrojimo elektrone. Svaki od šest atoma ugljika ima jedan π elektron. Svaki atom ugljika ima jednu p-orbitalu, a svaka takva orbitala je zauzeta jednim elektronom. Ukupno ima 1, 2, 3, 4, 5, 6. Možete reći drugačije: svaka dvostruka veza je 2 π-elektrona. 1, 2, 3, 4, 5, 6. Ovo se naziva usklađenost s Hückelovim pravilom. Mislim da je nemačko prezime. Hückelovo pravilo. Benzen odgovara tome. Kada je n jednako jedan, 4 * 1 + 2 = 6. Pravilo je tačno. Sa n jednakim dva, trebalo bi da ima 10 π elektrona, a sa deset π elektrona pravilo vrijedi. To će biti ovakav molekul i odgovara Hückelovom pravilu. U prstenu će biti 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 atoma ugljika. Ovdje ima 5 dvostrukih veza: 1, 2, 3, 4, 5. Tako da se veze izmjenjuju. Ovo je takođe aromatično jedinjenje. Ima 10 π elektrona, po jedan za svaki atom ugljika, ili dva u svakoj dvostrukoj vezi. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. A sada dio koji me iznenađuje. 6 i 10 su u skladu sa pravilom, ali ne i 8. Šta nije u redu sa osam elektrona? Zašto je ovaj broj neprikladan? Šta ako postoje četiri π elektrona? Recimo da molekul izgleda kao četvorougao. Ili kao putokaz - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 i naizmjenične dvostruke veze. Hoće li i ove tvari biti aromatična jedinjenja? Oni također imaju naizmjenične veze, što znači da se elektroni mogu kretati s mjesta na mjesto i delokalizirati u ciklusu. Pomeri se odavde ovamo, odavde ovamo. Odavde ovamo, odavde do ovamo. Ali ispada da u takvim supstancama π elektrona uopće ne stabiliziraju sistem, a ciklus se ispostavi da je manje stabilan od linearnog molekula. A ovi molekuli nisu u skladu s Hückelovim pravilom. 4n + 2 je 6, 10, 14 π elektrona, odnosno 14, 10 ili 6 atoma ugljika. Ako je broj atoma različit, ali se radi o ciklusu s naizmjeničnim vezama, supstanca je antiaromatična. Hajde da zapišemo ovaj pojam. Veoma su nestabilne. Vrlo su nestabilni i otvaraju se, postajući linearni molekuli. Nadam se da vam je bilo zanimljivo. Titlovi Amara.org zajednice

Priča

Godine 1959 Saul Winstein uveo koncept "homoaromatičnosti" - termin koji se koristi za opisivanje sistema u kojima se stabilizirani ciklički konjugirani sistem formira zaobilaženjem jednog zasićenog atoma.

Objašnjenje aromatičnosti

Kriterijumi aromatičnosti

Ne postoji jedinstvena karakteristika koja bi omogućila da se jedinjenje pouzdano klasifikuje kao aromatično ili nearomatično. Glavne karakteristike aromatičnih jedinjenja su:

• sklonost reakcijama supstitucije, a ne adiciji (najlakše je odrediti, istorijski prvi znak, primjer - benzen, za razliku od etilena, ne obezbojava bromsku vodu)
• dobitak energije u poređenju sa sistemom nekonjugovanih dvostrukih veza. Naziva se i rezonantna energija (napredna metoda - Dewarova rezonantna energija) (dobitak je toliki da molekula prolazi kroz značajne transformacije kako bi postigla aromatično stanje, na primjer cikloheksadien se lako dehidrogenira u benzen, dihidrogeni i trihidrični fenoli postoje pretežno u obliku fenola (enoli) umjesto ketona itd.)
• prisutnost magnetne struje u prstenu (za promatranje je potrebna složena oprema), ova struja osigurava pomak kemijskih pomaka protona povezanih s aromatičnim prstenom u slabo polje (7-8 ppm za benzenski prsten), a protona smještenih iznad/ ispod ravni aromatičnog sistema - u jakom polju (NMR spektar).
• prisustvo same ravni (minimalno iskrivljene), u kojoj leže svi (ili ne svi - homoaromatičnost) atomi koji formiraju aromatični sistem. U ovom slučaju, prstenovi pi-elektrona formirani tokom konjugacije dvostrukih veza (ili elektrona uključenih u prsten heteroatoma) leže iznad i ispod ravni aromatskog sistema.
• Hückelovo pravilo se gotovo uvijek poštuje: samo sistem koji sadrži (u prstenu) 4n+2 elektrona (gdje je n = 0, 1, 2, ...) može biti aromatičan. Sistem koji sadrži 4n elektrona je antiaromatičan (u pojednostavljenom smislu to znači višak energije u molekulu, nejednakost dužina veza, nisku stabilnost - sklonost reakcijama adicije). Istovremeno, u slučaju perispojnice (postoji atom(i) koji istovremeno pripadaju 3 prstena, odnosno nema atoma vodika ili supstituenata u njegovoj blizini), ukupan broj pi elektrona ne odgovara Hückelovo pravilo (fenalen, piren, kruna). Također se predviđa da ako je moguće sintetizirati molekule u obliku Möbiusove trake (prsten dovoljno velike veličine da je uvijanje u svakom paru atomskih orbitala malo), onda za takve molekule sistem od 4n elektrona će biti aromatična, a od 4n+2 elektrona će biti antiaromatična.

Moderne reprezentacije

U savremenoj fizičkoj organskoj hemiji razvijena je opšta formulacija kriterijuma aromatičnosti

AROMATICNOST(od grčke aroma, rod aromatos - tamjan), koncept koji karakterizira skup strukturalnih, energetskih. svojstva i karakteristike reakcije. ciklične sposobnosti strukture sa sistemom konjugovanih veza. Termin je uveo F.A. Kekule (1865) kako bi opisao svojstva jedinjenja strukturno bliskih benzenu, osnivaču klase aromatičnih jedinjenja.

Na broj većine važni znaci aromatičnosti uključuju sklonost ka aromatičnosti. conn. na supstituciju koja čuva sistem konjugovanih veza u ciklusu, a ne na dodatak koji uništava ovaj sistem. Osim benzena i njegovih derivata, ovakva rješenja su karakteristična za policiklička aromatična jedinjenja. ugljikovodici (na primjer, naftalen, antracen, fenantren i njihovi derivati), kao i za izoelektronske heterocikličke konjugate. veze. Poznato je, međutim, da postoji mnogo veza. (azulen, fulven, itd.), koji takođe lako ulaze u supstitucijske sisteme, ali nemaju sve ostale znakove aromatičnosti.

Reakcija sposobnost ne može poslužiti kao tačna karakteristika aromatičnosti i zato što odražava svojstva ne samo osnovnih. stanje ovog jedinjenja, ali i prelazno stanje (aktivirani kompleks) rastvora, u kojem je to veza. ulazi. Stoga su stroži kriteriji za aromatičnost povezani s fizičkom analizom. St. u glavnom elektronska stanja ciklična. konjugovane strukture. Glavna poteškoća je što aromatičnost nije eksperimentalno određena karakteristika. Dakle, ne postoji nedvosmislen kriterijum za utvrđivanje stepena aromatičnosti, tj. stepen sličnosti sa St. benzenom. U nastavku se razmatraju najviše. važnih znakova aromatičnosti.

Struktura elektronske ljuske aromatičnih sistema.

Tendencija benzena i njegovih derivata da zadrže strukturu konjugovanog prstena u dekomp. transformacije znači više. termodinamički i kinetički stabilnost ovog strukturnog fragmenta. Stabilizacija (smanjenje elektronske energije) molekula ili jona koji imaju cikličnost strukture, postiže se kada su sve vezne molekularne orbitale potpuno popunjene elektronima, a nevezujuće i antivezujuće orbitale su prazne. Ovi uslovi su ispunjeni kada je ukupan broj elektrona u ciklusu. polien je jednak (4l + 2), gdje je n = = 0,1,2... (Hückelovo pravilo).

Ovo pravilo objašnjava stabilnost benzena (forma I) i ciklopentadienil anjona (II; n = 1). To je omogućilo da se ispravno predvidi stabilnost ciklopropenil (III; n = 0) i cikloheptatrienil (IV; n = 1) kationa. Zbog sličnosti elektronskih školjki kon. II-IV i benzen, poput viših cikličnih. polieni - , , anuleni (V-VII), smatraju se aromatičnim. sistemima.

Hückelovo pravilo se može ekstrapolirati na niz konjugiranih heterociklika. conn. - derivati ​​piridina (VIII) i pirilijum kationa (IX), izoelektronski prema benzolu, petočlani heterocikli tipa X (pirol, furan, tiofen), izoelektronski prema ciklopentadienil anjonu. Ova jedinjenja se takođe klasifikuju kao aromatična. sistemima.

Visoka termodinamička svojstva odlikuju se i derivati ​​jedinjenja II-X i drugih složenijih struktura dobijenih izoelektronskom supstitucijom metinskih grupa u polienima I-VII. stabilnost i opšta sklonost reakcijama supstitucije u jezgru.

Cyclic. konjugirani polieni, koji imaju 4n elektrona u prstenu (n=1,2...), nestabilni su i lako ulaze u reakcije adicije, jer imaju otvorenu elektronsku ljusku sa djelomično popunjenim orbitalama koje se ne vezuju. Takve veze, većina tipičan primjer kojeg je ciklobutadien (XI), uključujući kantiaromatičnu. sistemima.

Pravila koja uzimaju u obzir broj elektrona u ciklusu korisna su za karakterizaciju svojstava monociklika. strukture, ali nisu primjenjivi na policikle. Prilikom procjene aromatičnosti potonjeg potrebno je uzeti u obzir kako elektronske ljuske svakog pojedinačnog ciklusa molekula odgovaraju ovim pravilima. Treba ih koristiti s oprezom u slučaju višestruko napunjenih cikličkih baterija. joni Dakle, elektronske ljuske dikacije i dianiona ciklobutadiena ispunjavaju zahtjeve Hückelovog pravila. Međutim, ove strukture se ne mogu klasifikovati kao aromatične, jer dikacija (n = 0) nije stabilna u ravnom obliku, što daje cikličku strukturu. konjugacija, iu savijenom dijagonalno; Dianion (n=1) je generalno nestabilan.

Energetski kriterijumi za aromatičnost. Rezonantna energija. Za određivanje količina. mjere aromatičnosti koje karakterišu povećane termodinamički stabilnost aromatična konn., formulisan je koncept rezonantne energije (ER) ili delokalizacione energije.

Toplina hidrogenacije molekula benzena, koji formalno sadrži tri dvostruke veze, veća je za 151 kJ/mol od topline hidrogenacije tri molekula etilena. Ova vrijednost, povezana s ER, može se smatrati dodatnom energijom koja se troši na uništavanje ciklike. sistem konjugovanih dvostrukih veza benzenskog prstena koji stabilizuje ovu strukturu. T. arr., ER karakterizira doprinos cikličkog. konjugaciju u toplotu formiranja (ukupna energija, toplota atomizacije) jedinjenja.

Predloženo je više teorijskih metoda. ER procjene. Oni se razlikuju pogl. arr. odabir strukture poređenja (tj. strukture u kojoj je ciklička konjugacija prekinuta) sa cikličkom. formu. Uobičajeni pristup izračunavanju ER je upoređivanje elektronskih energija ciklusa. strukturu i zbir energija svih izolovanih višestrukih veza sadržanih u njoj. Međutim, izračunata t. ER, bez obzira na kvantnu hemikaliju koja se koristi. metode, imaju tendenciju da se povećavaju sa povećanjem veličine sistema. Ovo je često u suprotnosti s eksperimentima. podaci o svecima aromatičnim. sistemima. Tako se smanjuje aromatičnost u nizu poliacenbenzena (I), naftalena (XII), antracena (XIII), tetracena (XIV) (na primjer, povećava se sklonost dodavanju, povećava se izmjena dužina veza), a ER ( dato u jedinicama = 75 kJ/mol) rastu:

Vrijednosti ER izračunate poređenjem elektronskih energija cikličkih ciklusa nemaju ovaj nedostatak. strukture i slično aciklično. potpuni konjugat (M. Dewar, 1969). Izračunato t. količine se obično nazivaju Dewar ER (ED). Na primjer, EDP benzena (1,013) izračunava se poređenjem sa 1,3,5-heksatrienom, a EDP ciklobutadiena poređenjem = = sa 1,3-butadienom.

Veze sa pozitivnim vrijednosti ERD su klasifikovane kao aromatične, one sa negativnim vrijednostima klasifikovane su kao antiaromatične, a one sa vrijednostima ERD blizu nule klasificirane su kao nearomatične. Iako vrijednosti EDP variraju ovisno o kvantnim kemijskim aproksimacijama. metoda obračuna, odnosi se. njihov redoslijed praktično ne ovisi o izboru metode. Ispod su ERD po elektronu (ER/e; u jedinicama), izračunat korištenjem modificirane verzije. Hückelova molekularna orbitalna metoda:

Naib. ERD/e, odnosno max. benzen je aromatičan. Smanjenje ERD/e odražava smanjenje aromatičnog. Sv. Prikazani podaci se dobro slažu sa utvrđenim idejama o manifestacijama aromatičnosti.

Magnetski kriterijumi aromatičnosti. Cyclic. Konjugacija elektrona dovodi do pojave prstenaste struje u molekuli, što uzrokuje egzaltaciju dijagnoze. prijemčivost. Budući da vrijednosti struje prstena i egzaltacije odražavaju djelotvornost ciklične. uparivanja, mogu. koriste kao količine. mjera aromatičnosti.

Aromatična jedinjenja uključuju jedinjenja čiji molekuli podržavaju indukovane dijamagnetne elektronske prstenaste struje (dijatropni sistemi). U slučaju prstenova (n = 0,1,2...) postoji direktna proporcionalnost između jačine prstenaste struje i veličine električnog pogona. Međutim, za nealternantne ugljikovodike (na primjer, azulen) i heterociklične. conn. ova zavisnost postaje složenija. U nekim slučajevima, sistem može istovremeno i dijatropni i antiaromatični, na primjer. biciklodekapentaen.

Prisustvo induktora. struja prstena u cikličnoj konjugovani sistemi karakteristično se manifestuju u protonskim magnetnim spektrima. rezonancija (PMR), jer struja stvara anizotropno magnetno polje. polje koje značajno utiče na hemikalije pomaci protona povezanih s atomima u prstenu. Signali protona koji se nalaze u unutrašnjosti dijelovi aromatični prstenovi se pomeraju ka jakom polju, a signali protona koji se nalaze na periferiji prstena pomeraju se ka slabom polju. Da, interno protoni anulena (forma VI) i anulena (VII) pojavljuju se na -60°C u PMR spektru, respektivno. na 0,0 i -2,99m. d., a eksterne na 7,6 i 9,28 ppm.

Za anti-aromatičnu Anulenski sistemi, naprotiv, odlikuju se paramagnetnim svojstvima. prstenaste struje koje dovode do pomaka u vanjskom protona u jako polje (paratropski sistemi). Da, hem. smjena lok. protona anulena je samo 4,8 ppm.

Strukturni kriterijumi za aromatičnost. Najvažnije strukturne karakteristike molekula benzena su njegova planarnost i potpuno poravnanje veza. Molekul se može smatrati aromatičnim ako se dužine veza ugljik-ugljik u njemu nalaze u rasponu od 0,136-0,143 nm, tj. blizu 0,1397 nm za molekul benzena(I). Za neciklične konjugovanih polienskih struktura, dužine C-C veza su 0,144-0,148 nm, a dužine C=C veza su 0,134-0,135 nm. Još veća alternacija dužina veza je tipična za antiaromatike. strukture. Ovo je potkrijepljeno rigoroznim neempirijskim podacima. geometrijski proračuni parametri ciklobutadiena i eksp. podatke za njegove derivate.

Predloženo različito izrazi za količine. karakteristike aromatičnosti zasnovane na stepenu promene dužina veza, na primer. za ugljikovodike se uvodi indeks aromatičnosti (HOMA d):

gdje je a = 98,89, X r je dužina r-te veze (u A), n je broj veza. Za benzen, HOMA d je maksimalan i jednak 1, za ciklobutadien je minimalan (0,863).

Detaljan program predavanja i
komentari na drugi dio kursa

Detaljan program predavanja i komentari na drugi deo opšteg kursa predavanja iz organske hemije (PLL) zasnovani su na Programu opšteg kursa organske hemije, koji je izrađen na Katedri za organsku hemiju Hemijskog fakulteta u Moskvi. Državni univerzitet. PPL otkrivaju ispunjenost drugog dijela općeg kursa predavanja činjeničnim materijalom o teoriji i praksi organske hemije. PPL je prvenstveno namijenjen studentima 3. godine koji se žele dobro i brzo pripremiti za ispite i kolokvijume i razumjeti koliko znanja student mora imati da bi dobio odličnu ocjenu na ispitu. PPL su pripremljeni na način da je obavezni programski materijal ispisan normalnim fontom, a fakultativni materijal u kurzivu, iako treba priznati da je takva podjela ponekad prilično proizvoljna.

Jedan od ciljeva ovog priručnika je da pomogne studentima da pravilno i precizno sastavljaju bilješke s predavanja, strukturiraju gradivo, prave akcente u bilješkama i odvajaju obavezni materijal od nebitnog materijala pri samostalnom radu sa bilješkama ili udžbenikom. Treba napomenuti da uprkos širokoj rasprostranjenosti savremenih nastavnih metoda i dostupnosti raznovrsnog nastavnog materijala u udžbenicima i na internetu, samo samostalan uporan, ako ne i naporan rad na beleženju (predavanja, udžbenici, drugi materijali), rad na seminarima, samostalno pisanje najvažnijih jednačina i mehanizama, te samostalno rješavanje sintetičkih zadataka može dovesti do uspjeha u izučavanju organske hemije (i drugih predmeta). Autori smatraju da slušanje kursa predavanja stvara osnovu za izučavanje organske hemije i pokriva sve teme koje su obuhvaćene ispitom. Međutim, odslušana predavanja, kao i pročitani udžbenici, ostaju pasivno znanje sve dok se gradivo ne konsoliduje na seminarima, kolokvijima, pri pisanju testova, zadataka i analiziranju grešaka. U PPL nedostaju jednačine hemijskih reakcija i mehanizmi najvažnijih procesa. Ovaj materijal je dostupan u predavanjima i udžbenicima. Svaki student mora sam steći određena znanja: napisati najvažnije reakcije, mehanizme, a još bolje, više puta (samostalan rad sa zapisima sa predavanja, sa udžbenikom, kolokvijum). Samo ono što se stekne samostalnim, mukotrpnim radom dugo se pamti i postaje aktivno znanje. Ono što se lako dobija lako se gubi ili zaboravlja, i to ne važi samo za kurs organske hemije.

Osim programskih materijala, ovaj razvojni program sadrži i niz pomoćnih materijala koji su demonstrirani tokom predavanja i koji su, prema mišljenju autora, neophodni za bolje razumijevanje organske hemije. Ovi pomoćni materijali (slike, tabele i sl.), čak i ako su štampani normalnim fontom, najčešće nisu namenjeni doslovnom pamćenju, već su potrebni za procenu trendova promena svojstava ili reaktivnosti organskih jedinjenja. Budući da pomoćni materijal, slike i tabele prikazane tokom predavanja može biti teško potpuno i precizno zapisati u bilješkama, postavljanje ovih materijala u ovaj razvoj ima za cilj pomoći studentima predmeta da popune praznine u bilješkama i bilješkama i da se fokusiraju tokom predavanja ne o stenografskom zapisu brojeva i tabela, već o percepciji i razumijevanju materijala o kojem predavač govori.

AROMATICNOST.

1. Alifatična (od grčkog αλιφατικό - ulje, mast) i aromatična (αρωματικόσ - tamjan) jedinjenja (devetnaesti vek).

2. Otkriće benzena (Faraday, 1825). Struktura benzena (Kekule, 1865). o-, m-, str-izomeri, ortho-ksilen.

3. Druge formule predložene za benzen (Ladenburg, Dewar, Thiele, itd.). Izomeri benzena (prizman, bicikloheksa-2,5-dien, benzvalen, fulven).

4. Hückelova molekularna orbitalna metoda. Nezavisno razmatranje σ- i π-veza (tj. formiranih od sp 2 i p-orbitala). Molekularne orbitale benzena (tri vezne orbitale: jedna orbitala nema čvorove, dvije orbitale imaju jednu čvornu ravan, sve su zauzete, imaju samo 6 elektrona; tri orbitale su antivezujuće. Dvije od njih imaju 2 nodalne ravni, najveću energiju antivezujuća orbitala ima tri nodalne ravni i antivezujuće orbitale nisu zauzete.

Koncept Frost kruga za benzen, ciklobutadien i ciklooktatetraen.

Hückelovo pravilo. STAN, MONOCIKLIČAN, VEZANO ugljovodonici će biti aromatični ako ciklus sadrži (4n+2) π – elektroni.

Antiaromatična jedinjenja. Nearomatična jedinjenja. Cyclooctatetraene.

5. Opis benzena metodom „valentne šeme“, teorija rezonancije (Pauling), mezomerizam, upotreba graničnih struktura.

6. Otkazivanje. Methanoannulens. Aromatični joni. Kondenzovani ugljovodonici. Heterocikli.

Nekoliko komentara o stabilnosti otkazivanja.

-otkazano – nije ravna, ne može biti aromatična.

1,6-metan--otkazano- ravan, (osim mosta, naravno!), aromatičan je.

Anulen je nearomatski polien, stabilan ispod -70 o C.

-otkazano ne ravni ciklusi ako nema 2 mosta. Stoga - nije aromatično.

Anuleni su obični polieni.

-otkazano– ravna, aromatična. Upoznajte posebnost njegovog PMR spektra!

7. Detaljno razmatranje AROMATIČNI KRITERIJI.

Kriterijumi aromatičnosti – kvantno mehanički – broj p-elektrona 4n+2(Hückelovo pravilo), pogledajte komentare ispod. Energija (povećanje termodinamičke stabilnosti zbog delokalizacije elektrona, tzv energija delokalizacije – ED). ED u benzenu: (6a +8β) – (6a +6β) (za cikloheksatrien) = 2β = 36 kcal/mol ili 1,56 eV je EER (empirijska rezonantna energija). Postoji još nekoliko načina za izračunavanje energije rezonancije: vertikalna energija rezonancije (poznata i kao ED prema Hückelu, mjerena jedinicama integrala β, za benzen je 0,333), postoji i (na 5++) ERD (tj. Dewarova rezonantna energija, po 1 elektronu, 0,145 eV za benzen), postoji i (na 5+++) ERD prema Hess-Schaadu, za benzen: 0,065 eV , zatim isto što i EDNOE u udžbeniku Reutova, Kurtza, Butina. Postoji i (na 5++++) TER (topološki ER). Takođe, „na svetu, prijatelju Horacije, ima mnogo stvari o kojima naši mudraci nisu ni sanjali” (W. Shakespeare). Energetski kriterijum je najnezgodniji i najnejasniji od svih. Vrijednosti energije za ovaj kriterij se uvijek izračunavaju, jer je, po pravilu, nemoguće odabrati odgovarajući nearomatski molekul za poređenje. Stoga treba biti smiren oko činjenice da postoji mnogo različitih procjena energije delokalizacije čak i za klasične aromatične molekule, ali za složenije sisteme ove vrijednosti u potpunosti izostaju. Nikada ne možete porediti različite aromatične sisteme na osnovu veličine energija delokalizacije - ne možete zaključiti da je molekul A aromatičniji od molekula B, jer je energija delokalizacije veća. Strukturno - veoma važan, ako ne i najvažniji kriterijum, jer nije teorijske, već eksperimentalne prirode. Specifičnost geometrije molekula aromatičnih jedinjenja leži u težnji da se komplanarni raspored atoma i poravnanje dužina veza. U benzenu, poravnanje dužina veza je savršeno - svih šest C-C veza su iste dužine. Za složenije molekule, poravnanje nije savršeno, ali je značajno. Kriterijum se uzima kao mera relativnog odstupanja dužina konjugovanih veza od prosečne vrednosti. Što je bliže nuli, to bolje. Ova količina se uvijek može analizirati ako su strukturne informacije dostupne (eksperimentalne ili iz visokokvalitetnih kvantnih kemijskih proračuna). Tendencija ka koplanarnosti određena je prednošću kolinearnosti atomskih osa R-orbitale za njihovo efektivno preklapanje. Postavlja se pitanje: kakvo je odstupanje od planarnog rasporeda dozvoljeno bez gubitka aromatičnosti? U predavanju su dati primjeri ravninske distorzije u aromatičnim molekulima, a mogu se naći iu stručnoj literaturi (vidi dolje, str. 20). Magnetic (prisustvo struja u prstenu - dijatropni sistem, uticaj na hemijska pomeranja protona izvan i unutar prstena, primeri - benzen i -anulen). Najprikladniji i najpristupačniji kriterijum, pošto je 1H NMR spektar dovoljan za njegovu procenu. Za precizno određivanje koriste se teorijski proračuni hemijskih pomaka. Šta je dijatropija? Hemijski – sklonost ka reakcijama supstitucije, a ne reakcijama dodavanja. Najočigledniji kriterijum koji jasno razlikuje hemiju aromatičnih jedinjenja od hemije poliena. Ali to ne radi uvijek. U jonskim sistemima (na primjer, u ciklopentadienil anjonu ili tropilijum kationu), supstitucija se ne može uočiti. Reakcije supstitucije se ponekad javljaju u ne-aromatičnim sistemima, ali aromatični sistemi su uvijek u određenoj mjeri sposobni za reakcije adicije. Stoga je ispravnije hemijski kriterij nazvati ZNAKOM aromatičnosti.

8. POJAM AROMATICNOSTI. ZNAKOVI I KRITERIJI AROMATIČNOSTI. - Komentari

Aromatičnost – koncept koji karakteriše skup posebnih strukturnih, energetskih i magnetnih svojstava, kao i karakteristike reaktivnosti cikličkih struktura sa sistemom konjugovanih veza.

Iako je aromatičnost jedan od najvažnijih i najplodonosnijih pojmova u hemiji (ne samo organski), - ne postoji opšteprihvaćena kratka definicija ovaj koncept. Aromatičnost se shvata kroz skup posebnih karakteristika (kriterijuma) svojstvenih određenom broju cikličkih konjugiranih molekula u jednom ili drugom stepenu. Neki od ovih kriterija su eksperimentalne, vidljive prirode, ali se drugi dio zasniva na kvantnoj teoriji strukture molekula. Aromatičnost ima kvantnu prirodu. Nemoguće je objasniti aromatičnost sa stanovišta klasične strukturne teorije i teorije rezonancije.

Ne radi to Pomiješajte aromatičnost s delokalizacijom i konjugacijom. U molekulima poliena (1,3-butadien, 1,3,5-heksatrien, itd.) postoji jasna tendencija delokalizacije elektrona (vidi 1. semestar, hemija diena) i formiranja jedne konjugirane elektronske strukture , što se manifestuje u spektrima (prvenstveno elektronskim apsorpcionim spektrima), nekim promenama dužine i redosleda veza, stabilizaciji energije, posebnim hemijskim svojstvima (elektrofilna 1,4-adicija u slučaju diena itd.). Delokalizacija i konjugacija su neophodni, ali ne i dovoljni uslovi za aromatičnost. Aromatičnost se može definirati kao svojstvo u kojem konjugirani prsten nezasićenih veza pokazuje veću stabilnost nego što bi se očekivalo od same konjugacije. Međutim, ova definicija se ne može koristiti bez eksperimentalnih ili izračunatih podataka o stabilnosti cikličke konjugirane molekule.

Da bi molekul bio aromatičan, mora sadržavati najmanje jedan ciklus, svaki od atoma od kojih je pogodan za formiranje aromatičnog sistema R-orbitalni. Upravo se ovaj ciklus (prsten, sistem prstenova) smatra aromatičnim u punom smislu te riječi (ako su ispunjeni dolje navedeni kriteriji).

U ovom ciklusu bi trebalo biti 4n+2 (tj. 2, 6, 10, 14, 18, 22, itd.) elektrona.

Ovo pravilo se naziva Huckelovo pravilo ili kriterij aromatičnosti. Izvor ovog pravila su veoma pojednostavljeni kvantno-hemijski proračuni idealizovanih cikličnih poliena napravljeni u ranim danima kvantne hemije. Dalja istraživanja su pokazala da ovo jednostavno pravilo u osnovi daje ispravna predviđanja aromatičnosti čak i za vrlo složene stvarne sisteme.

Međutim, pravilo se mora pravilno koristiti, inače prognoza može biti netačna. Opće preporuke su date u nastavku.

Molekul koji sadrži najmanje jedan aromatični prsten ima pravo na može se nazvati aromatičnim, ali ovu generalizaciju ne treba previše koristiti. Dakle, očigledno je da stiren sadrži benzenski prsten, pa se stoga može nazvati aromatičnim molekulom. Ali nas može zanimati i dvostruka veza etilena u stirenu, koja nema direktnu vezu sa aromatičnosti. Sa ove tačke gledišta, stiren je tipičan olefin sa konjugovanom dvostrukom vezom.

Nikada nemojte zaboraviti da je hemija eksperimentalna nauka i da nikakvo teorijsko razmišljanje ne zamjenjuje ili zamjenjuje znanje o stvarnim svojstvima supstanci. Teorijski koncepti, čak i oni tako važni kao što je aromatičnost, samo pomažu u boljem razumijevanju ovih svojstava i stvaranju korisnih generalizacija.

Koje orbitale se smatraju pogodnim za formiranje aromatskog sistema?– Bilo koja orbitala okomita na ravan ciklusa, i

a) pripadajući uključeno u ciklus višestruke (endociklične dvostruke ili trostruke) veze;

b) koji odgovaraju usamljenim parovima elektrona u heteroatomima (azot, kiseonik, itd.) ili karbanionima;

c) koji odgovaraju centrima sa šest elektrona (sekstet), posebno karbokatjonima.

Imajte na umu da navedeni fragmenti a), b), c) daju paran broj elektrona ukupnom sistemu: bilo koja višestruka veza - 2 elektrona, usamljeni parovi - 2 elektrona, prazne orbitale - 0 elektrona.

Šta nije prikladno ili ne doprinosi sistemu aroma:

a) onijumski oblici kationskih centara– odnosno kationi koji sadrže pun oktet elektrona. U ovom slučaju, takav centar razbija konjugirani sistem, na primjer, N-metilpirol je aromatičan (6 elektrona u prstenu), a N,N-dimetilpirolijum je nearomatski (amonijum dušik ne doprinosi π-sistemu) :

Pažnja - ako je centar onijuma deo višestruke veze, onda je višestruka veza ta koja učestvuje u formiranju aromatskog sistema, pa je, na primer, N-metilpiridinijum aromatičan (6 π-elektrona, po dva iz svakog od tri višestruke veze).

Koncept od izoelektronost. Izoelektronski sistemi su obično slični u pogledu aromatičnosti. U tom smislu, na primjer, N-metilpiridinijum je izoelektronski prema metilbenzenu. Oba su očigledno aromatična.

b) usamljeni parovi koji leže u ravni prstena. Na jednom atomu, samo jedna π orbitala može doprinijeti aromatičnom sistemu. Stoga, u ciklopentadienil anionu karbanion centar daje 2 elektrona, a u fenil anionu atom ugljika karbanion centra doprinosi 1 elektron, kao u molekulu benzena. Fenil anion je izoelektronski prema piridinu, a ciklopentadienil anion je izoelektronski prema pirol.

Svi su aromatični.

c) Egzociklična dvostruka veza ili radikalni centar. Ipak, takve strukture uglavnom nisu aromatične svaka takva struktura zahtijeva posebno razmatranje koristeći stvarne eksperimentalne podatke .

Na primjer, kinoni nisu aromatični, iako a) imaju planarne, potpuno konjugirane prstenove koji sadrže 6 elektrona (četiri iz dvije višestruke veze u prstenu plus dva iz dvije egzociklične veze).

Prisustvo u određenoj konjugovanoj strukturi takozvanih kinoidnih fragmenata, odnosno sistema veza sa dve egzociklične dvostruke veze, uvek je izvor nestabilnosti i favorizuje procese koji transformišu sistem sa kvinoidnim fragmentom u normalan aromatični sistem. Dakle, antracen je 14-elektronski aromatični sistem koji sadrži kinoidni fragment, stoga antracen lako vezuje brom ili dienofile, budući da proizvodi već imaju dva punopravna aromatična benzenska prstena:

Aromatičnost policikličkih struktura predstavlja prilično složen teorijski problem. Sa formalne tačke gledišta, ako sistem ima barem jedan benzenski prsten, onda se može smatrati aromatičnim. Ovaj pristup, međutim, ne omogućava razmatranje svojstava molekula u cjelini.

Savremeni pristup policikličkim sistemima je pronalaženje u njima Sve mogući aromatični podsistemi, počevši od najveće moguće - vanjske konture. U tom smislu, na primjer, naftalen se može predstaviti kao zajednički 10-elektronski sistem (spoljna kontura) i dva identična 6-elektronska benzenska prstena.

Ako vanjska kontura nije aromatična, onda treba tražiti manje aromatične konture. Na primjer, difenilen ima 12 elektrona duž svoje vanjske konture, što ne odgovara Hückelovom pravilu. Međutim, u ovom spoju lako možemo pronaći dva praktično nezavisna benzenova prstena.

Ako su biciklični ugljovodonici ravni i imaju konjugirane dvostruke veze, Hückelovo pravilo funkcionira za bi- i policiklične ugljovodonike koji imaju jednu zajedničku vezu ( naftalen, antracen, fenantren itd., i takođe azulen). Hückelovo pravilo ne funkcioniše dobro za fuzionisane prstenove koji imaju atom ugljenika koji je zajednički za 3 prstena. U ovom slučaju može pomoći pravilo za brojanje elektronskih parova metodom "hodanje po perimetru ili duž jedne od kontura", na primjer:

acenaftilen piren perilen

zbir π-elektrona: 12 16 20

uključujući duž perimetra, 10 14 18 (duž naftalenske konture - 10 i 10)

Međutim, za tako složene cikluse ovo pravilo možda neće uvijek funkcionirati. Štaviše, ne govori ništa o stvarnim svojstvima molekula. Na primjer, acenaftilen ima pravilnu dvostruku vezu između atoma 1 i 2.

Različiti primjeri izoelektronskih aromatskih heterocikla.

PIROL – FURAN – TIOFEN (6π elektrona) .

PIRIDIN– PIRIDINIJUM– PIRILUM (6π elektrona) .

piridazin - PIRIMIDIN– pirazin (6 π elektrona) .

oksazoli – tiazoli – IMIDAZOL (6π elektrona) .

INDOL– KINOLIN (10π elektrona) .

o "orasima" . U obrazovnoj literaturi aromatični ciklusi se često označavaju krugom unutar poligona. Budimo jasni da ovu vrstu označavanja treba izbjegavati kad god je to moguće. Zašto?

jer:

a) u složenim policikličkim strukturama krugovi nemaju određeno značenje i ne dozvoljavaju nam da shvatimo gdje živi aromatičnost - u pojedinačnim ciklusima ili u cjelini. Ako nacrtate, na primjer, antracen sa "orasima", neće biti jasno šta je razlog za njegova "ne baš aromatična" i izražena dienska svojstva

b) čak i najklasičniji aromatični sistemi kao što je benzen i njegovi derivati ​​mogu pokazati nearomatične polienske osobine, za razmatranje kojih je potrebno vidjeti strukturu višestrukih veza.

c) Kekulova struktura je ta koja je neophodna za razmatranje efekata supstituenata pomoću nezamjenjivog alata - rezonantnih struktura. "Nut" je u tom pogledu potpuno besplodan. Dakle, koristeći Kekuleovu formulu, savršeno ćemo razumjeti razlog visoke kiselosti P-nitrofenol i jarko žute boje P-nitrofenolat. Šta ćemo sa "orasom"?

Poželjna je jednostavna metoda “Kekul-Butlerov”, koja odgovara klasičnoj teoriji strukture i eksplicitno označava višestruke veze. Nakon što ste nacrtali takvu klasičnu strukturu, uvijek možete govoriti o njenoj aromatičnosti ili nearomatičnosti, koristeći odgovarajuća pravila i kriterije. To je klasična Kekul struktura koja je prihvaćena kao standard u svim vodećim međunarodnim hemijskim časopisima.

A kada su šolje prikladne?? Za označavanje nebenzenoidnih aromatičnih sistema, posebno nabijenih. U ovom slučaju, klasična notacija je pomalo nespretna i ne pokazuje delokalizaciju naboja.

Također je teško bez krugova u organometalnoj hemiji, gdje aromatični sistemi često igraju ulogu liganada. Pokušajte odraziti strukturu ferocena ili drugih kompleksa koji sadrže ciklopentadienil ligand bez krugova!

Ravnost. Ciklus koji tvrdi da je aromatičan i koji sadrži traženi kontinuirani sistem p-orbitala mora biti stan(ili skoro ravna). Ovaj zahtjev je jedan od najneugodnijih, jer nije baš lako "na oko" odrediti koji ciklus je ravan, a koji nije. Sljedeće točke se mogu smatrati jednostavnim savjetima:

a) ciklični konjugovani sistemi koji sadrže 2 ili 6 elektrona i koji zadovoljavaju uslove koji se smatraju, po pravilu, ravnim i aromatičnim. Takvi sistemi se obično implementiraju u malim i srednjim ciklusima (2-8 članova);

b) ciklični jonski sistemi sa brojem elektrona 2, 6, 10, 14 su gotovo nužno aromatični, jer je aromatičnost razlog postojanja i stabilnosti takvih jona;

c) neutralni sistemi sa 10, 14, 18 ili više elektrona u jednom ciklusu velike veličine, naprotiv, skoro uvek zahtevaju dodatne mere za stabilizaciju ravne strukture u vidu dodatnih mostova, jer dobijanje energije usled formiranja velikog aromatičnog sistema ne nadoknađuje ni energiju naprezanja koja nastaje u makrociklusima, niti entropiju izgubljenu u formiranju jedne planarne strukture.

Pažnja : Čitanje sljedećeg pasusa se strogo ne preporučuje osobama sa slabim i nestabilnim znanjem. Svako sa ocjenom manjim od 99 bodova mogu preskočite ovaj pasus.

Antiaromatičnost. Sistemi koji zadovoljavaju sve gore navedene uslove (ravni ciklusi sa kontinuiranim sistemom π-orbitala), ali je broj elektrona 4n, smatraju se antiaromatičnim - odnosno zaista nepostojeće. Ali ako u slučaju aromatičnosti imamo posla sa stvarnim molekulima, onda je u slučaju antiaromatičnosti problem složeniji. Važno je shvatiti da pravi antiaromatični sistem nije na minimumu, već na maksimumu potencijalne energije, odnosno nije molekul, već prelazno stanje. Antiaromatičnost je čisto teorijski koncept koji opisuje zašto su neki ciklički konjugirani sistemi ili potpuno nestabilni i ne mogu se dobiti čak ni po cijenu ogromnog napora, ili pokazuju jasne tendencije postojanja u obliku običnog poliena s naizmjeničnim jednostrukim i višestrukim vezama.

Na primjer, ciklobutadien bi bilo anti aromatično ako postoji kao kvadratna molekula sa vezama jednake dužine. Ali u prirodi ne postoji takav kvadratni molekul. Stoga je ispravan način da se to kaže: hipotetički kvadratni ciklobutadien je antiaromatičan, i Zbog toga ne postoji. Eksperimentalno, na vrlo niskim temperaturama, izolovani su supstituisani ciklobutadieni, ali se pokazalo da su njihova struktura tipični nearomatski dieni - imali su jasnu razliku između kratkih dvostrukih i dugih jednostrukih veza.

Stvarno postojeći planarni konjugirani molekuli sa 4n elektrona su uvijek visoko reaktivni nearomatski polieni. Na primjer, benzociklobutadien zapravo postoji (8 elektrona u vanjskom kolu), ali ima svojstva izuzetno aktivnog diena.

Antiaromatičnost - izuzetno važno koncept u teoriji aromatičnosti. Teorija aromatičnosti predviđa i postojanje posebno stabilnih aromatičnih sistema i nestabilnost antiaromatičnih sistema. Oba ova pola su važna.

Antiaromatičnost je veoma važan koncept u hemiji. Svi nezasićeni konjugirani ciklični sistemi koji sadrže antiaromatični broj π elektrona uvijek imaju vrlo visoku reaktivnost u različitim reakcijama adicije.

9. Trivijalni primjeri sinteze nebenzenoidnih aromatskih jona.

Ciklopropenilijum kation, tropilijum kation

Ciklopentadienilid anion. Aromatični karbociklički anjoni C8, C10, C14.

10. Opciono: pokušaji sintetiziranja antiaromatičnih molekula – ciklobutadien, ciklopentadienilijum kation.

Razvoj koncepta aromatičnosti. Ciklobutadien gvožđe trikarbonil. Volumetrijska, sferna aromatičnost, homoaromatičnost itd.

11. Priprema aromatičnih ugljovodonika.

1. Industrijski izvori– nafta i ugalj.

Reformisanje. Lanac: heptan – toluen – benzen – cikloheksan.

2. Laboratorijske metode:

a) Wurtz-Fittigova reakcija (zastarjela metoda, koja ima prilično istorijski značaj, ne radi to primjenjivati ​​prilikom rješavanja problema),

b) katalitička trimerizacija acetilena,

c) kiselinom katalizovanu trimerizaciju acetona i drugih ketona;

d) unakrsno spajanje, nekatalitičko korištenjem kuprata i katalitičko u prisustvu kompleksa paladija,

e) treba koristiti Friedel-Craftsovu reakciju, uglavnom acilaciju sa redukcijom prema Clemmensenu (alkilaril ketoni) ili Kizhner-Wolfu (bilo koji ketoni i aldehidi),

f) aromatizacija bilo kojeg derivata cikloheksana, cikloheksena, cikloheksadiena pod dejstvom sumpora (fuzija, pogodna samo za najjednostavnija jedinjenja) ili dihlorodicijanbenzohinona (DDQ ili DDQ, reagens opšte namene).

12. Osobine prstena i alifatskog bočnog lanca u aromatičnim ugljovodonicima.

1. Hidrogenacija. Kada dolazi do djelomične hidrogenacije prstena? Hidrogenacija funkcionalnih grupa (C=C, C=O) bez hidrogenacije prstena. Primjeri.

2. Redukcija breze (Na, tečni NH 3). Zašto je potreban EtOH? Utjecaj donora i akceptora u prstenu na smjer reakcije.

3. Slobodno radikalno halogeniranje benzena (bilo u školi!). Halogenacija toluena i njegovih homologa u bočni lanac. Selektivnost halogeniranja.

4. Oksidacija bočnog lanca i polikondenzovanih aromatičnih ugljovodonika. Ozoniranje benzena i drugih aromatičnih spojeva.

5. Diels-Alderova reakcija za benzen i antracen. Uslovi.

6. Reakcija alkalnih metala i Mg sa naftalenom i antracenom (opciono).

ELEKTROFILNA ZAMJENA U AROMATIČNOJ SERIJI.

1. Zašto elektrofilna supstitucija (ES)?

2. Koje vrste elektrofila postoje i koje EZ reakcije ćemo detaljno ispitati? (protonacija, nitracija, sulfonacija, halogenacija, alkilacija, acilacija, formilacija). Za mjesec dana ćemo razmotriti: azo kuplovanje, nitrozaciju, karboksilaciju).

3. Pojednostavljeni mehanizam elektrofilne supstitucije u aromatičnom prstenu (bez π-kompleksa). Arenonium joni. Sličnost alilnom kationu. Predstavljanje jona arenonija na papiru - rezonantne strukture ili "potkovica" - obavezno naučite kako nacrtati rezonantne strukture za s-komplekse, jer će "potkovica" dovesti u ćorsokak kada dođemo do utjecaja supstituenata na smjer elektrofilne supstitucije. Protonacija arena.

4. Dokaz postojanja π-kompleksa na primjeru reakcije DCl i benzena (G. Brown 1952). Dokazi za postojanje σ-kompleksa.

5. Generalizirani mehanizam EZ, uključujući formiranje π- i σ-kompleksa. Faza koja ograničava brzinu detonacije elektrona u benzenskom prstenu. Koncept kinetičkog izotopskog efekta. Prisjetimo se još jednom što su prijelazno stanje i srednje stanje.

6. Orijentacija za elektrofilnu supstituciju: orto-, meta, para-, ipso. Orijentanti prve i druge vrste. Obavezno nacrtajte rezonantne strukture za s-komplekse sa različitim supstituentima. Posebno analizirati uticaj na strukturu s-kompleksa supstituenata sa induktivnim i mezomernim efektima, kao i kombinaciju višesmernih efekata. Parcijalni faktori brzine. Dosljedna i neskladna orijentacija. Primjeri različitih omjera o-/p-izomera u slučajevima kada prsten sadrži supstituent 1. vrste (na primjer, sterički otežano) ili 2. vrste (orto-efekat). NMR jona benzolonijuma i nekih arena.

7. Razmatranje specifičnih reakcija elektrofilne supstitucije. Nitracija. Agenti. Egzotični agensi. Napadna čestica. Karakteristike nitriranja različitih klasa jedinjenja - nitroareni (uvjeti), halogenirani benzeni (podjela o- i p-izomera. Kako?), naftalen i bifenil. Nitracija aromatičnih amina (zaštitne grupe, kako učiniti O- I P- izomeri? Da li je moguće nitrirati aniline do m-položaja?). Nitracija fenola (uslovi, podjela O- I P- izomeri).

7. Sulfoniranje arena. Sredstva, priroda elektrofila, reverzibilnost. Osobine sulfoniranja naftalena, toluena, fenola, anilina, zaštita sulfo grupom u EZ reakcijama.

8. Derivati ​​sulfonske kiseline: tozil hlorid, tozilati, sulfonamidi. Obnova sulfo grupe.

9. Halogenacija. Niz halogenirajućih agenasa u opadajućem redoslijedu aktivnosti (znati najmanje 3 primjera). Priroda elektrofila, karakteristike halogeniranja toluena, halogeniranih benzena, mogu se dobiti svi halogenirani benzeni, halogeniranje naftalena, bifenila, anilina, fenola, anizola. Karakteristike jodiranja. Kloriranje jodobenzena bez elektrofilnih katalizatora. Polivalentna jedinjenja joda (PhICl 2, PhI=O, PhI(OAc) 2)

10.Alkilacija i acilacija prema Friedel-Crafts-u. Alkilacija – 3 nedostataka, primjeri sinteze, reverzibilnost, utjecaj halogena u RHal, agensi, intramolekularna alkilacija, ograničenja supstituenata, karakteristike alkilacije fenola i amina, sinteza n-alkilbenzena. Acilacija - poređenje sa alkilacijom, reagensi, ciklički anhidridi u acilaciji, intramolekularne reakcije, Fries preuređivanje.

Tabela 1.

Tabela 2. Podaci o nitraciji halobenzena.

Compound	proizvodi, %*			relativno brzina nitracija (benzen =1)**	Parcijalni faktor brzine za O- I P- pozicija (benzen = 1)
	ortho	meta	par
C 6 H 5 – F					0,054 (O) 0,783 (P)
C 6 H 5 – Cl					0,030 (O) 0,136(P)
C 6 H 5 – Br					0,033 (O) 0,116(P)
C 6 H 5 – I***					0,205 (O) 0,648(P)

*) K. Ingold. Teorijske osnove organske hemije M., "Mir", 1973, str. 263;

**) ibid. 247; ***) Prema najnovijim istraživanjima, mehanizam elektrofilne supstitucije u ariljodidima može biti složeniji nego što se ranije smatralo.

O razdvajanju O- I P- izomeri disupstituiranih arena kristalizacijom.

Tabela 3. M.p. O- I P-izomeri disupstituiranih arena u o C.

POREĐENJE REAKCIJA ALKILACIJE I ACILACIJE PREMA FRIEDEL-Crafts-u.

	ALKILACIJA		ACILACIJA
REAGENS	AlkHal, AlkOH, alkeni. (Nema ArHala!).		Halogenidi karboksilne kiseline (CA), anhidridi CA, ređe - CA
CATALYST	Lewisove kiseline, posebno obojeni halogenidi Al, Fe, Sn, itd., BF 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, kationski izmjenjivači.		AlCl 3 (ne manje po molu, a još bolje), H 2 SO 4, H 3 PO 4.
PROIZVOD	Alkil i polialkilareni.		Aromatični ketoni. Može se uvesti samo jedna acilna grupa.
KARAKTERISTIKE I NEDOSTACI	Praktično je od male koristi zbog brojnih nuspojava, a to su: 1) polialkilacija, 2) izomerizacija originalnog n-alkila u sek- i terc-alkil. 3) izomerizacija polialkilbenzena u smešu ili u stabilniji proizvod.		Vrlo zgodna reakcija, praktički nekomplicirana neželjenim reakcijama. Po pravilu se formira samo para izomer. Ako P-pozicija je zauzeta, onda je orto izomer (u odnosu na najjaču orijentaciju).
REVERZIBILNOST	JEDI. (vidi dolje)
PODRUČJE PRIMJENE	NE MOŽE SE KORISTITI za arene koji sadrže supstituente tipa II. Može se koristiti za aril halogenide.
OSOBINE PRIMJENE NA FENOL	NIJE POŽELJENO koristite AlCl 3 . CAN koristiti katalizatore - H 3 PO 4, HF sa alkoholima kao alkilirajućim reagensima.	CAcCl se može podvrgnuti acilaciji na kiseoniku. Kada se fenol etar zagreje, FRIS pregrupisavanje(kat. – AlCl 3). Ponekad se AcOH\BF 3 može koristiti za Fr-Kr reakciju Sinteza fenolftaleina.
OSOBINE PRIMJENE NA AROMATIKU CHESKY, AMINES	Direktna alkilacija je praktički nemoguća, jer je nemoguće koristiti AlCl 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, HF (napad AlCl 3 ili H + ili alkila na azot - kao rezultat, elektronodonirajuća svojstva dušika Pod dejstvom RHal, N-alkilanilini).	Dolazi do acilacije dušika. Katalizatori formiraju azotne komplekse. Acilacija je moguća upotrebom dva ekvivalenta. acilirajući agens i ZnCl 2 da formiraju p-acil-N-acilaniline.

Bilješka:

Reverzibilnost reakcije alkilacije prema Friedel-Crafts-u dovodi do toga da se sve moguće reakcije alkilacije i dealkilacije odvijaju istovremeno u sistemu, a utiče i na meta poziciju, jer se alkil grupa aktivira. Sve pozicije benzenskog prstena, iako u različitom stepenu.

Međutim, zbog preferencijalne orto-para orijentacije procesa alkilacije i reverzne dealkilacije pod uticajem elektrofila, na primer, tokom ipso-napada protona, najmanje reaktivni i termodinamički stabilniji 1,3- i 1 ,3 se akumuliraju u smjesi tokom produžene reakcije ,5-izomeri, jer alkili u njima slabije orijentiraju napad protona pod drugim alkilima:

Slični razlozi određuju nastanak različitih regioizomera tokom sulfoniranja, sa značajnom razlikom što je sulfonska grupa orijentant druge vrste, što otežava polisulfonaciju.

12. FORMIRANJE – uvođenje SNO grupe.

Formilacija je poseban slučaj acilacije.

Mnogi derivati ​​mravlje kiseline mogu formilirati arene. Reakcije formilacije sa CO, HCN, HCO(NMe 2) 2. Specifičnosti odabira elektrofilnih katalizatora za reakcije formilacije.

GATTERMAN-KOCH(1897) – ArH + CO + HCl (AlCl 3 / Cu 2 Cl 2). Postoji li NS(O)S1? A NS(O)F?

GATTERMAN– HCN b\w + HCl gas. Cat. AlCl 3 ili ZnCl 2.

Gutterman-Adams(opciono) – Zn(CN) 2 + HCl. Možete koristiti 1.3.5. triazin,/HC1/A1C1 3 (opciono), ili C1 2 CHOR (na 5+++)

Guben-Gesh(acilacija sa RCN, HCl i ZnCl 2).

FORMACIJA PREMA VILSMEIER-HAACKU. Samo arena obogaćena elektronima! + DMF + POC1 3 (može biti SOCl 2, COCl 2).

13. Reakcija hidroksimetilacije, kondenzacija karbonilnih jedinjenja sa arenima (DDT, difenilolpropan), hlorometilacija.

14. Primjenjivost reakcija formilacije i hidroksimetilacije.

Gatterman-Koch - alkilbenzeni, benzen, halobenzeni.

Gatterman – aktivirani areni, toluen.

Vilsmeyer-Haack – samo aktivirane arene

Klorometilacija – fenol, anisol, alkil i halogen benzeni.

Hidroksimetilacija – aktivirani areni.

(Aktivirani areni su anilini, fenol i fenol estri.)

15. Triarilmetanske boje. Kristalno ljubičasta (4-Me 2 N-C 6 H 4) 3 C + X - . Sinteza iz p-Me 2 N-C 6 H 4 CHO + 2 Me 2 NPh + ZnCl 2 → LEUCO FORM (bijela boja). Daljnja oksidacija (PbO 2 ili drugo oksidaciono sredstvo) u tert- alkohol, zatim tretman kiselinom, izgled boje.

OPCIJSKI MATERIJAL.

1) Merkuracija benzena sa Hg(OAc) 2 Heksamerkuracija benzena sa Hg(OAc F) 2. Priprema heksajodobenzena.

2) Dekarboksilacija aromatičnih kiselina ArCOOH (zagrevanje bakarnim prahom u kinolinu) = ArH + CO 2. Ako u prstenu postoje grupe koje povlače elektrone, onda možete jednostavno vrlo jako zagrijati sol arenekarboksilne kiseline. Ako postoje donori, posebno u orto poziciji, moguća je supstitucija karboksilne grupe protonom, ali to je rijetko!

3) Egzotični elektrofili u reakcijama sa arenima: (HN 3 /AlCl 3 - daje anilin), R 2 NCl / AlCl 3 daje R 2 NAr) (SCl 2 /AlCl 3 daje Ar 2 S. Rodanacija anilina ili fenola sa dirodanom ( SCN) 2. Formiranje 2-aminobenzotiazola.

4) Postoji veliki broj “škakljivih” reakcija koje je nemoguće zapamtiti i koje nisu potrebne, na primjer PhOH + TlOAc + I 2 = o-jodofenol, ili PhOH + t-BuNH 2 + Br 2, -70 o C = o-bromfenol

NUKLEOFILNA SUPSTITUCIJA U AROMATIČNOJ SERIJI.

Zašto dolazi do nukleofilne supstitucije u arenima koji ne sadrže jake grupe koje povlače elektrone?

1. S N Ar– DODAVANJE-ODDVAJANJE.

1) Priroda intermedijera. Meisenheimer kompleksi. (Uslovi za stabilizaciju intermedijera.) 13C NMR, ppm: 3(ipso), 75,8(o), 131,8(m), 78,0(p).

2) Nukleofili. Rastvarači.

3) Pokretljivost serije halogena. F (400)>>NO 2 (8)>Cl(1) ≈ Br(1,18)>I (0,26). Limitirajuća faza.

4) Niz aktivacione sposobnosti supstituenata (u kojoj poziciji?) NO 2 (1)>MeSO 2 (0,05)>CN(0,03)>Ac(0,01).

5) Primeri specifičnih reakcija i specifičnih uslova.

6) Opciono: mogućnost zamjene NO 2 - grupe. Selektivna supstitucija NO 2 - grupa. Prostorni faktori.

7) Nukleofilna supstitucija vodonika u di- i trinitrobenzenu. Zašto vam je potreban oksidant?

2. Mehanizam ARINE – (OBRADA-DODATAK).

Označeni hlorobenzen i orto-klorotoluen, kalijum ili natrijum amidi u tečnom NH 3 . Mehanizam.

Hidroliza o-, m- i p-klorotoluena, NaOH, H 2 O, 350-400 o C, 300 atm. JAKO TEŠKI USLOVI!

Važnost induktivnog efekta. Slučaj o-hloranizola.

Spora faza je apstrakcija protona (ako je Hal=Br, I) ili apstrakcija halidnog anjona (ako je Hal=Cl, F). Otuda neobična serija mobilnosti za halogene:Br>I> Cl>F

Metode za stvaranje dehidrobenzena. Struktura dehidrobenzena - u ovoj čestici br trostruka veza! Regeneracija dehidrobenzena.

3. MehanizamS RN1. Prilično rijedak mehanizam. Generiranje anjona radikala - električna struja, ili zračenje, ili metalni kalij u tekućem amonijaku. Reaktivnost ArI>ArBr. Nekoliko primjera. Koji nukleofili se mogu koristiti? Aplikacija S RN1 : reakcije za a-arilaciju karbonilnih spojeva preko enolata.

4. Nukleofilna supstitucija u prisustvu bakra. Sinteza difenil etera, trifenilamina, hidroliza o-kloroanizola.

5. Nekoliko rijetkih primjera. Sinteza salicilne kiseline iz benzojeve kiseline, nukleofilna supstitucija u heksafluorobenzenu.

6. S N 1 Ar – vidi temu "Diazo spojevi".

Dodatno čitanje na temu "Aromatična jedinjenja"

M.V.Gorelik, L.S.Efros. Osnove hemije i tehnologije aromatičnih jedinjenja. M., "Hemija", 1992.

NITRO COMPOUNDS.

Minimalno znanje o alifatskim nitro jedinjenjima.

1. SINTEZA: a) direktno nitriranje u gasnoj fazi - samo najjednostavnije (1. semestar, tema - alkani).

b) RBr + AgNO 2 (etar) = RNO 2 (I) + RONO (II). Odnos I i II zavisi od R: R prvo. 80:10; R uto. 15:30. R trlja 0:10:60 (E2, alken). Možete koristiti NaNO 2 u DMF-u. Tada je količina RNO 2 veća čak i za sekundarni R. Metoda b) je dobra za RX aktivan u S N 2-supstitucija, npr. ClCH 2 COONa + NaNO 2 u vodi na 85 o C. (tema: nukleofilna supstitucija i ambijentalni anioni, 1. semestar).

c) NOVA METODA SINTEZE– oksidacija amino grupe sa CF 3 CO 3 H(od (CF 3 CO) 2 O + H 2 O 2 u CH 2 Cl 2 ili MeCN) Pogodno za alifatske i aromatične amine. Ponekad možete uzeti m-CNBA (m-hloroperbenzojeva kiselina, m-CPBA, komercijalni reagens). NEMOJTE UZIMATI KMnO 4 ili K 2 Cr 2 O 7 ZA OKSIDACIJU! Posebno za aromatične amine!

2. SVOJSTVA. Najvažnije svojstvo je visoka CH kiselost, tautomerizam nitro i aci oblika (pKa MeNO 2 10,5). Ravnoteža se uspostavlja polako! Oba oblika reaguju sa NaOH, ali samo kiseli oblik reaguje sa sodom! (Ganch).

Visoka kiselost CH čini nitro jedinjenja analogima karbonilnih jedinjenja koja se mogu enolizovati. Kiselost nitrometana je bliska kiselosti acetilacetona, a ne prostih aldehida i ketona, pa se koriste prilično slabe baze - alkalije, karbonati alkalnih metala, amini.

Henrijeva reakcija (Henry) je analog aldolske ili krotonske kondenzacije. Budući da se Henrijeva reakcija izvodi u blagim uvjetima, proizvod je često nitroalkohol (analog aldola), a ne nitroolefin (analog krotonskog proizvoda). RSN 2 NO 2 je uvijek CH komponenta!

Reakcije Michaela i Mannicha za RNO 2. Opciono: halogenacija u NaOH, nitrozacija, alkilacija anjona.

RESTAURACIJA AROMATIČNIH JEDINJENJA.

1) Najvažniji međuprodukti redukcije nitrobenzena u kiseloj sredini (nitrozobenzen, fenilhidroksilamin) i alkalnoj sredini (azoksibenzen, azobenzen, hidrazobenzol).

2) Selektivna redukcija jedne od nitro grupa u dinitrobenzenu.

3) VAŽNA SVOJSTVA PROIZVODA NEKOMPLETNE RESTAURACIJE NITROARENA.

3a) Benzidin preuređenje (B.P.).

PRINOS 85% za benzidin. (R, R’ = H ili drugi supstituent). OBRATITE PAŽNJU NA POLOŽAJ R i R’ prije i poslije pregrupisanja!

Još 15% su nusproizvodi – uglavnom difenilin (2,4’-diaminodifenil) i ortho-benzidin.

Kinetička jednačina: V=k[hidrazobenzen] 2– po pravilu je neophodna protonacija na oba atoma dušika.

Preuređenje benzidina je intramolekularna reakcija. Dokaz. Mehanizam: usklađeno -sigmatropno preuređenje. Harmonizirani proces za benzidin.

Ako su zauzete jedna ili obje para pozicije polaznih hidrazobenzena (R=Hal. Alk, AlkO, NH 2, NMe 2), može doći do poludinskog preuređivanja da nastane SEMIDIN OV.

Neki supstituenti, na primjer SO 3 H, CO 2 H, RC(O), koji se nalaze u p-položaju, mogu se eliminirati i formirati produkte uobičajenog B.P.

B.P. koristi se u proizvodnji azo boja, diamina, npr. benzidin, tolidin, dianisidin. Otkrio ga je N.N. Zinin 1845

BENZIDIN JE KANCEROGEN.

4) AZOBENZEN Ph-N=N-Ph. Sin-anti-izomerizam.

AZOKSIBENZEN Ph-N + (→O -)=N-Ph. (Zadatak: sinteza nesimetričnih azo- i azoksibenzena iz nitrozoarena i aromatičnih amina odnosno arilhidroksilamina, odnosno sinteza azoksibenzena iz nitrobenzena i aromatičnih amina (NaOH, 175 o C).

5) FENILHIDROKSILAMIN. Preuređivanje u kiseloj sredini.

U 5 +: povezane preraspodjele: N-nitrozo-N-metilanilin (25 o C), N-nitroanilin (10 o C, bio), Ph-NH-NH 2 (180 o C). Mehanizam je obično intermolekularni.

6) NITROSOBENZEN i njegov dimer.

O reakciji nitrobenzena RMgX sa stvaranjem alkilnitrozobenzena i drugih proizvoda. Ova reakcija pokazuje zašto NEMOJTE praviti Grignardove reagense od halonitrobenzena!

METODE ZA PROIZVODNJU AMINA,

poznato iz materijala prethodnih predavanja.

1. Alkilacija amonijaka i amina prema Hoffmannu

2. Redukcija nitrila, amida, azida, oksima.

3. Redukcija aromatičnih nitro jedinjenja.

4. Pregrupisavanja Hoffmanna, Curtiusa i Schmidta.

5. (Hidroliza amida.)

Novi načini.

1. Redukciona aminacija C=O (katalitička).

2. Leuckart (Eschweiler-Clark) reakcija.

3. Gabriel sinteza,

4. Ritterova reakcija.

5. Katalitička arilacija amina u prisustvu bakarnih i paladijumskih katalizatora (Ullmann, Buchwald-Hartwig reakcije) je najmoćnija moderna metoda za sintezu različitih amina.

Hemijska svojstva amina , poznato iz prethodnih predavanja.

1. Nukleofilna supstitucija (alkilacija, acilacija).

2. Nukleofilni dodatak C=O (imini i enamini).

3. Eliminacija prema Hoffmannu i Copeu (iz amin oksida).

4. Reakcije elektrofilne supstitucije u aromatičnim aminima.

5. Osnove amina (školski program).

Nove nekretnine .

1. Osnova amina (novi nivo znanja). Šta su pK a i pK b.

2. Reakcija sa dušičnom kiselinom.

3. Oksidacija amina.

4. Razno– Hinsbergov test, halogeniranje amina.

DIAZONE COMPOUNDS.

1. DIAZO i AZO spojevi. DIJAZONIJUM SOL. Anioni su jednostavni i složeni. Rastvorljivost u vodi. Eksplozivna svojstva. Raspodjela naboja na atomima dušika. Kovalentni derivati.

2. Diazotizacija primarnih aromatičnih amina. Mehanizam diazotizacije (pojednostavljena shema pomoću H+ i NO+). Koliko je molova kiseline potrebno? (Formalno – 2, u stvarnosti – više.) Bočno formiranje triazena i bočno azo sprezanje.

3. Dijazotirajuća sredstva prema opadajućoj reaktivnosti.

NO + >>H 2 NO 2 + >NOBr>NOCl>N 2 O 3 >HNO 2.

4. Nitrozacija uto. I trlja. amini Reakcija alifatskih amina sa HNO 2.

5. Metode diazotizacije: a) klasične, b) za niskobazne amine, c) obrnuti redosled mešanja, d) u nevodenom mediju - upotreba i-AmONO. Osobine diazotizacije fenilendiamina. Praćenje završetka reakcije.

6. Ponašanje diazonijum soli u alkalnoj sredini. Diazohidrat, sin- i anti-diazotati. Ambiditet diazotata.

7. Reakcije diazo spojeva s oslobađanjem dušika. 1) Termička razgradnja arildiazonija odvija se kroz visoko reaktivne aril katione. Mehanizam supstitucije u ovom slučaju je sličan S N 1 u alifatskoj hemiji. Ovaj mehanizam prati Schiemannova reakcija i formiranje fenola i njihovih etera. 2) Nukleofili su redukcioni agensi. Mehanizam je prijenos elektrona i formiranje aril radikala. Prema ovom mehanizmu dolazi do reakcije sa jodidnim ionom, zamjenom diazo grupe vodonikom. 3) Reakcije u prisustvu bakarnog praha ili soli bakra(I). Oni takođe imaju radikalnu prirodu; bakar igra ulogu redukcionog sredstva. Nukleofil se prenosi na aril radikal u koordinacijskoj sferi kompleksa bakra. Takve reakcije su većina u hemiji diazonijumovih soli. Sandmeyerova reakcija i njeni analozi. 4) Nesmejanova reakcija. 5) Diariliodonijumove i bromonijeve soli.

8. Reakcije diazo jedinjenja bez evolucije dušika. Oporavak. Azo kombinacija, zahtjevi za azo i diazo komponente. Primjeri azo boja (metilnarandžasta).

9. Gomberg-Bachmann i Meyerwein reakcije Moderna alternativa su reakcije unakrsnog spajanja katalizirane kompleksima prelaznih metala i Heckovom reakcijom. Kod 5++: unakrsna kombinacija sa diazonijum solima i diariljodonijum solima.

10. DIJAZOMETAN. Priprema, struktura, reakcije sa kiselinama, fenolima, alkoholima (razlika u uslovima), sa ketonima i aldehidima.

FENOLI I KINONI.

Većina najvažnijih metoda za sintezu fenola poznata je iz materijala prethodnih predavanja:

1) sinteza preko Na-soli sulfonskih kiselina;

2) hidroliza aril hlorida;

3) preko diazonijumovih soli;

4) metoda kumena.

5) hidroksilacija aktiviranih arena po Fentonu.

SVOJSTVA FENOLA.

1) kiselost; 2) sinteza estara; 3) elektrofilna supstitucija (videti temu "Elektrofilna supstitucija u arenama");

4) Reakcije elektrofilne supstitucije koje prethodno nisu razmatrane: Kolbeova karboksilacija, Reimer-Tiemann formilacija, nitrozacija; 5) tautomerizam, primjeri; 6) Sinteza etra; 6a) sinteza alil etera; 7) Claisen preuređenje;

8) oksidacija fenola, aroksil radikala; Buchererova reakcija;

10) konverzija PhOH u PhNR 2.

QUINONES.

1. Struktura kinona. 2. Priprema kinona. Oksidacija hidrokinona, semikinona, hinhidrona. 3. Hloranil, 2,3-dihloro-5,6-dicijano-1,4-kinon (DDQ). 4. Svojstva kinona: a) redoks reakcije, 1,2- i 1,4-adicija, Diels-Alderova reakcija.

VAŽNI PRIRODNI ENOL, FENOLI I KINON.

VITAMIN C (1): Askorbinska kiselina. Redukciono sredstvo. Bojenje sa FeCl 3 . U prirodi ga sintetiziraju sve biljke koje sadrže hlorofil, gmizavci i vodozemci, te mnogi sisari. Tokom evolucije, ljudi, majmuni i zamorci su izgubili sposobnost da ga sintetiziraju.

Najvažnije funkcije su izgradnja međustanične tvari, regeneracija i zacjeljivanje tkiva, integritet krvnih žila, otpornost na infekcije i stres. SINTEZA KOLAGENA (hidroksilacija aminokiselina). (Kolagen je sve o nama: koža, kosti, nokti, kosa.) Sinteza norepinefrina. Nedostatak vitamina C – skorbut. Sadržaj vitamina C: crna ribizla 200 mg/100 g, crvena paprika, peršun – 150-200, agrumi 40-60, kupus – 50. Potrebe: 50-100 mg/dan.

TANNIN, ovo je glikozid galne kiseline (2). Sadrži u čaju, ima svojstva štavljenja

RESVERATROL(3) – nalazi se u CRVENOM VINU (francuski). Smanjuje vjerovatnoću kardiovaskularnih bolesti. Inhibira stvaranje ENDOTHELIN-1 peptida, ključnog faktora u razvoju ateroskleroze. Pomaže u promociji francuskog vina na tržištu. Više od 300 publikacija u proteklih 10 godina.

KANLINIČKO ULJE: eugenol (4).

VITAMIN E (5)(tokoferol - "Nosim potomstvo"). Antioksidans. (Samo stvara neaktivne slobodne radikale). Reguliše metabolizam selena u glutation peroksidazi, enzimu koji štiti membrane od peroksida. Kod nedostatka - neplodnosti, mišićne distrofije, smanjene potencije, povećava se oksidacija lipida i nezasićenih masnih kiselina. Sadrži u biljnim uljima, zelenoj salati, kupusu, žumancetu, žitaricama, ovsenim pahuljicama (rolovane ovsene pahuljice, musli). Potreba – 5 mg/dan. Nedostatak vitamina je rijedak.

VITAMINI GRUPE K (6). Regulacija zgrušavanja krvi i mineralizacija koštanog tkiva (karboksilacija ostatka glutaminske kiseline na poziciji 4 (u proteinima!)) - rezultat: vezivanje kalcijuma, rast kostiju. Sintetizira se u crijevima. Potreba – 1 mg/dan. Hemoragijske bolesti. Antivitamini K. Dicumarin. Smanjeno zgrušavanje krvi tokom tromboze.

UBIQINON(„sveprisutni kinon“), poznat i kao koenzim Q (7). Prenos elektrona. Tkivno disanje. ATP sinteza. Sintetizira se u tijelu.

KROMON (8) i FLAVON (9)– semikinoni, poluestri fenola.

QUERCETIN (10). RUTIN – vitamin P (11)(ovo je kvercetin + šećer).

Vitamin propusnosti. Ako postoji nedostatak, krvarenje, umor, bol u udovima. Veza između vitamina C i P (askorutin).

ANTOCIJANI(od grčkog: bojanje cvijeća).

ŠTA JE LIGNIN Od čega se sastoji drvo? Zašto je tvrda i vodootporna?

"ALICYCLES", 2 predavanja.

1. Formalna klasifikacija ciklusa(heterocikli i karbocikli, od kojih oba mogu biti aromatični ili nearomatični. Nearomatični karbocikli se nazivaju alicikli.

2. Rasprostranjenost u prirodi (ulje, terpeni, steroidi, vitamini, prostaglandini, krizantemina kiselina i piretroidi, itd.).

3. Sinteza - kraj 19. vijeka. Perkin Jr. – od natrmalonskog estera. (vidi stav 13). Gustavson:

Br-CH 2 CH 2 CH 2 -Br + Zn (EtOH, 80 o C). Ovo je 1,3-eliminacija.

4. BAYER (1885). Teorija napetosti. Ovo nije čak ni teorija, već članak za diskusiju: ​​Prema Bayeru – svi ciklusi su ravni. Odstupanje od ugla 109 oko 28’ – napon. Teorija je živjela i živjela 50 godina, zatim umrla, ali je termin ostao. Prve sinteze makro- i srednjih ciklusa (Ružička).

5. VRSTE NAPREZANJA U CIKLUSIMA: 1) KUTNO (samo mali ciklusi), 2) TORZIONALNO (ometano), TRANSANULARNO (u srednjim ciklusima).

Npr. prema Bayeru
Npr. prema D H o kcal/m (toplotna slika)
Npr. prema D H o f kcal/m: C 9 (12,5 kcal/m), C 10 (13 kcal/m), C 11 (11 kcal/m), C 12 (4 kcal/m), C 14 (2 kcal/m).
Toplota sagorevanja za CH 2 grupu, kcal/m	MALE CIKLUSI 166,6 (C3), 164,0 (C4)		REGULAR 158,7 (C5), 157,4 (C6)		SREDINA DO OD 12 (OD 13) MAKROCIKLIMA > C 13

6. CIKLOPROPAN. Struktura(S-S 0,151 nM, R NSN = 114 o), hibridizacija ( Prema proračunima, za C-H je bliži sp 2, za C-C - sp 5), banana veze, ugao 102 o, sličnost sa alkenima, TORZIJSKI stres - 1 kcal/m po C-H, tj. 6 kcal/m od 27,2 (tabela). Kiselost CH - pKa kao etilen = 36-37, moguća konjugacija ciklopropanskog fragmenta sa R-orbitale susjednih fragmenata (stabilnost ciklopropilmetil karbokatacije) .

OSOBINE HEMIJSKIH SVOJSTVA. 1. Hidrogenacija u C 3 H 8 (H 2 /Pt, 50 o C)/ 2. sa mokrim HBr - otvaranjem prstena metilciklopropana po Markovnikovu, 1,5-dodatak viniciklopropanu 3. Radikalna halogenacija. 4. Otpornost na neke oksidirajuće agense (neutralni rastvor KMnO 4, ozon). U fenilciklopropanu, ozon oksidira Ph prsten i formira ciklopropankarboksilnu kiselinu.

7. CIKLOBUTAN. Struktura(S-S 0,155 nM, R NSN = 107 o) , KONFORMACIJA – presavijena, odstupanje od ravni je 25o. TORZIONALNI stres.

Skoro ne KARAKTERISTIKE HEMIJSKIH SVOJSTVA:Hidrogenacija u C 4 H 10 (H 2 / Pt, 180 o C). Strukturne karakteristike oksetana: TORZIONI stres – 4 kcal/m umjesto 8.

8. CIKLOPENTAN. Kutnog naprezanja gotovo da i nema. U ravnom postoji 10 pari zamagljenih CH veza (ovo bi moglo dati torzijski napon od 10 kcal/m, ali ciklopentan nije ravan). Konformacije: otvorena KOVERTA – polustolica – otvorena KOVERTA. PSEUDO-ROTACIJA je kompromis između ugaonog i torzijskog naprezanja.

9. CIKLOHEKSAN – STOLICA. Nema kutnog ili torzijskog naprezanja. Aksijalni i ekvatorijalni atomi. Sve C-H veze susjednih atoma ugljika su u inhibiranom položaju. Prijelaz između dvije moguće konformacije stolice preko oblika uvijanja, itd. 10 5 puta u sekundi. NMR spektar cikloheksana Brzi i spori metabolički procesi u NMR.

MONOSUBMITED CYCLOHEXANES. Conformers. Aksijalni i gauche-butanske interakcije.

Slobodne konformacione energije supstituenata.– D G o, kcal/m: H(0), Me(1,74, ovo je ~ 95% e-Me konformera u ravnoteži), i-Pr(2,1), t-Bu (5,5), Hal (0,2- 0,5) Ph (3,1).

Tret-butilna grupa djeluje kao sidro, osiguravajući konformaciju u kojoj i sama zauzima ekvatorijalni položaj. IN trlja-butilcikloheksan na sobnoj temperaturi je više od 99,99% ekvatorijalnog konformera.

Anomerni efekat. Otkriven na monosaharidima i tamo će se detaljnije raspravljati.

10. PREDSTAVLJENI CIKLOHEKSANI. Cis-trans izomeri, enantiomeri za 1,2-. 1.3-. 1,4-disupstituisani cikloheksani.

11. UTICAJ KONFORMACIONOG STANJA na reaktivnost. Podsjetimo eliminaciju u mentil i izomentil hloridu (1 sem). Bredtovo pravilo.

12. Koncept konformacija srednjih ciklusa (stolice-kupke, krune, itd.)Transanularna napetost. Koncept transanularnih reakcija.

13. Metode za sintezu malih ciklusa.

14. SINTEZA OBIČNIH I SREDNJIH CIKLUSOVA.

Kroz malonski etar.

Piroliza Ca, Ba, Mn, Th soli a,w-dikarboksilnih kiselina.

Dieckmannova kondenzacija.

Kroz a,w – dinitrili.

Acilna kondenzacija.

Metateza alkena.

Ciklotri- i tetramerizacija na metalnim kompleksnim katalizatorima.

Reakcija Demjanova.

15. Strukturne karakteristike cikloalkena.

16. Sinteza cikloalkina.

17. Bicikli. Spiranes. Adamantane.

18. Egzotika. Tetraedran, kubanski, angulan, propelan.

HETEROCIKLIČNA JEDINJENJA.

1. Petočlani heterocikli sa jednim heteroatomom.

Pirol, furan, tiofen, aromatičnost, njihovi derivati ​​u prirodi (porfirin, hem, hlorofil, vitamin B 12, askorbinska kiselina, biotin).

2. Metode sinteze petočlanih heterocikla sa jednim heteroatomom. Paal-Knorr metoda. Sinteza pirola prema Knor-u i furan prema Feist-Benariju. Transformacije furana u druge petočlane heterocikle prema Yuryevu. Priprema furfurala iz biljnog otpada koji sadrži petougljične ugljikohidrate (pentosane).

3. Fizička i hemijska svojstva petočlanih heterocikla.

Podaci 1H i 13C NMR spektra, δ ppm. (za benzen δN 7,27 i δS 129 ppm)

Dipolni momenti

3.1 Elektrofilna supstitucija pirola, furana i tiofena.

U pogledu reaktivnosti prema elektrofilima, pirol podsjeća na aktivirane aromatične supstrate (fenol ili aromatične amine), pirol je reaktivniji od furana (faktor brzine veći od 10 5), tiofen je mnogo manje reaktivan od furana (također otprilike 10 5 puta), ali reaktivniji od benzena (faktor brzine 10 3 -10 5). Svi petočlani heterocikli su skloni polimerizaciji i smolanju u prisustvu jakih protonskih kiselina i visoko reaktivnih Lewisovih kiselina. Pirol je posebno acidofobičan. ZA ELEKTROFILNU SUPSTITUCIJU U PETOČLANIM HETEROCIKLIMA SE NE MOGU UZIMATI NAROČITO PIROLE, JAKKE MINERALNE KISELINE, AlCl 3, I JAKA OKSIDANTNA SREDSTVA! Iako ovo pravilo nije apsolutno, a tiofen je donekle otporan na kiseline, jednostavnije je i sigurnije izbjeći takve reakcije u potpunosti za sve donorske heterocikle. Primjeri reakcija elektrofilne supstitucije u pirol, furan i tiofen.

3.2. Bazičnost i kiselost pirola, alkilacija Li, Na, K i Mg derivata pirola.

3.3. Kondenzacija pirola sa aldehidima (formilacija, stvaranje porfirina).

3.4. Karakteristike hemijskih svojstava furana (reakcija sa bromom, Diels-Alderova reakcija.

3.5. Karakteristike hemijskih svojstava tiofena. Odsumporavanje.

3.6. Reakcije C-metaliranih petočlanih heterocikla.

4. Kondenzovani petočlani heterocikli sa jednim heteroatomom.

4.1. Indoli u prirodi (triptofan, skatol, serotonin, heteroauksin. Indigo.)

4.2 Fišerova sinteza indola. Mehanizam.

4.3 Poređenje svojstava indola i pirola. Slično kao pirol indol je acidofobičan i vrlo osjetljiv na oksidirajuća sredstva. Značajna razlika od pirola je orijentacija elektrofilne supstitucije na poziciji 3.

5. Petočlani heterocikli sa dva heteroatoma Imidazol, amfoternost, tautomerizam, upotreba u acilaciji. Poređenje sa amidinima. Imidazol je donor i akceptor vodonične veze. Ovo je važno za hemiju enzima kao što je himotripsin. Histidinski fragment kimotripsina prenosi proton i osigurava hidrolizu peptidne veze.

6. Piridin, aromatičnost, bazičnost ( pKa 5,23; bazičnost je uporediva sa anilinom (pKa = 4,8), ali nešto veća). pKa derivata piridina: 2-amino-Py= 6,9 , 3-amino-Py = 6,0 . 4-amino-Py = 9,2. Ovo je prilično jak temelj. 4-nitro-Py = 1,6; 2-cijano-Py= -0,26).

Derivati ​​piridina u prirodi (vitamini, nikotin, NADP).

6.1. Podaci 1H (13C) NMR spektra, δ, ppm

6.2. Metode za sintezu piridina (iz 1,5-diktona, trokomponentna Hantzsch sinteza).

6.3. Hemijska svojstva piridina. Alkilacija, acilacija, DMAP, kompleksi piridina sa Lewisovim kiselinama. (cSO 3, BH 3, NO 2 + BF 4 -, FOTf). Blagi elektrofilni reagensi za sulfoniranje, redukciju, nitriranje i fluoriranje.

6.4. Elektrofilne supstitucijske reakcije za piridin. Osobine reakcija i primjeri uvjeta za elektrofilnu supstituciju u piridinu.

6.5. Piridin N-oksid, priprema i upotreba u sintezi. Uvođenje nitro grupe u poziciju 4 prstena.

6.6. Nukleofilna supstitucija u 2-, 3- i 4-kloropiridinima. Faktori parcijalne brzine u poređenju sa hlorobenzenom.

Sličan trend je uočen za 2-, 3- i 4-halohinoline.

6.7. Nukleofilna supstitucija hidridnog jona:

reakcija piridina sa alkilom ili arillitijumom;

reakcija piridina sa natrijum amidom (Chichibabin reakcija). Budući da je eliminacija jona slobodnog hidrida nemoguća iz energetskih razloga, u Chichibabin reakciji intermedijarni sigma kompleks se aromatizira reakcijom s produktom reakcije kako bi se formirala natrijeva sol proizvoda i molekularni vodik.

U drugim reakcijama, hidrid se obično uklanja oksidacijom. dakle, piridinijeve soli mogu biti podvrgnute hidroksilaciji, što dovodi do stvaranja 1-alkilpiridona-2. Proces je sličan aminaciji, ali u prisustvu oksidacionog sredstva, na primjer, K 3 .

6.8. Litijum derivati ​​piridina. Prijem, reakcije.

6.9. Piridinsko jezgro kao jak mezomerni akceptor. Stabilnost karbaniona konjugiranih na piridinski prsten u 2 ili 4 položaja. Karakteristike hemijskih svojstava metilpiridina i vinilpiridina.

7. Kondenzirani šesteročlani heterocikli sa jednim heteroatomom.

7.1. Kinolin. Kinin.

1H (13C) NMR spektri kinolina, δ, ppm.

7.1. Metode za dobijanje kinolina. Sinteze Scroup-a i Döbner-Millera. Koncept mehanizma ovih reakcija. Sinteza 2- i 4-metilhinolina.

7.2. izohinolini,sinteza prema Bischler-Napieralskom .

7.3. Hemijska svojstva kinolina i izohinolina. Poređenje sa piridinom, razlike u svojstvima piridina i kinolina.

Ponašanje heterocikličkih jedinjenja u prisustvu oksidacionih i redukcionih agenasa namenjenih modifikaciji bočnih lanaca.

reduktori:

Pirol je gotovo neograničeno otporan na redukcione agense, kao i na baze i nukleofile (na primjer, može izdržati hidride, boran, Na u alkoholu bez utjecaja na prsten, čak i uz duže zagrijavanje).

Tiofen - poput pirola, otporan je na redukcione agense, kao i na baze i nukleofile, sa izuzetkom redukcionih agenasa na bazi prelaznih metala. Bilo koja jedinjenja nikla (Raneyjev nikal, nikl borid) uzrokuju odsumporavanje i hidrogenaciju skeleta. Paladij i platinasti katalizatori su obično otrovani tiofenima i ne djeluju.

Furan je isto što i pirol, ali se vrlo lako hidrogenira.

Indol je potpuno sličan pirolu.

Piridinski prsten se reducira lakše nego benzenski. Za bočne lance možete koristiti NaBH 4 , ali je nepoželjno (često čak nemoguće) koristiti LiAlH 4 .

Za kinolin pravila su skoro ista kao i za piridin; LiAlH 4 se ne može koristiti.

U kvaternizovanom obliku (N-alkilpiridinijum, kinolinijum) veoma su osetljivi na redukcione agense (redukcija prstena), baze i nukleofile (otvaranje prstena).

Oksidirajuća sredstva.

Upotreba oksidacijskih sredstava za spojeve pirola, indola i, u manjoj mjeri, furana, obično dovodi do razaranja prstena. Prisustvo supstituenata koji povlače elektrone povećava otpornost na oksidirajuće agense, međutim, detaljnije informacije o tome su izvan okvira programa 3. godine.

Tiofen se ponaša kao benzen - obični oksidanti ne uništavaju prsten. Ali uporaba peroksidnih oksidatora u bilo kojem obliku je strogo zabranjena - sumpor se oksidira u sulfoksid i sulfon uz gubitak aromatičnosti i trenutnu dimerizaciju.

Piridin je prilično stabilan na većinu oksidirajućih agenasa u blagim uslovima. Odnos piridina prema zagrijavanju sa KMnO 4 (pH 7) do 100 o C u zatvorenoj ampuli je isti kao i za benzen: prsten je oksidiran. U kiseloj sredini, piridin u svom protoniranom obliku je još otporniji na oksidirajuća sredstva; može se koristiti standardni set reagensa. Perkiseline oksidiraju piridin u N-oksid - vidi gore.

Oksidacija jednog od kinolinskih prstenova sa KMnO 4 dovodi do piridin-2,3-dikarboksilne kiseline.

8. Šestočlani heterocikli sa nekoliko atoma dušika

8.1. Pirimidin. Derivati ​​pirimidina kao komponente nukleinskih kiselina i lijekova (uracil, timin, citozin, barbiturna kiselina). Antivirusni i antitumorski lijekovi - pirimidini (5-fluorouracil, azidotimidin, alkilmetoksipirazini - komponente mirisa hrane, voća, povrća, paprike, graška, prženog mesa. Takozvana Maillardova reakcija (opciono).

8.2. Pojam hemijskih svojstava derivata pirimidina.

Pirimidin se može bromirati na poziciji 5. Uracil (vidi dolje) također se može bromirati i nitrirati na poziciji 5.

Blage reakcije S N 2 Ar u hloropirimidinima(analogija sa piridinom!): Pozicija 4 ide brže od pozicije 2.

Supstitucija 2-C1 pod uticajem KNH 2 u NH 3 l. Mehanizam nije arine, već ANRORC (5+++).

10. Binuklearni heterocikli sa nekoliko atoma dušika. purini ( adenin, gvanin).

Najpoznatiji purini (kofein, mokraćna kiselina, aciklovir). Izosteri purina (alopurinol, sildenafil (Viagra™)).

Dodatna literatura na temu "Heterocikli"

1. T. Gilchrist “Hemija heterocikličkih jedinjenja” (prevod s engleskog - M.: Mir, 1996.)

2. J. Joule, K. Mills “Hemija heterocikličkih jedinjenja” (prevod s engleskog - M.: Mir, 2004).

AMINO KISELINE .

1. Aminokiseline (AA) u prirodi. (≈ 20 aminokiselina je prisutno u proteinima, one su kodirane AA; >200 AA se javlja u prirodi.)

2. α-, β-, γ-aminokiseline. S-konfiguracija prirodnih L-aminokiselina.

3. Amfoternost, izoelektrična tačka(pH je obično 5,0-6,5). Bazne (7,6-10,8), kisele (3,0-3,2) aminokiseline. Potvrda cwitterionske strukture. Elektroforeza.

4. Hemijska svojstva AK– svojstva COOH i NH 2 grupa. Chelate. Betaines. Ponašanje kada grijanje(uporedi sa hidroksi kiselinama). Formiranje azlaktona iz N-acetilglicina i hidantoina iz uree i AA je 5++. Sinteza estera i N-acilacija su put do sinteze peptida (vidi predavanje o proteinima).

5. Hemijski i biohemijski deaminacija,(ne učite mehanizme!), princip enzimske transaminacije vitaminom B 6 (bio je u temi „Karbonil jedinjenja“ i na kursu biohemije).

7. Najvažnije metode sinteze aminokiselina:

1) od halokarboksilnih kiselina - dvije primitivne metode, uključujući ftalimid. (Oba su već poznata!)

2) Strecker sinteza;

3) alkilacija anjona CH kiseline – PhCH=N–CH 2 COOR i N-acetilaminomalon estra.

4) Enantioselektivna sinteza AA putem:

a) mikrobiološko (enzimsko) odvajanje i

b) enantioselektivno hidrogeniranje upotrebom kiralnih katalizatora.

5) β-aminokiseline. Sinteza prema Michaelu.

	Hidrofobne aminokiseline	Malo o biohemijskoj ulozi (za opšti razvoj)
ALANIN		Uklanjanje amonijaka iz tkiva u jetru. Transaminacija, transformacija u pirogrožđanu kiselinu. Sinteza purina, pirimidina i hema.
VALINE*		Ako, kao rezultat mutacije, valin zamijeni glutaminsku kiselinu u hemoglobinu, javlja se nasljedna bolest - anemija srpastih stanica. Ozbiljna nasljedna bolest uobičajena u Africi, ali koja daje otpornost na malariju.
LEUCIN*
IZOLEUCIN*
PROLINE		Savijanja u proteinskim molekulima. Nema rotacije tamo gdje ima prolina.
FENILALANIN*		Ako se ne pretvori u tirozin, doći će do nasljedne bolesti, fenilpiruvične oligofrenije.
TRIPTOFAN*		Sinteza NADP, serotonina. Razgradnja u crijevima na skatole i indol.
	Hidrofilne aminokiseline
GLYCINE Gly (G)	H 2 N-CH 2 -COOH	Učestvuje u velikom broju biohemijskih sinteza u organizmu.
SERINE Ser (S)	HO-CH 2-CH(NH2)-COOH	Učestvuje (kao deo proteina) u procesima acilacije i fosforilacije.
THREONIN* Thr (T)	CH 3 -CH(OH)-CH(NH 2)-COOH
TIROZIN Tyr (Y)		Sinteza tiroidnih hormona, adrenalina i norepinefrina
	"Kisele" aminokiseline
ASPARAGIC ACID Asp (D)	HOOC-CH 2-CH(NH2)-COOH	Donator amino grupa u sintezama.
GLUTAMIC ACID Ljepilo)	HOOC-C 4 H 2 -CH 2-CH(NH2)-COOH	Formira GABA (γ-aminobutirna kiselina (aminalon) - sedativ. Glu uklanja NH 3 iz mozga, pretvarajući se u glutamin (Gln). 4-karboksiglutaminska kiselina vezuje Ca u proteinima.
	"A M I ​​D S" kiselih aminokiselina
ŠPARAŽIN Asn(N)	H2N-CO-CH 2 -CH(NH 2)-COOH
GLUTAMIN Gln (Q)	H2N-CO-CH 2 -CH 2 -CH(NH 2)-COOH	Donoramino grupe u sintezama
CYSTEINE Cys(C)	HS-CH 2-CH(NH2)-COOH	Formiranje S-S veza (tert, struktura proteina, regulacija aktivnosti enzima)
CISTINA	Cys-S-S-Cys
METIONIN* Met	MeSCH 2 CH 2 - CH(NH2)COOH	Donator metil grupe
	"Esencijalne" aminokiseline
LIZIN* Lys (K)	H 2 N-(CH 2) 4 -CH(NH 2)-COOH	Formira poprečne veze u kolagenu i elastinu čineći ih elastičnima.
ARGININ Arg(R) Sadrži fragment gvanidina	H 2 N-C(=NH)-NH-(CH 2) 3 -CH(NH 2)-COOH	Učestvuje u uklanjanju amonijaka iz organizma
HISTIDIN Njegov(H) Ostatak imidazola		Sinteza histamina. Alergija.

* - esencijalne aminokiseline. Glukoza i masti se lako sintetiziraju iz većine aminokiselina. Poremećaji metabolizma aminokiselina kod djece dovode do mentalnog invaliditeta.

ZAŠTITNE GRUPE KOJE SE KORISTE U SINTEZI PEPTIDA.

N.H. 2 -zaštitne grupe -

RC(O)- = ( HC(O)- ) CF 3 C(O) - ftalični

ROC(O)- = PhCH 2 OC(O)- i supstituisani benzili , t-BuOC(O)- i sl. trlja-grupe,

Fluorenilmetiloksikarbonil grupa,

Ts-grupa

COOH -zaštitne grupe – eteri – PhCH 2 O- i supstituirani benzili,

t-BuO- i fluorenil metil eteri.

Nije predviđeno zasebno razmatranje zaštitnih grupa za druge aminokiseline aminokiseline.

Metode za stvaranje peptidne veze.

1. Kiselinski hlorid (preko X-NH-CH(R)-C(O)Cl). Metoda je zastarjela.

2..Azid (prema Curtiusu, preko X-NH-CH(R)-C(O)Y → C(O)N 3 kao meki acilirajući reagens.

3.Anhidrit – npr. kroz pomešani anhidrid sa ugljenom kiselinom.

4. Aktivirani estri (na primjer C(O)-OS 6 F 5, itd.)

5. Karbodiimid – kiselina + DCC + amin

6. Sinteza na čvrstoj podlozi (na primjer, na Merrifield smoli).

Biološka uloga peptida. Nekoliko primjera .

1. Enkefalini i endorfini su opioidni peptidi.

na primjer Tyr-Gly-Gly-Phe-Met i

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu iz svinjskog mozga. Poznato je nekoliko stotina analoga.

2. Oksitocin i vazopresin Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu -Gly-NH 2

│________________│

DuVigneaud, Nob. Ave. 1955 Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg -Gly-NH 2

│________________│

3. Inzulin kontroliše uzimanje glukoze u ćeliji. Višak glukoze u krvi (dijabetes) dovodi do glikozilacije svega (uglavnom proteina).

4. Peptidne transformacije: angiotenzinogen → angiotenzin I → angiotenzin II. Jedan od glavnih mehanizama za regulaciju krvnog tlaka (BP), mjesto primjene mnogih lijekova (ACE blokatori - enzim koji konvertuje angiotenzin. Katalizator 1. faze je enzim renin (izolovan iz bubrega).

5. Peptidni toksini. Efikasan protiv bolesti - botulizma, tetanusa, difterije, kolere. Otrovi zmija, škorpiona, pčela, gljivični toksini (faloidin, amantin), morski beskičmenjaci (Conusgeographus – 13 AK, dva -S-S-mosta). Mnogi su stabilni kada se prokuvaju u kiseloj otopini (do 30 minuta).

6. Peptidni antibiotici (gramicidin S).

7. Aspartam Asp-Phe-OMe je 200 puta slađi od šećera. Gorki i "ukusni" peptidi.

8. Proteini. Četiri nivoa organizacije nativnog proteinskog molekula. Protein je jedinstven (zajedno sa nukleinskim kiselinama) tip makromolekula koji ima precizno poznatu strukturu, uređenu do detalja stereohemije i konformacije. Sve ostale poznate makromolekule, uključujući i prirodne (polisaharidi, lignin, itd.) imaju manje-više neuređenu strukturu - široku distribuciju molekulskih težina, slobodno konformacijsko ponašanje.

Primarna struktura je niz aminokiselina. Koji je skraćeni naziv za primarnu strukturu?

Sekundarna struktura - konformacijski pravilni elementi dva tipa (α-heliksa i β-slojevi) - tako je uređen samo dio proteinske makromolekule.

Tercijarna struktura je jedinstvena uređena stereohemijska konfiguracija kompletne makromolekule. Koncept "sklapanja" polipeptidnog lanca u tercijarnu strukturu proteina. Prioni.

Kvartarna struktura je kombinacija nekoliko podjedinica u proteinima koji se sastoje od nekoliko polipeptidnih lanaca. Disulfidni mostovi (reverzibilna transformacija cistein-cistin) kao način fiksiranja tercijalnih i kvartarnih struktura.

Ugljikohidrati.

1. Šta su ugljikohidrati? Ugljikohidrati su oko nas i u nama.

2. Koncept fotosinteze derivata D-glicerinske kiseline Samo za posebno istaknute studente - formiranje difosfata glicerinske kiseline iz D-ribuloze.

3. Šta je D-serija ugljenih hidrata?(Ukratko o istoriji koncepta D- i L-serije).

4. Klasifikacija ugljenih hidrata: a) po broju C atoma; b) prisustvom C=O ili CHO grupa; c) brojem cikličkih fragmenata.

5. Sinteza ugljikohidrata iz D-gliceraldehida metodom Kiliani-Fisher.Kako je Fischer uspostavio formulu za glukozu?

6. Izvođenje formula svih D-tetroza, -pentoza, -heksoza iz D-gliceraldehida (otvorene strukture). Za sve učenike – znati formulu glukoze (otvorena i ciklična), manoze (2-glukozni epimer), galaktoze (4-glukozni epimer), riboze. Piranoze i furanoze.

7. Biti u stanju preći iz otvorene forme u cikličnu formu prema Haworthu. Znati nacrtati formule α- i β-glukoze (svi supstituenti u e-položaju osim anomernog) u konformaciji stolice.

8. Šta su epimeri, anomeri, mutarotacije. Anomerni efekat.

9. Hemijska svojstva glukoze kao aldehidnog alkohola: a) kelati sa ionima metala, priprema glikozida, punih etera i estera, izopropilidenska zaštita; b) oksidacija CHO grupe jonima metala, bromnom vodom, HNO 3. Razdvajanje od strane Willa. Reakcija sa aminima i dobijanje ozazona. Najvažniji principi i tehnike za selektivnu alkilaciju različitih hidroksila u glukozi.

10. D-fruktoza kao predstavnik ketoza. Otvorene i ciklične forme. Reakcija srebrnog ogledala za fruktozu.

11. Koncept deoksi šećera, amino šećera. Ovo takođe uključuje hitin i heparin. Septuloza i oktuloza u avokadu. Maillardova reakcija.

12. OLIGOSAHARIDI. maltoza,celobioza,laktoza, saharoza. Reducirajući i nereducirajući šećeri.

13. Polisaharidi – skrob(20% amiloze + 80% amilopektina),skrob jod test, glikogen, celuloza,hidroliza škroba u usnoj šupljini (amilaza) i hidroliza celuloze,nitro vlakna, viskozna vlakna, proizvodnja papira , krvne grupe i razlike među njima.

VAŽNI POLISAHARIDI.

POLISAHARID	SASTAV i struktura	bilješke
ciklodekstrini	α-(6), β-(7), γ-(8) Sastoji se od glukoze 1-4 priključka.	Odlična sredstva za formiranje kompleksa, helirajuća sredstva
skrob	α-glu-(1,4)-α-glu 20% amiloze + 80% amilopektina	Amiloza= 200 glu, linearni polisaharid. amilopektin= 1000 ili više glu, razgranat.
glikogen	"razgranati" skrob, učešće 6-OH	Rezerve glukoze u organizmu
	Od ostataka fruktoze	Sadrži u jerusalimskoj artičoci
celuloza	β-glu-(1,4)-β-glu	Pamuk, biljna vlakna, drvo
celuloza	Ksantat na poziciji 6	Proizvodnja viskoze - rajona, celofana (folija za pakovanje)
celulozni acetat	Približno dijacetat	acetatno vlakno
celulozni nitrat	Trinitroester	Bezdimni prah
Pravljenje papira od drveta	Drvo = celuloza + lignin. Tretirajte sa Ca(HSO 3) 2 ili Na 2 S + NaOH	Sulfacija drveta - uklanjanje lignina u vodu - proizvodnja celulozne pulpe.
	Poli-α-2-deoksi-2-N-Ac-aminoglukoza (umjesto 2-OH - 2-NH-Ac)	Ako uklonite Ac iz dušika, dobit ćete hitozan - moderan dodatak prehrani
hijaluronska kiselina	– (2-AcNH-glukoza – glukuronska kiselina) n –	Podmazivanje u tijelu (npr. zglobovi).
	Struktura je vrlo složena – (2-HO 3 S-NH-glukoza – glukuronska kiselina) n –	Povećava vrijeme zgrušavanja krvi
Hondroitin sulfat	Glikoproteini (kolagen), proteoglikani, veza preko NH 2 asparagina ili OH serina	Nalazi se svuda u tijelu, posebno u vezivnom tkivu i hrskavici.

Bilješka: Glukuronska kiselina: 6-COOH – 1-CHO

Glukonska kiselina: 6-CH 2 OH – 1-COOH

Glukarna kiselina: 6-COOH – 1-COOH

1. Hemija i biohemija nukleinskih kiselina.

Azotne baze u RNK: U (uracil), C (citozin) su derivati ​​pirimidina. A (adenin), G (gvanin) su derivati ​​purina. U DNK Umjesto U (uracila), prisutan je T (timin).

nukleozidi ( šećer+ azotna baza): uridin, citidin, timidin, adenozin, gvanozin.

nukleotidi( fosfat+ šećer+ azotna baza).

Laktim-laktamski tautomerizam.

Primarna struktura nukleinske kiseline (veza nukleozida preko atoma kiseonika na C-3 i C-5 riboze (deoksiriboze) pomoću fosfatnih mostova.

RNK i DNK.

a) Glavne baze i male baze (RNA). Samo za tRNA, lista minornih baza se približava 50. Razlog njihovog postojanja je zaštita od hidrolitičkih enzima. 1-2 primjera manjih baza.

c) Chargaffova pravila za DNK. Najvažnije: A=T. G=C. Međutim, G+C< А+Т для животных и растений.

Principi strukture DNK

1. Nepravilnost.
Postoji obična šećerna fosfatna kičma za koju su vezane azotne baze. Njihova izmjena je nepravilna.

2. Antiparalelizam.
DNK se sastoji od dva polinukleotidna lanca orijentirana antiparalelno. Kraj jednog od 3' nalazi se nasuprot 5' kraja drugog.

3. Komplementarnost (komplementarnost).
Svaka dušična baza jednog lanca odgovara strogo definiranoj dušičnoj bazi drugog lanca. Usklađenost je određena hemijom. Purin i pirimidin se spajaju kako bi formirali vodonične veze. Postoje dvije vodikove veze u A-T paru, a tri u G-C paru, jer ove baze imaju dodatnu amino grupu u aromatičnom prstenu.

4. Prisustvo regularne sekundarne strukture.
Dva komplementarna, antiparalelna polinukleotidna lanca formiraju desne spirale sa zajedničkom osom.

Funkcije DNK

1. DNK je nosilac genetske informacije.
Funkciju obezbjeđuje činjenica postojanja genetskog koda. Broj molekula DNK: u ljudskoj ćeliji postoji 46 hromozoma, od kojih svaki sadrži jedan molekul DNK. Dužina 1 molekula je ~ 8 (tj. 2x4) cm.U pakovanju je 5 nm (ovo je tercijarna struktura DNK, supersmotavanje DNK na histonskim proteinima).

2. Reprodukcija i prijenos genetske informacije osigurava se procesom replikacije (DNK → nova DNK).

3. Realizacija genetskih informacija u obliku proteina i drugih jedinjenja nastalih uz pomoć proteina enzima.
Ovu funkciju obezbjeđuju procesi transkripcije (DNK u RNK) i translacije (RNA u protein).

Repair– restauracija oštećenog dijela DNK. To je zbog činjenice da je DNK dvolančana molekula; postoji komplementarni nukleotid koji "govori" šta treba ispraviti.

Koje greške i štete nastaju? a) Greške u replikaciji (10 -6), b) depurinacija, gubitak purina, formiranje apurinskih mjesta (u svakoj ćeliji gubitak 5000 purinskih ostataka dnevno!), c) deaminacija (npr. citozin se pretvorio u uracil).

Inducibilna šteta. a) dimerizacija pirimidinskih prstenova pod uticajem UV na C=C veza sa formiranjem ciklobutanskog prstena (fotoliaze se koriste za uklanjanje dimera); b) hemijska oštećenja (alkilacija, acilacija, itd.). Popravka oštećenja – DNK glikozilaza – apurinizacija (ili apirimidinizacija) alkilirane baze – zatim uvođenje „normalne“ baze u pet faza.

Poremećaj procesa reparacije – nasljedne bolesti (xeroderma pigmentosum, trihotiodistrofija i dr.) Postoji oko 2000 nasljednih bolesti.

Inhibitori transkripcije i translacije su antibakterijski lijekovi.

Streptomicin – inhibitor sinteze proteina kod prokariota.

Tetraciklini - „veže se za 30S podjedinicu bakterijskog ribozoma i blokira vezivanje aminoacil-tRNA za A-centar ribozoma, čime se prekida elongacija (tj. očitavanje mRNK i sinteza polipeptidnog lanca).“

Penicilini i cefalosporini – β-laktamski antibiotici. β-laktamski prsten inhibira sintezu ćelijskog zida kod gram-negativnih mikroorganizama.

Virusi – inhibitori sinteze matriksa u eukariotskim ćelijama.

Toksini – često rade isto što i virusi. α-Amanitin– toksin žabokrečine, LD 50 0,1 mg po kg tjelesne težine. Inhibicija RNA polimeraze. Rezultat su nepovratne promjene u jetri i bubrezima.

Ricin – veoma jak proteinski otrov iz ricinusovog pasulja. Ovaj enzim N-glikozilaze, koji uklanja adeninski ostatak sa 28S rRNA velike ribosomalne podjedinice, inhibira sintezu proteina u eukariotima. Sadrži u ricinusovom ulju.

Enterotoksin iz uzročnika difterije (protein mase 60 kDa) - inhibicija sinteze proteina u ždrijelu i larinksu.

interferoni – proteine ​​veličine oko 160 AA luče neke ćelije kralježnjaka kao odgovor na infekciju virusima. Količina interferona je 10 -9 – 10 -12 g, tj. jedan proteinski molekul štiti jednu ćeliju. Ovi proteini, poput proteinskih hormona, stimulišu sintezu enzima koji uništavaju sintezu virusne mRNA.

Nasljedne bolesti (monogene) i (ne treba brkati!) porodična predispozicija za bolesti (dijabetes, giht, ateroskleroza, urolitijaza, šizofrenija su multifaktorske bolesti.)

Principi analize nukleotidnih sekvenci (opciono).

DNK tehnologija u medicini.

A. Ekstrakcija DNK. B. Cepanje DNK pomoću restrikcijskih enzima. Ljudska DNK je 150x10 6 parova nukleotida. Moraju se podijeliti na 500.000 fragmenata od po 300 parova. Sljedeća je gel elektroforeza. Sljedeće – Southern blot hibridizacija radioprobom ili drugim metodama.

Sekvenciranje. Egzonukleaze sekvencijalno odvajaju jedan mononukleotid. Ovo je zastarjela tehnika.

PCR (PCR) – lančana reakcija polimeraze. (Nobelova nagrada 1993: Carrie Mullis)

princip: prajmeri (ovo su DNK fragmenti od ~20 nukleotida - komercijalno dostupni) + DNK polimeraza → proizvodnja DNK (pojačavač) → analiza DNK (sekvencer). Sada se sve radi automatski!

Metoda sekvenciranja DNK korištenjem označenih defektnih nukleotida (kao što su dideoksinukleotidi). Sada oznake nisu radioaktivne, već fluorescentne. Testiranje na AIDS i druge SPI. Brzo, ali skupo. Bolje je da se ne razbolite!

Uspjeh PCR-a za dijagnostiku i široku primjenu posljedica je činjenice da enzimi uključeni u proces, izolovani iz bakterija toplih izvora otpornih na toplinu i genetski modificirani, mogu izdržati toplinu, koja denaturira (disocira lance DNK) i priprema ih za sljedeći krug PCR-a.

TERPENI, TERPENOIDI I STEROIDI.

Terpentin – isparljivo ulje od borove smole.

Terpeni su grupa nezasićenih ugljovodonika sastava (C 5 H 8) n, gde je n³ 2, široko rasprostranjen u prirodi. Sadrže izopentanske fragmente, obično povezane na način “glava do repa”. (ovo je Ružička pravilo).

Monoterpeni C 10 (C 5 H 8) 2 Ce squee Terpeni C 15, (C 5 H 8) 3 diterpeni C 20, (C 5 H 8) 4 triterpeni C 30, (C 5 H 8) 6. Politerpeni (guma).

Stepen hidrogenacije terpena može varirati, tako da broj H atoma ne mora biti višekratnik 8. Ne postoje C 25 i C 35 terpeni.

Terpeni su aciklični i karbociklični.

Terpenoidi (izoprenoidi) su terpeni (ugljovodonici) + funkcionalno supstituisani terpeni. Opsežna grupa prirodnih jedinjenja sa pravilnom skeletnom strukturom.

Izoprenoidi se mogu podijeliti na

1) terpeni, uklj. funkcionalno zamijenjen,

2) steroidi

3) smolne kiseline,

4) poliizoprenoidi (guma).

Najznačajniji predstavnici terpena.

Neke karakteristike hemije terpena, bicikličkih molekula i steroida.

1) neklasični katjoni; 2) prestrojavanja tipa Wagner-Meyerwein; 3) laka oksidacija; 4) dijastereoselektivna sinteza; 5) uticaj udaljenih grupa.

Formalno, terpeni su produkti polimerizacije izoprena, ali je put sinteze potpuno drugačiji! Zašto su tačno derivati ​​poliizoprena toliko rasprostranjeni u prirodi? To je zbog posebnosti njihove biosinteze iz acetil koenzima A, tj. zapravo od sirćetne kiseline. (Bloch, 40-60. Oba atoma ugljika iz C 14 H 3 C 14 UN su uključena u terpen.)

ŠEMA ZA SINTEZU MEVALONSKE KISELINE - najvažnijeg međuproizvoda u biosintezi terpena i steroida.

Kondenzacija acetil koenzim A b acetoacetil Koenzim A prolazi kroz proces kondenzacije Claisen estera.

Sinteza limonena iz geranil fosfata, važnog intermedijera kako u sintezi širokog spektra terpena tako i u sintezi kolesterola. Ispod je transformacija limonena u kamfor pod uticajem HCl, vode i oksidacionog sredstva (PP - pirofosfatni ostatak).

Konverzija mevalonske kiseline u geranil fosfat se dešava 1) fosforilacijom 5-OH, 2) ponovljenom fosforilacijom 5-OH i stvaranjem pirofosfata, 3) fosforilacijom u 3-OH. Sve se to dešava pod uticajem ATP-a, koji se pretvara u ADP. Dalje transformacije:

Najvažniji steroidni hormoni.

Nastaje u organizmu iz holesterola. Holesterol je nerastvorljiv u vodi. Prodire u ćeliju i učestvuje u biosintezi kroz komplekse sa proteinima za prijenos sterola.

BILE ACIDS . Cholic acid. Cis-zglob prstenova A i B. Žučne kiseline poboljšavaju apsorpciju lipida, snižavaju nivo holesterola i široko se koriste za sintezu makrocikličkih struktura.

STEROIDI – LIJEKOVI.

1. Kardiotonici. Digitoksin. Nalaze se u raznim vrstama lisičarke (Digitalis purpurea L. ili Digitalislanata Ehrh.) Glikozidi su prirodna jedinjenja koja se sastoje od jednog ili više ostataka glukoze ili drugih šećera, najčešće povezanih preko 1 ili 4 položaja za organsku molekulu (AGLICONE) . Supstance slične strukture i djelovanja nalaze se u otrovu nekih vrsta krastača.

2. Diuretici. Spironolakton (verošpiron). Antagonist aldosterona. Blokira reapsorpciju Na+ jona čime se smanjuje količina tečnosti što dovodi do smanjenja krvnog pritiska.Ne utiče na sadržaj K+ jona! To je veoma važno.

3. Anti-inflamatorni lijekovi. Prednizolon. 6-metilprednizolon (pogledajte formulu iznad). Fluorosteroidi (deksametazon (9a-fluoro-16a-metilprednizolon), triamcinolon (9a-fluoro-16a-hidroksiprednizolon. Protuupalne masti.

4. Anabolici. Podstiče stvaranje mišićne mase i koštanog tkiva. Methandrostenolone.

5. BRASSINOSTROIDI- PRIRODNA JEDINJENJA KOJA POMAŽU BILJKAMA U BORBI SA STRESOM (suša, mraz, prekomjerna vlaga) IMAJU AKTIVNOST REGULACIJE RASTA.

24-epibrasinolid [(22R, 23R,24R)- 2α,3α,22,23-tetrahidroksi-B-homo-7-oksa-5α-ergostan-6-on.

Lijek "Epin-extra", NNPP "NEST-M".

KATALIZA METALNOG KOMPLEKSA (1 SEMESTAR).