8.8: Гетероциклічні ароматичні сполуки

Last updated
Save as PDF

Page ID: 25075

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Зображення піридину.

Хоча ароматичні іони є цікавими цікавинками, існує клас ароматичних сполук, які мають практичне значення з біологічної точки зору: гетероциклічні ароматичні сполуки. Ці сполуки, як правило, мають один або кілька вуглеців замінені на\(\mathrm{N}\)\(\mathrm{O}\), або\(\mathrm{S}\). Наприклад, піридин можна розглядати як азотний аналог бензолу. Азот\(\mathrm{sp}^{2}\) гібридизується і вносить електрон в ароматичну систему. Піридин є важливим компонентом багатьох біологічних молекул; наприклад, нікотин, компонент\(\mathrm{NAD}\) та системи\(\mathrm{NADH}\) окислення/відновлення, розглянутої раніше. Самотня пара на піридиновому азоті сидить в\(\mathrm{sp}^{2}\) гібридній орбіталі під прямим кутом до системи пі (як\(\mathrm{C-H}\) зв'язки), і, отже, піридин є основним, оскільки одинока пара доступна. Насправді піридин часто використовується як основа для реакції з будь-якою кислотою побічного продукту\(\mathrm{HCl}\), такою, яка може бути вироблена в реакції.

Зображення нікотину.

Зображення індолу.

Індол - ще одна гетероциклічна ароматична система, але, на відміну від піридину, індол використовує одиночну пару азоту, щоб сприяти ароматичній системі пі. Індол має\(10 \pi\) електрони (\(n=2\)), з яких два - від одиничної пари азоту.

Отже, індол не є основним. Кільцева система індолу також з'являється у багатьох біологічно важливих молекулах, включаючи нейромедіатор серотонін, амінокислотний триптофан та галюциноген лізергінової кислоти діетиламід (ЛСД).

Зображення серотоніну. Зображення триптофану. Зображення діетиламіду лізергінової кислоти.

Існує багато біологічно важливих азотистих ароматичних гетероциклів, наприклад, основи в\(\mathrm{DNA}\) і\(\mathrm{RNA}\) всі містять гетероциклічні ароматичні кільця. Наприклад, цитозин, який зазвичай пишеться в кето-формі (структура А) - який може на перший погляд не здатися ароматичним. Однак всі атоми в кільці площинні\(\mathrm{sp}^{2}\) гібридизовані і в кільці шість електронів. Результатом є те, що цитозин може існувати у формі таутомерного енолу (B), але кето-форма насправді більш стабільна (через\(\mathrm{C=O}\)). І енол, і кето форми є ароматичними.

Зображення реакції цитозину.