Гетероциклические соединения. Пиперазин

КИЕВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биологический факультет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

на  тему: 
 

    Гетероциклические соединения. Пиперазин 
 
 
 
 
 

студентки II курса

5 групи

Дегтярёвой Маргарити 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Киев 2009

Гетероциклические соединения (гетероциклы) — органические соединения, содержащие циклы, в состав которых наряду с углеродом входят и атомы других элементов. Могут рассматриваться как карбоциклические соединения с гетерозаместителями (гетероатомами) в цикле. Наиболее разнообразны и хорошо изучены ароматические азотсодержащие гетероциклические соединения 

Классификация гетероциклических  соединений. 

В зависимости от природы  гетероатома различают кислород-, азот- и серосодержащие соединения. Существуют и соединения, в составе  которых есть одновременно несколько одинаковых (диоксан) или различных гетероатомов (тиазол, оксазин). Кроме того, их делят на насыщенные соединения (пиперидин) и ненасыщенные, т.е. содержащие кратные связи (фуран, пиридин, тиофен). В зависимости от числа циклических фрагментов в молекуле различают моноядерные – моноциклические соединения и полиядерные – содержащие несколько циклов, причем циклы могут быть конденсированные (содержать два общих атома, индол), либо соединенные простой связью (бипиридил). В особую группу выделяют макроциклические соединения, так называемые краун-эфиры (crown англ. – корона), содержащие свыше четырех гетероатомов и более десяти звеньев в структуре цикла (звеном называют фрагмент из двух химически связанных атомов. 

Химические  свойства гетероциклических  соединений.  

Трех- и четырехчленные гетероциклы представляют собой напряженные системы, для них характерны реакции с раскрытием цикла. Этиленоксид (при 150° С и давлении 2 мПа) гидролизуется, образуя этиленгликоль. Реакция О-содержащих напряженных циклов со спиртами приводит к соединениям с ОН-группой и простой эфирной связью (целлозольвы), а при действии на них галогенводородов образуются соединения, содержащие Hal и ОН-группу галогенгидрины. N-содержащие напряженные циклы, взаимодействуя с галогеноводородами образуют галогеналкиламины. 

Пяти- и шестичленные ненасыщенные гетероциклические соединения, а также их производные обладают ароматичностью, поэтому их химическое поведение напоминает свойства ароматических соединений (производных бензола) – при различных превращениях циклический фрагмент сравнительно устойчив, а атомы Н при углеродных атомах кольца, как у бензола, могут замещаться разнообразными группами. При сульфировании, нитровании, ацилировании атомы Н замещаются соответствующими группами, а цикл сохраняется неизменным. Тем не менее, устойчивость циклических фрагментов в таких соединениях ниже, чем у бензольного цикла, поэтому все реакции замещения проводят в более мягких условиях. 

Некоторые гетероциклические  соединения получают из каменноугольной  смолы (пиридин, хинолин, акридин и пр.) и при переработке растительного сырья (фурфурол). Многие природные и синтетические гетероциклические соединения — ценные красители (индиго), лекарственные вещества (хинин, морфин, акрихин, пирамидон). Гетероциклические соединения используют в производстве пластмасс, как ускорители вулканизации каучука, в кинофотопромышленности. 

Шестичле́нные гетероци́клы — органические циклические соединения, имеющие как минимум один шестичленный цикл, в состав которого входит как минимум один гетероатом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Моноциклические 

С одним гетероатомом 
 

 
 

С двумя гетероатомами 

 

С тремя гетероатомами 

 

1,3,5-дитиазинаны  1,3,5-тиадиазинаны. 
 

Другие 

 
 
 

Пиперазин (гексагидропиразин, диэтилендиамин), C4H10N2 - органическое вещество, относящееся к алифатическим циклическим аминам. 

Пиперазин представляет собой бесцветные, твёрдые гигроскопичные кристаллы с типичным запахом аминов.

т. пл. 1120C, т. кип. 1460C;

Хорошо растворим  в воде и глицерине, хуже растворим в этаноле, не растворяется в диэтиловом эфире; поглощает CO2 из воздуха. 

С водой легко  образует гексагидрат температурой плавления 44oC. Водные растворы проявляют основные свойства: pKa1=9,83, pKa2=5,56. 

Пиперазин обладает всеми свойствами вторичных алифатических  аминов: вступает в реакции алкилирования, нитрозирования, хлорирования по связи  N-H сразу по обоим атомам азота. 

Для получения  монозамещенных пиперазина используют блокирование одного атома N легко удаляемым заместителем, например: 

 

Дегидрирование пиперазина ведёт к пиразину. 

Синтез пиперазина осуществляется реакцией циклизации этилендиамина  и полиэтиленполиаминов при 175-200oC в присутствии катализаторов (металлические никель, кобальт, медь, платина); дегидратацией моно-, ди- и триэтаноламина или их смесей с алкилендиаминами в присутствии хлорида цинка, фосфорной кислоты, оксида алюминия или никеля, нанесённого на оксид алюминия, при температурах 150-300oC и давлении смеси водорода с аммиаком 10-25 МПа, например: 

 

Пиперазин-побочный продукт производства этилендиамина из дихлорэтана и NH3. Определяют пиперазин гравиметрически в виде дипикрата или кондуктометрически титрованием 2-нафталинсульфокислотой. 

Малотоксичен; ПДК 5 мг/м3. 

В промышленности пиперазин применяется как ингибитор коррозии, ускоритель полимеризации хлоропрена, а также сополимер для получения высокоплавких полиамидов. 

Ядро пиперазина - структурный фрагмент обезболивающих, спазмолитических, психотропных (френолон, трифтазин) и противоопухолевых (дипин, проспидин, спиразидин) лекарственных средств.

Производные пиперазина, а именно, 1-амино-4-метилпиперазин находят  широкое применение в синтезе  различных лекарственных препаратов, в том числе в составе антибиотиков последнего поколения, высоко селективных ингибиторов транскрипции вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), антагонистов У2-рецептора физиологически активного пептида вазопрессина и ингибиторов фосфодиестеразы для лечения заболеваний сердечно-сосудистой и церебрально-васкулярных систем, а также может быть использован в молекулярной биотехнологии как структурная единица для синтеза химических зондов. В промышленности производные пиперазина нашли свое применение в качестве консервирующего средства для эпокси- и фенолрезольных смол, поглотителя растворенного в воде кислорода при консервации металлических предметов используемых в системах с кипящей водой.

Наиболее перспективным направлением использования производных пиперазина является его способность к ингибированию

связывания лигандов с молекулой РНК за счет конкуренции  молекул производных ряда пиперазина с лигандами. Способность производных пиперазина к конкуренции является прямым следствием их высокой реакционной способности вкупе с маленькими размерами.

Показано, что среди  пиперазинохинолинов, проявляющих  антибактериальную биологическую  активность, решающее значение имеет наличие гидразинового мостика, связывающего пиперазиновый и хинолиновый фрагменты молекулы. Соединения, содержащие гидразиновый мостик показывают значительную антибактериальную активность по сравнению с соединениями, где фрагменты молекулы связаны N-C связью 

Гексагидрат и адипинат пиперазина - противоглистные средства. 

Пиперазин и его  соли оказывают противоглистное  действие на различные виды нематод, особенно вызывающие аскаридоз и  энтеробиоз (инвазии острицами). Они  действуют как на половозрелых, так и на неполовозрелых особей обоего пола. Пиперазин вызывает паралич мускулатуры гельминтов; в последующем они выводятся перистальтическими движениями кишечника. В 90 - 95 % случаев пиперазин освобождает организм от паразитов, при повторном применении можно достигнуть почти 100 % дегельминтизации. Препараты пиперазина быстро всасываются при приеме внутрь. Выделяются в основном почками. Их применение не требует предварительной подготовки больных или содержания на специальной диете. 

Препараты пиперазина малотоксичны и в терапевтических дозах побочных явлений обычно не вызывают; могут применяться в амбулаторных условиях. Иногда наблюдаются легкая тошнота, боли в животе, скоропреходящая головная боль. При передозировке возможны мышечная слабость, тремор. У больных с нарушениями выделительной функции почек могут возникнуть нейротоксические явления. Противопоказания: органические заболевания ЦНС. Основным препаратом пиперазина, применяемым в качестве противоглистного средства, является пиперазина адипинат. 

Пиперазина адипинат (Piperazini adipinas) Белый кристаллический порошок без запаха. Растворим в воде, легко - в горячей, практически нерастворим в спирте и эфире. 

Пиперазина гексагидрат. Piperazinum hexahydratum. 

Свойства. Пиперазина гексагидрат - белый кристаллический порошок с характерным запахом, гигроскопичен. Легко растворим в воде и спирте. Водные растворы имеют щелочную реакцию. При нагревании интенсивно выделяет воду. Содержание основного вещества не менее 40-43 %, воды не более 56-59 %.