Азины и пурины
Диазины и пиримидины
Второй атом азота в кольце делает азин ещё более π-дефицитным, а пиримидиновое кольцо — основой нуклеиновых кислот.
Как собрать пиримидин
- Разрежьте кольцо на фрагменты C–C–C (1,3-дикарбонил: 1,3-дикетон, β-кетоэфир, малоновый эфир) и N–C–N (мочевина, тиомочевина, гуанидин, амидин).
- Атомы C4 и C6 — бывшие карбонилы дикарбонильного компонента, C5 — его центральный атом; C2 с заместителем — от N–C–N: мочевина даёт 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 + мочевина → барбитуровая кислота; β-кетоэфир + мочевина → 6-метилурацил.
- Хлор вводят \(\ce{POCl3}\) (C=O → C–Cl), затем замещают нуклеофилами (C4 раньше C2) или удаляют водородом на Pd.
| Азин | \(pK_{aH}\) |
|---|---|
| пиридин | 5,2 |
| пиридазин (1,2) | 2,3 |
| пиримидин (1,3) | 1,3 |
| пиразин (1,4) | 0,6 |
Примеры
1. Малоновый эфир + мочевина (EtONa) → барбитуровая кислота; \(\ce{POCl3}\) → 2,4,6-трихлорпиримидин; \(\ce{H2}\), Pd → пиримидин (пособие Сальникова, С.16.6.3).
2. Ацетилацетон + гуанидин → 2-амино-4,6-диметилпиримидин.
3. Диэтил-2-этил-2-фенилмалонат + мочевина → фенобарбитал (5-этил-5-фенилбарбитуровая кислота).
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 C=O и N–H.
edit_noteПопробуйте сами
Какой пиримидин получится из ацетилацетона и мочевины?
expand_moreПоказать решение
4,6-Диметилпиримидин-2(1H)-он.
Нуклеиновые основания и пурины
Пурины — самые распространённые азотистые гетероциклы природы: аденин и гуанин есть в каждой молекуле ДНК и АТФ.
Как узнать и получить пурин
- Пурин — пиримидин, сочленённый с имидазолом; нумерация: N1, C2, N3, C4, C5, C6 в шестичленном кольце, N7, C8, N9 — в пятичленном (у нуклеозидов сахар — на N9).
- Нуклеиновые основания: пиримидины — урацил (РНК), тимин (5-метилурацил, ДНК), цитозин; пурины — аденин (6-аминопурин) и гуанин (2-амино-6-оксопурин). Пары: A–T (A–U) — две водородные связи, G–C — три.
- Синтез Траубе: 4,5-диаминопиримидин + HCOOH (или ортоформиат) → пурин.
- В 2,6,8-трихлорпурине нуклеофил замещает хлор сначала в C6, затем в C2; связь C8–Cl — самая инертная. Иодоводород восстанавливает оставшиеся связи C–Cl.
- Метилксантины: кофеин (1,3,7-триметилксантин), теобромин (3,7-диметил-), теофиллин (1,3-диметил-).
Примеры
1. 2,6,8-Трихлорпурин + \(\ce{NH3}\) → 6-амино-2,8-дихлорпурин; HI восстанавливает связи C–Cl → аденин.
2. Теобромин + \(\ce{CH3I}\) (основание) → кофеин.
3. Цитозин + \(\ce{HNO2}\) → урацил: дезаминирование — один из источников мутаций C → U.
errorПурины нумеруют не 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
Сколько водородных связей в паре G–C?
expand_moreПоказать решение
Три.
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 %.