Методические указания c органической химии для студентов II курса специальности „Фармация”
Биологически важные шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами. Конденсированные гетероциклы.
ЦЕЛЬ: сформировать знание о строении, классификации, номенклатуре, изомерию, методы добывания и химические свойства шестичленних гетероциклив с 2-ма гетероатомами и конденсированных шестичленних гетероциклив.
Основные теоретические вопросы
1. Классификация, номенклатура и изомерия шестичленних гетероциклив с двумя гетероатомами.
2. Способы получения изомерных диазинив и их производных:
· синтез пиридазину конденсацией гидразину с 1, 4-дикарбонильними соединениями;
· синтез барбитуровой кислоты и ее превращение в пиримидин;
· синтез пиразину конденсацией 1, 2-диаминов с 1, 2-дикарбонильними соединениями.
3. Физическое и химическое свойства пиидазину, пиримидину и пиразину:
· основные и нуклеофильни свойства;
· реакции нуклеофильного замещение (SN);
· активуючий влияние електроннодонорних заместителей пиримидинового цикла в реакциях електрофильного замещение (SE);
· отношение к действию окислителей и видновникив.
4. Получение. Таутомерия и кислотные свойства барбитуроваї кислоты и ее производных;
5. Свойства пиримидинових основ (урацилу, тимину, цитозину). Таутомерни преобразование.
6. Фенотиазин: способы получения, физическое и химическое свойства.
7. Отдельные представители. Применение.
8. Классификация и номенклатура конденсированных систем гетероциклив.
9. Способы получения, ароматичнисть, таутомерия пурина и его гидроксипохидних (гипоксантину, ксантину, мочевой кислоты).
10. Физическое и химическое свойства пурина и его гидроксипохидних:
· кислотно-основные свойства;
· таутомерни преобразование (лактим-лактамна и азольна таутомерия);
· реакции нуклеофильного замещение (SN).
11. N-метильни похидни ксантину: источника получения, таутомерия, кислотно-основные свойства, применение.
12. Аминопурини: источника получения и свойства пуриновых основ (аденин, гуанин).
13. Идентификация пурина и его производных (мурексидна реакция).
14. Птередин: получение, свойства, производные.
15. Конденсированные гетероциклични системы группы алоксазину и изоалоксазину: получение, свойства (отношение к восстановлению).
Домашняя задача: 1, 2, 3, 4, 7, 12
Ситуационные задачи
1. Напишите структурные формулы таких соединений: 1) 1, 2-диазину; 2) 2,4, 6-тригидроксипиримидину; 3) пиразин-N-оксиду; 4) пиперазину; 5) урацилу; 6) тимину; 7) цитозину; 8) дибензо[6,е]-4Н-1, 4-тиазину; 9) метиленового синего.
2. Назовите приведенные соединения:
3. Напишите схемы последовательных химических преобразований, которые разрешают получить: 1) 3, 6-диметилпиридазин с 2, 5-гександиону и гидразину; 2) пиримидин с малонового естеру и мочевины; 3) пиразин из етилендиамину и глиоксалю. Назовите промежуточные продукты.
4. Охарактеризуйте электронное строение диазинив. Объясните, чему диазини, несмотря на наличие двух основных центров, образовывают соли только с одним эквивалентом кислоты. Напишите соответствующее уравнение реакции.
5. Расположите в ряд за уменьшением основности 1,2-, 1,3- и 1, 4-диазини, если рКвн+ в воде (20 °С) представляет: пиридазину — 2,33; пиримидину — 1,3; пиразину — 0,6. Ответ объясните.
6. Сравните реакционную способность пиримидину и пиридина в реакциях електрофильного и нуклеофильного замещение (SE, SN). Объясните имеющиеся отличия. Напишите соответствующие уравнения реакций.
7. Наличие которых електронодонорних заместителей в молекуле пиримидину оказывает содействие ходу реакций SE,? Напишите схемы 4-нитрирование гидроксипиримидину и 2-бромування аминопиримидину. Назовите продукты.
8. Приведите схему получения барбитуровой кислоты с малонового естеру и мочевины. Напишите схемы возможных таутомерних преобразований барбитуровой кислоты. В структуре наиболее стойкой таутомерної формы барбитуровой кислоты укажите группы, которые предопределяют кето-енольну и лактам-лактимну таутомерию.
9. Напишите схемы и назовите продукты реакций барбитуровой и 5, 5-диетилбарбитурової кислот из натрия гидроксидом. Назовите продукты.
10. Напишите схемы таутомерних преобразований нуклеїнових основ пиримидинового ряда (урацилу, тимину, цитозину). Укажите, которая с таутомерних форм преобладает в равновесии. Назовите вид таутомерии.
11. Напишите схему получения фенотиазину с бензену и других необходимых реагентов. Назовите промежуточные продукты.
12. Напишите уравнение реакций, которые разрешают осуществить такие химические преобразования:
13. Напишите структурные формулы таких соединений: 1) имидазо[4,5-d]пиримидину; 2) гипоксантину; 3) ксантину; 4) мочевой кислоты; 5) аденину; 6) гуанина; 7) теофилину; 8) теобромина; 9) кофеина; 10) алоксазину; 11) мурексиду; 12) птеридину.
14. Назовите приведенные соединения:
15. Напишите схему 8-получение метилпурину с 4, 5-диаминопиримидину (за методом Траубе).
16. Охарактеризуйте электронное строение пурина. Напишите таутомерни формы пурина.
17. Напишите схемы реакций, которые подтверждают амфотерный характер пурина. Назовите продукты.
18. Изобразите структурные формулы естественных соединений в состав которых входит пурин.
19. Приведите схемы таутомерних преобразований оксопуринив. Назовите таутомерни формы.
20. С помощью каких реакций можно довести амфотерный характер гипоксантину и ксантину? Напишите соответствующие уравнения.
21. Объясните, чему мочевая кислота – двохосновна, а не трьохосновна. Напишите схемы получения кислых и средних солей мочевой кислоты.
22. На примере мочевой кислоты приведите схему мурексидної реакции. Назовите промежуточные продукты. Какое значение имеет эта реакция в фармацевтическом анализе?
23. Напишите схемы реакций, которые доказывают наличие в молекуле мочевой кислоты пиримидинового и имидазольного циклов. Назовите продукты.
24. Приведите уравнение последовательных реакций, которые разрешают с 2,6, 8-трихлоропурину получить: 1) аденин; 2) гуанин; 3) гипоксантин; 4) ксантин. Назовите промежуточные продукты.
25. Напишите схемы химических преобразований, которые разрешают превратить: 1) мочевую кислоту в пурин; 2) аденин в гипоксантин; 3) 4, 5-диаминопиримидин в птеридин. Назовите промежуточные продукты.
26. Приведите схемы реакций, которые подтверждают амфотерный характер N-метильних производных ксантину (теофилину, теобромина). Чему кофеин обнаруживает только слабые основные свойства?
27. Напишите уравнение реакций, которые разрешают идентифицировать N-метильни производные ксантину.
28. Охарактеризуйте строение и химические свойства птеридину.
29. Приведите таутомерни формы алоксазину. Напишите схему восстановления изоалоксазину. Назовите продукт.
30. Напишите схемы реакций 1, 4-бензодиазепину с такими реагентами: 1) НС1; 2) Н2SО4; 3) Вг2 (Н2ОБ). Назовите продукты. Объясните, за счет какого основного центра в молекуле 1, 4-бензодиазепину происходят реакции солеутворення с кислотами.
31. Напишите уравнение реакций, которые разрешают осуществить такие
химические преобразования:
Методика выполнения практической работы
Биологически важные шестичленни гетероциклични соединения с двумя гетероатомами. Конденсированные гетероциклични соединения.
Работа 1. Сплавление солей барбитуровой кислоты из натрия гидроксидом.
Внимание! Опыт выполняют в вытяжном шкафу!
В ступку вмещают 1 лопатку 5, 5-диетилбарбитурової кислоты (барбиталу) и двойное количество кристаллического натрия гидроксиду. Смесь тщательно растирают, переносят в тигель и сплавляют. Ощущают характерный запах амониаку. Пары амониаку окрашивают красную лакмусовую бумагу, смоченная водой, в синий цвет:
Полученный сплав растворяют в воде и пидкислюють разбавленной сульфатной кислотой. Наблюдают выделение пузырьков газа карбона (IV) оксида и ощущают запах прогорклого масла (свободная диетилоцтова кислота): Эта реакция подтверждает строение производных барбитуровой кислоты как циклических уреїдив, которые при сплавлении с кристаллическим натрия гидроксидом подвергаются расщеплению.
Работа 2. Взаимодействие барбитуратив с раствором натрия гидроксиду.
В пробирку на кончике шпателя вмещают 5, 5-диетилбарбитурову кислоту и 1 мл воды. Содержимое пробирки встряхивают и к полученной суспензии доливают 1 мл 10 %-ного раствора натрия гидроксиду. Раствор становится прозрачным, что обусловлено образованием водорастворимых моно- и динатриєвої солей 5, 5-диетилбарбитурової кислоты. Динатриєва соль 5, 5-диетилбарбитурової кислоты в водном растворе гидролизується. Равновесие в реакции смещенная в сторону образования мононатриєвої соли 5, 5-диетилбарбитурової кислоты:
Работа 3. Взаимодействие барбитуратив с аргентуму нитратом.
В пробирку на кончике шпателя вмещают 5, 5-диетилбарбитурову кислоту и 2 мл 10 %-вого раствора натрия гидроксиду. Смесь энергично встряхивают и фильтруют. К полученному фильтрату каплями прибавляют 2 %-вей раствор аргентуму нитрата. Наблюдают образование белого осадка моносрибної соли барбиталу, который исчезает при струшуваннирозчину: Растворение однозамещенной серебряной соли 5, 5-диетилбарбитурової кислоты обусловленное присутствием в растворе мононатриєвої соли и образованием растворимой серебряно-натриевой соли 5, 5-диетилбарбитурової кислоты:
При дальнейшем добавлении 2 %-вого раствора аргентуму нитрата наблюдают выделение белого осадка дисрибної соли 5, 5-диетилбарбитурової кислоты, который не исчезает приструшуванни: Эта реакция общегрупповая и разрешает подтвердить аутентичность врачебных препаратов — производных барбитуровой кислоты.
.Работа 4. Идентификация фенобарбиталу.
Фенобарбитал – бесцветная прозрачная жидкость со специфическим ароматом.
ИДЕНТИФИКАЦИЯ
До 10 мл препарата корвалолу в колбе вместительностью 50 мл прибавляют каплями кислоту сульфатную кислоту к появлению стойкой опалесценции, потом прибавляют 20 мл воды Р и после охлаждения потирают стеклянной палочкой об стенки колбы к образованию сирнистого осадка. Фильтруют через складчатый фильтр, остаток на фильтре высушивают.
А. Несколько кристаллов сухого остатка помещают в пробирку и растворяют в 3 мл метанола Р, прибавляют 0,1 мл раствора, который содержит 100 г/л кобальт нитрата Р и 100 г/л кальций хлорида Р, перемешивают и прибавляют при стряхивании 0,1 мл раствора натрий гидроксиду разбавленного Р; появляется фиолетово-синяя окраска и образовывается асад:
Б. В пробирке встряхивают 0,05 г сухого остатка с 1 мл раствора 10 г/л натрий гидроксиду на протяжении 1-2 минут, прибавляют 0,2 мл раствора калий гидроген карбоната и калий карбоната Р, 0,1 мл раствора купрум(ИИ) сульфата Р; мгновенно появляется бледно-сиреневого цвета, который не изменяется при стоянии:
Работа 5. Растворимость мочевой кислоты и ее солей в воде.
В пробирку вносят на кончике шпателя мочевую кислоту и каплями при стряхивании доливают воду. После придания 10 капель воды отмечают плохую растворимость мочевой кислоты. К полученной суспензии добавляют 1 каплю 10 %-вого раствора натрия гидроксиду. Раствор становится прозрачным вследствие образования хорошо растворимой в воде динатриєвої соли сечовоїкислоти: К полученному раствору прибавляют 1 каплю насыщенного раствора аммония хлорида и наблюдают образование белого осадка диамониєвої соли мочевой кислоты — аммония урата: Работа 6. Образование кислой натриевой соли мочевой кислоты.
В пробирку вмещают 1 мл 5 %-вого раствора динатриєвої соли мочевой кислоты и пропускают карбона (IV) оксид из аппарата Киппа (см. рис. 1). Через несколько минут наблюдают выделение важкорозчинної кислой мононатриєвої
карбона (IV) оксида с помощью соли мочевой кислоты.
Под микроскопом изучают характерные иглистые кристаллы кислого натрия урата:
Работа 7. Мурексидна реакция.
Внимание! Опыт выполняют в вытяжном шкафу!
В фарфоровую чашку вмещают несколько кристаллов мочевой кислоты и 3-4 капли концентрированной нитратной кислоты. Полученную смесь осторожно выпаривают над пламенем горелки досуха. Розово-красный остаток, который образовался, после остывания смачивают 1-2 каплями 10 %-вого раствора амониаку. Наблюдают появление пурпурно-фиолетовой окраски.
Мурексидна реакция является общегрупповой реакцией на пурин и его производные: Работа 8. Отличная реакция N-метилксантинив.
В три пробирки отдельно вмещают по несколько кристаллов кофеина, теобромина, теофилину и прибавляют по 2 капле 10 %-вого раствора натрия гидроксиду. Содержимое пробирок встряхивают на протяжении 2 мин, а потом в каждую прибавляют по 2 капле 5 %-вого раствора кобальта (II) хлорида.
В пробирке с кофеином видимых изменений не наблюдают. В пробирке с теобромином появляется быстро исчезающая фиолетовая окраска и выделяется серовато-голубой осадок кобальтовой соли.
Теофилин в этих условиях образовывает кобальтовую соль — белый осадок с розовым оттенком: Студент должен знать:
строение, классификацию, номенклатуру, изомерию, методы добывания и химические свойства шестичленних гетероциклив.
Студент должен уметь:
– на основе функциональных групп относить вещества к определенному классу органических соединений;
– давать названия органических соединениям с помощью рациональной и международной (IUPAC) номенклатурных систем;
– проводить реакции, которые характеризуют химические свойства.
Список рекомендованной литературы:
1. В.П. Черных, Б.С. Зименковський, И.С. Грищенко. Органическая химия. В 3-х ч. Харьков “Основа”, 1986. Ч. 2. С. 422-432, 454-461.
2. Ю.О. Ластухин, С.А. Воронов. Органическая химия. Львов “Центр Европы”, 2000. С. 457-479.
3. Б.Н. Степаненко. Курс органической химии. В 2-х. ч. М.: Высш. Шк., 1981. Ч. 1. С. 396-404.
4. А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко. Органическая химия. Г.: Высш. шк., 1981, С. 252-258.
5. Тексты лекций.
Методическое указание составил: к.х. н., доц. Загричук Г.Я.
асист. Демид А.Е.
Утверждено на заседании кафедры
“___” ___________ 200__ г. Протокол № _____
Пересмотрено на заседании кафедры
“___” ___________ 200__ г. Протокол № _____
