Азины и пурины
Диазины и пиримидины
linkОпора
- Урок 357. Пиридин: строение и основность — объяснять основность и ароматичность пиридина
Второй атом азота в шестичленном кольце делает азин ещё более π-дефицитным, чем пиридин (урок 357), и ещё более слабым основанием. Из трёх диазинов важнее всего пиримидин: его кольцо входит в нуклеиновые основания, витамин B₁ и барбитураты. Пиримидины собирают из двух фрагментов: трёхуглеродного 1,3-дикарбонильного и фрагмента N–C–N.
Как собрать пиримидин
- Разрежьте кольцо на фрагмент C–C–C (1,3-дикарбонильное соединение: 1,3-дикетон, β-кетоэфир, малоновый эфир) и фрагмент N–C–N (мочевина, тиомочевина, гуанидин, амидин).
- Атомы C4 и C6 — бывшие карбонильные атомы дикарбонильного компонента, C5 — его центральный атом, а C2 с заместителем приходит от фрагмента N–C–N: мочевина даёт группу C2=O, гуанидин — \(\ce{C2-NH2}\), амидин \(\ce{RC(=NH)NH2}\) — C2–R.
- Сложноэфирная группа даёт у C4 или C6 группу C=O: малоновый эфир с мочевиной даёт барбитуровую кислоту, а β-кетоэфир с мочевиной — 6-метилурацил.
- Хлор вводят действием \(\ce{POCl3}\) (группа C=O превращается в C–Cl), а затем замещают нуклеофилами (C4 раньше C2) или удаляют водородом на палладии.
| Азин | \(pK_{aH}\) |
|---|---|
| пиридин | 5,2 |
| пиридазин (1,2) | 2,3 |
| пиримидин (1,3) | 1,3 |
| пиразин (1,4) | 0,6 |
Примеры
1. Фенобарбитал. Диэтилэтил(фенил)малонат с мочевиной в присутствии этилата натрия даёт фенобарбитал — 5-этил-5-фенилбарбитуровую кислоту.
2. Мочевина и 1,3-дикетон. Ацетилацетон с мочевиной в кислоте даёт 4,6-диметилпиримидин-2(1H)-он: мочевина приносит атом C2 с группой C=O.
errorПиримидиноны — это лактамы
«2-Гидроксипиримидин» и «4-гидроксипиримидин» существуют в основном в оксо-форме — пиримидин-2(1H)-он и пиримидин-4(3H)-он, как урацил и тимин. В структурах оснований рисуйте группы C=O и N–H.
edit_noteПопробуйте сами
Зачем при восстановлении 2,4,6-трихлорпиримидина водородом на палладии добавляют оксид магния?
expand_moreПоказать решение
Водород замещает атомы хлора, и выделяется хлороводород; оксид магния связывает его, чтобы кислота не отравляла катализатор и не протонировала пиримидин.
Нуклеиновые основания и пурины
Пурин — пиримидин, сочленённый с имидазолом. Аденин и гуанин, пуриновые основания, есть в каждой молекуле ДНК, РНК и АТФ, а кофеин и мочевая кислота — тоже производные пурина. Эмиль Фишер получил пурин и все его главные производные из одного исходного вещества — мочевой кислоты.
Как узнать и получить пурин
- Атомы пурина нумеруют так: N1, C2, N3, C4, C5, C6 в шестичленном кольце и N7, C8, N9 в пятичленном; у нуклеозидов сахар присоединён к N9.
- Нуклеиновые основания: пиримидины урацил (в РНК), тимин (5-метилурацил, в ДНК) и цитозин и пурины аденин (6-аминопурин) и гуанин (2-амино-6-оксопурин). Аденин образует с тимином (или урацилом) две водородные связи, а гуанин с цитозином — три.
- По Траубе пурин получают из 4,5-диаминопиримидина и муравьиной кислоты или ортоформиата.
- В 2,6,8-трихлорпурине нуклеофил замещает хлор сначала в C6, затем в C2, а связь C8–Cl самая инертная; иодоводород восстанавливает оставшиеся связи C–Cl.
- Метилксантины: кофеин (1,3,7-триметилксантин), теобромин (3,7-диметилксантин) и теофиллин (1,3-диметилксантин).
Примеры
1. Кофеин из теобромина. Теобромин с иодметаном в присутствии основания метилируется по N1 и превращается в кофеин.
2. Дезаминирование цитозина. Азотистая кислота превращает цитозин в урацил: аминогруппа заменяется оксогруппой, и это один из источников мутаций.
errorПурины нумеруют не так, как индол
Сначала нумеруют шестичленное кольцо (N1–C6), потом пятичленное (N7, C8, N9); атомы сочленения — C4 и C5, а не 3a и 7a.
edit_noteПопробуйте сами
К какому атому пурина присоединяется сахар в нуклеозидах?
expand_moreПоказать решение
К атому N9 пятичленного кольца.
push_pinГлавное
Диазины — пиридазин (1,2), пиримидин (1,3), пиразин (1,4) — ещё беднее электронами, чем пиридин: основность низкая (пиридазин 2,3, пиримидин 1,3, пиразин 0,6), электрофильное замещение идёт лишь при донорах, нуклеофильное — легко; в 2,4-дихлорпиримидине первым замещается хлор при C4. Пиримидины собирают из 1,3-дикарбонильного соединения и фрагмента N–C–N: мочевины (пиримидин-2-оны; с малоновым эфиром — барбитуровая кислота), тиомочевины, гуанидина (2-аминопиримидины), амидинов. Барбитуровая кислота + \(\ce{POCl3}\) → 2,4,6-трихлорпиримидин → водород на палладии → пиримидин. Нуклеиновые основания: пиримидины урацил, тимин, цитозин (лактамные формы) и пурины аденин и гуанин; пары A–T (две водородные связи) и G–C (три). Пурин — пиримидин, сочленённый с имидазолом; Фишер получил из мочевой кислоты через 2,6,8-трихлорпурин пурин, аденин, гуанин и ксантин (нуклеофил замещает хлор сначала в C6, затем в C2); кофеин — 1,3,7-триметилксантин; синтез Траубе: 4,5-диаминопиримидин + муравьиная кислота → пурин.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.