Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

CH39 - Heterocyklické sloučeniny Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "CH39 - Heterocyklické sloučeniny Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován."— Transkript prezentace:

1 CH39 - Heterocyklické sloučeniny Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ Soubor prezentací: CHEMIE PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA

2 Charakteristika • cyklické deriváty uhlovodíků • v cyklu je jeden nebo více atomů uhlíku nahrazeno jiným atomem – heteroatomem • heteroatom = vícevazný atom s volnými el. páry a vysokou elektronegativitou – O, S, N, který poskytuje do cyklu volný elektronový pár a dotváří tak elektronový sextet • jsou součástí živých organismů (sacharidy, nukleové kyseliny, aminokyseliny, vitamíny, alkaloidy...) • zdrojem je ropa a černouhelný dehet

3 Názvosloví • nejčastěji triviální • v systematických názvech se využívají předpony: ox(a)- pro kyslík, thi(a)- pro síru, az(a)- pro dusík + název UV • pokud je v cyklu více druhů heteroatomů, vyjadřují se v pořadí O, S, N • číslování kruhu vychází od heteroatomu (přednost má opět O, následuje S, N)

4 Názvosloví • oxol = furan = oxacyklopenta-2,4-dien • azol = pyrrol = azacyklopenta-2,4-dien • thiol = thiofen = thiacyklopenta-2,4-dien

5 Rozdělení Podle velikost i a počtu heteroatomů v molekule: • pětičlenné heterocykly s jedním nebo více heteroatomy • šestičlenné heterocykly s jedním či více heteroatomy • kondenzované heterocykly s více kondenzačně spojenými heterocykly

6 Fyzikální vlastnosti • obvykle kapalné nebo krystalické látky nepříjemného zápachu • mohou bát s vodou dobře mísitelné (piperidin), omezeně mísitelné (pyrrol) až nemísitelné (thiofen)

7 Chemické vlastnosti • atomy v cyklu mohou být spojeny jednoduchými vazbami nebo mají konjugovaný systém π-elektronů → podobné aromatickým uhlovodíkům • reakcí se stejně jako u aromatických uhlovodíků přednostně účastní π elektrony

8 Chemické vlastnosti • u pětičlenných cyklů atomy uspořádány do pětičlenného kruhu, do konjugace se zapojuje i volný elektronový pár heteroatomu → podobné aromatickým uhlovodíkům • u šestičlenných cyklů se volný elektronový pár heteroatomu do konjugace nezapojuje, což způsobuje jejich vyšší polární a zásaditý charakter

9 Pětičlenné s 1 heteroatomem • volný pár heteroatomu je v konjugaci s π-elektronem v kruhu • → vzniká π-elektronový systém tvořený 6e - jako u benzenu (podobné fyzikální i chemické vlastnosti) furan thiofenpyrrol

10 Vlastnosti • jsou výrazně reaktivní s elektrofilními činidly • odolné vůči oxidaci • aromatický charakter roste s klesající elektronegativitou heteroatomu (v řadě furan, pyrrol, thiofen)

11 Aromatický charakter • S rostoucí elektronegativitou heteroatomu klesá aromatický charakter • O - vysoká elektronegativita – přitahuje si k sobě el. pár • S - nízká elektronegativita – přitahuje si k sobě el. pár, ale jde i do kruhu • → thiofen má nejsilnější aromatický charakter, • kyslík a dusík ve furanu a pyrrolu jsou elektronegativnější, silněji poutají elektronový pár a stabilita heterocyklů je slabší

12 Reakce • Substituce elektrofilní S E (výjimka nukleofilní) • Adice radikálová A R • nejsnáze probíhají adice a substituce u furanu, který má nejslabší aromatický charakter

13 S E u pětičlenných heterocyklů • probíhá nejsnáze v polohách 2 a 5, kde je díky heteroatomu největší elektronová hustota • její nerovnoměrné rozložení na cyklu je způsobeno nestejnou elektronegativitou heteroatomu a uhlíku

14 • Nitrace pyrrolu • Chlorace furanu Substituce S E 2-nitropyrrol 2,5-dichlorfuran Do polohy 2

15 S E u šestičlenných heterocyklů • probíhá nejsnáze do poloh 3 a 5 • volný elektronový pár heterocyklu se do konjugace nezapojuje, chová se podobně jako substituent II. řádu • Nitrace pyridinu – probíhá obtížně nitropyridin Do polohy 3

16 • probíhá lépe než na benzenu • při zahřívání ve vhodném rozpouštědle, probíhá Čičibabinova reakce selektivně do polohy 2 (ne tedy do polohy 4) • preference polohy 2 je dána tím, že adice na vazbu C=N je snadnější než na vazbu C=C Nukleofilní substituce na pyridinu Do polohy 2

17 Adice radikálová A R • Hydrogenace furanu (UV) • Hydrogenace pyridinu (UV) tetrahydrogenfuran hexahydropyridin = piperidin

18 Pětičlenné heterocykly s jedním heteroatomem Pyrrol • bezbarvá kapalina, nepříjemně páchne (po chloroformu), ve vodě málo rozpustná, toxická, na vzduchu hnědne, tv = 130°C • vyskytuje se v černouhelném dehtu, ropě, v produktech suché destilace kostí a rohoviny • zákl. stavební jednotka tetrapyrrolových barviv, jejichž základem je porfin • hemoglobin, chlorofyl, myoglobin (červené barvivo svalů), bilirubin, vitamin B 12 • Úkol: Vyhledejte původ názvu pyrrol.

19 Porfin • porfin je tvořen čtyřmi pyrrolovými kruhy spojenými methynovými skupinami – chlorofyl, hemoglobin (místo vodíku Fe 2+ ) – bilirubin a biliverdin (nemají porfin cyklický, je roztržený) obr. č. 1 Porfin

20 obr. č. 2 Hemoglobin a chlorofyl Hemoglobin a chlorofyl Úkol: Přečti si úryvek z textu „Jak rostliny přišli k hemoglobinu“ na hemoglobinu-6498/ a připrav si krátké pojednání.http://www.scienceworld.cz/biologie/jak-rostliny-prisly-k- hemoglobinu-6498/ obr. č. 3 Model hemoglobinu

21 Deriváty pyrrolu • aminokyseliny prolin a hydroxyprolin, které jsou součástí bílkovin prolin hydroxyprolin

22 Deriváty pyrrolu • indol (benzopyrrol) • krystalická látka příjemné vůně (obsažen v květech jasmínu a v citrusech) • základ námelových alkaloidů, součást hormonů (serotonin), barviv, aminokyseliny tryptofan • jeho derivátem je indigo, modré barvivo indol indigo aminokyselina tryptofan

23 Furan • bezbarvá, těkavá ve vodě nerozpustná kapalina, zapáchá podobně jako chloroform, teplota varu 32°C • je základem cyklických forem sacharidů nazývaných furanózy • významná je katalytická hydrogenace furanu za vzniku tetrahydrofuranu, který se používá jako rozpouštědlo a k výrobě kyseliny adipové

24 Thiofen • bezbarvá, ve vodě nerozpustná kapalina, slabý bezenový zápach, teplota varu 84°C, podobná benzenu • ve formě tetrahydrothifenu je stavební jednotkou biotinu (vitaminu H, ovlivňuje kůži a její deriváty) • používá se k výrobě léčiv a polymerů

25 Pětičlenné s 2 heteroatomy • pyrazol a imidazol - dvě izomerní sloučeniny se dvěma atomy dusíku • thiazol s dvěma různými heteroatomy - dusíkem a sírou • oxazol s dusíkem a kyslíkem pyrazol imidazol thiazol oxazol

26 Pyrazol • bezbarvá, krystalická látka, špatně rozpustná ve vodě • větší zásaditost než pyrrol, je méně aromatický • součást léčiv – antipyretika – analgetika – léčiva s antirevmatickým účinkem • S E – do polohy 4 Úkol: Vyhledejte význam slov antipyretika a analgetika.

27 Imidazol • krystalická, ve vodě rozpustná látka • významným derivátem je aminokyselina histidin, jeho dekarboxylací vzniká histamin • S E do polohy 2 a 4 • histamin vzniká při alergiích, působí na hladké svalstvo, vzniká nesprávným metabolismem histidinu • rozšiřuje cévy a snižuje tlak, nahromadí se při alergiích → léky antihistaminika

28 Thiazol • kapalina páchnoucí podobně jako pyridin, nerozpustná ve vodě • významnými deriváty thiazolu jsou thiamin (vitamin B 1 ) • sulfonamidy - chemoterapeutika, léky proti infekci • peniciliny - antibiotika

29 Šestičlenné s 1 heteroatomem pyridin 2H-pyran 4H-pyran

30 Pyridin • vzorec odvodíme náhradou jedné skupiny CH v molekule benzenu atomem dusíku • bezbarvá, zásaditá jedovatá kapalina, rozpustná ve vodě, s charakteristickým zápachem, teplota varu 115°C • vyskytuje se v černouhelném dehtu • využívá se jako rozpouštědlo, denaturační přísada k ethanolu obr. č. 4 Pyridin obr. č. 5 Struktura pyridinu

31 Pyridin • struktura podobná benzenu, velmi stabilní • volný pár na N není v konjugaci s π-elektrony v kruhu → může být poskytován k reakcím → dobře reaguje • chová se jako zásada pyridiniumchlorid

32 Deriváty pyridinu kyselina nikotinová • vitamin B 3 (niacin, vitamin PP = antipelagrický vitamin) • vzniká biochemickými procesy v organismu, využívá se při výrobě léků nikotinamid (amid kyseliny nikotinové) • součást koenzymů NAD a NADP, které se účastní oxidačně- redukčních pochodů v živých organismech kys. nikotinová nikotinamid pyridoxin (vit. B 6 ) niacin = vit. PP

33 Deriváty pyridinu nikotin chinolin isochinolin chinolin = benzoderivát pyridinu vyskytuje se v alkaloidech (chinin, morfin) a v léčivech

34 Pyran • může tvořit dva velmi nestálé izomery: 2H-pyran4H-pyran • deriváty pyranu: • tetrahydropyran • podstata cyklických forem sacharidů nazývaných pyranózy • od jeho benzoderivátu odvozujeme vitamin E a přírodní barviva anthokyany

35 Šestičlenné se 2 heteroatomy • Pyrimidin • od jeho struktury se odvozují dusíkaté báze, které se podílejí na stavbě nukleových • kyselin (DNA, RNA), tzv. pyrimidinové báze: • cytosin, thymin (pouze DNA), uracil (pouze v RNA) pyrimidin uracil cytosin thymin

36 Deriváty • kyselina barbiturová a barbituráty (hypnotika, sedativa) • vitamin B 1 (thiamin), B 2 (riboflavin) • sulfonamidy (chemoterapeutika) kyselina barbiturová

37 Sloučeniny se 2 kondenzovanými heterocykly Purin • je tvořen pyrimidinovým a imidazolovým cyklem • pevná krystalická látka zásaditého charakteru • od jeho struktury se odvozují dusíkaté báze, které se podílejí na stavbě DNA a RNA, tzv. purinové báze: adenin a guanin

38 Deriváty purinu kyselina močová • vzniká v organismu odbouráváním purinových bází, v nízké koncentraci je obsažena v krvi a moči savců; u ptáků a plazů se jedná o konečný produkt metabolismu • při poruchách metabolismu v lidském organismu dochází k jejímu ukládání ve svalech a kloubech, jedná se o onemocnění zvané dna • může se vylučovat ve formě krystalů → podílí se na vzniku ledvinových kamenů

39 Deriváty purinu kys. močovákofein • kofein – alkaloid obsažený v kávě, čaji, který stimuluje CNS a povzbuzuje srdeční činnost • theobromin -alkaloid s podobnými stimulačními účinky jako kofein, obsahují jej kakaové boby, a tedy i čokoláda

40 Úloha Zpracuj krátký referát na téma „Metabolická porucha – dna a ledvinové kameny“. Využij stránku Zjisti původ kofeinu a jeho účinky na lidský organismus. Využij stránku

41 Význam a použití heterocyklických sloučenin • léčiva (penicilin, fenolbarbital) • vitaminy (nikotinamid) • barviva (indigo) • potravinářské složky (sacharin) • analytická činidla (chinolin – 8- ol) • indikátory (fluorescein) • drogy (LSD, morfin, nikotin..)

42 Obrázky [1] [online]. [cit ]. Dostupné z [2] [online]. [cit ]. Dostupné z zelenymi-potravinami.htmlhttp://www.zelenepotraviny.cz/zkusenosti-se- zelenymi-potravinami.html [3] [online]. [cit ]. Dostupné z [4, 5] [online]. [cit ]. Dostupné z structure.htmlhttp://www.chemtube3d.com/Pyridine- structure.html Literatura • MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Chemie pro čtyřletá gymnázia. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, ISBN • BENEŠOVÁ, Marika a Hana SATRAPOVÁ. Odmaturuj z chemie. Brno: Didaktis, ISBN • KLOUDA, Pavel. ANNA JANECZKOVÁ. Organická chemie. druhé. Ostrava: Pavel Klouda, ISBN Použité informační zdroje

43 Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.


Stáhnout ppt "CH39 - Heterocyklické sloučeniny Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován."

Podobné prezentace


Reklamy Google