ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Гетероциклическими соединениями (гетероциклами) называют циклические органические соединения, в состав атомов циклов которых, помимо углеродных, входят атомы других химических элементов – гетероатомы. Наибольшее значение имеют гетероциклические соединения, в которых в состав пяти- и шестичленных колец входят атомы азота, кислорода и серы. Приведем вначале некоторые примеры.

Гетероциклы можно классифицировать как по признаку входящих в них гетероатомов (II – V), так и по числу гетероатомов в цикле (I).

Ароматичность пятичленных гетероциклов с двумя p-связями объясняется тем, что одна свободная пара электронов атомов N, S, O действует в ароматической (подобно бензолу) делокализации и образовании ароматического секстета.

Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом

К ним относятся фуран, тиофен, пиррол и их гидрированные производные:

Получение фурана

1. Общий метод его синтеза основан на дегидратации уже знакомых читателям алифатических 1,4-диолов.

2. Синтезируют его и по реакции:

Химические свойства фурана

1. Окисление

2. Окисление фурана на воздухе сопровождается полимеризацией.

3. Первой стадией взаимодействия с сильными кислотами является реакция:

4. Несмотря на малую стабильность, фуран способен к реакциям электрофильного замещения (сульфирование, нитрование).

		®

Получение пиррола

Его синтезируют по следующим реакциям:

1. Действие аммиака на 1,4-дигидроксисоединения (реакция Пиаль-Кнорра).

2. Пропускание паров фурана с аммиаком над Al₂O₃ (400 °C).

Химические свойства пиррола

1. Восстановление водородом.

2. Взаимодействие с металлическим калием.

3. Взаимодействие с магнийорганическими соединениями.

Получение имидазола

Получают действием на глиоксаль формальдегида и аммиака.

Химические свойства имидазола

Имидазол – сильное основание (сильнее пиридина).

1. Взаимодействует с сильными кислотами с образованием солей.

2. Взаимодействует с реактивом Гриньяра.

Шестичленные гетероциклы

Пиридин

Он обладает сильными основными свойствами (К_в = 1,8 × 10^-9), имеет сильный неприятный запах, смешивается с водой в любых отношениях. Его дипольный момент – 2,2 Дебая.

Пиридин можно рассматривать как аналог бензола, в котором одна СН-группа замещена атомом азота.

Все атомы кольца находятся в состоянии sp2-гибридизации. Шесть р-электронов двойных связей сопрягаются, образуя единую p-орбиталь.

Получение пиридина достаточно сложно. При пропускании смеси альдегидов RCH₂CHO с аммиаком над Al₂O₃ (400 °C) получается смесь гомологов пиридина.

Далее их разделяют.

Химические свойства пиридина

1. Взаимодействует с амидом натрия (реакция А.Е. Чичибабина).

2. Взаимодействует с сильными кислотами с образованием соли.

3. Пиридин индифферентнее бензола. В жестких условиях он нитруется, сульфируется, бромируется с низким выходом в b-положение.

Второй заместитель ввести не удается.

ДИОКСИНЫ

Рассмотрим более подробно химию и проблему диоксинов. В последние десятилетия появилась опасность общепланетарного отравления среды нашего обитания диоксинами – опаснейшими экотоксикантами. Формула одного из них имеет вид:

В целом, он является представителем многочисленной группы диоксиноподобных веществ – чужеродных живым организмам – ксенобиотиков, поступающих в биосферу с продукцией или отходами многочисленных технологий. В отличие от целого ряда других ксенобиотиков, например, хлорорганических пестицидов, диоксины никогда не являлись целевым технологическим продуктом, а лишь сопутствовали таковым в виде микропримесей. В связи с этим их воздействие долгое время оставалось незамеченным. Однако именно примеси этих экотоксикантов, характеризующихся комплексом необычных физико-химических свойств и уникальной биологической активностью, делают их в будущем опаснейшим источником долговременного заражения биосферы, более серьезным, чем, например, заражение хлорорганическими пестицидами. Они во все более возрастающих масштабах генерируются, выбрасываются в природную среду и аккумулируют в ней. Пример накопления ксенобиотиков в биосфере не знает ни пределов насыщения, ни национальных границ, ни серьезных естественных путей их деградации. Следовательно, ждать установления каких-либо равновесий сегодня не приходится, то есть процесс нацело сдвинут в сторону образования диоксинов. Ситуация такова, что их концентрация в гидросфере и литосфере может достичь критических величин, ведущих к необратимому поражению живого вещества.

Знакомство человека с диоксинами началось в 1930 г, когда применение полихлорфенолов привело к появлению массовых профессиональных заболеваний хлоракне – рецидивирующего воспаления сальных желез. География хлоракне значительно расширилась с созданием крупнотоннажных производств 2,4,5-трихлорфенола

и гербицидов на его основе.

Источником заболевания оказалось индивидуальное вещество (2,3,7,8-ТХДД), причем выяснилось, что рецидивы хлоракне проявляются через
20 – 35 лет после поражения. Возможны и острые отравления. В качестве хлоракнегенного фактора был постулирован и 2,3,7,8-тетрахлордибензофуран (II).

Особое внимание к себе этот ксенобиотик привлек как микропримесь к полихлорбифенилам (ПХБ), используемым в качестве жидких диэлектриков,

теплоносителей, гидравлических жидкостей. Вызванные (II) массовые отравления в Японии (1968 г) и на Тайване (1978 г) связаны с попаданием ПХБ в рисовое масло, что привело к болезни Юшо (острое поражение печени с многочисленными побочными эффектами). Было показано, что ксенобиотики (I) и (II), как и многие другие представители полихлорированных дибензо-п-диоксинов (ПХ ДД, (III)) и дибензофуранов (ПХДФ (IV)) имеют сходные токсикологические характеристики.

Наличие микропримесей (III) и (IV) в продукции хлорных производств явилось причиной многочисленных фактов отравления людей в 60-е, 70-е и 80-е годы. Попадание их в корм кур-несушек неоднократно приносило большой ущерб бройлерной промышленности. Поражение людей и длительное заражение ксенобиотиками (III) и (IV) различных объектов наблюдалось многократно при непродуманной утилизации отходов хлорных производств, при пожарах в электросиловых системах, где сосредоточено большое количество пыли хлорвиниловых электроизоляционных материалов. Схематично процесс протекает следующим образом:

В ряде случаев даже более опасными, чем (III) и (IV), являются смешанные полихлорбромсодержащие дибензо-п-диоксины и дибензофураны
(V) – (VIII) – побочные продукты галогенорганических производств, образующиеся также при сжигании топлив в присутствии брома, при переработке или уничтожении промышленных и бытовых отходов.

Биологической активностью, характерной для (I), обладают и многие другие галогенорганические соединения. В том числе и некоторые трициклические, например, полихлор-, полибром- или полихлорбромксантены (IX), ксантоны (X), бифенилы (XI),

а также ряд бициклических соединений типа бифенилов (XII), полихлоразо- (XIII) и полихлоразооксибензолы (XIV).

В последние 30 лет вопросы заражения биосферы диоксинами обсуждаются общественностью, политическими кругами, ставятся представителями «зеленого» движения. Этому способствовал ряд событий. Одно из них – война во Вьетнаме, во время которой на территории Южного Вьетнама войсками США (1962 – 1970 гг) было применено 57 тысяч тонн гербицида «Эйджент оранж» (ЭО), содержащего только по официальным данным, которые в таких случаях обычно существенно занижаются, 170 кг диоксина (I). Многочисленные сообщения о массовом поражении населения этого района и участников войны, негативное влияние гербицида на детородные функции женщин и отдаленные последствия поражения вызвали тревогу, так как компоненты ЭО (смесь бутилового эфира 2,4,5-трихлорфеноуксусной кислоты (2,4,5-т(ХУ)) с примесями (I) и бутилового эфира 2,4-дихлорфеноуксусной кислоты (XVI) широко применялись в сельском хозяйстве

Были и другие очень серьезные события, но достаточно и описанного выше, чтобы вызвать повышенное внимание к проблеме диоксинов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: