Пятичленные гетероциклы с несколькими гетероатомами

Введение

в молекулу фурана, тиофена или пиррола дополнительных гетероатомов, чаще всего N и S, очень сильно изменяет их свойства, как правило, в непредсказуемую сторону в связи с их малой изученностью.

Азапроизводные пиррола

Введение

в пиррол второго атома азота приводит к принципиально различным молекулам в зависимости от того, в какое положение вступает азот (схема 27.5).

Замещение на азот С₂-атома в пирроле дает пиразол, а С₃ — имидазол:

Схема 27.5. Азапроизводные пиррола.

Введение

второго атома азота в пиррол сильно стабилизирует молекулу, понижая электронную плотность в цикле, поэтому пиразол вступает в реакцию электрофильного замещения намного труднее, чем пиррол. Он не боится кислой среды и при протонировании не полимеризуется, поэтому пиразол сульфируется серной кислотой (лете олеумом), нитруется, меркурируется, хлорируется и бромируется. Замещение Н-атома происходит в 4-положение, т. е. в наиболее удаленное от атомов азота:

Цикл пиразола устойчив к окислителям, поэтому алкилпроизводные могут быть окислены до карбоновых кислот без разрушения цикла:

Галогенопроизводные пиразола аналогичны галогенобензолам. Их галогены «не омыляемые», т. е. сильно сопряжены с ядром. В сильно щелочной среде связь N-N в пиразоле диссоциирует. Пиразол такая же слабая кислота, как и пиррол. Второй атом азота проявляет весьма слабые основные свойства. Пиразол имеет /_Го1 = 70 °C и /_КИ1| = 187 °C, растворим в воде. Получается из р-дикстонов и гидразина:

Пиразол образуется из малонового диальдегида. Пиразол и его производные не найдены в природе. Однако из пиразола синтезировано много лекарственных средств, в том числе таких известных, как пирамидон, анальгин, а также красители пиразолонового ряда и др.

Имидазол обладает высокой устойчивостью, как и пиразол. Он имеет более высокие t_m = 90 °C и /_кип = 250 °C. Это связано с тем, что имидазол намного сильнее, как основание, чем пиразол, и поэтому более структурирован. Если показатель константы кислотной диссоциации катиона пиразолония CjNjHJ р/Г * = 2,5, то для имидазолония CjNjHj Р^_вн* = 7. Разница в 4,5.

ед. рК очень велика и обеспечивает сильное структурирование имидазола за счет водородной связи I C’V N—Н • • •.

^N-H.

В реакциях электрофильного замещения имидазол напоминает пиразол. Замещение проходит в положении 4 или 5, в которых электронная плотность намного больше, чем в положении 2.

Имидазол широко распространен в биологических объектах и входит в состав аминокислот (гистидин в составе гемоглобина), алкалоидов, нуклеиновых кислот.

Имидазол может быть получен из глиоксапя и формапьдегидаммиака:

Оба атома азота эквивалентны, потому что NH-атом водорода легко мигрирует между ними.

Как слабая кислота, имидазол образует металлопроизводные с Na или М₈(Г)СН₃:

Триазолы получают замещениемСН= в имидазоле на азаатом. Так,.

1,2,3-триазол nC3n с /" = 23 °C и /_кип = 203 °C, хорошо растворим в.

N.

Н воде и органических растворителях. Слабое основание, слабо реагирует с электрофилами, устойчив к окислителям. Получается из СН=СН и NH₃.

1,3,4-Триазол имеет t_m = 120 °C и /_кип = 260 °C. Обладает те;

^XN.

Н ми же химическими свойствами, что и его изомер. Получается реакцией формамида с формилгидразином:

т «f~f.

етразол n N содержит только один атом углерода в цикле. Сильно.

N.

Н структурирован, так как является сильной кислотой и вступает в реакцию автоассоциации. Результатом этого является очень высокая /^ = 156 °C. Хорошо растворим в воде и многих органических растворителях, плохо — в эфире и бензоле. Возгоняется. Типичное ароматическое соединение. Сильно сопротивляется окислителям. Метилируется диазометаном, образуя N-метилтетразол:

Получают из HCN и HN₃: