Химия ароматических гетероциклических соединений

ХИМИЯ
АРОМАТИЧЕСКИХ
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ

М.   А. Юровская 

2-E ИЗДАНИЕ, ЭЛЕКТРОННОЕ

У Ч Е Б Н И К  Д Л Я  В Ы С Ш Е Й  Ш К О Л Ы
У Ч Е Б Н И К  Д Л Я  В Ы С Ш Е Й  Ш К О Л Ы

Москва
Лаборатория знаний
2020

УДК 547
ББК 24.236я73
Ю78

С е р и я о с н о в а н а в 2009 г.
Юровская М. А.
Ю78
Химия
ароматических
гетероциклических
соединений
/
М. А. Юровская. — 2-е
изд.,
электрон. —
М. : Лаборатория знаний, 2020. — 211 с. — (Учебник
для
высшей
школы). — Систем.
требования:
Adobe
Reader XI ; экран 10".— Загл. с титул. экрана. — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-00101-832-2
В
учебном
пособии,
написанном
профессором
химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, приведены
сведения о методах получения и химических свойствах основных классов ароматических гетероциклических соединений.
Рассмотрены классические и специальные методы, которые
включают последние достижения в области металлокомплексного катализа, реакций циклоприсоединения, фотохимических, многокомпонентных и каскадных процессов и др.
Для студентов и преподавателей химических специальностей.
УДК 547
ББК 24.236я73

Деривативное
издание
на
основе
печатного
аналога:
Химия
ароматических
гетероциклических
соединений
/
М. А. Юровская. — М.
:
БИНОМ.
Лаборатория
знаний,
2015. — 208 с.
:
ил. — (Учебник
для
высшей
школы). —
ISBN 978-5-9963-0537-7.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных
техническими
средствами
защиты
авторских
прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации

ISBN 978-5-00101-832-2
c○ Лаборатория знаний, 2015

2

Предисловие

Химия гетероциклических соединений — очень важное направление органической химии. Достаточно сказать, что из широко применяемых лекарственных препаратов более 60% — гетероциклические соединения.

Наличие гетероатома в цикле привносит совершенно новые химические 
свойства и определяет специфику методов синтеза.
Многообразие гетероциклических соединений обусловлено возможностями вариаций: 
• числа и природы гетероатомов в молекуле,
• размера цикла,
• степени ненасыщенности, которая определяет наличие или отсутствие 
ароматичности.

Поскольку краткое учебное пособие не может охватить все многообразие 

гетероциклических систем, ограничимся здесь рассмотрением только основных классов ароматических гетероциклов. 
За основу классификации методов синтеза был выбран тип связи, образующейся при замыкании цикла. Такой подход теснее всего примыкает к современной ретросинтетической концепции, что должно способствовать умению студентов выбирать ациклические фрагменты, из которых может быть 
построен гетероцикл, необходимые функциональные группы, способные 
образовывать новую связь. Он также позволит студентам повторить общую 
органическую химию, специфику функциональных групп и типов химических превращений.
Следует отметить, что наряду с классическими методами синтеза гетероциклов в пособие включены последние достижения органической химии: 
реакции циклоприсоединения, фотохимические процессы, металлокомплексный катализ, современные рециклизации и трансформации. Химические свойства различных классов гетероциклических соединений рассмотрены хотя и 
кратко, но в том объеме, который необходим и достаточен для проведения синтеза общеизвестных лекарственных препаратов.
Настоящее издание создано на основе методических пособий в рамках 
общего курса органической химии и спецкурсов (Издательство МГУ, 1999, 
2005 гг.). Материал был существенно расширен и дополнен, включены 

Предисловие 

некоторые новые сведения о методах синтеза и химических свойствах гетероциклических соединений.
Хочется пожелать студентам, изучающим органическую химию, и особенно тем, которые намерены связать свою профессию с этой наукой, успехов 
в расширении знаний.

Пятичленные гетероциклы 
с одним гетероатомом

фуран (X = O), пиррол (X = NH) или тиофен (X = S)

Производные пятичленных гетероциклов (особенно пиррола) входят в состав 
многих природных соединений, часто играющих ключевую роль в процессах 
жизнедеятельности:

1

1. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом

1.1.
Методы синтеза пятичленных гетероциклов 
с одним гетероатомом

Типы образующихся связей:

1.1.1. Общие методы синтеза  
с образованием связи С–Х

Взаимодействие 1,4-дикарбонильных соединений  
с NH3, RNH2, H3O+, P2S5 (синтез Пааля–Кнорра)

Использование в реакциях с 1,4­дикарбонильными соединениями аммиака или 
первичных аминов позволяет получать N­незамещенные или N­алкилпирролы 
с хорошими выходами.

На основе общепринятых положений предполагалось, что реакция протекает по следующей схеме [1]:

Однако по данным более поздних спектральных (в том числе ЯМР) и кинетических исследований реакций, в схему синтеза были внесены изменения [2]:

Аналогично из 1,4­дикарбонильных соединений в кислой среде происходит 

образование фуранов (Х=O):

1.1. Методы синтеза пятичленных гетероциклов с одним гетероатомом

1. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом

Наглядно роль кислотного катализа можно продемонстрировать следующей схемой:

Ограничения метода связаны лишь с доступностью 1,4­дикарбонильных 

соединений. Если они доступны, циклоконденсация идет с очень высокими 
выходами, например [3]:

Очевидно, что использование 1,4­диальдегидов (или их скрытых форм, на
пример ацеталей) дает возможность получать 2,5­незамещенные фураны:

Аналогично происходит и образование тиофенов по методу Пааля–Кнорра [4].

Выходы значительно увеличиваются при использовании в качестве осерняющего агента реактива Лоуссона [5].

реактив Лоуссона

Для синтеза тиофенов могут быть использованы не только сами 1,4­дикарбонильные соединения, но и их эквиваленты по степени окисления. Так, известен путь синтеза через ацетилены, которые взаимодействуют с анионами 
SH– — в мягких условиях [4].
Видимо, биосинтез тиофенов в растениях связан с этой реакцией, так как 
тиофены образуются в тех органах растений, где сконцентрированы полиацетилены.

Использование P2S3, обладающего восстановительными свойствами, позволяет восстанавливать карбоксильную группу и применять в качестве исходных 
производные карбоновых кислот:

Взаимные превращения гетероциклов друг в друга (реакция Юрьева)

В 1936 г. профессор кафедры органической химии  МГУ им. М. В. Ломоносова Юрий Константинович Юрьев обнаружил взаимные превращения фурана, пиррола и тиофена друг в друга (типичные реакции с образованием связи 
C–Х) в ката литических условиях при высоких температурах. Наилучшие ре–Х) в каталитических условиях при высоких температурах. Наилучшие ре
зультаты получены при превращениях фурана.

Для более эффективного течения процесса превращения фуранов в пирро
лы иногда в качестве промежуточных веществ получают 2,5­диалкоксидигидрофураны, которые легко и с хорошими выходом образуются по схеме:

1.1. Методы синтеза пятичленных гетероциклов с одним гетероатомом

1. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом

1.1.2. Специфические методы синтеза 

с образованием связи C–Х

Получение пиррола из аммонийной соли слизевой кислоты
Превращение в пиррол при нагревании аммонийной соли слизевой кислоты в 
глицерине, видимо, проходит через следующие стадии: 1) диссоциация до свободной кислоты; 2) дегидратация; 3) декарбоксилирование; 4) окислительная 
циклизация с участием аммиака. В результате с умеренным выходом образуется незамещенный пиррол [6].

Получение пирролов по реакции [4+1]-циклоприсоединения аминов 

к активированным бутадиенам

[4 + 1]­Циклоприсоединение аминов к бутадиенам (реакция Падва) приводит 
к образованию тетрагидропроизводных (пирролидинов) [7]: