Індол
П’ятичленні гетероциклічні сполуки з двома гетероатомами.
Індол
Будова молекули індолу
Назва за IUPAC Індол
Інші назви 2,3-Бензопірол, кетол, 1-бензазол
Властивості
Молекулярна формула C8H7N
Молярна маса 117,15 г/моль
Зовнішній вигляд Біла тверда речовина
Густина 1,1747 г/см3
Тпл 52–54 °C
Ткип 253–254 °C (526 K)
Розчинність (вода) 0,19 г/100 мл (
Розчинний у гарячій воді
Кислотність (pKa) 16,2 (21,0 в ДМСО)
Основність (pKb) 17,6
Структура Кристалічна структура
Дипольний момент 2,11 Д
Індо́л — ароматична гетероциклічна органічна сполука, що складається з конденсованих бензольноного та пірольного кілець. Цей гетероцикл є основним структурним елементом амінокислоти триптофан.
Історія
Хімія індолу розвивалась завдяки популярному барвнику індиго. Індол було отримано з індиго через ізатин та оксиіндол Баєром в 1886 році. Він же й встановив його будову.
Отримання
Індол промислово отримують з вугілля. Похідні можуть бути синтезовані багатьма способами.
Хімічні властивості
Як і пірол, індол є дуже слабкою основою (pK спряженої кислоти −3.6). N–H група може виступати як слабка кислота (pK 21 в ДМСО)
Електрофільне заміщення
Електрофільне заміщення йде по положенню 3, швидкість заміщення в 1013 рази більша, ніж в бензені.
Триптофа́н (β-(β-індоліл)-α-амінопропіонова кислота[1]) — незамінна амінокислота. Кодується тільки одним кодоном — UGG. L-стереоізомер входить до складу гамаглобулінів, фібриногену, казеїну та інших білків. Триптофан є провітаміном.
Загальний опис
Триптофан був уперше виділений Ф. Гопкінсом і С. Коулом у 1901 році з казеїну. Унаслідок різноманіття пов’язаних з триптофаном метаболічних реакцій і продуктів він був однієї з перших амінокислот, що були віднесені до незамінних. Дослідження, проведені на представниках роду Neurospora (червона хлібна пліснява) і на бактеріях Pseudomonas, а також виділення метаболітів триптофану із сечі, надали неоціненну допомогу в з’ясуванні деталей його метаболізму.
Триптофан існує в оптично активних L– і D-, та рацемічній DL-формі. Добре розчинний у воді, обмежено — у спирті, не розчинний в діетиловому ефірі. Це гетероциклічна амінокислота й одна з найважливіших амінокислот із широким спектром дії. Триптофан використовують клітини ссавців для біосинтезу нікотинової кислоти (вітамін РР) і серотоніну, для створення м’язових білків, білків антитіл імунної системи, він бере участь у синтезі мелатоніну, є необхідним будівельним матеріалом для організму, нормалізує роботу нервової системи і травлення, має антидепресантну дію, підвищує опірність стресам, поліпшує сон. Недостатня кількість триптофану викликає погіршення стану шкіри й волосся, анемію, викликає безсоння.
Біосинтез триптофану в мікроорганізмів і рослин здійснюється конденсацією амінокислоти серину з індолом, що каталізується ферментом триптофансинтазою . Біосинтез триптофану в кишкової палички використовували для доказу колінеарності гену і поліпептидного ланцюга, який цим геном кодується, коли розміщення кожної амінокислоти в поліпептидному ланцюгу визначається окремою ділянкою гену.
В організмах тварин L-триптофан піддається складним перетворенням, утворюючи ряд життєво важливих сполук: із продуктів його розпаду в ссавців утворюється нікотинова кислота і серотонін, у комах — пігменти очей (омохроми), у рослин — гетероауксин, індикан та ряд алкалоїдів.
Метаболізм
Перетворення L-триптофану в серотонін та мелатонін (ліворуч), і ніацин (праворуч).
Під час нормального розпаду в організмі 6 із 11 атомів вуглецю триптофану включаються в цикл трикарбонових кислот через ацетил- і ацетоацетилкофермент, а решта 5 перетворюються в CO2. Під час процесів гниття в кишківнику з триптофану утворюються скатол та індол.
При введенні з їжею 14C-триптофану значна частина ізотопу включається до складу білків, однак істотна частина виявляється в сечі в складі різних катаболітів. Атоми вуглецю бічного ланцюга й ароматичного кільця можуть цілком переходити в амфіболічні інтермедіати при трансформації триптофану кінуренін-антранілатним шляхом, який відіграє важливу роль у деградації триптофану та його перетворенні в нікотинамід.
Триптофаноксигеназа (триптофанпіролаза) каталізує розкриття індольного кільця зі включенням двох атомів молекулярного кисню в N-формілкінуренін, що утворюється в результаті. Цей фермент є металопротеїном, що містить залізопорфірин. Синтез N-формілкінуреніну в печінці індукується адренокортикостероїдами і триптофаном. Значна частина синтезованого ферменту перебуває в латентній формі і потребує активації. Триптофан стабілізує оксигеназу відносно протеолітичних ферментів. Вона інгібується за принципом зворотного зв’язку похідними нікотинової кислоти, в тому числі NADPH.
Гідролітичне видалення формільної групи N-формілкінуреніну каталізується в печінці ссавців кінуренінформілазою. Гідроліз H218O приводить до включення атома 18O у форміат, що утворюєся. Фермент також каталізує аналогічні реакції з різними арилформіламінами.
Продуктом реакції, каталізованої кінуренінформілазою, є кінуренін. Він може бути дезамінованим у результаті реакції переамінування з переносом аміногрупи бічного ланцюга на α–кетоглутарат. Утворена при цьому кетопохідна проходить спонтанну циклізацію, перетворюючись в кінуренову кислоту. Ця сполука є побічним продуктом катаболізму кінуреніну і не належить до катаболітів, які утворюються на головному шляху. Подальший хід метаболізму кінуреніну включає його перетворення в 3-гідроксикінуренін і далі в 3-гідроксиантранілат. Гідроксилювання відбувається за участі молекулярного кисню і здійснюється в NADPH-залежній реакції гідроксилювання, аналогічної реакції гідроксилювання фенілаланіну.
Кінуренін і гідроксикінуренін перетворюються в гідроксиантранілат за участі піридоксальфосфат-вмісного ферменту кінуренінази. Нестача вітаміну B6 веде до часткової втрати здатності до катаболізму цих кінуренінових похідних. У позапечінкових тканинах вони перетворюються в ксантуренат. Цей за норми відсутній катаболіт з’являється в сечі людини, мавп і щурів при недостатній кількості в їжі вітаміну B6. В цих умовах введення наднормових кількостей триптофану призводить до екскреції ксантуренату зі сечею.
У багатьох тварин перетворення триптофану в нікотинову кислоту робить необов’язковим надходження цього вітаміну з їжею. У щурів, кроликів, собак і свиней триптофан з їжі може цілком його замінити. У людини, а також у ряду тварин, надлишкове споживання триптофану з їжею підвищує екскрецію зі сечею похідних нікотинової кислоти (наприклад, N-метилнікотинаміду). При недостатності вітаміну B6 порушення утворення з триптофану нікотинової кислоти може спричинити порушення синтезу піридинових нуклеотидів — NAD+ і NADP+. Якщо ввести в організм достатню кількість нікотинової кислоти, нормальний синтез піридинових нуклеотидів відновлюється навіть за відсутності вітаміну B6.
Флуоресценція
Триптофан має найсильнішу серед 20 головних природних амінокислот флуоресценцію. Поглинаючи світло з довжиною хвилі (на піці) 280 нм, триптофан сольватохромно випромінює в діапазоні 300—350 нм. Цей ефект часто використовується в дослідженнях біофізики білків. Окрім того взаємодія з нуклеїновими основами часто призводить до падіння інтенсивності флюоресценції («quenching»), що дозволяє спостерігати роль амінокислоти в протеїн—ДНК взаємодіях.]
Функції в організмі людини
Триптофан регулює функцію ендокринної системи, що попереджає анемію, регулює кров’яний тиск, відповідає за синтез гемоглобіну. Споживання триптофану змушує гіпофіз виробляти більшу кількість гормону росту. Припускають, що ця амінокислота стимулює секрецію інсуліну, що у свою чергу активує синтез жирних кислот у печінці.
Особливе значення ця амінокислота має у фармакології, де вона та її похідні застосовуються як інгредієнти багатьох лікарських препаратів. При таких захворюваннях, як рак, туберкульоз та діабет триптофан сприяє нормальному функціонуванню різних систем організму. Нестача його веде до розвитку пелагри, погіршення стану зубів, помутніння рогівки ока, катаракти.
Під час вагітності підвищується необхідність жіночого організму у таких амінокислотах як триптофан і лізин, а для немовлят — триптофан та ізолейцин.
Триптофан, як попередник серотоніну, має антидепресантну дію на організм. Сприяє зняттю гіперактивності та нав’язливих станів у дітей, тривожності перед менструацією у жінок, фіброміалгії і синдрому хронічної втоми. Як попередник мелатоніну, сприяє хорошому засинанню і нормальному сну як у ранньому, так і у літньому віці.
Під час регенеративних процесів збільшується потреба організму у незамінних амінокислотах.
Триптофан бере участь у виправленні помилок процесу подвоєння ДНК. Разом з лізином вони утворюють трипептид лізин—триптофан—лізин, який виправляє помилки, котрі виникають при подвоєнні ДНК. Ця властивість триптофану має першорядне значення під час вагітності, та для запобігання утворення ракових клітин.
Джерела надходження
Триптофан не синтезується організмом людини, а надходить з їжею. Добова потреба дорослої людини в ній становить
Порушення метаболізму
Основний шлях метаболізму триптофану приводить до синтезу аміду нікотинової кислоти, що відіграє дуже важливу роль у життєдіяльності організму, будучи простетичною групою ряду окисних ферментів — нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАД) і його відновленої форми нікотинамідаденін-динуклеотидфосфату (НАДФ). Тому при недостатності нікотинової кислоти та її аміду порушуються багато обмінних реакцій, а при значному дефіциті цих речовин розвивається пелагра. Порушення обміну триптофану може проявитися також у зміні кількості утвореного з нього серотоніну. Ураження нирок викликається підвищеною екскрецією метаболітів триптофану. Вроджена відсутність триптофан-піролази (ферменту, що окисляє триптофан) призводить до розумової відсталості. Порушення обміну триптофану у людини може сигналізувати про ряд захворюваня, як то: туберкульоз, рак, діабет.
Скатол (3-метиліндол) — гетероциклічна хімічна сполука. Похідна індолу. Продукт гниття білків, що міститься у калі. У великих концентраціях має відразливий запах. У малих концентраціях скатол має вершково-молочний запах, при ще більшому розрідженні — квітковий. Використовується як ароматизатор у парфумерії, харчовій та тютюновій промисловості.
Інди́го (ісп. Indigo з лат. indicum, від грец. ‘Ινδικός — індійський) — кристали темно–синього кольору, які погано розчиняються у більшості органічних розчинників і слабо розчиняються в нітробензолі, хлороформі. Використовуються як кубові барвники. Одержують штучно, раніше добували з рослини індиго (рід Індигофера).
Барвник індиго
Під час сульфуванні отримується індигокармін, який застосовують як окиснувально-відновний індикатор для виготовлення чорнил, синьки, акварельних фарб.
Індиго є великотонажним товаром, більша частина якого використовується для фарбування тканин.
Властивості індиго
Індиго не розчиняється у воді. Індиго не розчиняється також і в більшості органічних розчинників.
Сульфування індиго
Барвник індиго просульфувався сірчаною кислотою і перетворився у барвник сульфоіндиго, який, як і більшість сульфокислот, розчиняється у воді.
У процесі сульфування індиго утворюється 5,5-дисульфоіндиго -сполука, що дістала назву індигокармін.
Відновлення індиго і кубове фарбування
Розчини станітів є сильними відновниками і в лужному середовищі відновлюють синє індиго в біле індиго (лейкоіндиго), яке містить енольні гідроксили і тому легко розчиняється в лугах з утворенням розчинів жовтого кольору. Кисень повітря швидко окиснює біле індиго і перетворює його знову у синє індиго.
Білу тканину вміщують у лужний розчин відновленого індиго, у так званий куб, і протягом хвилини змочують ним тканину, перемішуючи при цьому суміш тканини з розчином індиго скляною паличкою. Потім тканину виймають із розчину, злегка її віджимають і вивішують на скляну шличку, закріплену на штативі. На повітрі тканина спочатку стає зеленою, а потім зафарбовується в інтенсивний синій колір. Цю операцію в промисловості називають кубовим фарбуванням.
Відновлювати синє індиго можна також гідросульфітом натрію. Індиго розчиняється й утворює розчин відновленого (білого) індиго темно-жовтого кольору.
Броміндиго — бромпохідні індиго. Тривкі кубові барвники синього або червоного кольору різних відтінків. Різні броміндиго містять від 1 до 6 атомів брому в молекулі. Добувають броміндиго бромуванням індиго. Найчастіше вживають тетраброміндиго.
Реакції індигокарміну.
При кімнатній температурі або слабкому нагріванні синє забарвлення розчину змінюється на жовто-коричневе:
Відношення до відновників.
Розчин поступово забарвлюється в синій колір. При стоянні рідина знову жовтіє. Зміна забарвлення відбувається доти, поки у розчині буде присутня глюкоза, здатна у лужному середовищі відновлювати індигокармін.
Індол та його похідні
П’ятичленні гетероциклічні сполуки з двома гетероатомами.
АЗОЛИ
АЗОЛИ — п’ятичленні гетероароматичні сполуки, які містять у циклі не менше двох гетероатомів, один з яких — атом нітрогену, а також бі- і поліциклічні конденсовані системи на основі азольного циклу. До цієї групи сполук відносять моноциклічні системи та їх бензопохідні: діазоли — піразол (І), імідазол (ІІ); триазоли — 1,2,3-, 1,2,4-триазоли (ІІІ, ІV), тетразол (V), тіазол (VI), ізотіазол (VII), оксазол (VIII), ізоксазол (ІХ), окса- і тіадіазоли (1,2,3‑, 1,2,4-, 1,2,5-, 1,3,4-оксадіазоли і тіадіазоли, Х=О, S, Х-ХІІІ), індазол (бензопіразол) (XIV), бензимідазол (XV), бензотіазол (XVI), 1,2-бензізотіазол (XVII), 1,2-бензізоксазол (XVIII), 2,1-бензізотіазол (XIX), 2,1‑бензізоксазол (ХХ), бензотриазол (ХХІ):
Піразол 
Іміазол 
1,2,3-триазол 
1,2,4-триазол 
Тетразол 
Пентазол 
Оксазол 
Іоксазол 
Тіазол 
Ізотіазол 
Для А. застосовують номенклатуру, яка об’єднує тривіальні і систематичні назви (Ганча – Відмана), однак, практично всі назви азотвмісних сполук мають закінчення «-азол». У молекулах діазолів, триазолів і тетразолів присутні два типи атомів нітрогену в sp2-гібридизації: один — із парою електронів на р-АО ортогональній площині молекули (кислотний центр), а другий — з парою електронів на sp2-АO у площині циклу (основний, нуклеофільний центр). Імідазол — основа середньої сили, інші А. — слабкі основи; сила основи зменшується зі збільшенням кількості атомів нітрогену в молекулі (Iефект). Кисневмісні А. менш основні, особливо якщо гетероатом міститься поряд із центром протонування. Кислотність А. зростає зі збільшенням кількості атомів нітрогену: триазоли за кислотністю можна порівняти з фенолом, а 1Н-тетразол — з ацетатною кислотою. N–Незаміщені А. легко утворюють водневі зв’язки в рідинних та твердих фазах. Формування водневих зв’язків менш вірогідне в ряду N-заміщених А., оксазолів і триазолів. Для N-незаміщених ди-, три- і тетразолів характерна прототропна таутомерія. Завдяки швидкому протонному переносу 3- і 5–заміщені піразоли або 4- і 5-заміщені імідазоли взаємоперетворюються настільки швидко, що їх неможливо розділити.
Таутомери також можуть існувати в розчині переважно в одній з форм. А. стійкі до дії кислот і окисників. По відношенню до електрофільних агентів А. менш активні, ніж їх п’ятичленні аналоги з одним гетероатомом. Імідазол — амфотерна сполука. Катіон імідазолію та імідазоліл-аніон — симетричні делокалізовані структури.
Електрофільне заміщення в сильнокислому середовищі інгібується протонуванням атома нітрогену, перебігає переважно за положенням 4. Нуклеофільне заміщення орієнтоване за положенням 2. У піразолі реакції SE проходять за положенням 4. Для три- і тетразолів електрофільне заміщення за атомом карбону не притаманне. Нуклеофільне заміщення порівняно з діазолами перебігає досить легко. Три-, тетразоли, які містять угруповання –N=N–, можуть при нагріванні або під дією світла розщеплюватися із втратою азоту. Оксазоли проявляють слабкий ароматичний характер і вступають у реакції приєднання і циклоприєднання. В оксазолах, тіазолах та їх бензоаналогах нуклеофільне заміщення перебігає за положенням 2. В ізоксазолах розкриття циклу відбувається за слабким зв’язком N–O, що використовують у синтетичних цілях. У деяких оксадіазолах, тіадіазолах нуклеофільне заміщення перебігає швидко за положенням, активованим атомами нітрогену.
Імідазол входить до складу амінокислоти гістидину та продукту її декарбоксилування — гістаміну. Гістидинові залишки виявлені в активних положеннях рибонуклеази та деяких інших ферментах. Похідні І. широко застосовують у фармації: 2-нітроімідазол (азоміцин) — природний антибіотик, метронідазол — антимікробний препарат, біфоназол, клотримазол — антимікотичні препарати. Імідазольний цикл містять деякі циклічні уреїди (парабанова кислота, гідантоїн). Піразол і його похідні входять до складу ЛП амінофеназону амідопірину, метамізолу натрію, фенілбутазону, які виявляють протизапальну, анальгезивну та жарознижувальну дію.
Тетразоли відіграють важливе значення в медичній хімії, оскільки N-незаміщені тетразоли можна розглядати як аналоги карбонових кислот. Були синтезовані аналоги амінокислот та інших природних карбонових кислот, в молекулах яких карбоксильна група заміщена тетразольним циклом. Бензимідазол міститься у складі структури вітаміну В12, деяких фунгіцидів, противиразкових препаратів (зокрема омепразолу) та ін. Похідні тіазолу, на відміну від оксазолу, широко розповсюджені у природі: вітамін В1 (тіамін), блеоміцинові антибіотики, які виявляють протипухлинну активність. Деякі напівсинтетичні β–лактами (цефотаксим) містять фрагменти 2-амінотіазолу в боковому ланцюгу.
Існує декілька природних ізоксазолів, які виявляють цінні фармакологічні властивості. Мусцимол, виділений з мухомора, виявляє сильну психотропну дію, впливає на нервові клітини мозку, які використовують γ-аміномасляну кислоту як нейротрансмітер. Структура цієї сполуки була взята за основу при створенні низки синтетичних ізоксазолів як потенційних анальгетичних речовин. Циклосерин та ізоксазолін — протитуберкульозні і протипухлинні природні антибіотики. Деякі напівсинтетичні пеніциліни (оксацилін, клоксацилін, доклоксацилін) містять ізоксазольний фрагмент у бокових ланцюгах.
Похідні А. також застосовують у промисловому синтезі ЛП, пестицидів, барвників, оптичних вибілювачів тощо.
Будова піразолу та імідазолу
Піразол і імідазол відносяться до ароматичних сполук. Атом азоту, що має протон, надає свою НСЕ в ароматичний секстет. Цей атом азоту називається пиррольного. Другий атом азоту, його називають піридиновим, віддає тільки один р-ē, його НСЕ розташована на sp2-гібридних орбиталях і обумовлює основні властивості обох гетероциклів. Таким чином, ароматичний секстет цих гетероциклів складається з 3-х р-ē атомів вуглецю, 2-х р-ē НСЕ атома азоту і одного р-ē атома азоту піридинового типу.
Прототропна таутомерія похідних піразолу та імідазолу
Нумерація в циклах проводиться від пиррольного атома азоту.реакційна здатність1. Кислотно-основні властивостіІмідазол і піразол є амфотерними сполуками, проявляючи основні та NH-кислотні властивості. Через взаємного акцепторного впливу атомів азоту, розташованих поруч, основність піразолу на чотири порядки менше основності імідазолу.
2. Реакції електрофільного заміщення, SEAr
Реакції електрофільного заміщення, SEAr протікають з працею в жорстких умовах (порівняйте з реакційною здатністю гетероциклів з одним гетероатомом), в 1010 разів повільніше бензолу. Причиною є протонирование в кислих умовах основного (пиридинового) атома азоту і труднощі при утворенні двухзарядного-комплексу. Реакції йдуть переважно в положення 4 для піразолу і положення 5 (4) для імідазолу.
Приклади реакцій
ПІРАЗОЛ (1,2-діазол), мол. м. 68,08; бесцв. кристалли з специфічним запахом; т.пл. 1,4703; добре розчинний у воді, гірше у бензолі та циклогексані (відповідно 130,18 і
Характер замісника впливає на положення таутомерної рівноваги.
Піразол володіє ароматичними властивостями, які повязані з наявністю 6-електронної спряженої пари.
При нагріванні алкільні замісники утворюють 1,2-диалкілгідразини:
Нітрування піразолів, незамещених по атому 1 и содержащих в положении 4 электроноакцепторну групу, приводить до 1-нітропохідних:
Замісники піразолу легко галогенуються:
Вутворення піразолідину 2:
Взаємодія з гідразином:
Отримання піразолу:
Лікарські сполуки на основі піразолону-5
Синтез антипіину і амідопірину
Синтез анальгіну
Синтез бутадіону
Якісні реакції на антипірин.
Поява інтенсивно-оранжевого забарвлення, зумовлена утворенням комплексної сполуки — феропірину:
Поява смарагдово-зеленого забарвлення, зумовлена утворенням 4-нітрозоантипірину:
Якісні реакції на амідопірин.
Розчин набуває
незникаючого інтенсивного синьо-фіолетового забарвлення (відмітна реакція амідопірину від анальгіну):
Поява темно-синього забарвлення розчину, зумовлена утворенням берлінської лазурі Fе4[Fе(СN)6]з (відмінна реакція амідопірину від антипірину):
Анальгі́н — болезаспокійливий і жарознижуючий препарат. Вживається при головному та ін. болях.
АНАЛЬГІН (ANALGINUM)
Загальна характеристика:
Міжнародна та хімічна назви: metamizole sodium; [(1,5-диметил-3-оксо-2-феніл-2,3-дигідро-1Н-піразол-4-іл)-N-метиламіно]метансульфонат натрію; Основні фізико-хімічні властивості: таблетки білого або білого з жовтуватим відтінком кольору, із плоскою поверхнею фаскою та рискою; Склад: 1 таблетка містить метамізолу натрію
Форма випуску. Таблетки.
Якісні реакції на анальгін.
Відчувають різкий запах сульфуру (IV) оксиду і формальдегіду:
Пірол
Пірол являє собою безбарвне масло, легко окиснюється при стоянні. Для похідних піролу характерно червоне забарвлення соснової палички, змоченої конц. соляною кислотою.
Методи отримання
Реакційна здатність
Для піролу характерні реакції електрофільного заміщення, SEAr, що проходять в особливих випадках переважно по альфа-положенню. Пірол також проявляє властивості NH-кислот.
Пірол є слабкою NH-кислотою, рКа N-H 3.8, та здатен реагувати з лужно-земельними металами та основами.
Пиролат калію використовують для отриммання 1- і 2-алкілпіолів по наступній схемі:
Основні властивості атома азоту піролу практично відсутні за рахунок включення його неподіленої пари електронів в ароматичний секстет, але пірол здатний протоновану щодо положень 1,2,3, що утворюються при цьому катіони після розриву С-С і С-N-зв’язків далі полімеризуються. Це властивість руйнуватися під дією мінеральних кислот називається ацідофобних. Наслідком ацідофобних є неприпустимість ведення реакцій піролу в кислому середовищі.
II. Реакції електрофільного заміщення, SEAr
Молекула піролу поляризована в бік більш електронегативного атома азоту. З двох можливих σ-комплексів (α або β), що утворюються після атаки електрофіла, більш стійким є α-, σ-комплекс, і реакції йдуть переважно по-положенню (якщо це положення зайнято, то по бета).
1. Нітрування
При нитровании піролу не використовують нітруючою суміш або азотну кислоту вследствии його ацідофобних, застосовують м’який нітрит агент – ацетілнітрат, який отримують з азотної кислоти і оцтового ангідриду.
2. Сульфування
Сульфірованіе піролу проводять за допомогою піридин-сульфотріоксіда (одержання в темі «Піридин»), сірчану кислоту не можна використовувати. На першому етапі утворюється сіль 2-пірролсульфокіслоти і піридину, який є третинним аміном. Далі діють більш сильною основою – гідроксидом барію і отримують барієву сіль 2-пірролсульфокіслоти. Сульфокислоти пірольного ряду нестабільні і їх виділяють у вигляді барієвих солей.
3. Галогенування
Для моногалоідірованія використовують діоксан-бромід і сульфурила, ці ж реагенти застосовують для моногалоідірованія фенолу. Бромування бромом призводить до тетрабромпроізводному.
4. Формілювання, ацилювання
Формілювання – введення формильной групи (СНТ) і ацетилювання відносяться до реакцій ацилювання. Вони дозволяють ввести карбонільну групу, яку можна легко модифікувати.а) Реакція Вільмейера-ХаакаУ цій реакції як донора формильной групи використовують диметилформамід.
б) Ацетилювання
III. Гідрування піролу
При гідруванні піролу отримують насичений азотовмісний гетероцикл – пірролідін, він є циклічним вторинним аміном. Цей гетероцикл входить до складу алкалоїду нікотину.
Біологічні властивості похідних піролу
Пірол є родоначальником великого класу сполук, що відносяться до порфіринів, – це гемоглобін, хлорофіл, білірубін (барвник жовчі). У живій клітині ці пігменти синтезуються з порфобилиногена, що бере участь у процесі основного метаболізму.
До біологічно важливих конденсованим похідним піролу відноситься бензо [b] пірол – індол. Існує велика хімія похідних індолу. Нижче наводяться деякі біогенні його похідні.
Фуран
Являє собою безбарвне масло, легко окислюється при стоянні. Для фурану і його похідних характерно зелене забарвлення соснових паличок, змочених конц. соляною кислотою.
Методи отримання
Реакційна здатність
Фуран вступає в реакції електрофільного заміщення SEAr переважно по α-положенню (аналогічно піролів). Фуран, як і пірол ацидофобний.
1. нітрування
2. Сульфування
Сульфокислоти фуранового ряду також нестійкі, як і кислоти ряду піролу, тому їх виділяють у вигляді солей.3. галоидированиеГалоидирование хлором протікає через проміжне з’єднання – продукт 1,4-приєднання хлору з подальшим відщепленням 2-х молей хлористого водню.
4. Формілювання, ацетилюванняФормілювання фурану проводиться за допомогою ціаністого водню в присутності хлористого водню, що утворюється проміжний імін гідролізують.
Механизм формілювання, SEAr
5. Гідрування
При гідруванні фурану отримують насичений кисневмісний гетероцикл – тетагідрофуран, сполука відноситься до простих циклічним ефірів і використовується як розчинник в органічному синтезі.
Біологічно активні похідні фурану.
Фурацилін
Фурациллин – кристалічна речовина яскраво жовтого кольору, обмежено розчинна в гарячій воді, має бактерицидні властивості. Існує ряд похідних нітрофурану, що володіють вираженими бактерицидними властивостями (фурадонін, фуразидин (фурогін, фуромаг)).
Фурадонін
Фурадонін затримує розвиток мікроорганізмів, стійких до дії сульфаніламідів та антибіотиків.
Фуросемід
Фуросемід є діуретиком (знижує артеріальний тиск, зменшує набряки). Застосовується при лікуванні серцево-судинних захворювань, цирозу печінки, набряку легенів, гіпертонії.
Тіофен
Тиофен являє собою маслянисту рідину, стійку при стоянні.
Методи отримання
реакційна здатністьТиофен вступає в реакції електрофільного заміщення SEAr. Він найменш реакционноспособен, в порівнянні з піролів і фураном, що не ацідофобен. Реакції йдуть переважно в-положення тіофенового циклу. Тиофен можна нитровать і сульфованих відповідними кислотами.
1. нітрування
2. Галогенування
Зверніть увагу, що бромування тиофена йде в бензолі, який менш реакционноспособен і виступає в ролі розчинника.
3. Сульфування
Дану реакцію використовують для очищення бензолу від домішок тиофена (при струшуванні бензолу з концентрованою сірчаною кислотою утворюється-тіофенсульфокіслота, яка розчиняється в сірчаної кислоти).
4. гідрування
При гідруванні тиофена утворюється насичений серусодержащих гетероцикл – тиофан, він є циклічним сульфідом. Цей гетероцикл входить до складу вітаміну Н.
Біологічно активні похідні тіофену
Типепидин, 3-(ди-2-тиенилметилен)-1-метилпіперидин
З’єднання має тиреоїдних дією (біорегулірующей вплив на щитовидну залозу).
Епросартан, (Е)–[[2-бутил-1-[4-карбоксифеніл)метил]-1Н-імідазол-5-ил] метилен]-2-тіофенпропанова кислота
З’єднання має антигіпертензивну дію (лікування гіпертонії).
Пірантел,(Е)-1,4,5,6-тетрагідро-1-метил-2-[2-(2-тиенил)этенил]пиримидин), у вигляді тартрату – солі D-вінної кислоти по вторинному і третинному атомам азоту тетрагідропірімідінового циклу, володіє антігельмінтним дією.
Добування фурфуролу і вивчення його властивостей
Фурфурол являє собою водний розчин фурфуролу і має характерний для нього запах (запах свіжоспеченого хліба), зберігають для подальших дослідів.
Б. Взаємодія фурфуролу з аміакатом гідроксиду срібла
Спостерігають за утворенням осаду металічного срібла чорного кольору. Отже, подібно до аліфатичних і ароматичних альдегідів фурфурол також має відновні властивості і відновлює срібло з його оксиду.
В. Реакція фурфуролу з фенілгідразином
Фенілгідразон фурфуролу виділяється у вигляді маслянистої маси, що швидко кристалізується.
Індол
Будова молекули індолу
Назва за IUPAC Індол
Інші назви 2,3-Бензопірол, кетол, 1-бензазол
Властивості
Молекулярна формула C8H7N
Молярна маса 117,15 г/моль
Зовнішній вигляд Біла тверда речовина
Густина 1,1747 г/см3
Тпл 52–54 °C
Ткип 253–254 °C (526 K)
Розчинність (вода) 0,19 г/100 мл (
Розчинний у гарячій воді
Кислотність (pKa) 16,2 (21,0 в ДМСО)
Основність (pKb) 17,6
Структура Кристалічна структура
Дипольний момент 2,11 Д
Індо́л — ароматична гетероциклічна органічна сполука, що складається з конденсованих бензольноного та пірольного кілець. Цей гетероцикл є основним структурним елементом амінокислоти триптофан.
Історія
Хімія індолу розвивалась завдяки популярному барвнику індиго. Індол було отримано з індиго через ізатин та оксиіндол Баєром в 1886 році. Він же й встановив його будову.
Отримання
Індол промислово отримують з вугілля. Похідні можуть бути синтезовані багатьма способами.
Хімічні властивості
Як і пірол, індол є дуже слабкою основою (pK спряженої кислоти −3.6). N–H група може виступати як слабка кислота (pK 21 в ДМСО)
Електрофільне заміщення
Електрофільне заміщення йде по положенню 3, швидкість заміщення в 1013 рази більша, ніж в бензені.
Триптофа́н (β-(β-індоліл)-α-амінопропіонова кислота[1]) — незамінна амінокислота. Кодується тільки одним кодоном — UGG. L-стереоізомер входить до складу гамаглобулінів, фібриногену, казеїну та інших білків. Триптофан є провітаміном.
Загальний опис
Триптофан був уперше виділений Ф. Гопкінсом і С. Коулом у 1901 році з казеїну. Унаслідок різноманіття пов’язаних з триптофаном метаболічних реакцій і продуктів він був однієї з перших амінокислот, що були віднесені до незамінних. Дослідження, проведені на представниках роду Neurospora (червона хлібна пліснява) і на бактеріях Pseudomonas, а також виділення метаболітів триптофану із сечі, надали неоціненну допомогу в з’ясуванні деталей його метаболізму.
Триптофан існує в оптично активних L– і D-, та рацемічній DL-формі. Добре розчинний у воді, обмежено — у спирті, не розчинний в діетиловому ефірі. Це гетероциклічна амінокислота й одна з найважливіших амінокислот із широким спектром дії. Триптофан використовують клітини ссавців для біосинтезу нікотинової кислоти (вітамін РР) і серотоніну, для створення м’язових білків, білків антитіл імунної системи, він бере участь у синтезі мелатоніну, є необхідним будівельним матеріалом для організму, нормалізує роботу нервової системи і травлення, має антидепресантну дію, підвищує опірність стресам, поліпшує сон. Недостатня кількість триптофану викликає погіршення стану шкіри й волосся, анемію, викликає безсоння.
Біосинтез триптофану в мікроорганізмів і рослин здійснюється конденсацією амінокислоти серину з індолом, що каталізується ферментом триптофансинтазою . Біосинтез триптофану в кишкової палички використовували для доказу колінеарності гену і поліпептидного ланцюга, який цим геном кодується, коли розміщення кожної амінокислоти в поліпептидному ланцюгу визначається окремою ділянкою гену.
В організмах тварин L-триптофан піддається складним перетворенням, утворюючи ряд життєво важливих сполук: із продуктів його розпаду в ссавців утворюється нікотинова кислота і серотонін, у комах — пігменти очей (омохроми), у рослин — гетероауксин, індикан та ряд алкалоїдів.
Метаболізм
Перетворення L-триптофану в серотонін та мелатонін (ліворуч), і ніацин (праворуч).
Гідролітичне видалення формільної групи N-формілкінуреніну каталізується в печінці ссавців кінуренінформілазою. Гідроліз H218O приводить до включення атома 18O у форміат, що утворюєся. Фермент також каталізує аналогічні реакції з різними арилформіламінами.
Продуктом реакції, каталізованої кінуренінформілазою, є кінуренін. Він може бути дезамінованим у результаті реакції переамінування з переносом аміногрупи бічного ланцюга на α–кетоглутарат. Утворена при цьому кетопохідна проходить спонтанну циклізацію, перетворюючись в кінуренову кислоту. Ця сполука є побічним продуктом катаболізму кінуреніну і не належить до катаболітів, які утворюються на головному шляху. Подальший хід метаболізму кінуреніну включає його перетворення в 3-гідроксикінуренін і далі в 3-гідроксиантранілат. Гідроксилювання відбувається за участі молекулярного кисню і здійснюється в NADPH-залежній реакції гідроксилювання, аналогічної реакції гідроксилювання фенілаланіну.
Кінуренін і гідроксикінуренін перетворюються в гідроксиантранілат за участі піридоксальфосфат-вмісного ферменту кінуренінази. Нестача вітаміну B6 веде до часткової втрати здатності до катаболізму цих кінуренінових похідних. У позапечінкових тканинах вони перетворюються в ксантуренат. Цей за норми відсутній катаболіт з’являється в сечі людини, мавп і щурів при недостатній кількості в їжі вітаміну B6. В цих умовах введення наднормових кількостей триптофану призводить до екскреції ксантуренату зі сечею.
У багатьох тварин перетворення триптофану в нікотинову кислоту робить необов’язковим надходження цього вітаміну з їжею. У щурів, кроликів, собак і свиней триптофан з їжі може цілком його замінити. У людини, а також у ряду тварин, надлишкове споживання триптофану з їжею підвищує екскрецію зі сечею похідних нікотинової кислоти (наприклад, N-метилнікотинаміду). При недостатності вітаміну B6 порушення утворення з триптофану нікотинової кислоти може спричинити порушення синтезу піридинових нуклеотидів — NAD+ і NADP+. Якщо ввести в організм достатню кількість нікотинової кислоти, нормальний синтез піридинових нуклеотидів відновлюється навіть за відсутності вітаміну B6.
Флуоресценція
Триптофан має найсильнішу серед 20 головних природних амінокислот флуоресценцію. Поглинаючи світло з довжиною хвилі (на піці) 280 нм, триптофан сольватохромно випромінює в діапазоні 300—350 нм. Цей ефект часто використовується в дослідженнях біофізики білків. Окрім того взаємодія з нуклеїновими основами часто призводить до падіння інтенсивності флюоресценції («quenching»), що дозволяє спостерігати роль амінокислоти в протеїн—ДНК взаємодіях.]
Функції в організмі людини
Триптофан регулює функцію ендокринної системи, що попереджає анемію, регулює кров’яний тиск, відповідає за синтез гемоглобіну. Споживання триптофану змушує гіпофіз виробляти більшу кількість гормону росту. Припускають, що ця амінокислота стимулює секрецію інсуліну, що у свою чергу активує синтез жирних кислот у печінці.
Особливе значення ця амінокислота має у фармакології, де вона та її похідні застосовуються як інгредієнти багатьох лікарських препаратів. При таких захворюваннях, як рак, туберкульоз та діабет триптофан сприяє нормальному функціонуванню різних систем організму. Нестача його веде до розвитку пелагри, погіршення стану зубів, помутніння рогівки ока, катаракти.
Під час вагітності підвищується необхідність жіночого організму у таких амінокислотах як триптофан і лізин, а для немовлят — триптофан та ізолейцин.
Триптофан, як попередник серотоніну, має антидепресантну дію на організм. Сприяє зняттю гіперактивності та нав’язливих станів у дітей, тривожності перед менструацією у жінок, фіброміалгії і синдрому хронічної втоми. Як попередник мелатоніну, сприяє хорошому засинанню і нормальному сну як у ранньому, так і у літньому віці.
Під час регенеративних процесів збільшується потреба організму у незамінних амінокислотах.
Триптофан бере участь у виправленні помилок процесу подвоєння ДНК. Разом з лізином вони утворюють трипептид лізин—триптофан—лізин, який виправляє помилки, котрі виникають при подвоєнні ДНК. Ця властивість триптофану має першорядне значення під час вагітності, та для запобігання утворення ракових клітин.
Джерела надходження
Триптофан не синтезується організмом людини, а надходить з їжею. Добова потреба дорослої людини в ній становить
Порушення метаболізму
Основний шлях метаболізму триптофану приводить до синтезу аміду нікотинової кислоти, що відіграє дуже важливу роль у життєдіяльності організму, будучи простетичною групою ряду окисних ферментів — нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАД) і його відновленої форми нікотинамідаденін-динуклеотидфосфату (НАДФ). Тому при недостатності нікотинової кислоти та її аміду порушуються багато обмінних реакцій, а при значному дефіциті цих речовин розвивається пелагра. Порушення обміну триптофану може проявитися також у зміні кількості утвореного з нього серотоніну. Ураження нирок викликається підвищеною екскрецією метаболітів триптофану. Вроджена відсутність триптофан-піролази (ферменту, що окисляє триптофан) призводить до розумової відсталості. Порушення обміну триптофану у людини може сигналізувати про ряд захворюваня, як то: туберкульоз, рак, діабет.
