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Ãëàâà 10. Àçîòñîäåðæàùèå ñîåäèíåíèÿ § 38. Ãåòåðîöèêëè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ
Öèêëè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ âåñüìà ìíîãîîáðàçíû.  èõ ÷èñëå — ãåòåðîöèêëè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, èìåþùèå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå â æèâîé ïðèðîäå. Ìíîãèå èç íèõ âõîäÿò â ñîñòàâ æèâûõ îðãàíèçìîâ, âûïîëíÿÿ âàæíûå áèîëîãè÷åñêèå ôóíêöèè. Ãåòåðîöèêëè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ è èõ ïðîèçâîäíûå øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ â îðãàíè÷åñêîì ñèíòåçå ìíîãèõ íåîáõîäèìûõ äëÿ ÷åëîâåêà ìàòåðèàëîâ, ïðîäóêòîâ è ëåêàðñòâ.
Àòîìû êèñëîðîäà, àçîòà, ñåðû, ôîñôîðà è äðóãèõ ýëåìåíòîâ, âõîäÿùèõ ïîìèìî àòîìîâ óãëåðîäà â öèêëè÷åñêóþ ñèñòåìó (êîëüöî) ãåòåðîöèêëè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ, íàçûâàþòñÿ ãåòåðîàòîìàìè (îò ãðå÷. heteros — «äðóãîé», «èíîé»). Ïî ñâîåìó ñîñòàâó ãåòåðîöèêëè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ âåñüìà ðàçíîîáðàçíû.  îñíîâå ñòðîåíèÿ èõ ìîëåêóë ëåæàò êîëüöà àòîìîâ, êîòîðûå ðàçëè÷àþòñÿ ðàçìåðàìè, ñòðóêòóðîé, ÷èñëîì àòîìîâ äðóãèõ ýëåìåíòîâ (ãåòåðîàòîìîâ).  ñîñòàâå ýòèõ ìîëåêóë ìîæåò áûòü îäíî êîëüöî (ìîíîöèêëè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ) è íåñêîëüêî (ïîëèöèêëè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ), à òàêæå ðàçëè÷íûå óãëåâîäîðîäíûå ðàäèêàëû è ôóíêöèîíàëüíûå ãðóïïû (—NO2, —NH3, —ÎÍ è äð.), ïðèñîåäèíåííûå ê êîëüöàì. Ãåòåðîöèêëè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ ìîãóò áûòü ïðåäåëüíûìè è íåïðåäåëüíûìè. Ïðèâåäåì ôîðìóëû íåêîòîðûõ ãåòåðîöèêëè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé. Ïîìèìî àòîìîâ óãëåðîäà â ñîñòàâå èõ öèêëîâ èìåþòñÿ è ãåòåðîàòîìû.
Ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû ìîëåêóë ãåòåðîöèêëè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé îáû÷íî çàïèñûâàþò â ñîêðàùåííîì âèäå, îòðàæàÿ ëèøü èõ öèêëè÷åñêóþ ñèñòåìó èëè êîëüöî è âàæíåéøèå ñâÿçè â íåì, à òàêæå ôóíêöèîíàëüíûå ãðóïïû. Íàèáîëüøèé èíòåðåñ äëÿ èçó÷åíèÿ ïðåäñòàâëÿþò àçîòñîäåðæàùèå ãåòåðîöèêëè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ. Îíè äîâîëüíî ðàñïðîñòðàíåííû, õîðîøî èçó÷åííû è èìåþò âàæíîå áèîëîãè÷åñêîå çíà÷åíèå. Ìíîãèå èç íèõ èãðàþò áîëüøóþ ðîëü â æèçíè ÷åëîâåêà.  ïðèðîäíûõ ñîåäèíåíèÿõ ÷àñòî âñòðå÷àþòñÿ ïÿòè- è øåñòè÷ëåííûå öèêëû, ñîäåðæàùèå ãåòåðîàòîìû. Áîëüøèíñòâî èç ãåòåðîöèêëè÷åñêèõ àçîòñîäåðæàùèõ ñîåäèíåíèé — àðîìàòè÷åñêèå ãåòåðîöèêëû. Ñðåäè àðîìàòè÷åñêèõ àçîòñîäåðæàùèõ ãåòåðîöèêëè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé åñòü è ìîíîöèêëè÷åñêèå (ïèðèäèí, ïèððîë è äð.), è ïîëèöèêëè÷åñêèå (ïèðèìèäèí, ãóàíèí è äð.). Àðîìàòè÷åñêèå ãåòåðîöèêëûÀðîìàòè÷åñêèå ãåòåðîöèêëû — ýòî ñîåäèíåíèÿ, èìåþùèå ïëîñêèé çàìêíóòûé öèêë è ñîïðÿæåííóþ ýëåêòðîííóþ ñèñòåìó, îõâàòûâàþùóþ âñå àòîìû öèêëà (êîëüöà) è ñîäåðæàùóþ (4n + 2) π-ýëåêòðîíà, ãäå n = 1, 2, 3 è ò. ä. (ïðàâèëî Õþêêåëÿ). Ñ òàêîé ñèñòåìîé èëè êîëüöîì âû âñòðå÷àëèñü ðàíåå íà ïðèìåðå áåíçîëà è åãî ïðîèçâîäíûõ. Çàäàíèå 1. Äàéòå îïðåäåëåíèå àðîìàòè÷åñêèõ óãëåâîäîðîäîâ, ïðèâåäèòå ñõåìó îáðàçîâàíèÿ π-ñâÿçåé è îïèøèòå ñòðîåíèå áåíçîëüíîãî êîëüöà. 2. Íà ïðèìåðå èçâåñòíîãî âàì àðîìàòè÷åñêîãî ñîåäèíåíèÿ çàïèøèòå óðàâíåíèÿ âîçìîæíûõ åãî ðåàêöèé è óêàæèòå óñëîâèÿ èõ îñóùåñòâëåíèÿ. Àðîìàòè÷åñêèì ãåòåðîöèêëè÷åñêèì ñîåäèíåíèÿì ïðèñóùè ñâîéñòâà, õàðàêòåðíûå äëÿ áåíçîëà è äðóãèõ àðîìàòè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, ñ êîòîðûìè âû óæå ïîçíàêîìèëèñü ïðè èçó÷åíèè îðãàíè÷åñêîé õèìèè: âûñîêàÿ ñòàáèëüíîñòü, ïàññèâíîñòü â ðåàêöèÿõ ïðèñîåäèíåíèÿ, ñêëîííîñòü ê ðåàêöèÿì çàìåùåíèÿ. Ïåðåéäåì ê ðàññìîòðåíèþ íàèáîëåå èçâåñòíûõ ïðåäñòàâèòåëåé àðîìàòè÷åñêèõ àçîòñîäåðæàùèõ ãåòåðîöèêëîâ. Âàæíîå çíà÷åíèå èç àçîòñîäåðæàùèõ ãåòåðîöèêëîâ èìåþò ïèðèäèí, ïèððîë, èìèäàçîë è íèêîòèíîâàÿ êèñëîòà. ÏèðèäèíÐàññìîòðèì ñòðóêòóðíóþ ôîðìóëó ïèðèäèíà è ñðàâíèì åå ñ ôîðìóëîé áåíçîëà. Ýòî øåñòè÷ëåííûé íåíàñûùåííûé ãåòåðîöèêë, ñîäåðæàùèé îäèí ãåòåðîàòîì àçîòà, êîòîðûé çàìåñòèë â áåíçîëå îäíó ãðóïïó Ñ—Í. Àòîì àçîòà â ýòîé ñèñòåìå «ïîñòàâëÿåò» äâà ñâîèõ ýëåêòðîíà íà óñòàíîâëåíèå σ-ñâÿçåé ñ äâóìÿ ñîñåäíèìè àòîìàìè óãëåðîäà è îäèí ýëåêòðîí — â ñèñòåìó îáùåãî π-îáëàêà.  ðåçóëüòàòå â ìîëåêóëå ïèðèäèíà, êàê è â ìîëåêóëå áåíçîëà, îáðàçóåòñÿ óñòîé÷èâûé ñåêñòåò ýëåêòðîíîâ, ÷òî îáóñëîâëèâàåò ñõîäñòâî åãî ñâîéñòâ ñî ñâîéñòâàìè áåíçîëà.
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