МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Л.В. Тимощенко, Т.А. Сарычева ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Издательство Томского политехнического университета Томск 2013 1 УДК 547.7(075.8) ББК 24.236я73 Т41 Тимощенко Л.В. <...> В части I рассматриваются номенклатура, электронное строение, методы синтеза, химические свойства и области применения гетероциклических соединений; приведены механизмы основных химических реакций. <...> Для каждой типовой задачи приводится подробное решение одного из вариантов, для остальных 26-ти вариантов даны ответы. <...> Для сложных задач приведены подробные решения и необходимые комментарии. <...> Пятичленные циклические соединения с одним гетероатомом _ 8 1.1. <...> Пятичленные гетероциклы с двумя и более гетероатомами. <...> Наиболее хорошо изученными и широко распространенными являются циклические соединения кислорода, серы, азота, например: N H пиррол N N H O имидазол оксазол O фуран N S тиазол S тиофен N N пиридин N пиримидин Элементы, которые участвуют вместе с углеродом в образовании цикла, называются гетероатомами. <...> Число возможных гетероциклических систем увеличивается благодаря существованию гетероциклов с конденсированными ядрами: N хинолин N H индол (бензопиррол) Отдельно от других типов органических соединений рассматриваются гетероциклические соединения, обнаруживающие в химическом 5 N H карбазол N H пирролин N H пирролидин N и физическом поведении ароматический характер, т. е. по свойствам сходные с бензолом. <...> Эти гетероциклы, как и бензол, более склонны к реакциям замещения, чем к реакциям присоединения. <...> Они вступают в типичные для бензола реакции электрофильного замещения, устойчивы по отношению <...>
Гетероциклические_соединения.pdf
УДК 547.7(075.8)
ББК 24.236я73
Т41
Тимощенко Л.В.
Т41
Гетероциклические соединения: учебное пособие / Л.В. Тимощенко,
Т.А. Сарычева; Томский политехнический университет.
– Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2013. – 86 с.
Пособие состоит из двух частей. В части I рассматриваются номенклатура,
электронное строение, методы синтеза, химические свойства и области
применения гетероциклических соединений; приведены механизмы основных
химических реакций. Вторая часть предназначена для самостоятельной
работы: в ней представлены 7 типовых задач, которые студенты должны выполнить
в качестве домашнего задания. Любая задача содержит 27 вариантов,
обозначенных буквами алфавита. Таким образом, студент получает индивидуальное
задание. Все задачи снабжены решениями. Для каждой типовой
задачи приводится подробное решение одного из вариантов, для остальных
26-ти вариантов даны ответы. Для сложных задач приведены подробные
решения и необходимые комментарии.
Предназначено для студентов химических специальностей технических
и государственных университетов.
УДК 547.7(075.8)
ББК 24.236я73
Рецензенты
Доктор химических наук, профессор
заведующий кафедрой химии СибГМУ
М.С. Юсубов
Доктор химических наук, профессор ТГУ
А.Г. Филимошкин
© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2013
© Тимощенко Л.В., Сарычева Т.А., 2013
© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2013
2
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЧАСТЬ I. ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ _____________ 5
1. Пятичленные циклические соединения с одним гетероатомом _ 8
1.1. Структура пиррола, фурана и тиофена ____________________ 8
1.2. Способы получения пиррола, фурана и тиофена ___________ 9
1.3. Физические свойства фурана, пиррола и тиофена _________ 11
1.4. Химические свойства __________________________________ 11
1.4.1. Кислотно-основные свойства __________________________ 13
1.4.2. Реакции электрофильного замещения (SE) _______________ 15
1.4.3. Присоединение водорода _____________________________ 18
1.4.4. Реакция Дильса–Альдера _____________________________ 19
2. Бензоаннелированные пятичленные гетероциклы. Индол _____ 20
2.1. Синтез индолов ________________________________________ 20
2.2. Химические свойства индолов __________________________ 23
3. Пятичленные гетероциклы с двумя и более гетероатомами.
Имидазол и пиразол _______________________________________ 25
3.1. Получение имидазола и пиразола ________________________ 25
3.2. Химические свойства имидазола и пиразола ______________ 26
4. Шестичленные циклические соединения
с одним гетероатомом ____________________________________ 27
4.1. Структура пиридина ___________________________________ 27
4.2. Природные источники и способы получения пиридина ____ 28
4.3. Физические свойства пиридина _________________________ 29
4.4. Химические свойства __________________________________ 29
4.4.1. Основность пиридина ________________________________ 31
4.4.2. Электрофильное замещение ___________________________ 33
4.4.3. Нуклеофильное замещение ____________________________ 35
4.4.4. Реакции восстановления и раскрытия цикла
пиридинового ядра __________________________________ 36
5. Бензоаннелированные шестичленные гетероциклы.
Хинолин и изохинолин _____________________________________ 37
5.1. Методы получения хинолина и изохинолина ______________ 37
5.2. Химические свойства хинолина и изохинолина ___________ 39
3
Стр.3
6. Биологически активные гетероциклические соединения _______ 41
6.1. Производные пиррола __________________________________ 41
6.2. Производные индола ___________________________________ 43
6.3. Производные пиридина ________________________________ 45
6.4. Производные хинолина и изохинолина ___________________ 46
6.5. Производные имидазола и пиразола _____________________ 47
6.6. Производные пурина ___________________________________ 48
ЧАСТЬ II___________________________________________________ 50
Задачи ___________________________________________________ 50
1. Номенклатура, строение и изомерия _______________________ 50
2. Способы получения _____________________________________ 52
3. Химические свойства ___________________________________ 54
4. Установление структурной формулы. Сравнительная
характеристика гетероциклических соединений _____________ 58
Ответы __________________________________________________ 62
1. Номенклатура, строение и изомерия _______________________ 62
2. Способы получения _____________________________________ 66
3. Химические свойства ___________________________________ 72
4. Установление структурной формулы. Сравнительная
характеристика гетероциклических соединений _____________ 82
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ____________________________________ 85
4
Стр.4