Гетероциклическими называют соединения циклического строения, содержащие в цикле не только атомы углерода, но и атомы других элементов (гетероатомы).

Гетероциклические соединения – самая распространенная группа органических соединений. Они входят в состав многих веществ природного происхождения, таких как нуклеиновые кислоты, хлорофилл, гем крови, алкалоиды, пенициллины, многие витамины. Гетероциклические соединения играют важную роль в процессах метаболизма, обладают высокой биологической активностью. Значительная часть современных лекарственных веществ содержит в своей структуре гетероциклы.

Классификация

Для классификации гетероциклических соединений используют следующие признаки.

· по размеру цикла;

· по типу элемента, входящего в состав цикла;

· по числу гетероатомов, входящих в цикл;

· по природе и взаимному расположению нескольких гетероатомов;

· по степени насыщенности;

· по числу циклов.

Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом.

Ароматичность.

Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом – пиррол, фуран и тиофен  - представляют собой плоские пятиугольники с четырьмя атомами углерода и соответствующим гетероатомом – азотом, кислородом или серой.

 

Ароматический секстет π-электронов в этих молекулах образуется за счет π-электронов атомов углерода и неподеленных электронов гетероатомов.

Теория резонанса подтверждает ароматический характер фурана, пиррола и тиофена.

Пиррол, фуран и тиофен относятся к π -избыточным гетероциклам, так как в них число электронов, образующих ароматическую систему, превышает общее число атомов в цикле (соотношение равно 6:5).

Поскольку пиррол, фуран и тиофен имеют сходное электронное строение, в их химическом поведении имеется много общего.

Химические превращения гетероциклов можно классифицировать следующим образом:

 

· кислотно-основные превращения с участием гетероатома;

· реакции присоединения;

· реакции замещения;

· реакции замены гетероатома.

 

Основу химии пиррола, тиофена и фурана определяет способность этих соединений с легкостью вступать в реакции электрофильного замещения, преимущественно по α-положению.

В сильнокислой среде ароматическая система пиррола и фурана нарушается вследствие протонирования по атомам углерода. Поэтому их относят к ацидофобным соединениям, т.е. не выдерживающим присутствия кислот.

Тиофен, в отличие от пиррола и фурана, устойчив к действию сильных кислот и не относится к ацидофобным гетероциклам.

Относительная активность пятичленных гетероциклов в реакциях S_E снижается в ряду:

 

пиррол > фуран > тиофен > бензол

 

В связи с повышенной чувствительностью пятичленных гетероароматических соединений к сильным кислотам в ряде их реакций электрофильного замещения применяют модифицированные электрофильные реагенты.

Пиррол

Реакции электрофильного замещения

 

 

Окисление

 

	3-пирролинон-2           4-пирролинон-2

 

Восстановление

	пирролидин                                            3-пирролин

 

 

Реакции с основаниями

	пирролат натрия

 

 

Фуран