Heterocyclische Verbindungen

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1 eterocyclische Verbindungen

2 ETERCYCLISCE VERBIDUGE Einteilung ach der Art und Anzahl der eteroatome, S, Ringgröße 3-, 4-, 5-, 6-, 7-Ringe omenklatur: Trivalnamen Pyridin Furan Isochinolin 2

3 omenklatur R β' γ β R 6 X 1 2 α' X α C S S umerierung: beginnt stets am eteroatom, weitere eteroatome müssen am möglichst niedrigste ummern bekommen Benzoanellierte heterocyclische Verbindungen b a c d - Prefix bezeichnet den aromatischen Ring - Bindung der Anellierung - ame des eteroringes Benzo[2,3]furan Benzo[b]furan 3

4 4 Azepan Azepin Thiepan Thiepin xepan xepin 7 Azinan Azin Thian Tthiin xan xin 6 Azolidin Azol Thiolan Thiol xolan xol 5 Azetidin Azet Thietan Thiet xetan xet 4 Aziridin Azirin Thiiran Thiiren xiran xiren 3 gesättigt ungesättig t gesättigt ungesättig t gesättigt ungesättig t S Ringgröße Systematische amen nach der IUPAC omenklatur

5 Allgemeine Eigenschaften der eterocyclen Aromatischer Charakter Fünfringe S Furan Thiophen Pyrrol - planare Molekülstruktur - reaktive Verbindungen in electrophilen Substitutionen Eigenschaft von Aromaten 5

6 Elektronenstruktur Fünfrnge Einsames Elektronenpaar des eteroatoms ist am delokalisierten π-system beteiligt S Kriterien der Aromatizität: - Anzahl der π-elektronen: 4n+2 - kontinuierliche Delokalisierung - planare Ringstruktur Verteilung der π-elektronen -0,02-0,04 - Deformierung des π-elektronesextetts -0,03-0,03-0,06-0,06-0,07 - π-elektronenreiche eterocyclen S S +0,10-0,02 +0,20-0,04-0,05-0,05 +0,24-0,07 6

7 Elektronenstruktur Sechsringe Pyridin - schwache Base - geringe Reaktivität in S E -Reaktionen +0,13 +0,13 +0,13-0,39 - Das einsame Elektronenpaar ist am π-elektronensextett nicht beteiligt. - kontinuieliche Delokaliserung von 6 p-rbitalen - π-elektronenarme eteroaromaten R R R X α-pyran γ-pyran 4-Pyran Pyrilium-Kation 7

8 eteroalkene und eteroalkane eteroalkene 2 5 2,5-Dihydropyrrol Gesättigte eterocyclen: eteroalkane - chemische Eigenschaften sind gleich wie bei den offenkettigen Pyrrol Analoga 2 Pyrrolidin starke Base, sekundäres Amin 2 Furan Tetrahydrofuran cyclisches Ether 2 Pyridin Piperidin 8 starke Base, sekundäres Amin

9 FÜFRIGE Fünfgliedrige eterocyclen mit einem eteroatom Säuerstoff: Furan-Gruppe 2 /Kat. Furan Sdp.: 32 o C Tetrahydrofuran Sdp.: 66 o C cyclisches Ether Red. x. C 2 C C Furfurylalkohol Thiolanalog (-S): Aromastoff im Röstkaffee Furfural Sdp.: 162 o C Furan-2-carbonsaure 9

10 FÜFRIGE Muscarin: Vorkommen: in giftigen Pilzen (z.b. Fliegenpilz) 3 C 3 C 3 C Cl C 2 C 3 Benzofurane: Coumaron Griseofulvin C 3 C 3 C 3 Cl C 3 antimycotische Wirkung 10

11 FÜFRIGE Thiophen 2 S 4 2 S S 2 S S Pyrrol-Gruppe Thiophen Sdp.: 84 o C Tetrahydrothiophen Sdp.: 121 o C + 0,5 2 K Kaliumpyrrolid K 2 slow Pyrrol, Sdp.: 131 o C Eigenschaften von Pyrrol: - Siedepunkt: 131 ºC (polare Moleküle) - schwache Säure, pk B = 13,6, pk S ~ 15 - Reaktivität in S E Reaktionen 2 fast Pyrrolidin pk B = 3,2 C 3 -Methyl-2-pyrrolidon Prolin C C 4-ydroxyprolin 11

12 FÜFRIGE Porphin-Farbstoffe α π-elektronen, (4n+2) n = 4 - kontinuierliche Delokalisierung 1 δ 8 A D B C 4 β 5 7 γ 6 Porphin Schmp.: > 360 o C Stabile verbindung mit aromatischem Charakter, (löslich in Salzsäure, bildet Salze mit Metallionen) 12

13 ämoglobin FÜFRIGE ämoglobin ämoglobin 2 ämin xyhämoglobin Methämoglobin - 2 Fe(II)-Komplex Fe(III)-Komplex 13

14 FÜFRIGE Koordination im ämoglobin 2 2 Fe 2 Fe 2 Fe 2 Koordinationszahl:

15 FÜFRIGE Chlorophyll - 7,8-Dihydroporphin - Zentralkation: Mg 2+ -Phytolrest, C 20 - ungesättigter Alkohol Chlorophyll-a: bläulich grün (3) Chlorophyll-b: gelblich grün (1) grüner Pflanzenfarbstoff, biochemische Funktion bei der Photosynthese 15

16 FÜFRIGE Vitamin B 12 : Corrin-Gerüst: teilweise gesättigtes, modifiziertes Porphin mit Co 3+ Verwendung: bei der Behandlung der perniciösen Anämie 16

17 FÜFRIGE Gallenfarbsoffe - Abbauprodukt von äm C 2 C C 2 C 2 C C 3 C C 3 C 2 C 2 C 3 C 3 C C 2 C C 2 C Bilirubin 17

18 Benzopyrrole FÜFRIGE b 3 1 Indol Benzo[b]pyrrol Vorkommen: -Jasminöl - Steinkohlenteer 2 C 2 C C C 2 C 3-Indolylessigsäure 3-Indolylbuttersäure pflanzliche Wuchsstoffe, Phytohormone, oder Auxine) C 2 C 2 2 C 2 C 2 C 2 C 2 -C 2 Tryptophan C 3 Tryptamin 5-ydroxytryptamin = Serotonin Vorkommen: in Blutserum, - reguliert den Blutkreislauf - eurotransmitter C 2 C 3 Skatol (3-Methylindol) C 3 Gramin 3-Dimethylaminoindol 18

19 Färberwaid (Deutsche Indigo) Isatis tinctoria Der Waidstein in Sömmerda, mit ihm wurde im Mittelalter Färberwaid zerkleinert Adolf v. Baeyer Red. Indigo (blau) x. Leukoindigo (farblos) 19

20 20

21 Fünfringe mit zwei etertoatomen Isoxazol S Izothiazol Pyrazol xazol S Thiazol Imidazol - Verbindungen mit aromatischem Charakter - geringe Reaktivität in elektrophilen Substitutionen - schwache Basen Imidazol 0,5 0, ,5 0,5 Imidazol-Kation Imidazol Imidazol-Anion 21

22 Fünfringe mit zwei etertoatomen xazol- und Thiazol-Derivate -C 2 C C 2 C 2 2 C 2 Ibotensäure Muscimol Muscazon C Vorkommen: in giftigen Pilzen 2 3 C S S 2 2 Cycloserin (Antibiotikum) Ultraseptyl Sulfonamid mit antibakterieller 22 Wirkung

23 Fünfringe mit zwei etertoatomen Penicillin Antibiotika sind chemisch definierte, ursprünglich von Pilzen oder Mikroorganismen produzierte Wirkstoffe, die das wachstum oder die Vemehrung bestimmter Bakterien oder Mikroorganismen hemmen. - Entdeckung: Fleming, Struktur: erzeugt von Schimmelpilzgattungen z.b. Penicillium notatum, Penicillium chrysogenum (Thiazolidin, β-lactam-ring) 3 C 3 C C * S * * C R Penicillin G R = C 6 5 C 2 - C 3 C 3 C S Aminopenicillansäure R = C 2 2 C C 2 C 2 C 2 Ph Ph 23 Salz mit Dibenzylethylendiamin

24 Fünfringe mit zwei etertoatomen 3 C 3 C Pyrazol-Gruppe C 3 C3 3 C 3 C Aminophenazon (1-phenyl-2,3-dimethyl- 4-dimethylamino- 5-pyrazolon) C C 3 C3 9 C 4 a antipyretische und analgetische Wirkung Propyphenazon Phenylbutazon (antirheumatische Wirkung ) 24

25 Fünfringe mit zwei etertoatomen Imidazol-Gruppe C 2 C 2 C istidin Baustein der Proteine -C 2 C 2 C 2 2 istamin biogenes Amin uricase C 2 arnsäure Allantoin ydantoin S (C 2 ) 4 C Biotin Biowuchsstoff (Biosfaktor): unentbehrlich für die Vermehrung von efezellen und anderen Microorganismen 25 In Menschen: notwendig zur normalen Funktion der aut

26 Fünfringe mit zwei etertoatomen Arzneimittel mit Imidazol-Gerüst C 2 S C 2 C 2 C C C 3 Cl Cl C 3 Clonidin antihypertensiv Cimetidin Anw.: Ulcus-Therapie Ph C Ph Cl Clotrimazol Antimykotikum Cardiazol (Pentamethylentetrazol) - stimuliert den Blutkreislauf und die erztätigkeit, - regt das Atmungszentrum an 26

27 SECSRIGE Pyran-Gruppe a-pyron g-pyron C C 2 5 Dehydracetsäure fungizid, Verwendung: - Lebensmittelindustrie - Bierindustrie 27

28 SECSRIGE Benzoanellierte g-pyron-derivate Chromon Chroman Flavon Flavan 28

29 SECSRIGE Flavonoide Vorkommen: in verschiedenen Pflanzen, meistens in Form von Glycosiden, z.b. in der Rinde der amerikanischen Eiche Quercus velutina) (Apfel, Wein, Zwiebel, Bohnen, Brokkoli) Quercetin gelber Farbstoff 29

30 SECSRIGE Anthocyane Anthocyane Cl ydrolyse Anthocyanidine + Kohlenhydrat (Zucker) p abhängige Farbe - Cl + Flavylium-Kation Cyanidinchlorid p = 3, rot Cyanidin phenolat p = 11, blau 30

31 SECSRIGE 3 C Vitamin E (α-tocopherol) C 3 (C 2 ) 3 C (C 2 ) 3 C (C 2 ) 3 C C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 - beeinflußt die Fruchtbarkeit - Antioxidant in der Lebensmittelchemie Besonders reiche Vitamin-E-Quellen sind: Weizenkeimöl ( mg/100 g) Sonnenblumenöl (60 mg/100 g) Leinsamen (57 mg/100 g) Walnussöl (39 mg/100 g) Maiskeimöl (31 34 mg/100 g) Distelöl (29 45 mg/100 g) Sesamöl (28 mg/100 g) aselnüsse (27 mg/ 100 g) Erdnussöl (25 mg/100 g) Rapskernöl 25 mg/100 g) Mandeln (25 mg/100 g) Palmöl (25 mg/100 g) Rapsöl (20 mg/100 g) Sojaöl (17 25 mg/100 g) livenöl (12 40 mg/100 g) Schwarzwurzeln (6 mg/100 g) Leinöl (5,8 mg/100 g) 31

32 SECSRIGE Pyridingruppe Pyridinderivate = Pyridin - farblose Flüssigkeit mit unangehmem Geruch - elektrophile Substitution am C-3 unter extremen Bedingungen - schwache Base, pk B = 8,8 - Alkylierte Pyridinderivate C Br Cetylpyridinium bromide - löslich in Wasser, - kationaktives Detergens Invertseife 3 C C 3 2Cl 1,1 -Dimethyl-4,4 -bipyridyliumdichlorid Paraquat Totalherbizid LD 50 = 35 mg/kg (geschätzt) 32

33 SECSRIGE C 3 C 3 C 3 α-picolin β-picolin γ-picolin ydroxypyridine 2-ydroxy-pyridin 2-(1)-pyridon 3-ydroxypyridin (zwitterionische Form) 33

34 SECSRIGE Vitamin B 6 Pyridoxin 2 C C 2 Mangel in Vitamin B 6 : - ervosität - Schlaflosigkeit - Schwäche C 3 C Säuren C C Picolinsäure icotinsäure Isonicotinsäure icotinamid - Bestandteil des Enzyms AD C 2 C 2 icotinsäurediethylamid Analeptikum C(C 2 5 ) 2 Isonicotinsäurehydrazid wichtiges Chemotherapeutikum 34 gegen alle Formen der Tuberculose

35 SECSRIGE 2 /kat. CC 2 5 Pyridin Piperidin Benzoanellierte Pyridinderivate C 3 Dolantin sehr starke analgetische Wirkung - eteroaromaten - schwache Basen - Vorkommen: in vielen aturstoffen Chinolin Isochinolin 35

36 Chinolin-Derivate SECSRIGE S 2 R Metal-ion 8-ydroxychinolin - stabile Innerkomplexe mit Metall-Kationen 8-ydroxychinolin- 5-sulfonsäure Antipyretikum 4-Alkylaminochinoline Antimalaria-Arznei F C C 2 5 orfloxacin DA-Gyrasehemmer sehr wirksames Bakterizid 36

37 Sechsringe mit zwei eteroatomen Pyrimidinderivate Pyridazin Pyrimidin Pyrazin 1,2-Diazin 1,3-Diazin 1,4-Diazin Pyrimidin-Basen aus ucleinsäuren 2 3 C Cytosin Uracil Thymin 37

38 Sechsringe mit zwei eteroatomen Barbitursäure (tautomere Forme) 5,5-Disubstituierte Derivate der Barbitursäure R 2 Thiamin (Vitamin B 1 ) R1 R1 R 2 C 2 5 C 2 5 C 2 5 C 6 5 C 2 5 C 6 9 wichtige Sedativa und Schlafmittel Barbital (Veronal) Phenobarbital (Luminal ) Cyclobarbital (Phenodorm) 2 C 3 C 2 C 2 Cl - Wuchsstoff für viele Mikroorganismen - therapeutisch: bei euritiden und euralgien 3 C S 38

39 Sechsringe mit zwei eteroatomen C 3 Sulphamerazin 2 S 2 - wichtiger Vertreter der Sulfonamid- Chemotherapeutika Pyrazingruppe 2 2 C 3 C 2 C 3 C 3 Trimethoprim verwendet in Kombination mit Sulfon- Amiden, das den bakteriellen Stoffwechsel hemmt 2 Pyrazin pk B = 13,4 Piperazin pk B = 4,05 Anthelmintikum (Wurmmittel), wirksam gegen xyuriasis, Ascaridiasis 39

40 Sechsringe mit zwei eteroatomen Phenothiazine S Phenothiazin 3 C S Cl C C S C 3 + Cl C 3 C 3 C 3 C 3 Methylenblau Verwendung: Farbstoff in der Pathologie und Bakteriologie reduzierte Form farblos 40

41 Sechsringe mit zwei eteroatomen Purine Purin-Basen aus DS 2 2 Adenin Guanin arnsäure 41

42 Sechsringe mit zwei eteroatomen Pterine Pteridin Folsäure C 2 C C C C 2 C 2 C 2 Pterin p-aminobenzoesäure L-Glutaminsäure - Biosfactor für die Leukocyten, - beeinflußt die Blutbildung - medizinische Anwendung: bei der Behandlung der perniciösen Anämie 42

43 Sechsringe mit zwei eteroatomen Riboflavin (Vitamin B 2 ) C 2 -C- -C- -C- C 2 3 C C isoliert aus Eiweiß and Wolke (70 mg aus 1000 L Milch (!)) - Wachstumsfaktor für Tiere und Mikroorganismen - beteiligt an biologischen Redoxvorgängen 43