Soubor prezentací: CHEMIE PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA

Prezentace na téma: "Soubor prezentací: CHEMIE PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA"— Transkript prezentace:

1 Soubor prezentací: CHEMIE PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA
CH39 - Heterocyklické sloučeniny Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. 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.

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) thiofen pyrrol furan

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 SE (výjimka nukleofilní)
Adice radikálová AR nejsnáze probíhají adice a substituce u furanu, který má nejslabší aromatický charakter

13 SE 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 Substituce SE Nitrace pyrrolu Chlorace furanu Do polohy 2
2-nitropyrrol 2,5-dichlorfuran

15 SE 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 Do polohy 3 nitropyridin

16 Nukleofilní substituce na pyridinu
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 Do polohy 2

17 Adice radikálová AR Hydrogenace furanu (UV) Hydrogenace pyridinu (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 B12 Úkol: Vyhledejte původ názvu pyrrol.

19 Porfin porfin je tvořen čtyřmi pyrrolovými kruhy spojenými methynovými skupinami chlorofyl, hemoglobin (místo vodíku Fe2+) bilirubin a biliverdin (nemají porfin cyklický, je roztržený) obr. č. 1 Porfin

20 Hemoglobin a chlorofyl
Úkol: Přečti si úryvek z textu „Jak rostliny přišli k hemoglobinu“ na a připrav si krátké pojednání. obr. č. 3 Model hemoglobinu obr. č. 3 Model hemoglobinu obr. č. 2 Hemoglobin a chlorofyl

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 SE – 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 SE 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 B1) sulfonamidy - chemoterapeutika, léky proti infekci peniciliny - antibiotika

29 Šestičlenné s 1 heteroatomem
pyridin H-pyran H-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. 5 Struktura pyridinu obr. č. 4 Pyridin

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 B3 (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. B6) niacin = vit. PP

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

34 Pyran může tvořit dva velmi nestálé izomery: 2H-pyran 4H-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 B1 (thiamin), B2 (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. močová kofein 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 Použité informační zdroje
Obrázky [1] [online]. [cit ]. Dostupné z [2] [online]. [cit ]. Dostupné z [3] [online]. [cit ]. Dostupné z [4, 5] [online]. [cit ]. Dostupné z 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 42

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.