Гидроксипроизводные пурина.

Гидроксипроизводные пурина – гипоксантин, ксантин и мочевая кислота – являются продуктами метаболизма азотистых оснований нуклеиновых кислот и свободных нуклеотидов в организме. Гипоксантин (6- гидроксипурин), ксантин (2,6-дигидроксипурин) и мочевая кислота (2,6,8- тригидроксипурин) – таутомерные соединения. Для них характерны лактим- лактамная и прототропная таутомерия. В твердом состоянии и в организме при физиологических значениях рН все эти соединения имеют лактамную форму.

Таутомерия гидроксипроизводных пурина:

O H

N N лактим-

H N N

прото-

O H

H N N

N N H

гипоксантин

лактамная

N N тропная N NH

O H

N N лактим-

H N N

прото-

O H

H N N

H O N N

лактамная

O N N

тропная

O N N

H H H

ксантин

O H

N N

O H

лактим- H N N

H O N N

лактамная

O N N

H H H

мочевая

кислота

Кислотные свойства мочевой кислоты.

Мочевая кислота имеет свойства двухосновной слабой кислоты (рКа₁ 5,7; рКа₂ ~ 10) и образует два ряда солей – кислые и средние. Соли мочевой кислоты называются ураты. Кислые ураты малорастворимы в воде и образуют осадки, которые растворяются в избытке щелочи (NaOH, KOH). Средние ураты натрия, калия растворяются в воде. Средний урат аммония малорастворим.

Схемы реакций образования уратов:

O H O

H N N H N

H O H

N NaOH H N N

O O O

O N N

HO N N

-H₂O

NaO N N

более

H H сильный H H

мочевая кислота

кислотный центр

кислый урат натрия (малорастворим)

H N

H O

N NaOH H N

-H O

N ONa

O H

2NH4Cl H N N

-2NaCl

ONH₄

NaO N N

2 NaO N N

H4NO N N

средний урат натрия (растворим в воде)

средний урат аммония (малорастворим в воде)

Реакции с нуклеофильными реагентами.

Гидроксипроизводные пурина превращаются в галогенопроизводные в результате реакции нуклеофильного замещения с оксохлоридом фосфора(V).

Пример реакции нуклеофильного замещения у гидроксипроизводных пурина:

O H

H N +dN

OH Cl

POCl3,

избыток

OH -H PO Cl

O N N

HO N

3 4 Cl N

H H H

мочевая кислота

2,6,8-трихлорпурин

На основе трихлорпурина могут быть получены другие производные пурина (реакцией нуклеофильного замещения), а также сам пурин (реакцией восстановления). Атомы хлора в положениях 2,6,8 пуринового цикла различаются способностью к замещению. Их подвижность, обычно, соответствует ряду: С₆>C₂>C₈. Поэтому при использовании на разных стадиях замещения различных нуклеофильных реагентов могут быть синтезированы смешанные производные пурина.

Примеры реакций S _N и восстановления галогенопроизводных пурина:

N +d N

KOH, t ^o N N

2NH N N

Cl +d

Cl 3 Cl

Cl N NH

-KCl Cl N N OH H

-NH4Cl

H2N N N H

2HI

восстановление

-I2, -HCl

N N

H2N N N H

2-амино-6-гидроксипурин (гуанин)

H N N

H2N N N H

Мурексидная реакция.

Мурексидная реакция применяется для определения ксантинов и мочевой кислоты. Реакция основана на окислении этих соединений концентрированной азотной кислотой или пероксидом водорода в кислой среде. Разрушению при окислении подвергается пятичленный цикл молекул, одним из промежуточных продуктов являются аллоксан (5-оксобарбитуровая кислота) или его производные. Затем происходит конденсация аллоксана с другими промежуточными продуктами реакции. В результате образуется пурпурная кислота, которая с аммиаком или щелочью (КОН) дает цветные соли мурексиды. Мурексид аммония окрашен в пурпурно-красный цвет, мурексид калия – в сине-фиолетовый.

Схема мурексидной реакции:

O H

H N +d N

HNO 3конц

O O

H N O H N H

O to

+d + O H

O N N -?

O N O

H H

O OH

H H

аллоксан

H N +d O

O N O OH

N H NH3 H N N

-H2O

N O O N O O

H H

N H NH3,H2O

N O H

O ONH4

пурпурная кислота

H N N N H

O N O O N O H H

мурексид аммония (красно-пурпурный)

Синтез кофеина из мочевой кислоты:

+d O

O H

H N +d N

O N N

H3C C

O H3C C O

-CO2

O H

H N N

O N N

C CH3 O

C CH

H H

O H O

H 3

H O H

H3C O

N C CH N

SO2

H C O

H N

O N NH

+d CH3

H N

-CH3COOH

O N

C CH3

NaOH

H3C

1) HOH

N CH3

CH3 N

CH3

Cl2

CH3

H3C

N CH3

CH3 N

CCl3

гидролиз

2) -CO2

H3C

N N

CH3

Понятие об алкалоидах.

"Alkali" – щелочь, то есть основание. Алкалоидами называют природные (главным образом растительного происхождения) азотсодержащие органические основания. В настоящее время известно несколько тысяч алкалоидов.

В природе алкалоиды содержатся в составе растений в виде солей с органическими кислотами, такими как лимонная, яблочная и другими. Содержание алкалоидов в растениях колеблется в широких пределах от 0,001 до 18%. Многие соли алкалоидов водорастворимы, сами алкалоиды растворяются в органических растворителях (например, в СНCl₃, бензоле). Поэтому для получения алкалоидов растительное сырье, обычно, обрабатывают щелочью для перевода алкалоида из соли в молекулярную форму и затем экстрагируют алкалоид в подходящий органический растворитель. Для разделения и очистки алкалоидов применяют как традиционные методы органической химии, например, перекристаллизацию, так и современные физико-химические методы такие как хроматография. Для идентификации алкалоидов применяют главным образом масс- спектрометрию и спектральные методы (ИК-, УФ-, ЯМР- и другие виды спектроскопии).

Все алкалоиды – физиологически активные соединения. Некоторые из них сильные яды, но многие алкалоиды в определенных дозах давно используются медициной.

Большинство алкалоидов являются гетероциклическими соединениями. Классифицируют алкалоиды по нескольким признакам, но наиболее удобной признана их классификация на основе строения азотно- углеродного скелета соединения. Например, известны пуриновые алкалоиды, алкалоиды группы пиридина, группы хинолина и другие.

Реакции каждой группы алкалоидов достаточно сложны и разнообразны. Но все алкалоиды образуют соли с кислотами, потому что все алкалоиды – основания. Реакции образования малорастворимых в воде солей могут быть использованы как общие качественные реакции на алкалоиды. Например, реакции с пикриновой кислотой, с таннином и другие.

Примеры качественных общеалкалоидных реакций:

алкалоид +

пикриновая кислота

желтый осадок

телесный осадок коричневый осадок

Известны специфические реакции, характерные только для отдельных алкалоидов или групп алкалоидов. Эти сложные реакции обусловлены особенностями состава и строения соединений. Например, мурексидная проба на пуриновые алкалоиды, таллейохинная проба на хинин.

Для каждого алкалоида можно прогнозировать некоторые реакции, типичные для тех функциональных групп и структурных фрагментов, которые входят в его состав. Например, для атропина должны быть характерны реакции сложных эфиров, для морфина – реакции фенолов.

Примеры алкалоидов.

Пуриновые алкалоиды – теофиллин (1,3-диметилксантин), теобромин (3,7-диметилксантин), кофеин (1,3,7-триметилксантин) являются метилированными по азоту производными ксантина.

O H

H3C

N N

H O CH3N N

H3C

CH3 N

O N N CH3

теофиллин теобромин кофеин

Теофиллин и теобромин амфотерные соединения, они образуют соли как с кислотами, так и с основаниями. Для них характерны таутомерные превращения. В свободном состоянии они существуют в лактамной форме. Кофеин является только основанием, таутомерия для него невозможна.

Таутомерия теофиллина и теобромина:

H3C

H O H

H3C N

O N N CH3

теофиллин

O N N CH3

H O CH₃

O H CH3N N

O N N CH3

теобромин

N N

CH3

Примеры реакций образования солей:

O CH3

H N N

O N N Cl

H N N

O N N

O2N

NO2

CH3 H

CH3

основный центр

NO H N

CH3 N

O2N

NO2

O N N

кислотный

CH3 H

NO2

центр

пикрат теобромина (желтый

O H

N N

O N N

CH3 NaOH

-H2O

ONa

O N

CH3

осадок)

H3C

CH3

N CH3

CH3 N

COOH

HO OH OH

CH3

H3C

N CH3

CH3 N

N H

COO

HO OH

Теофиллин и теобромин в щелочной среде с катионом Со(II) образуют цветные соли: серо-голубую кобальтовую соль теофиллина и розовую кобальтовую соль теобромина.

Качественные реакции теофиллина и теобромина:

H3C N

H OH

N H3C N N

NaOH

H3C

ONa

N CoCl2

O N N

CH3

теофиллин

O N N CH3

-H2O

O N N CH3

-NaCl

H3C O

N CH3

Co2+

серо-голубой осадок

O CH3

CH3

H N N

O N N CH3

N N

O N

CH3

NaOH

-H2O

N N

O N

CH3

CoCl2

-NaCl

теобромин

O N

CH3

CH3 N

Co2+ 2

розовый осадок

Положительную мурексидную пробу дают тефиллин, теобромин и кофеин. Пуриновые алкалоиды в мурексидной пробе окисляются пероксидом водорода в кислой среде. Схема мурексидной реакции аналогична записи пробы для мочевой кислоты.

Теобромин, теофиллин и кофеин применяются в медицине.

Алкалоиды группы пиридина.

К этой группе алкалоидов относятся никотин и анабазин. Никотин – N- метил-2-(3-пиридил)пирролидин. В его молекуле связаны циклы пиридина и метилированного по азоту пирролидина. Анабазин – 2-(3-пиридил) пиперидин.

N sp²

N sp³

CH3

sp³

никотин анабазин

Никотин и анабазин – оптически активные вещества. Они являются двухкислотными основаниями (образуют соли с одним и двумя

эквивалентами кислоты). В жестких условиях окисляются с образованием никотиновой кислоты.

Примеры реакций:

N CH3

HCl

COOH

HCl

N H3C HH

2Cl

Никотин и анабазин токсичны, смертельная для человека доза никотина 30-60 мг.

Алкалоиды группы хинолина.

Группу хинолина образуют алкалоиды хинного дерева. Хинин является одним из них. Молекула хинина состоит из замещенных циклов хинолина и хинуклидина, связанных через гидроксиметинную группу:

H3CO

Nsp2

хинин

ероцикл хинуклидина

Хинин оптически активен. Является двухкислотным основанием и образует соли с одним и двумя эквивалентами кислоты. Хинин дает общеалкалоидные реакции. Известна специфическая проба на хинин – таллейохинная проба.

Пример общеалкалоидной реакции (образование пикрата хинина):

H3CO

HC N

CH=CH2

O2N

O H

NO2

-HCl

хинина гидрохлорид (растворимая в воде соль хинина и соляной кислоты)

HC N

H3CO H

NO2

пикриновая кислота

CH=CH2

O2N

NO2

пикрат хинина (желтый осадок)

+ + OH-

Таллейохинная проба. С начала на хинин действуют бромной водой. Происходит электрофильное присоединение (А_Е) брома по двойной связи непредельного заместителя на хинуклидиновом кольце и окисление водным раствором брома активированного участка кольца хинолина в хинон. При последующем добавлении водного раствора аммиака NH3 + HOH NH 4 происходит нуклеофильное замещение (S_N) в бромированном фрагменте (нуклеофил ОН-) и нуклеофильное присоединение-отщепление (A_N-E) на участке хинона (нуклеофил NH₃).В результате реакции образуется изумрудно-зеленый раствор таллейохина.

Схема таллейохинной реакции:

CH=CH2