Практикум: гетероциклы

Синтезы гетероциклов

Практикум собирает всю тему. В цепочках с гетероциклами главное — узнать тип кольца и найти разрез, который ведёт к простым предшественникам. Затем предшественник собирают реакциями предыдущих тем: конденсацией Кляйзена, синтезами на ацетоуксусном эфире, реакцией Михаэля.

Как решить цепочку с гетероциклом

1. Определите тип кольца и найдите разрез: пятичленный цикл с одним гетероатомом собирают из 1,4-дикарбонильного соединения, индол — из фенилгидразина и кетона, пиридин — по Ганчу или из 1,5-дикарбонильного соединения, пиримидин — из 1,3-дикарбонильного соединения и фрагмента N–C–N, изохинолин — из β-арилэтиламина.
2. Соберите предшественник известными реакциями: конденсацией Кляйзена, синтезами на ацетоуксусном эфире, реакцией Михаэля.
3. Проверьте, куда придут заместители и совместимы ли реагенты с кольцом: сильные кислоты разрушают пиррол, а \(\ce{AlCl3}\) связывается с азотом пиридина.

Реакции гетероциклов

Реакции гетероциклов определяются их электронным строением. π-Избыточные кольца реагируют с электрофилами легче бензола, а π-дефицитные — с нуклеофилами.

Как предсказать реакцию гетероцикла

1. π-Избыточные гетероциклы (пиррол, фуран, тиофен, индол) вступают в электрофильное замещение в положение 2 (индол — в положение 3) с мягкими реагентами без сильных кислот.
2. π-Дефицитные гетероциклы (пиридин, хинолин, диазины) присоединяют электрофил к азоту; замещение в кольце идёт через N-оксид или в бензольное кольцо, а нуклеофилы атакуют положения 2 и 4.
3. Кислые связи N–H есть у пиррола, индола и NH-азолов, а кислые связи C–H — у метильных групп в положениях 2 и 4 пиридина.

Итоги двадцать седьмой темы

Тема показала, как гетероатом меняет свойства ароматического кольца. В пирроле, фуране и тиофене пара гетероатома входит в секстет, кольцо богато электронами и замещается электрофилами в положение 2, а индол — в положение 3. В пиридине пара азота остаётся вне секстета: он основание, а его кольцо обеднено электронами, поэтому электрофилы атакуют его трудно и в положение 3, а нуклеофилы — легко и в положения 2 и 4. Кольца собирают из простых предшественников: пирролы, фураны и тиофены — из 1,4-дикарбонильных соединений, индолы — из фенилгидразонов, азолы — из 1,3-дикарбонильных соединений с гидразином или из α-галогенкетонов с тиоамидами, пиридины — по Ганчу, хинолины и изохинолины — на анилинах и β-арилэтиламинах, пиримидины — из 1,3-дикарбонильных соединений и мочевины. Следующая тема посвящена углеводам: мы узнаем, как устроены сахара и почему их молекулы замыкаются в циклы.