المركبات الحلقية غير المتجانسة
المركبات الحلقية غير المتجانسة هي مركبات حلقية كربونية تكون فيها واحدة أو أكثر من ذرات النظام الحلقي عبارة عن مادة غير معدنية غير كربونية (أكسجين أو نيتروجين أو كبريت). مثل المركبات الحلقية الكربونية، يمكن تقسيم الحلقات غير المتجانسة إلى تلك ذات الطابع العطري ومنتجات الاختزال لهذه الحلقات العطرية غير المتجانسة، والتي، مثل المركبات الحلقية الحلقية، تظهر خواص وتفاعلات مشابهة لخصائص وتفاعلات المركبات الأليفاتية. من السهل تصنيف الحلقات غير المتجانسة أ) حسب عدد الذرات الموجودة في الحلقة، ب) حسب عدد الذرات غير المتجانسة وطبيعتها. تعتبر الحلقات غير المتجانسة التي تظهر الطابع الأكثر عطرية كممثلين رئيسيين لكل نظام دوري.
أ. دورات غير متجانسة مكونة من خمسة أعضاء
1. ذرة واحدة غير متجانسة

2. ذرتان متغايرتان

3. ثلاث ذرات مغايرة أو أكثر

يتضمن الرنين (انظر "الرنين" في بداية القسم IV-3) للحلقات الخماسية مساهمة كبيرة من الهياكل التالية:

إن طاقة الرنين المكتسبة بهذه الطريقة تجعل هذه الأنظمة شديدة المقاومة لتفاعلات الإضافة عند الروابط المزدوجة، وتدخل في العديد من تفاعلات الاستبدال العطرية النموذجية.
ب. دورات غير متجانسة مكونة من ستة أعضاء
1. ذرة واحدة غير متجانسة

2. ذرتان متغايرتان

ب. الأنظمة الحلقية غير المتجانسة المكثفة
يتم تحضير سلاسل مهمة من المركبات في كل فئة عن طريق تكثيف حلقة حلقية غير متجانسة مع حلقة بنزين واحدة أو أكثر، على سبيل المثال:

الأنظمة الحلقية غير المتجانسة منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة، خاصة في القلويدات، والأصباغ النباتية (الأنثوسيانين، الفلافون)، البورفيرينات (الهيمين، الكلوروفيل) وفيتامينات ب (الثيامين، الريبوفلافين، حمض الفوليك). تتم مناقشة بعض المركبات الحلقية غير المتجانسة بمزيد من التفصيل أدناه.
د. المركبات الحلقية غير المتجانسة ذات الأهمية العملية
الفوران، سائل متطاير، مقاوم للقلويات ولكنه حساس للأحماض

يتم الحصول عليه بسهولة عن طريق نزع الكربوكسيل من حمض البيروموسيك (2،5-ثنائي كربوكسي فوران)، وهو منتج من الانحلال الحراري لحمض المخاط (رباعي هيدروكسي أديبيك). الطريقة الأكثر شيوعًا لتحضير مشتقات الفوران هي تجفيف الداكيتونات فوق كلوريد الزنك:

التقطير الجاف للبنتوس HOCH2(CHOH)3CHO يعطي الفورفورال (a-formylfuran). يُظهر الفورفورال العديد من خصائص الألدهيد العطري. وهكذا، مثل البنزالديهيد، فإنه يخضع لتفاعل كانيزارو وتكثيف البنزوين. الكومارون (البنزوفيوران) (انظر أعلاه "الأنظمة الحلقية غير المتجانسة المكثفة")، بالإضافة إلى نظائره، يوجد في قطران الفحم. وله بعض القيمة لإنتاج راتنجات الكومارون، التي تتشكل عند معالجتها بحمض الكبريتيك. يمكن الحصول على مشتقات الكومارون عن طريق تحلل ثنائي بروموكومارين مع القلويات:

أو من خلال عمل القلويات على o-هيدروكسي-ب-كلوروستايرين، o-HO-C6H4-CH=CH-Cl. تم العثور على بنية الكومارون في العديد من المواد النباتية الطبيعية التي تعتبر مبيدات حشرية قوية وسموم الأسماك، مثل:

الثيوفين (الصيغة انظر أعلاه، درجة حرارة 84 درجة مئوية) موجود في قطران الفحم ويرافق البنزين أثناء تجزئته. يمكن إزالته من البنزين عن طريق ترسيب مركب مع خلات الزئبق، والذي يمكن تجديد الثيوفين منه عن طريق المعالجة بحمض الهيدروكلوريك. يقوم حمض الكبريتيك أيضًا بإزالته من البنزين عن طريق تكوين حمض ألفا ثيوفين سلفونيك. يمكن الحصول على مشتقات الثيوفين بالطرق التالية: 1) عن طريق تقطير أحماض السكسينيك أو أحماض الكيتو من P2S3:

2) تقطير الديكتونات g من P2S5:

الثيوفين ومماثلاته مقاومون جدًا للأكسدة الحلقية أو الاختزال. تحدث تفاعلات الاستبدال العطرية (الكبرتة، النترات، إلخ) في الموضع a. يتم الحصول على الثيونافثين (البنزوثيوفين) عن طريق أكسدة حمض o-mercaptocinnamic مع ملح الدم الأحمر (البوتاسيوم فيري سيانيد). يتم الحصول على مشتقه 3-هيدروكسي، الذي له أهمية صناعية كبيرة في كيمياء الأصباغ، من خلال عمل أنهيدريد الأسيتيك على حمض o-carboxyphenylthioglycolic o-HOOCC6H4-S-CH2COOH. فهو يتحد بسهولة مع أملاح الديازونيوم في الموضع 2 ليعطي أصباغ الآزو، ويتكثف مع الألدهيدات والكيتونات لتكوين أصباغ ثيونديجويد.

البيرول (الصيغة انظر أعلاه)، وهو سائل عديم اللون ذو رائحة طيبة موجود في قطران الفحم، يتبلمر بسهولة في الهواء. ليس له أي خصائص أساسية عمليًا، فهو مقاوم للعوامل المؤكسدة والقلويات، ولكنه يتبلمر بسهولة في شكل مكونات البروتين (البرولين، التربتوفان)، القلويدات (النيكوتين، الأتروبين) والبورفيرينات (الهيمين، الكلوروفيل). يمكن الحصول على مشتقات البيرول: 1) عن طريق تقطير السكسينيميدات

مع غبار الزنك. 2) تسخين الديكيتونز مع الأمونيا؛ 3) تسخين حمض المخاط (انظر أعلاه) بالأمونيا أو الأمينات الأولية؛ 4) التخفيض المتزامن للكميات المكافئة من b-ketoester و isonitrosoketone

تخضع البيرولات لتفاعلات استبدال عطرية نموذجية في الموضع a. معالجة كواشف غرينيارد تحولها إلى هاليدات-بيريل مغنيسيوم

والتي تخضع لتفاعلات جرينارد النموذجية. يمكن تحقيق توسيع الحلقة مع تكوين نظام البيريدين: 1) المعالجة بالكلوروفورم وإيثوكسيد الصوديوم

2) تمرير ألكيل بيرول خلال أنبوب تم تسخينه إلى درجة حرارة حمراء

يؤدي الاختزال عن طريق الهدرجة الحفزية تحت الضغط، وإن كان ببطء، إلى البيروليدينات:

الإندول (بنزوبيرول؛ الصيغة انظر الجدول 4، القسم الثالث) موجود في قطران الفحم والزيوت الأساسية لزهور البرتقال والياسمين. يتم الحصول على مشتقات الإندول: 1) من o-aminophenylacetaldehyde o-H2NC6H4CH2CH=O عن طريق التخلص من الماء؛ 2) تسخين هيدروكلوريد o-oў-diaminostilbene:

3) من فينيل هيدرازونات بالتسخين مع هاليدات النحاس أو الزنك

في تفاعلاته، الإندول يشبه البيرول، باستثناء أن الموضع b يشارك في تفاعلات الاستبدال. تجدر الإشارة إلى مشتقات الإندول التالية: 1) السكاتول (ب-ميثيليندول)، وهي مادة ذات رائحة كريهة موجودة في البراز؛ 2) التربتوفان (ب-(ب-إندوليل)ألانين)، وهو حمض أميني موجود في العديد من البروتينات؛ 3) الهيتيروأوكسين (حمض إندوليل أسيتيك ب أو حمض إندوليل أسيتيك 3)، عامل نمو النبات؛ 4) النيلي

الأوكسازول (الصيغة انظر أعلاه) معروف في شكله النقي. يمكن الحصول على مشتقاته عن طريق تكثيف الأميدات مع كيتونات الهالوجين:

أو تأثير خماسي كلوريد الفسفور على الأسيلامينوكيتونات:

الأوكسازولات هي قواعد ضعيفة حساسة للانقسام بواسطة الأحماض القوية. إيزوكسازول

ومشتقاته أقل فائدة. ويمكن تحضيرها عن طريق تجفيف أحاديات الأكسدة ب-ديكتون. الثيازول ومماثلاته عبارة عن قواعد ضعيفة تظهر فيها الحلقة مقاومة عالية للأكسدة والاختزال وعمل الأحماض القوية

يمكن الحصول على الثيازولات من كيتونات الآسيلامين عن طريق عمل P2S5، وكذلك عن طريق تفاعل الثياميدات مع كيتونات الهالوجين:

تقوم الأحماض القوية بتحويل الثيازولات إلى أملاح (C3H3SN + HX(r)C3H3SNH+X-)، وهي مستقرة ولكنها تتحلل بشكل ملحوظ في المحاليل المائية. مع هاليدات الألكيل، تتشكل أملاح الثيازوليوم المستبدلة بـ N والتي تحتوي على نيتروجين رباعي:

وأهم مركب طبيعي يحتوي على حلقة الثيازول هو فيتامين ب1 (الثيامين). يتم الحصول على عقار العلاج الكيميائي الثمين سلفاثيازول من خلال عمل كلوريد N-أسيتيل سلفانيل على 2-أمينوثيازول، يليه إزالة مجموعة الأسيتيل عن طريق التحلل المائي:

إيميدازول (جليوكسالين) ومماثلاته

تم الحصول عليه من الألدهيدات والديكيتونات والأمونيا:

ويمكن أيضًا تحضيرها عن طريق تفاعل الأميدينات

مع كيتونات الهالوجين. الإيميدازولات هي قواعد أقوى من البيرولات. مع هاليدات الألكيل يعطون N-ألكيليميدازول. هذه المواد، عند تمريرها عبر أنبوب عند الحرارة الحمراء، تتصاوغ إلى 2-ألكيليميدازول؛ عند تفاعلها مع جزيء هاليد ألكيل ثانٍ، تتحول إلى أملاح إيميدازوليوم تحتوي على نيتروجين رباعي

يؤدي عمل كواشف جرينارد RMgX على الإيميدازولات إلى ظهور هاليدات 2-إيميدازول مغنيسيوم C3H3N2MgX المقابلة، والتي تخضع لتفاعلات شائعة في كواشف جرينارد. توجد حلقة الإيميدازول في العديد من المركبات الطبيعية، بما في ذلك الحمض الأميني هيستيدين (انظر القسم الرابع-1.ب.4، "الأحماض الأمينية")، وقلويدات البيلوكاربين، وقواعد البيورين. البيرازول ومشتقاته هي مركبات اصطناعية فقط؛ نظام حلقة البيرازول

غير موجود في الطبيعة. يتم تحضير البيرازولات عن طريق تفاعل الهيدرازين مع ثنائي الكيتونات:

أو عمل الديازوألكانات على الأسيتيلين:

تفاعل الفينيل هيدرازين مع الكيتونات أو الاسترات غير المشبعة أ، ب يعطي ثنائي هيدروبيرازول أو بيرازولين:

تتأكسد هذه المركبات بسهولة إلى البيرازولات المقابلة. حلقة البيرازول مقاومة جدًا للأكسدة والاختزال والأحماض القوية. أملاح البيرازولينيوم، التي يتم الحصول عليها عن طريق عمل الأحماض القوية على البيبرازولين، غير مستقرة وتتحلل في الفراغ. أهم فئة من البيرازولات هي البيرازولون.

يتم الحصول عليها من خلال عمل الهيدرازين ومشتقاته على استرات الكيتون، على سبيل المثال،

يتصرف البايرازولون كخليط من ثلاثة أشكال توتومرية (أي في حالة توازن)، على سبيل المثال:

1-فينيل-3-ميثيلبيرازول-5 مادة مهمة. الأكسدة بملح الدم الأحمر (فيري سيانيد البوتاسيوم) تحوله إلى صبغة النيلي بيرازول الأزرق:

الميثيل (CH3I عند 100 درجة مئوية) يحوله إلى عقار مضاد البيرين مضاد البيرين (1-فينيل-2،3-داي ميثيل بيرازولون)، ومشتق 4-N-ديميثيلامينو منه هو دواء مشابه أميدوبيرين (بيراميدون). الأنظمة الحلقية التي تحتوي على ثلاث ذرات مغايرة أو أكثر ليست ذات أهمية عملية. كلها مقاومة للأكسدة والاختزال والأحماض القوية. يتم الحصول على الفورازان عن طريق تجفيف ثنائي أوكسيمات الداكيتون. 1،2،3-التريازولات والتترازولات تنتمي أيضًا إلى هذه المجموعة من المركبات.

موسوعة كولير. - المجتمع المفتوح. 2000 .

انظر ما هي "المركبات الحلقية غير المتجانسة" في القواميس الأخرى:

- (دورات غير متجانسة) مركبات عضوية تحتوي على دورات، والتي تشمل أيضًا مع الكربون ذرات عناصر أخرى. يمكن اعتبارها مركبات حلقية كربوهيدراتية تحتوي على بدائل غير متجانسة (ذرات غير متجانسة) في الحلقة. معظم... ... ويكيبيديا

مركبات عضوية تحتوي على دورة في الجزيء، والتي تتضمن، إلى جانب ذرات الكربون، ذرات عناصر أخرى، غالبًا ما تكون النيتروجين والأكسجين والكبريت (ما يسمى بالذرات غير المتجانسة). المركبات الحلقية غير المتجانسة الطبيعية، مثل الكلوروفيل، الهيم،... ... القاموس الموسوعي الكبير

المركبات الحلقية غير المتجانسة- راجع المركبات الحلقية غير المتجانسة ومبيدات الأعشاب الجديدة، والتي يعد منها reglon وbazagran واعدة. يمكنهم دخول المسطحات المائية من خلال الجريان السطحي ومياه الصرف الصحي الناتجة عن الصناعة الكيميائية. ريجلون وبازجران بنيان... ... أمراض الأسماك: دليل

المركبات الحلقية غير المتجانسة- المركبات الحلقية غير المتجانسة، فئة واسعة من المركبات العضوية. مركبات ذات بنية دورية للجزيئات، والتي لا يشمل تكوينها ذرات الكربون فحسب، بل يشمل أيضًا ذرات العناصر الأخرى (الذرات غير المتجانسة). المركبات الحلقية معروفة والتي الدور فيها... ... الموسوعة الطبية الكبرى

المركبات الحلقية غير المتجانسة، انظر المركبات الحلقية... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

مركبات عضوية تحتوي على دورة في الجزيء، والتي تتضمن، إلى جانب ذرات الكربون، ذرات عناصر أخرى، غالبًا ما تكون النيتروجين والأكسجين والكبريت (ما يسمى بالذرات غير المتجانسة). المركبات الحلقية غير المتجانسة الطبيعية مثلا... ... القاموس الموسوعي

منظمة. المركبات التي تحتوي جزيئاتها على دورات، بما في ذلك، مع ذرات الكربون، واحدة أو أكثر. ذرات العناصر الأخرى (الذرات غير المتجانسة). نائب. أي أن الدورة تشمل ذرات N، O، S. وتشمل هذه الذرات البولي كربونات، القلويدات، الفيتامينات،... ... الموسوعة الكيميائية

- (انظر غير المتجانسة... + دوري) مركبات عضوية ذات هيكل دوري (حلقي)، لا تشمل دورتها ذرات الكربون فحسب، بل أيضًا ذرات العناصر الأخرى (النيتروجين والأكسجين والكبريت وما إلى ذلك). قاموس جديد للكلمات الأجنبية. بواسطة ادوارت،…… قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية

دورات غير متجانسة (من مغاير... (انظر مغاير...) والدائرة اليونانية kýklos)، مواد عضوية تحتوي على دورة، والتي، بالإضافة إلى ذرات الكربون، تشمل ذرات عناصر أخرى (ذرات مغايرة)، في أغلب الأحيان N، O، S ، في كثير من الأحيان R، V، Si، الخ .... الموسوعة السوفيتية الكبرى

- (من المغاير... ودائرة كيكلوس اليونانية، دورة) عضوي. مركبات تحتوي على دورة في الجزيء، والتي يتضمن تكوينها، بالإضافة إلى ذرات الكربون، ذرات عناصر أخرى (ذرات غير متجانسة)، في أغلب الأحيان النيتروجين (انظر، على سبيل المثال، البيريدين)، والأكسجين، والكبريت، وفي كثير من الأحيان الفوسفور، .. .... قاموس البوليتكنيك الموسوعي الكبير

كتب

• مركبات حلقية غير متجانسة تحتوي على ثلاث ذرات مغايرة أو أكثر. دليل الدراسة ميرونوفيتش ليودميلا ماكسيموفنا. يوضح الكتاب المدرسي أساسيات كيمياء المركبات الحلقية غير المتجانسة التي تحتوي على ثلاث ذرات غير متجانسة أو أكثر. الطرق الرئيسية للحصول على الأوكساديازول والثياديازول…

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

تم النشر على http://www.allbest.ru/

مقدمة

1. المركبات الحلقية غير المتجانسة

1.3 النواة

1.5 التفاعل الكهربي

1.6 الحلقات غير المتجانسة: الإنزيمات والفيتامينات

1.7 الدورات غير المتجانسة والطب

2.4 التطبيق: المضادات الحيوية في الطب

2.5 المضادات الحيوية الببتيدية

خاتمة

قائمة الأدب المستخدم

مقدمة

في الوقت الحاضر، يتمتع معظم الأشخاص المتعلمين على الأقل بفهم عام للبروتينات والدهون والكربوهيدرات ودور هذا الثالوث من المواد في عمليات الحياة. ويتجلى وعي أقل فيما يتعلق بما يسمى بالمركبات الحلقية غير المتجانسة، أو الحلقات غير المتجانسة، والتي لا تقل أهميتها في كيمياء الكائنات الحية، كما أن تنوع مظاهرها أوسع بشكل ملحوظ من تنوع البروتينات والدهون والمركبات. الكربوهيدرات. تلعب الحلقات غير المتجانسة، وبشكل أكثر تحديدًا، بعض مشتقات البيورينات والبيريميدين، دورًا أساسيًا في نقل الصفات الوراثية.

المضادات الحيوية هي مواد لها خصائص سامة تجاه الكائنات الحية الدقيقة الأخرى. كلمة "مضاد حيوي" في اليونانية تعني "ضد الحياة". بمعنى آخر، المضادات الحيوية هي نفايات محددة لأنواع معينة من الفطريات التي تؤخر أو تمنع نمو أنواع أخرى من الكائنات الحية الدقيقة بشكل كامل. ولذلك، تعتبر المضادات الحيوية سموما للبكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى. (لانسيني، 2005)

بناءً على طبيعة عملها، تنقسم المضادات الحيوية إلى مبيد للجراثيم ومثبط للجراثيم. يتميز تأثير مبيد الجراثيم بحقيقة أنه تحت تأثير المضاد الحيوي يحدث موت الكائنات الحية الدقيقة. يعد تحقيق تأثير مبيد للجراثيم أمرًا مهمًا بشكل خاص عند علاج المرضى الضعفاء، وكذلك في حالات الأمراض المعدية الشديدة مثل تسمم الدم العام (الإنتان)، والتهاب الشغاف، وما إلى ذلك، عندما لا يكون الجسم قادرًا على محاربة العدوى من تلقاء نفسه. المضادات الحيوية مثل البنسلينات المختلفة والستربتوميسين والنيومايسين والكاناميسين والفانكومايسين والبوليميكسين لها تأثير مبيد للجراثيم.

مع تأثير جراثيم، لا يحدث موت الكائنات الحية الدقيقة، ويلاحظ فقط وقف نموها وتكاثرها. عند إزالة المضاد الحيوي من البيئة، يمكن للكائنات الحية الدقيقة أن تتطور مرة أخرى. في معظم الحالات، عند علاج الأمراض المعدية، فإن التأثير الجراثيم للمضادات الحيوية بالاشتراك مع آليات الدفاع في الجسم يضمن تعافي المريض.(Egorov, 2007 S.)

1. المركبات الحلقية غير المتجانسة

المركبات الحلقية غير المتجانسة (الحلقات غير المتجانسة) هي مركبات عضوية تحتوي على دورات، والتي تتضمن أيضًا، إلى جانب الكربون، ذرات عناصر أخرى. يمكن اعتبارها مركبات حلقية كربوهيدراتية تحتوي على بدائل غير متجانسة (ذرات غير متجانسة) في الحلقة. الأكثر تنوعًا والتي تمت دراستها جيدًا هي المركبات الحلقية غير المتجانسة التي تحتوي على النيتروجين. الحالات الحدية للمركبات الحلقية غير المتجانسة هي المركبات التي لا تحتوي على ذرات الكربون في الحلقة، مثل البنتازول.

1.2 الخصوصية الفيزيائية والكيميائية للدورات غير المتجانسة

تشارك المركبات الحلقية غير المتجانسة المختلفة بشكل أو بآخر في العديد من العمليات الكيميائية التي تحدث في الخلايا الحية. لماذا الدورات غير المتجانسة؟ - يطرح سؤال معقول تمامًا. للإجابة على ذلك، من الضروري التحدث بشكل عام على الأقل عن الخصائص الفيزيائية والكيميائية الأساسية للدورات غير المتجانسة.

أول شيء يجب ملاحظته هو النطاق الواسع للغاية لتفاعل الحلقات غير المتجانسة. اعتمادا على الرقم الهيدروجيني للبيئة، فإنها تشكل الأنيونات أو الكاتيونات، وبعضها يتفاعل بسهولة مع الكواشف موجبة الشحنة (أليف الكهربية)، والبعض الآخر مع الكواشف سالبة الشحنة (أليف النيوكليوفيلات)؛ بعضها يمكن اختزاله بسهولة ولكن يصعب أكسدته، والبعض الآخر، على العكس من ذلك، يتأكسد بسهولة ولكن يصعب اختزاله. هناك أيضًا أنظمة حلقية غير متجانسة مذبذبة تظهر في نفس الوقت جميع الخصائص المذكورة. إن قدرة العديد من الحلقات غير المتجانسة على تكوين مجمعات قوية مع أيونات المعادن لها أهمية كيميائية حيوية مهمة. ترتبط كل مظاهر التفاعل هذه بطريقة أو بأخرى بتوزيع كثافة الإلكترون في الجزيئات الحلقية غير المتجانسة.

لنأخذ البيريدين كمثال. خصوصية ذرة نيتروجين البيريدين هي أنها تجذب جزءًا من السحابة الإلكترونية للجزيء. ونتيجة لذلك، فإن ذرات الكربون، وخاصة تلك الموجودة في المواضع أورثو وبارا، تكتسب شحنة موجبة جزئية. يعد نقص كثافة الإلكترون في العمود الفقري للكربون خاصية مميزة لجميع الحلقات غير المتجانسة التي تحتوي على ذرات مغايرة من نوع البيريدين. الميزة الأكثر أهمية هي سهولة التفاعل مع الكواشف سالبة الشحنة - النيوكليوفيلات. والمثال النموذجي هو تفاعل البيريدين مع أميد الصوديوم، مما يؤدي إلى تكوين 2-أمينوبيريدين. (كوتشيتكوفا 1986)

تفاعلات استبدال الهيدروجين تحت تأثير الكواشف الموجبة الشحنة لمثل هذه الدورات غير المتجانسة تكون صعبة للغاية أو لا تحدث على الإطلاق. ومع ذلك، فإن محبي الإلكترونات يلتصقون بسهولة بذرة نيتروجين البيريدين بسبب زوج الإلكترونات الوحيد. على سبيل المثال، مع الأحماض وهاليدات الألكيل، يشكل البيريدين أملاح البيريدينيوم وN-ألكيلبيريدينيوم، على التوالي. يعمل البيريدين في الواقع كقاعدة في مثل هذه التفاعلات.

من المعروف أن إدخال مجموعات سحب الإلكترون إلى الجزيء العضوي يؤدي إلى انخفاض طاقة المدارات الجزيئية. ونتيجة لذلك، فإن المركبات أكثر صعوبة في التخلي عن الإلكترونات (فهي تتأكسد بشكل سيء)، ولكن من الأسهل الحصول عليها (يتم تقليلها بشكل أفضل). تعتبر الذرة غير المتجانسة من نوع البيريدين متقبلة للإلكترون، مما يعني أن الحلقات غير المتجانسة المقابلة يجب أن تكون عرضة للاختزال بسهولة. هذا صحيح. على سبيل المثال، يتم اختزال كلوريد 1-بنزيل-3-كاربامويلبيريدينيوم إلى 1-بنزيل-3-كاربامويل-1،4-ثنائي هيدروبيريدين، والذي يمكن أكسدته مرة أخرى إلى الملح الأصلي.

يكمن هذا التفاعل القابل للعكس في عمل العديد من المحفزات الطبيعية - الإنزيمات، وفي المقام الأول تلك التي توفر عملية التنفس وتراكم الطاقة.

ويحدث الوضع المعاكس في حالة البيرول والحلقات غير المتجانسة الأخرى التي تحتوي على ذرة مغايرة من نوع البيرول. في جزيئات هذه المركبات، يوجد رسميًا ستة إلكترونات p لكل خمس ذرات حلقية. ونتيجة لذلك، فإن ذرات الكربون الحلقية لديها شحنة سالبة زائدة. لم تعد هذه الحلقات غير المتجانسة تتميز بالتفاعلات مع النيوكليوفيلات، ولكن تفاعلها مع محبي الكهربية يسير بسهولة شديدة. على سبيل المثال، تتم بروم البيرول في البرد مباشرة إلى رباعي بروموبيرول، ومن الصعب إيقاف هذا التفاعل عند مرحلة الإحلال الأحادي.

إن الذرة غير المتجانسة من نوع البيرول خالية عمليا من الخصائص الأساسية. على العكس من ذلك، يتميز البيرول وغيره من الحلقات غير المتجانسة NH بالحموضة. وهكذا، تحت تأثير القواعد فإنها تشكل N-الأنيونات. يتفاعل هذا الأخير بسهولة مع العديد من محبي الإلكتروفيلات، والذي يستخدم للحصول على مجموعة متنوعة من مشتقات N، على سبيل المثال، 1-ميثيل بيرول. تتمتع المدارات الجزيئية في مثل هذه الدورات غير المتجانسة بطاقة عالية، لذلك، على عكس البيريدين ونظائره، يصعب تقليلها، ولكن من السهل أكسدتها. وبالتالي، من خلال الأكسدة الخاضعة للرقابة للبيرول وبدائله N، يمكن الحصول على بولي بيرول.

المركبات التي تحتوي على ذرات غير متجانسة من البيرول والبيريدين على التوالي تظهر خصائص مذبذبة. إيميدازول يدل في هذا الصدد.

تعد هذه الدورة غير المتجانسة واحدة من أكثر الدورات شيوعًا، ويمكن القول أنها أساسية، في الكائنات الحية. وهو جزء من قواعد البيورين وفيتامين ب 12 والعديد من الإنزيمات. ترتبط الوظائف البيولوجية للإيميدازول بالتنوع الاستثنائي والمرونة في خصائصه الفيزيائية والكيميائية. لذلك، عن طريق إزالة البروتون، يتحول إلى أنيون، وبإضافة بروتون، يتحول إلى كاتيون إيميدازوليوم. الخصائص الحمضية القاعدية للإيميدازول هي أنه في الجسم عند درجة الحموضة = 7، يكون حوالي نصف جزيئاته على شكل كاتيون، والنصف الآخر على شكل جزيئات محايدة. ميزة أخرى للإيميدازول هي ميله إلى تكوين روابط هيدروجينية بين الجزيئات مع جزيئات مماثلة ومع الماء والأحماض الأمينية والجزيئات الحيوية الأخرى.

تنتمي الروابط الهيدروجينية إلى ما يسمى بالتفاعلات غير التكافؤية. على الرغم من أن طاقة تفاعل واحد غير متكافئ أقل بمقدار 1-2 أمر من طاقة الروابط التساهمية العادية، إلا أن التفاعلات غير المتكافئة، وقبل كل شيء، الروابط الهيدروجينية هي التي توفر المرونة والسرعة والتنوع في العمليات الكيميائية الحيوية. ويفسر ذلك تعدد التفاعلات بين الجزيئات، والتي عندما تجتمع تصبح عاملا حاسما في كيمياء الكائنات الحية. تتمتع المركبات الحلقية غير المتجانسة، بقطبيتها وأزواجها الإلكترونية المنفردة وذراتها غير المتجانسة وروابطها N-H، بقدرة فريدة على التفاعلات غير المتكافئة. في هذا الصدد، تجدر الإشارة إلى أن تكوين روابط هيدروجينية متعددة بين أزواج القواعد التكميلية الأدينين - الثيمين والجوانين - السيتوزين يضمن التصاقًا قويًا إلى حد ما لحلزونات متعدد النوكليوتيدات في جزيئات الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل. (شيرستنيف، 1990)

1.3 النواة

محب النواة في الكيمياء (النواة اللاتينية "النواة"، اليونانية القديمة tsylEshch "الحب") هو كاشف يشكل رابطة كيميائية مع شريك التفاعل وفقًا لآلية المانح والمستقبل، مما يوفر زوجًا من الإلكترون. ولأن النيوكليوفيلات تتبرع بالإلكترونات، فهي بحكم تعريفها قواعد لويس. من الناحية النظرية، يمكن لجميع الأيونات والجزيئات المحايدة التي تحتوي على زوج إلكترون وحيد أن تعمل كنواة.

النيوكليوفيل هو كاشف كيميائي غني بالإلكترونات قادر على التفاعل مع المركبات التي تعاني من نقص الإلكترون (المحبين للكهرباء). ومن أمثلة النيوكليوفيلات الأنيونات (Cl؟، Br؟، I؟) والمركبات التي تحتوي على زوج إلكترون وحيد (NH 3، H 2 O).

وهكذا، بالنسبة للحلقات غير المتجانسة ذات خمسة أعضاء مع ذرة مغايرة واحدة (نوع البيرول)، يتم توزيع السداسية العطرية من الإلكترونات على الذرات الخمس للحلقة بطريقة تؤدي إلى ارتفاع نواة هذه المركبات. وهي تتميز بتفاعلات استبدال محبة للكهرباء، ويمكن بروتونتها بسهولة عند نيتروجين البيريدين أو حلقة الكربون، كما أنها مهلجنة ومسلفنة في ظروف معتدلة. التفاعل أثناء الاستبدال الإلكتروفيلي يتناقص بالترتيب بيرول > فوران > سيلينوفين > ثيوفين > بنزين.

يؤدي إدخال ذرات غير متجانسة من نوع البيريدين في دورات غير متجانسة ذات خمسة أعضاء إلى انخفاض في كثافة الإلكترون، والألفة النووية، وبالتالي التفاعل في تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية، أي أن التأثير مشابه لتأثير بدائل سحب الإلكترون لمشتقات البنزين . تتفاعل الآزولات مع محبي الإلكتروفيلات مثل البيرولات مع واحد أو أكثر من بدائل سحب الإلكترون في الحلقة، وبالنسبة للأوكسازول والثيازول يصبح الأمر ممكنًا فقط في وجود بدائل منشطة ذات تأثير +M (مجموعات الأمينو والهيدروكسي).

نظرًا لحركة الإلكترونات p، فإن الجزيئات التي تحتوي على روابط p لها أيضًا خصائص محبة للنواة: CH 2 =CH 2، CH 2 =CH-CH=CH 2، C 6 H 6، إلخ.

بالنسبة للحلقات غير المتجانسة المكونة من ستة أعضاء (نوع البيريدين)، تؤدي كثافة الإلكترون المنخفضة مقارنة بالبنزين إلى انخفاض محبة النواة لهذه المركبات: تحدث تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية في ظل ظروف قاسية. وهكذا، يتم سلفنة البيريدين مع الزيت عند درجة حرارة 220-270 درجة مئوية.

1.4 محبة النواة للذرات غير المتجانسة

الموقف الذري كثافة الإلكترون

2 (ألفا) 0.84

3 (بيتا) 1.01

4 (جاما) 0.87

وبناء على ذلك، يتم توجيه هجمات محبي الإلكتروفيل في هذه الحالة إلى ذرة نيتروجين البيريدين. يمكن لمجموعة متنوعة من عوامل الألكلة والأسيلة (تفاعل التربيع مع تكوين الأملاح الرباعية المقابلة) والأحماض البيروكسيدية (مع تكوين أكاسيد N) أن تعمل كمحبين كهربائيين.

تكون ذرة النيتروجين من نوع البيرول أقل محبة للنواة بشكل ملحوظ - تحدث ألكلة الإيميدازولات المستبدلة N في الغالب عند نيتروجين من النوع البيريدين، ومع ذلك، عندما يتم نزع بروتونات نيتروجين البيرول غير المستبدل، يتم عكس اتجاه الاستبدال. وهكذا، 4-نيتروإيميدازول، عند ميثيله في ظروف محايدة، ينتج بشكل رئيسي 1-ميثيل-5-نيتروإيميدازول، وفي المحاليل القلوية (حيث تكون الركيزة في شكلها المنزوع البروتونات)، يكون منتج التفاعل الرئيسي هو 1-ميثيل-4-نيتروإيميدازول.

تعتبر هذه الزيادة في أليف النيتروجين من نوع البيرول عند نزع البروتون أمرًا نموذجيًا لجميع المركبات العطرية غير المتجانسة، ومع ذلك، فإن اتجاه الهجوم المحب للكهرباء يعتمد على درجة تفكك الأنيون الناتج: إذا تعرضت هاليدات المغنيسيوم الإندوليل والبيروليل لهجوم محب للإلكتروفيل في الغالب عند الكربون ، فإن أملاح الفلزات القلوية المقابلة سوف تتفاعل بشكل رئيسي عند ذرة النيتروجين. تأكيد تأثير تفكك مركب N-anion-metal على اتجاه التفاعل هو عكس اتجاه الهجوم الإلكتروفيلي أثناء تفاعل هاليدات الإندوليل المغنيسيوم مع يوديد الميثيل في HMPTA بسبب تفكك المغنيسيوم المعزز بالمذيبات معقد.

1.5 التفاعل الكهربي

متغاير الحجري r-tions منظمة. كون. بالكهرباء الكواشف (محبب الكهربية، من الإلكترون اليوناني - إلكترون وفيليو - الحب). تشمل الكائنات الكهربية الأيونات والجزيئات التي لها مدار شاغر منخفض الطاقة إلى حد ما (مركبات لويس) - H +، D +، Li +، Alk +، AlAlk3، Hal +، BF3، SO3H +، NO +، NO + 2، إلخ - وعند التفاعل مع الركيزة ، يتم قبول كلا الإلكترونات الرابطة به.

أساس التفاعل الكهربي هو قدرة الأوليفينات والأسيتيلين والعطريات على التبرع بالإلكترون. الهيدروكربونات فيما يتعلق بالإلكترونيات، بالإضافة إلى إمكانية قيام الذرات غير المتجانسة والروابط البسيطة C - C وC - H بنقل أزواج الإلكترونات الخاصة بها.

تزداد المحبة الكهربية للمركبات العطرية غير المتجانسة مع انخفاض كثافة الإلكترون n، أي مع زيادة عدد الذرات غير المتجانسة، ومع عددها المتساوي، تكون أعلى في الحلقات غير المتجانسة المكونة من ستة أعضاء مقارنة بالحلقات غير المتجانسة ذات الخمسة أعضاء. وهكذا، بالنسبة للبيرول والإندولات، تكون تفاعلات الاستبدال المحبة للنواة غير نمطية؛ حيث يتم أمين البيريدين والبنزيميدازول مع أميد الصوديوم، ويتم تحلل 1،3،5-تريازين بسرعة إلى فورمات الأمونيوم الموجود بالفعل في محلول مائي.

1.6 الحلقات غير المتجانسة: الإنزيمات والفيتامينات.

عادةً ما تكون الإنزيمات عبارة عن بروتينات ذات وزن جزيئي كبير. وهي تشتمل غالبًا على عدة سلاسل متعددة الببتيد متشابكة مع بعضها البعض من خلال تفاعلات غير متكافئة. بفضل هذا التنظيم فوق الجزيئي، يكتسب جزيء الإنزيم شكلا ثلاثي الأبعاد، حيث توجد على سطحه جميع أنواع المخالفات: المنخفضات، والمنافذ، والشقوق. في إحدى هذه المخالفات توجد المنطقة النشطة للإنزيم، والتي يدخل فيها الجزيء المتفاعل، مثل المفتاح في القفل. مثل كل قفل جيد، يستجيب الإنزيم فقط لـ "مفتاحه"، أي لجزيئات مادة محددة بدقة - الركيزة. ولذلك فإن كل نوع من التحولات في الجسم يتطلب مشاركة الإنزيم الخاص به.

تشمل المراكز النشطة للعديد من الإنزيمات بقايا المركبات الحلقية غير المتجانسة، وخاصة البيريدين والإيميدازول. جزء الإيميدازول هو جزء من حمض الهيستيدين الأميني. إلى جانب حمض التربتوفان الأميني المحتوي على الإندول، فهو أحد أهم الأحماض الأمينية الطبيعية في السلسلة الحلقية غير المتجانسة.

نظرًا لخصائصها الحمضية القاعدية الفريدة، يمكن لحلقة الإيميدازول أن تحفز إضافة النيوكليوفيلات إلى مجموعة الكربونيل. يعد هذا التفاعل أحد أهم التفاعلات في الممارسة المعملية وفي الطبيعة الحية.

إلى جانب الإنزيمات البروتينية النقية، هناك العديد من الإنزيمات التي تحتوي أيضًا على جزء غير بروتيني يسمى الإنزيم المساعد. معظم هذه الأخيرة عبارة عن مشتقات من الحلقات النيتروجينية غير المتجانسة: البيريدين، بيريميدين، الثيازول، وما إلى ذلك. لا يمكن تصنيع العديد من الإنزيمات المساعدة في البشر والحيوانات، لذلك يجب تزويدهم بالغذاء. تسمى الإنزيمات المساعدة الجاهزة أو سلائفها الكيميائية القريبة بالفيتامينات. (سولداتينكوف 2001)

1.7 الدورات غير المتجانسة والطب

مقاومة المضادات الحيوية للكائنات الحية الدقيقة غير المتجانسة

القليل منا يمر يومه بدون كوب من الشاي أو القهوة، فتأثيرها المنشط ناتج عن قلويدات مجموعة البيورين الموجودة في أوراق الشاي وثمار القهوة - الكافيين والثيوبرومين والثيوفيلين. جميعها منشطات للجهاز العصبي المركزي، وتزيد من النشاط الحيوي للأنسجة، وتعزز عملية التمثيل الغذائي بشكل عام. يستخدم الثيوفيلين والثيوبرومين في الطب كموسعات للأوعية ومدرات للبول. وبطبيعة الحال، يتم الآن إعدادها صناعيا.

يُطلق على القرن العشرين أحيانًا اسم قرن الثورة الطبية الكبرى. وبطبيعة الحال، ينبغي اعتبار المضادات الحيوية ب-لاكتام من ألمع رموزها - البنسلين والسيفالوسبورين، التي أنقذت حياة الملايين من البشر. كلاهما أيضًا مشتقات من مركبات حلقية غير متجانسة.

في السنوات الأخيرة، كان هناك تقدم كبير في حل هذه المشكلة المعقدة مثل إنشاء أدوية فعالة مضادة للفيروسات. في عام 1988، حصل العالمان الأمريكيان جي. إليون وجي. هيتشينجز على جائزة نوبل لإنشاء الأسيكلوفير، وهو أول دواء فعال للغاية ضد عدوى الهربس الفيروسية. في وقت سابق إلى حد ما، حصل نفس العلماء على أزيدوثيميدين وأدخلوه في الممارسة السريرية، ويستخدم كعلاج ضد الإيدز. نظرًا لحقيقة أن عمل الأسيكلوفير والأزيدوثيميدين يستهدف الجهاز الوراثي للفيروسات، فليس من المستغرب أن ينتمي كلا العقارين إلى البيورينات والبيريميدين.

وقد أدت النجاحات التي تحققت في مكافحة الأمراض المعدية إلى نقلها، باعتبارها السبب الرئيسي للوفيات، إلى المركز الثالث. وفي الوقت نفسه، احتلت أمراض القلب والأوعية الدموية والسرطان المركزين الأولين. جنبا إلى جنب مع اضطرابات الجهاز العصبي، والتي هي أيضا منتشرة للغاية، غالبا ما تسمى أمراض القرن العشرين. بدأت الثورة الحديثة في علم الأدوية النفسية في الخمسينيات من القرن الماضي بمشتقات إحدى الحلقات غير المتجانسة - الفينوثيازين. الممثل الكلاسيكي وربما الأكثر لفتًا للانتباه لهم هو الكلوربرومازين (الكلوربرومازين). في الولايات المتحدة وحدها، أدى استخدام الكلوربرومازين في وقت قصير إلى تحرير عدة ملايين من أسرة المستشفيات التي يشغلها الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات عقلية مختلفة. في الستينيات، تم إدخال مجموعة أخرى من المهدئات، المرتبطة أيضًا بالدورات غير المتجانسة، في الممارسة السريرية. نحن نتحدث عن مشتقات 1,4-البنزوديازيبين. وأشهرها الديازيبام والنيترازيبام والفينازيبام وغيرها. وفي وقت قصير، من حيث عدد الأقراص المستهلكة، أصبحت من أكثر الأدوية انتشاراً في العالم.

وبنفس الطريقة، في السنوات الأخيرة، احتلت مشتقات 1.4-ديهيدروبيريدين، على سبيل المثال، فينيجيدين، المركز الأول بين أدوية القلب والأوعية الدموية. العامل المضاد للسرطان الشائع هو 5 فلورويوراسيل (إيفانسكي، 1978)

2. المضادات الحيوية وتأثيرها على الكائنات الحية الدقيقة

بدأ تاريخ المضادات الحيوية باكتشاف عالم البكتيريا الإنجليزي ألكسندر فليمنج. في 15 سبتمبر 1928، أثناء دراسة طويلة الأمد مخصصة لدراسة مقاومة الجسم البشري للعدوى البكتيرية، كان العالم يجري تجربة روتينية، واجه ظاهرة مثيرة للاهتمام. كان لديه في مختبره مجموعة كبيرة من الميكروبات المتنوعة التي تنمو في أطباق بيتر على وسط غذائي. لفت انتباهه إلى أحد الأكواب التي ظهر العفن على حافتها وماتت جميع مستعمرات الكائنات الحية الدقيقة القريبة. كان لدى فليمنج فكرة أن العفن ينشر حول نفسه مادة معينة يمكنها قتل الميكروبات. بدأ بإدخال هذا القالب عمدا في أكواب تحتوي على مستعمرات من الميكروبات. وسرعان ما اكتشفوا أن هذا القالب له بالفعل خصائص مضادة للميكروبات. وقد أطلق على المادة التي يفرزها فطر العفن اسم البنسلين. في ذلك الوقت، لم يتم عزل البنسلين في شكل نقي أو مركز، وكان للعفن نفسه تأثير ضعيف وكان غير مريح للغاية للاستخدام.

خلال ثلاثينيات القرن العشرين، جرت محاولات فاشلة لتحسين جودة البنسلين والمضادات الحيوية الأخرى من خلال تعلم كيفية الحصول عليها في شكل نقي بدرجة كافية. فقط في عام 1938، تمكن عالمان من جامعة أكسفورد، هوارد فلوري وإرنست تشين، من عزل شكل نقي من البنسلين، والذي بدأ استخدامه في عام 1941، وبالفعل في عام 1943، بسبب الحاجة الكبيرة للأدوية خلال العالم الثاني. بدأت الحرب بالإنتاج الضخم لإنتاج هذا الدواء.

وفي عام 1945، مُنح فليمنج وفلوري وتشاين جائزة نوبل لأبحاثهم.

لقد أنقذ البنسلين والمضادات الحيوية الأخرى عددًا لا يحصى من الأرواح. وبالإضافة إلى ذلك، كان البنسلين أول دواء يثبت ظهور المقاومة الميكروبية للمضادات الحيوية. (غودمان، 1977)

يمكن للمضادات الحيوية، اعتمادًا على التركيز، أن تمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة الحساسة (تأثير الجراثيم)، أو تسبب موتها (تأثير مبيد للجراثيم) أو تذويبها (تأثير حاللي). لا يمكنك الاستغناء عن المضادات الحيوية لالتهاب الحويضة والكلية الحاد والالتهاب الرئوي والتهاب الأذن الوسطى والتهاب الجيوب الأنفية المعقد والخراجات والإنتان والكلاميديا ​​​​والتهاب الشغاف المعدي وغيرها من الأمراض الخطيرة للغاية. غالبًا ما توصف المضادات الحيوية للأشخاص بعد الجراحة. ومع ذلك، فإن جميع المضادات الحيوية لها نطاق مختلف من العمل. على سبيل المثال، البنسلين فعال ضد الالتهاب الرئوي الناجم عن عدوى المكورات العنقودية، ولكن بالنسبة للالتهاب الرئوي الناجم عن الميكوبلازما، فإنه لن يعطي أي نتيجة.

دخلت المضادات الحيوية حياتنا كوسيلة للتخلص من الالتهابات التي عذبت البشرية منذ آلاف السنين. لكن بعد ظهور أدوية قوية جديدة، بدأ الناس يتحدثون عن أضرارها. وفي عملية تحسين الأدوية، اتضح أن الدواء يقتل فقط البكتيريا الحساسة له. وينجو أقوى هذه الكائنات، وتحدث طفرة في خلاياها. اتضح أن جيش الجراثيم المقاومة للمضادات الحيوية يتجدد كل يوم. اتضح أنه مع الاستخدام المطول للمضادات الحيوية "في نفس الوقت" تقتل البكتيريا المفيدة في الجهاز الهضمي، وتساهم في ظهور دسباقتريوز الأمعاء، والأضرار السامة للكبد والكلى، وما إلى ذلك. يصاب الكثير من الناس بالحساسية تجاهها. ومع ذلك، لا يمكننا اليوم الاستغناء عن المضادات الحيوية؛ فهي لا تزال "المركز" في التغلب على الإنتان والتسمم والسل. لا توجد أدوية أخرى حتى الآن يمكنها التعامل بقوة وبسرعة مع العدوى التي تهدد الحياة. يقوم العلماء باستمرار بابتكار أدوية جديدة مصممة لسلالات جديدة.

وحتى لا تسبب المضادات الحيوية أي ضرر، لا يمكن تناولها لفترة طويلة، ناهيك عن "وصفها" لنفسك، بل يجب وصفها من قبل الطبيب. اختبار - الدم أو البول أو ثقافة البلغم للحساسية للدواء - يساعد الطبيب على اختيار المضاد الحيوي بشكل صحيح وبأقل خطر على الصحة. بالإضافة إلى ذلك، هناك أدوية يتم تناولها بالتوازي مع المضادات الحيوية كغطاء. على سبيل المثال، يمكن أن تقلل Suprastin و Tavegil ومضادات الهيستامين الأخرى بشكل كبير من خطر الإصابة بالحساسية. يقلل Bifikol أو acylact من احتمالية الإصابة بخلل العسر الهضمي المعوي إلى لا شيء تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك، لا يتطور الاعتماد على المضادات الحيوية أبدًا. وتساعد البكتيريا المشقوقة الموجودة في منتجات الحليب المخمر ومستحضرات البروبيوتيك الحديثة على تخفيف التأثير السلبي للمضادات الحيوية على الجسم واستعادة البكتيريا الدقيقة.

2.2 المضادات الحيوية الحلقية غير المتجانسة

المضادات الحيوية (من مضادات الحياة واليونانية بيوس - الحياة)، وهي مواد ذات أصل بيولوجي، يتم تصنيعها بواسطة الكائنات الحية الدقيقة وقمع نمو البكتيريا والميكروبات الأخرى، وكذلك الفيروسات والخلايا. العديد من المضادات الحيوية يمكن أن تقتل الجراثيم. في بعض الأحيان تشتمل المضادات الحيوية أيضًا على مواد مضادة للبكتيريا مستخرجة من الأنسجة النباتية والحيوانية. ويتميز كل مضاد حيوي بتأثير انتقائي محدد فقط على أنواع معينة من الميكروبات. في هذا الصدد، تتميز المضادات الحيوية ذات نطاق واسع وضيق من العمل. الأول يثبط مجموعة متنوعة من الميكروبات (على سبيل المثال، يعمل التتراسيكلين على كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام، وكذلك الركتسيا)؛ والثاني - فقط الميكروبات من أي مجموعة واحدة (على سبيل المثال، الاريثروميسين وأولياندومايسين قمع البكتيريا إيجابية الجرام فقط). نظرًا للطبيعة الانتقائية لعملها، فإن بعض المضادات الحيوية قادرة على قمع النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض بتركيزات لا تلحق الضرر بخلايا الجسم المضيف، وبالتالي يتم استخدامها لعلاج الأمراض المعدية المختلفة للإنسان والحيوان والنبات. . الكائنات الحية الدقيقة التي تشكل المضادات الحيوية هي مضادات للمنافسين الميكروبيين المحيطين الذين ينتمون إلى أنواع أخرى، وبمساعدة المضادات الحيوية تقوم بقمع نموها. تعود فكرة استخدام ظاهرة التضاد الميكروبي لقمع البكتيريا المسببة للأمراض إلى I.I. متشنيكوف، الذي اقترح استخدام بكتيريا حمض اللاكتيك التي تعيش في الزبادي لقمع البكتيريا المتعفنة الضارة الموجودة في الأمعاء البشرية. حتى الأربعينيات. القرن ال 20 لم يتم عزل المضادات الحيوية ذات التأثير العلاجي بشكل نقي من الثقافات الميكروبية. كان أول مضاد حيوي من هذا القبيل هو التيرثريسين، الذي حصل عليه العالم الأمريكي ر. دوبوس (1939) من مزرعة جراثيم التربة العصية الهوائية Bacillus brevis. تم إثبات التأثير العلاجي القوي للتيروثريسين في التجارب التي أجريت على الفئران المصابة بالمكورات الرئوية. في عام 1940، قام العالمان الإنجليزيان إتش. فلوري وجي. تشين، اللذان يعملان باستخدام البنسلين الذي يتم إنتاجه بواسطة قالب البنسيليوم نوتاتويب، الذي اكتشفه عالم البكتيريا الإنجليزي فليمنج في عام 1929، بعزل البنسلين لأول مرة في شكله النقي واكتشفا خصائصه الطبية الرائعة. في عام 1942، حصل العالمان السوفيتيان جي إف غوز وإم جي براجيتسيكوفا على الجراميسيدين سي من مزرعة بكتيريا التربة، وفي عام 1944 حصل العالم الأمريكي ز. فاكسمان على الستربتوميسين من مزرعة الفطريات الشعاعية Streptomyces griseus. تم وصف حوالي 2000 مضاد حيوي مختلف من المزارع الميكروبية، لكن القليل منها فقط (حوالي 40) يمكن أن يكون بمثابة أدوية علاجية؛ أما الباقي، لسبب أو لآخر، ليس له تأثير علاجي كيميائي. يمكن تصنيف المضادات الحيوية وفقًا لأصلها (فطريات، بكتيريا، شعيات، إلخ)، أو طبيعتها الكيميائية أو آلية عملها. المضادات الحيوية من الفطر. تعتبر المضادات الحيوية من مجموعة البنسلين، التي تنتجها العديد من أجناس Penicillium notatum وP. chrysogenum وأنواع أخرى من العفن، ذات أهمية كبيرة. يثبط البنسلين نمو المكورات العنقودية بتخفيف 1 في 80 مليون وهو سام قليلاً للإنسان والحيوان. يتم تدميره بواسطة إنزيم البنسليناز الذي تنتجه بعض البكتيريا. من جزيء البنسلين، تم الحصول على "جوهره" (حمض 6-أمينوبنسيلانيك)، والذي تم بعد ذلك ربط الجذور المختلفة به كيميائيًا. وهكذا تم إنشاء بنسلينات "شبه اصطناعية" جديدة (ميثيسيلين وأمبيسيلين وما إلى ذلك) لا يتم تدميرها بواسطة سينيسيليناز وقمع بعض سلالات البكتيريا المقاومة للبنسلين الطبيعي. مضاد حيوي آخر، السيفالوسبورين C، يتم إنتاجه بواسطة فطر السيفالوسبوريوم. يحتوي على بنية كيميائية قريبة من البنسلين، ولكن لديه نطاق أوسع قليلاً من العمل ويثبط النشاط الحيوي ليس فقط للبكتيريا إيجابية الجرام، ولكن أيضًا لبعض البكتيريا سالبة الجرام. من "جوهر" جزيء السيفالوسبورين (حمض 7-أمينوسيفالوسبورانيك) تم الحصول على مشتقاته شبه الاصطناعية (على سبيل المثال، السيفالوريدين)، والتي تم استخدامها في الممارسة الطبية. تم عزل المضاد الحيوي الجريزوفولفين من مزارع البنسليوم جريزوفولفوم والعفن الآخر. إنه يمنع نمو الفطريات المسببة للأمراض ويستخدم على نطاق واسع في الطب.المضادات الحيوية من الفطريات الشعاعية متنوعة للغاية في طبيعتها الكيميائية وآلية عملها وخصائصها الطبية. في عام 1939، وصف علماء الأحياء الدقيقة السوفييتيون ن. كراسيلنيكوف وإي. كورينياكو المضاد الحيوي المايستين، الذي يتكون من إحدى الفطريات الشعاعية. أول مضاد حيوي من الشعيات تم استخدامه في الطب كان الستربتوميسين، الذي قمع، إلى جانب البكتيريا إيجابية الجرام والعصيات سلبية الجرام، والتولاريميا، والطاعون، والزحار، وحمى التيفوئيد، وكذلك عصيات السل. يتكون جزيء الستربتوميسين من الستربتيدين (مشتق ديجوانيدين من الميزوينوسيتول) المرتبط برابطة الجلوكوزيد مع الستربتوبيوسامين (ثنائي السكاريد الذي يحتوي على سترينتوز وميثيل الجلوكوزامين). ينتمي الستربتوميسين إلى مجموعة المضادات الحيوية ذات القواعد العضوية القابلة للذوبان في الماء، والتي تشمل أيضًا المضادات الحيوية أمينوجلوكوزيد (نيومايسين، مونوميسين، كاناميسين وجنتاميسين)، والتي لها نطاق واسع من العمل. غالبًا ما تستخدم المضادات الحيوية من مجموعة التتراسيكلين في الممارسة الطبية، على سبيل المثال كلورتتراسيكلين (أوريوميسين، بيومايسين) وأوكسيتتراسيكلين (تيراميسين). لديهم مجموعة واسعة من العمل، جنبا إلى جنب مع البكتيريا، قمع الريكتسيا (على سبيل المثال، العامل المسبب للتيفوس). من خلال تعريض مزارع الشعيات، منتجة هذه المضادات الحيوية، للإشعاع المؤين أو العديد من العوامل الكيميائية، كان من الممكن الحصول على طفرات تصنع مضادات حيوية ذات بنية جزيئية متغيرة (على سبيل المثال، ديميثيل كلورتتراسيكلين، المضاد الحيوي كلورامفينيكول-ليفوميسيتين)، الذي له نطاق واسع. يتم إنتاج طيف العمل، على عكس معظم المضادات الحيوية الأخرى، في السنوات الأخيرة من خلال التخليق الكيميائي بدلاً من التخليق الحيوي. الاستثناء الآخر هو المضاد الحيوي المضاد للسل سيكلوسيرين، والذي يمكن أيضًا إنتاجه عن طريق التخليق الصناعي. يتم إنتاج المضادات الحيوية الأخرى عن طريق التخليق الحيوي. يمكن الحصول على بعضها (على سبيل المثال، التتراسيكلين، البنسلين) في المختبر عن طريق التخليق الكيميائي؛ ومع ذلك، فإن هذا الطريق صعب للغاية وغير مربح لدرجة أنه لا يمكنه منافسة التخليق الحيوي. من الأمور ذات الأهمية الكبيرة المضادات الحيوية الماكرولايدية (الإريثروميسين، أولياندوميسين)، التي تقمع البكتيريا إيجابية الجرام، وكذلك المضادات الحيوية البوليينية (النيستاتين، الأمفوتريسين، الليفورين)، والتي لها تأثير مضاد للفطريات. هناك مضادات حيوية معروفة تنتجها الأكتينوميسيتات (انظر الأكتينوميسين)، والتي لها تأثير مثبط على بعض أشكال الأورام الخبيثة وتستخدم في العلاج الكيميائي للسرطان، على سبيل المثال، الأكتينوميسين (الكريسومالين، الأورانتين)، أوليفوميسين، برونيومايسين، روبوميسين سي. ومن المثير للاهتمام أيضًا أن B، الذي له تأثير مضاد للديدان. المضادات الحيوية من البكتيريا أكثر تجانسًا كيميائيًا وفي الغالبية العظمى من الحالات تكون متعددة الببتيدات. في الطب، Tyrothricin وgramicidin C من Bacillus brevis، وbacitracin من Bac. subtilis والبوليميكسين من البكالوريا. بوليميكسا. لا يستخدم النيسين الذي تنتجه المكورات العقدية في الطب، ولكنه يستخدم في صناعة المواد الغذائية كمطهر، على سبيل المثال، في صناعة الأغذية المعلبة. المواد المضادة للبكتيريا من الأنسجة الحيوانية. وأشهرها: الليزوزيم الذي اكتشفه العالم الإنجليزي فليمنج (1922)؛ هذا إنزيم - بولي ببتيد ذو بنية معقدة، والذي يوجد في الدموع واللعاب والمخاط الأنفي والطحال والرئتين وبياض البيض، وما إلى ذلك، يمنع نمو البكتيريا الرمية، ولكن له تأثير ضئيل على الميكروبات المسببة للأمراض؛ كما أن الإنترفيرون هو عبارة عن عديد ببتيد يلعب دورًا مهمًا في حماية الجسم من الالتهابات الفيروسية؛ يمكن زيادة تكوينه في الجسم بمساعدة مواد خاصة تسمى الإنترفيرونوجين. لا يمكن تصنيف المضادات الحيوية حسب الأصل فحسب، بل يمكن تقسيمها أيضًا إلى عدد من المجموعات بناءً على التركيب الكيميائي لجزيئاتها. تم اقتراح هذا التصنيف من قبل العلماء السوفييت M. M. Shemyakin و S. Khokhlov: المضادات الحيوية ذات البنية الحلقية (polyenes nystatin و levorin) ؛ هيكل الحلقية. المضادات الحيوية العطرية. المضادات الحيوية - الكينونات. المضادات الحيوية - المركبات الحلقية غير المتجانسة المحتوية على الأكسجين (الجريزوفولفين) ؛ المضادات الحيوية - الماكروليدات (الاريثروميسين، أولياندومايسين)؛ المضادات الحيوية - المركبات الحلقية غير المتجانسة المحتوية على النيتروجين (البنسلين)؛ المضادات الحيوية - الببتيدات أو البروتينات. المضادات الحيوية - ديسيببتيدات. يعتمد التصنيف الثالث المحتمل على الاختلافات في الآليات الجزيئية لعمل المضادات الحيوية. على سبيل المثال، يمنع البنسلين والسيفالوسبورين بشكل انتقائي تكوين جدار الخلية في البكتيريا. يؤثر عدد من المضادات الحيوية بشكل انتقائي على التخليق الحيوي للبروتين في الخلية البكتيرية في مراحل مختلفة؛ التتراسيكلين يعطل ارتباط الحمض الريبي النووي الناقل (RNA) بالريبوسومات البكتيرية. يقوم الماكرولايد الإريثروميسين، مثل اللينكومايسين، بإيقاف حركة الريبوسوم على طول شريط الحمض النووي الريبي المرسال؛ الكلورامفينيكول يدمر وظيفة الريبوسوم على مستوى إنزيم الببتيديل المترجم. تعمل المضادات الحيوية الستربتومايسين والأمينوجلوكوزيد (نيومايسين، كاناميسين، مونوميسين وجنتاميسين) على تشويه "قراءة" الشفرة الوراثية على الريبوسومات البكتيرية. تؤثر مجموعة أخرى من المضادات الحيوية بشكل انتقائي على التخليق الحيوي للأحماض النووية في الخلايا أيضًا في مراحل مختلفة: الأكتينوميسين والأوليفوميسين، بالتفاعل مع مصفوفة الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA)، يوقفان تخليق الحمض النووي الريبي المرسال؛ يتفاعل البرونيومايسين والميتوميسين مع الحمض النووي كمركبات مؤلكلة، والروبوميسين - عن طريق الإقحام. وأخيرًا، تؤثر بعض المضادات الحيوية بشكل انتقائي على عمليات الطاقة الحيوية: على سبيل المثال، يقوم جراميسيدين C بإيقاف الفسفرة التأكسدية.

2.3 المقاومة الميكروبية للمضادات الحيوية

تعد مقاومة الكائنات الحية الدقيقة للمضادات الحيوية مشكلة مهمة تحدد الاختيار الصحيح لدواء معين لعلاج المريض. في السنوات الأولى بعد اكتشاف البنسلين، كان حوالي 99٪ من المكورات العنقودية المسببة للأمراض حساسة لهذا المضاد الحيوي؛ في الستينيات ما لا يزيد عن 20-30٪ بقي حساسًا للبنسلين. ويرجع نمو الأشكال المقاومة للمضادات الحيوية إلى حقيقة مفادها أن الطفرات المقاومة للمضادات الحيوية تظهر باستمرار في التجمعات البكتيرية، وهي فتاكة وتنتشر بشكل رئيسي في الحالات حيث يتم قمع الأشكال الحساسة بالمضادات الحيوية. ومن وجهة نظر وراثية سكانية، فإن هذه العملية قابلة للعكس. لذلك، عندما تتم إزالة مضاد حيوي معين مؤقتًا من ترسانة العوامل العلاجية، يتم استبدال الأشكال المقاومة من الميكروبات في التجمعات السكانية مرة أخرى بأشكال حساسة تتكاثر بمعدل أسرع. يتم الإنتاج الصناعي للمضادات الحيوية في أجهزة التخمير، حيث تتم زراعة الكائنات الحية الدقيقة المنتجة للمضادات الحيوية في ظروف معقمة على وسائط مغذية خاصة. من الأهمية بمكان في هذه الحالة اختيار السلالات النشطة، والتي تستخدم فيها المطفرات المختلفة لأول مرة للحث على الأشكال النشطة. إذا كانت السلالة الأصلية لمنتج البنسلين التي عمل معها فليمنج أنتجت البنسلين بتركيز 10 وحدة / مل، فإن المنتجين المعاصرين ينتجون البنسلين بتركيز 16000 وحدة / مل. وتعكس هذه الأرقام التقدم التكنولوجي. يتم استخراج المضادات الحيوية التي يتم تصنيعها بواسطة الكائنات الحية الدقيقة وإخضاعها للتنقية الكيميائية. يتم التحديد الكمي لنشاط المضادات الحيوية عن طريق الطرق الميكروبيولوجية (حسب درجة التأثير المضاد للميكروبات) والطرق الفيزيائية والكيميائية.

المنتجون والطبيعة الكيميائية وطيف العمل لأهم المضادات الحيوية.

2.4 التطبيق. المضادات الحيوية في الطب.

وتستخدم العيادة حوالي 40 مضاداً حيوياً ليس لها أي تأثير ضار على جسم الإنسان. لتحقيق التأثير العلاجي، من الضروري الحفاظ على ما يسمى بالتركيزات العلاجية في الجسم، وخاصة في موقع الإصابة. تعتبر زيادة تركيز المضادات الحيوية في الجسم أكثر فعالية، ولكنها قد تكون معقدة بسبب الآثار الجانبية للأدوية. إذا لزم الأمر، لتعزيز عمل المضاد الحيوي، يمكن استخدام العديد من المضادات الحيوية (على سبيل المثال، الستربتوميسين مع البنسلين)، وكذلك الإفيسيلين (للالتهاب الرئوي) والأدوية الأخرى (الأدوية الهرمونية، مضادات التخثر، إلخ). مجموعات من بعض المضادات الحيوية لها تأثير سام، وبالتالي لا يمكن استخدام مجموعاتها. يتم استخدام البنسلين للإنتان والالتهاب الرئوي والسيلان والزهري وما إلى ذلك. البنزيل بنسلين والإكمونوفوسيلين (ملح البنسلين نوفوكائين مع الإكمولين) فعالان ضد المكورات العنقودية. تُستخدم البيسيلينات 1، و3، و5 (ملح البنسلين ديبنزيل إيثيلين ديامين) لمنع الهجمات الروماتيزمية. يتم وصف عدد من المضادات الحيوية لعلاج مرض السل - كبريتات الستربتوميسين، والباسكومايسين، وديههيدروستريبتومايسين باسكات، والبانتومايسين، وبانتوثينات ثنائي هيدروستربتوميسين، والستربتوميسين سالوزيد، وكذلك السيكلوسيرين، وفيوميسين (فلوريميسين)، والكاناميسين والريفاميسين. تُستخدم أدوية السينتوميسين في علاج مرض التوليميا والطاعون. التتراسيكلين – لعلاج الكوليرا. لمكافحة نقل المكورات العنقودية المسببة للأمراض، يتم استخدام الليزوزيم مع إيمولين. البنسلين شبه الاصطناعي مع مجموعة واسعة من العمل - الأمبيسيلين وهيتاسيلين - يمنع نمو عصيات الأمعاء والتيفوئيد والدوسنتاريا. أدى الاستخدام طويل الأمد والواسع النطاق للمضادات الحيوية إلى ظهور عدد كبير من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض المقاومة لها. إن ظهور ميكروبات مقاومة للعديد من المضادات الحيوية في نفس الوقت أمر مهم من الناحية العملية - المقاومة عبر الأدوية. لمنع تكوين أشكال مقاومة للمضادات الحيوية، يتم استبدال المضادات الحيوية المستخدمة على نطاق واسع بشكل دوري ولا يتم تطبيقها موضعيًا على أسطح الجرح أبدًا. يتم علاج الأمراض التي تسببها المكورات العنقودية المقاومة للمضادات الحيوية بالبنسلين شبه الاصطناعي (ميثيسيلين، أوكساسيلين، كلوكساسيللين وديكلوكساسيللين)، وكذلك الاريثروميسين، أولياندوميسين، نوفوبيوسين، لينكومايسين، ليوكوسين، كاناميسين، ريفاميسين. يستخدم الشينكومايسين والجوساميسين ضد المكورات العنقودية المقاومة للعديد من المضادات الحيوية. بالإضافة إلى الأشكال المقاومة، عند استخدام المضادات الحيوية (في أغلب الأحيان الستربتوميسين)، قد تظهر ما يسمى الأشكال التابعة (الكائنات الحية الدقيقة التي تتطور فقط في وجود مضاد حيوي). عند استخدام المضادات الحيوية بشكل غير عقلاني، يتم تنشيط الفطريات المسببة للأمراض في الجسم، مما يؤدي إلى داء المبيضات. للوقاية من داء المبيضات وعلاجه، يتم استخدام المضادات الحيوية نيستاتين وليفورين. في بعض الحالات، تتطور الآثار الجانبية أثناء العلاج بالمضادات الحيوية. البنسلين، عند استخدامه لفترة طويلة بجرعات كبيرة، له تأثير سام على الجهاز العصبي المركزي، والستربتوميسين على العصب السمعي، وما إلى ذلك. يتم التخلص من هذه الظواهر عن طريق تقليل الجرعات. يمكن أن تظهر حساسية (فرط الحساسية) في الجسم بغض النظر عن جرعة وطريقة إعطاء المضاد الحيوي ويتم التعبير عنها في تفاقم العملية المعدية (دخول كميات كبيرة من السموم إلى الدم بسبب الموت الجماعي للعامل الممرض )، انتكاسات المرض (نتيجة لقمع ردود الفعل المناعية في الجسم)، والعدوى، وكذلك الحساسية. إن الحصول على الأملاح من المضادات الحيوية جعل من الممكن التغلب على السمية النوعية لبعض المضادات الحيوية، على سبيل المثال، ملح البانتوثنيك للستربتوميسين - البانتوميسين، الذي لا يختلف عن الستربتومايسين في تأثيره العلاجي، له تأثير جيد على المرضى الذين لا يستطيعون تحمل الستربتومايسين. وتبين أيضًا أن ملح حمض الأسكوربيك الموجود في ثنائي هيدروستربتوميسين أقل سمية بكثير من الستربتوميسين. إذا تطورت الحساسية عند استخدام البنسلين، يتم استخدام المضادات الحيوية من السيفالوسبورين. عند العلاج بالمضادات الحيوية، من الضروري إدارة الفيتامينات في وقت واحد، يجب أن يكون النظام الغذائي غنيا بالبروتينات، لأن الستربتوميسين يقلل من كمية حمض البانتوثينيك (فيتامين ب 3) في الجسم، والفتيفازيد والسيكلوسرين - فيتامين ب 6.

2.5 المضادات الحيوية الببتيدية

المضادات الحيوية الببتيدية، وهي مركبات مضادة للميكروبات تحتوي جزيئاتها على روابط الببتيد. كيميائيًا، هذه مجموعة متنوعة جدًا من المواد، معظمها عبارة عن oligo- و polypeptides حلقية أو خطية تحتوي على بدائل ذات طبيعة غير ببتيدية (بقايا الأحماض الدهنية والأمينات الأليفاتية والكحوليات وأحماض الهيدروكسي وكذلك السكريات والحلقات غير المتجانسة ).

هناك خمسة أنواع رئيسية من المضادات الحيوية الببتيدية: 1) مشتقات الأحماض الأمينية (على سبيل المثال، السيكلوسيرين، والمضادات الحيوية ب-لاكتام) وديكيتوبيرازين (جليوتوكسين، النوع الأول)؛ 2) الببتيدات الهوميرية - الخطية (جراميسيدين A، II) ودورية (bacitracin A، III (هنا وتحت حروف الأبجدية اليونانية تشير إلى موضع المجموعات الأمينية التي تشارك في تكوين الروابط)؛ فيوميسين، IV؛ كابريوميسين 1-A، V)، وكذلك الببتيدات قليلة (netropsin، VI؛ distamycin، VII)؛ 3) الببتيدات غير المتجانسة (على سبيل المثال، البوليميكسينات B وE وM، تشكل VIII وIX وX، على التوالي؛ R = 6-ميثيل أوكتانويل (B1 وE1 وM1) أو إيزوأوكتانويل (B2 وE2 وM2)؛ Dab -2، 4-حمض ديامينوبوتيريك)، بما في ذلك. عوامل مخلبية (بليوميسين) ؛ 4) الببتوليدات - كروموببتوليدات (الأكتينوميسين) ، البيبتوليدات الدهنية (ستندوميسين ، XI ؛ هنا وتحت الحرف Me قبل التعيينات اللاتينية للأحماض الأمينية ، باستثناء Pro ، تشير إلى وجود مجموعة ميثيل في ذرة N ؛ MePro 4-ميثيل برولين) ، الببتوليدات المتغايرة (ميكامايسين B، XII؛ ستافيلومايسين S، XIII)، الببتوليدات البسيطة (غريسيليميسين A، XIV) وديبسيببتيدات (فالينوميسين؛ انظر حاملات الأيونات)؛ 5) الببتيدات الجزيئية الكبيرة، الببتيدات (نيسين، XV؛ جسور الكبريتيد تربط ذرات علاء وأبو b-C)، البروتينات (نيوكارسينوستاتين، التي تحتوي على 109 بقايا من الأحماض الأمينية)، البروتينات (أسباراجيناز، ليسوستابنين بوزن جزيئي 32000).

الببتيدات المتجانسة وغير المتجانسة، الببتوليدات لديها عدد من السمات المميزة التي تميزها عن الببتيدات والبروتينات العادية: أ) انخفاض محتوى بعض الأحماض الأمينية البسيطة (أرجينين، هيستيدين، ميثيونين)، وجود الأحماض الأمينية ذات التكوين D والأحماض الأمينية ذات بنية غير عادية (تحتوي على الكبريت، معقدة حلقية غير متجانسة.، غير مشبعة، N- ميثيل، إيمينو، ب، أحماض أمينية، مشتقات البرولين)؛ ب) وجود بدائل غير الببتيد في الجزيئات؛ ج) هيكل دوري أو خطي في الغالب، بدون مجموعات كربوكسي وأمينية مجانية؛ التدوير بين جذور الأحماض الأمينية نفسها مع تكوين الثيازولين والأكسازولين وغيرها من الهياكل الحلقية غير المتجانسة. بالإضافة إلى ذلك، فإن المضادات الحيوية الببتيدية، كقاعدة عامة، مقاومة لعمل الهيدرولاز، على الرغم من أن بعضها (البوليميكسينات، البليوميسينات) حساسة للأمينواسيليز والببتيداز ذات الأصل الميكروبي والنباتي.

يتم إنتاج المضادات الحيوية الببتيدية كخليط من المركبات المترابطة التي تختلف عن بعضها البعض بواحد أو أكثر من بقايا الأحماض الأمينية أو الاختلافات في بنية المكونات غير الببتيدية. المنتجون هم أنواع مختلفة من الشعيات والبكتيريا والفطريات. يتم التخليق الحيوي للببتيدات وديبسيببتيدات دون مشاركة الريبوسومات والحمض النووي الريبي (RNA) بمساعدة مجمعات إنزيمية محددة ومركبات المضادات الحيوية التي تحتوي على جميع المعلومات الضرورية. بالنسبة لعدد من المضادات الحيوية الببتيدية، تم توضيح الآلية الجزيئية للتخليق الحيوي أو تم تحديد تركيبة التركيبات. أثناء عملية البلمرة أو بعد تكوين سلسلة الببتيد، يحدث تدوير الجزيء وتعديل الأحماض الأمينية الفردية. يحدث التخليق الحيوي للمضادات الحيوية الببتيدية الجزيئية (على وجه الخصوص، النيسين) على الريبوسومات نتيجة لتعديل بروتين السلائف.

المضادات الحيوية الببتيدية لها خصائص بيولوجية متنوعة. من بينها مثبطات تخليق جدار الخلية (باسيتراسين أ) وتخليق البروتين الدهني للغشاء الخارجي للبكتيريا سالبة الجرام (بيسيكلومايسين)، مثبطات التكاثر والنسخ (أكتينوميسين د، بليوميسين) وتخليق البروتين (فيوميسين)، مثبطات غشاء الخلية أداء (بوليميكسين، جراميسيدين، فالينوميسين)، مضادات الأيض (ألانوزين، سيكلوسيرين). المضادات الحيوية الببتيدية لها نشاط مضاد حيوي عالي ضد البكتيريا إيجابية الجرام (باسيتراسين أ) وسالبة الجرام (بوليميكسين)، وكذلك المتفطرات (كابريوميسين 1-أ، فيوميسين). يُظهر عدد من المضادات الحيوية نشاطًا مضادًا للأورام (الأكتينوميسين والأسباراجيناز) ونشاطًا مضادًا للفطريات. ديستاميسين نشط للغاية ضد الفيروسات.

تستخدم المضادات الحيوية الببتيدية على نطاق واسع في الطب البيطري (ميكامايسين ب، نتروبسين)، كمضافات للأعلاف (باسيتراسين أ، ستافيلومايسين)، كمواد حافظة (نيسين)، وفي الدراسات الكيميائية الحيوية (فالينوميسين، جراميسيدين، أكتينوميسين). استخدام المضادات الحيوية الببتيدية في العلاج محدود للغاية بسبب الآثار الجانبية غير المرغوب فيها، وخاصة السمية الكلوية. تُستخدم على نطاق واسع فقط البوليميكسينات B، وE، وM، وبعض الأدوية المضادة للأورام (بليوميسين A2، وأكتينوميسين د، وأسباراجيناز) والأدوية المضادة للسل (سيكلوسيرين، فيوميسين، كابريوميسين 1-أ، ليسوستافنين). ومع ذلك، يتم استبدال المضادات الحيوية الببتيدية من الممارسة الطبية بمضادات حيوية أقل سمية.

3. مشكلة مقاومة الكائنات الحية الدقيقة للأدوية

إن مقاومة مضادات الميكروبات ليست مشكلة جديدة، ولكنها أصبحت أكثر خطورة. إننا نعيش في عصر الاعتماد على المضادات الحيوية وغيرها من مضادات الميكروبات لعلاج أمراض مثل فيروس نقص المناعة البشرية/الإيدز، والتي كان من الممكن أن تكون قاتلة قبل بضع سنوات. وعندما تصبح الكائنات الحية الدقيقة مقاومة لها، وهو ما يُعرف بمقاومة الأدوية، تصبح هذه الأدوية غير فعالة.

في الوقت الحالي، لا تعد مقاومة الكائنات الحية الدقيقة للأدوية مشكلة ميكروبيولوجية بحتة فحسب، ولكنها أيضًا مشكلة وطنية ضخمة (على سبيل المثال، معدل وفيات الأطفال بسبب تسمم المكورات العنقودية حاليًا عند نفس المستوى المرتفع تقريبًا كما كان قبل ظهور المضادات الحيوية). ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه من بين المكورات العنقودية - العوامل المسببة لمختلف الأمراض الالتهابية القيحية - غالبًا ما توجد سلالات تقاوم في نفس الوقت العديد من الأدوية (5-10 أو أكثر).

من بين الكائنات الحية الدقيقة التي تسبب الالتهابات المعوية الحادة، فإن ما يصل إلى 80٪ من مسببات أمراض الزحار المعزولة مقاومة للعديد من المضادات الحيوية.

يعتمد تطور مقاومة الأدوية للمضادات الحيوية وأدوية العلاج الكيميائي الأخرى على طفرات جينات الكروموسومات أو اكتساب البلازميدات المقاومة للأدوية.

هناك أجناس وعائلات من الكائنات الحية الدقيقة التي تقاوم بشكل طبيعي بعض المضادات الحيوية؛ يحتوي جينومهم على جينات تتحكم في هذه الصفة. بالنسبة لجنس Acinetobacter، على سبيل المثال، تعتبر مقاومة البنسلين سمة تصنيفية. العديد من ممثلي الزائفة واللاهوائية غير المطثية والكائنات الحية الدقيقة الأخرى لديهم أيضًا مقاومة متعددة للمضادات الحيوية.

مثل هذه البكتيريا هي بنوك طبيعية (مستودعات) للجينات المقاومة للأدوية.

وكما هو معروف، فإن الطفرات، بما في ذلك تلك الناتجة عن مقاومة الأدوية، تكون عفوية وتحدث دائمًا. خلال فترة الاستخدام المكثف للمضادات الحيوية في الطب والطب البيطري وزراعة النباتات، تعيش الكائنات الحية الدقيقة عمليًا في بيئة تحتوي على مضادات حيوية، والتي تصبح عاملاً انتقائيًا يساهم في اختيار الطفرات المقاومة التي تحصل على مزايا معينة.

تكتسب الخلايا الميكروبية مقاومة البلازميد نتيجة لعمليات التبادل الجيني. يضمن التردد المرتفع نسبيًا لانتقال البلازميدات R انتشارًا واسعًا وسريعًا إلى حد ما للبكتيريا المقاومة بين السكان، ويضمن الضغط الانتقائي للمضادات الحيوية اختيارها وتوحيدها في التكاثر الحيوي.

يمكن أن تكون مقاومة البلازميد متعددة، أي للعديد من الأدوية، وفي نفس الوقت تصل إلى مستوى عالٍ إلى حد ما (أكسينوفا، 2003).

3.2 الأساس البيوكيميائي للمقاومة

يتم توفير الأساس الكيميائي الحيوي للمقاومة من خلال آليات مختلفة:

1) التعطيل الأنزيمي للمضادات الحيوية - يتم باستخدام الإنزيمات المصنعة بواسطة البكتيريا التي تدمر الجزء النشط من المضادات الحيوية. ومن هذه الإنزيمات المعروفة بيتا لاكتاماز الذي يؤمن مقاومة الكائنات الحية الدقيقة للمضادات الحيوية بيتا لاكتام بسبب الانقسام المباشر لحلقة البيتا لاكتام من هذه الأدوية. الإنزيمات الأخرى قادرة على عدم الانقسام، ولكن تعديل الجزء النشط من جزيء المضاد الحيوي، كما هو الحال مع التعطيل الأنزيمي للأمينوغليكوزيدات والكلورامفينيكول؛

2) تغيير نفاذية جدار الخلية للمضاد الحيوي أو منع انتقاله إلى الخلايا البكتيرية. هذه الآلية تكمن وراء مقاومة التتراسيكلين.

3) التغيير في بنية مكونات الخلية الميكروبية، على سبيل المثال التغيير في بنية الريبوسومات البكتيرية، يكون مصحوبًا بزيادة في مقاومة الأمينوغليكوزيدات والماكروليدات، وتغيير في بنية تركيبات الحمض النووي الريبي (RNA) - للريفامبيسين.

يمكن للبكتيريا من نفس النوع أن تظهر آليات مقاومة متعددة. وفي الوقت نفسه، لا يتم تحديد تطور نوع أو آخر من المقاومة من خلال خصائص البكتيريا فحسب، بل أيضًا من خلال التركيب الكيميائي للمضاد الحيوي. وبالتالي، فإن الجيل الأول من السيفالوسبورينات مقاوم لعمل بيتا لاكتاماز المكورات العنقودية، ولكن يتم تدميره بواسطة الكائنات الحية الدقيقة سالبة الجرام بيتا لاكتاماز، في حين أن الجيل الرابع من السيفالوسبورينات والإيميبينيما مقاومة للغاية لعمل بيتا لاكتاماز 1 إيجابية الجرام وإيبينيما. الكائنات الحية الدقيقة السلبية.

3.3 مكافحة مقاومة الأدوية

لمكافحة مقاومة الأدوية، أي للتغلب على مقاومة الكائنات الحية الدقيقة لأدوية العلاج الكيميائي، هناك عدة طرق:

1) أولا وقبل كل شيء، الالتزام بمبادئ العلاج الكيميائي العقلاني؛

2) إنشاء عوامل علاج كيميائي جديدة تختلف في آلية العمل المضاد للميكروبات (على سبيل المثال، مجموعة أدوية العلاج الكيميائي التي تم إنشاؤها مؤخرًا - الفلوروكينولونات) والأهداف؛

3) التناوب المستمر (استبدال) أدوية العلاج الكيميائي (المضادات الحيوية) المستخدمة في مؤسسة طبية معينة أو في منطقة معينة؛

4) الاستخدام المشترك للمضادات الحيوية بيتا لاكتام مع مثبطات بيتا لاكتاماز (حمض الكلافولانيك، سولباكتام، تازوباكتام).

خاتمة

ومن المنطقي أن نتوقع أنه مع هذه الأهمية للدورات غير المتجانسة في كيمياء الكائنات الحية، يجب أن تجد تطبيقًا في الطب أيضًا. هذا صحيح. وفقًا للبيانات الواردة في بداية التسعينيات، من بين 1070 عقارًا اصطناعيًا الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، كان 661 (62٪) عبارة عن مخدرات غير متجانسة.

قبل وقت طويل من تطور الكيمياء الصيدلانية، كان الناس يعالجون الأمراض باستخدام مركبات حلقية غير متجانسة من صيدلية طبيعية: أوراق الأشجار وثمارها ولحاءها وجذور وسيقان الأعشاب ومستخلصات الحشرات وما إلى ذلك. ربما لا يوجد مركب طبيعي آخر له العديد من القصص المحيطة به مثل الكينين. الكينين هو أحد ممثلي عائلة كبيرة من القلويدات - مركبات عضوية تحتوي على النيتروجين بشكل رئيسي من أصل نباتي. تقريبا جميع القلويدات هي مشتقات من دورات النيتروجين غير المتجانسة. لعب الكينين دورًا تاريخيًا في مكافحة الملاريا. مثال على قلويد آخر هو بابافيرين، والذي يستخدم في الطب كمضاد للتشنج وموسع للأوعية الدموية.

وثائق مماثلة

المضادات الحيوية: الجوهر وآلية العمل والتصنيف. العداء في عالم الكائنات الحية الدقيقة. استخدام المضادات الحيوية في الزراعة. مقاومة المضادات الحيوية كظاهرة مقاومة سلالة من العوامل المعدية لعمل الأدوية.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 05/09/2013


المضادات الحيوية كمواد تمنع بشكل انتقائي النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة وتصنيفها إلى مجموعات وأصناف ونطاق عملها. مبادئ الاستخدام المشترك للمضادات الحيوية ونظام الوصفات الطبية وتقييم الفعالية العملية.

تمت إضافة العرض في 30/03/2011


تصنيف المضادات الحيوية حسب طيف عملها البيولوجي. خصائص المضادات الحيوية بيتا لاكتام. المضاعفات البكتيرية للإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية وعلاجها. مركبات طبيعية ذات نشاط مضاد للجراثيم عالية وطيف واسع من العمل.

الملخص، تمت إضافته في 20/01/2010


تصنيف المركبات الحلقية غير المتجانسة. المفهوم العام وخصائص الألكانويدات. تاريخ استخدام النباتات التي تحتوي على قلويدات. F. سيرتورنر - صيدلي ألماني قام بعزل المورفين من الأفيون. الدور البيولوجي واستخدام الألكونويدات في الطب.

تمت إضافة العرض بتاريخ 04/05/2016


تطوير وإنتاج المضادات الحيوية، التسلسل الزمني للاختراعات. تاريخ اكتشاف البنسلين وتأثيراته العلاجية في مختلف الأمراض المعدية. المضادات الحيوية الجراثيم والجراثيم، خصائصها وتطبيقاتها؛ آثار جانبية.

تمت إضافة العرض بتاريخ 18/12/2016


طرق التشخيص وتحديد الكائنات الحية الدقيقة. طرق التأثير على الكائنات الحية الدقيقة. المضادات الحيوية وأنواعها وآثارها الجانبية. دور الكائنات الحية الدقيقة في دورة المواد في الطبيعة. البكتيريا الدقيقة في التربة والماء والهواء. البكتيريا البشرية وأهميتها.

الملخص، تمت إضافته في 21/01/2010


مفهوم المضادات الحيوية - مواد كيميائية ذات أصل بيولوجي تمنع نشاط الكائنات الحية الدقيقة. وظائف الأغشية السيتوبلازمية وتأثير المضادات الحيوية عليها. خصائص مجموعات المضادات الحيوية التي تعطل بنية ووظيفة CPM.

الملخص، تمت إضافته في 12/05/2011


تصنيف المضادات الحيوية حسب آلية عملها على جدار الخلية. دراسة مثبطات وظائف الغشاء السيتوبلازمي. النظر في الطيف المضاد للميكروبات من التتراسيكلين. الاتجاهات الحالية في تطور مقاومة الكائنات الحية الدقيقة في العالم.

الملخص، تمت إضافته في 02/08/2012


العلاج بالمضادات الحيوية أثناء الحمل. الاستخدام الرشيد والفعال للمضادات الحيوية أثناء الحمل. الخطر الرئيسي هو على الأم وطفلها النامي. عندما تكون المضادات الحيوية عديمة الفائدة. ما يجب أن تعرفه الأم الحامل عن المضادات الحيوية.

تمت إضافة العرض بتاريخ 26/09/2015


مورفولوجية الريكتسيا والكلاميديا ​​​​وخصائصها. تكاثر البكتيريا على وسط غذائي سائل وصلب. البكتيريا الهوائية: التركيب الكمي والنوعي وطرق البحث. المضادات الحيوية من أصل حيواني وصناعي.

تشمل المركبات الحلقية غير المتجانسة مركبات عضوية تحتوي على دورات في جزيئاتها، والتي تحتوي بالإضافة إلى الكربون على ذرات عناصر أخرى (الذرات غير المتجانسة: O، N، S).

تصنف المركبات الحلقية غير المتجانسة إلى:

أ) بعدد الذرات في الدورة (من ثلاثية إلى حلقية كبيرة)؛

ب) حسب عدد ونوع الذرات غير المتجانسة (–O، –N، –S)؛

ج) حسب درجة عدم تشبع الدورة غير المتجانسة (المشبعة وغير المشبعة).

من الأمور ذات الأهمية الخاصة المركبات الحلقية غير المتجانسة غير المشبعة التي تستوفي شروط العطرية: من حيث عدد الإلكترونات، فإنها تتوافق مع قاعدة هوكل؛ لها بنية مسطحة ونظام مغلق من الإلكترونات π.

عند تسمية الحلقات غير المتجانسة، يتم استخدام أسماء تافهة على نطاق واسع:

الترقيم في الحلقات غير المتجانسة ثابت ويعتمد في معظم الحالات على أقدمية البدائل. تشتمل المجموعة المنفصلة على مركبات حلقية غير متجانسة ذات نوى مندمجة:

تلعب المركبات الحلقية غير المتجانسة دورًا مهمًا في حياة الكائنات الحية ولها أهمية فسيولوجية مهمة (DNA، RNA، الكلوروفيل، القلويدات، عدد من الفيتامينات، المضادات الحيوية).

أنظمة مكونة من خمسة أعضاء مع ذرة مغايرة واحدة

وأهم الممثلين هم الفوران والثيوفين والبيرول. جميعها عبارة عن مركبات عطرية: فهي تحقق قاعدة هوكل، حيث أن 4 إلكترونات من ذرة الكربون في الحلقة تكون مترافقة مع زوج الإلكترونات الوحيد في الذرة غير المتجانسة، والحلقة نفسها لها بنية مسطحة. لذلك، بالنسبة للبنزين، يمكن تصوير صيغها على النحو التالي:

طرق الحصول عليها

1. تدوير مركبات 1,4-ديكاربونيل (ثنائي الكيتونات، أحماض ثنائي الكربوكسيل أو أحماض الكيتو). عندما يتم تسخينها باستخدام عامل التجفيف (CaCl 2، H 2 SO 4، P 2 O 5)، يتم تشكيل مشتقات الفوران؛ عند إجراء الجفاف في بيئة بيرول NH 3؛ في وجود P2S5 – الثيوفين :

2. العزلة عن المصادر الطبيعية. يتم احتواء الثيوفين والبيرول في قطران الفحم، ويتم احتواء الفوران في المواد الخام التي تحتوي على البنتوسان (قشور بذور عباد الشمس، كوز الذرة) خلال مرحلة إنتاج الفورفورال.

3. تحدث التحويلات البينية للفوران والثيوفين والبيرول (تفاعل يوريف) عند درجة حرارة t = 450 درجة مئوية فوق Al 2 O 3:

4. تفاعل الأسيتيلين مع كبريتيد الهيدروجين أو الأمونيا. عند تمرير خليط من H 2 S على Al 2 O 3 يتكون الثيوفين

ومخاليط مع NH 3 – بيرول

الخصائص الفيزيائية

جميع المواد الثلاث هي سوائل عديمة اللون، غير قابلة للذوبان عمليا في الماء.

الخواص الكيميائية

نظرًا لأن هذه المركبات عطرية بطبيعتها، فإنها تتميز بتفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية (نترة، سلفنة، هالوجينة، أسيلة) تحدث في الموضع 2 (الموضع α) تحت ظروف خفيفة جدًا.

الفوران والثيوفين والبيرول هي قواعد ضعيفة. منتجات بروتونة الفوران والبيرول مع الأحماض المعدنية:

إذا كانت غير مستقرة، فإن الكاتيون الناتج يفقد رائحته العطرية بسرعة، ويكتسب خصائص الدايين المترافق، ويتبلمر بسهولة. وتسمى هذه الظاهرة رهاب الحمض ("الخوف من الحمض").

الثيوفين ليس كارهًا للأحماض (بسبب تساوي السالبية الكهربية لذرات S وC في الحلقة). البيرول قادر على إظهار الخواص الحمضية عند الرابطة N-H واستبدال ذرة الهيدروجين بذرة Na أو K عند التفاعل مع المعادن أو القلويات المركزة KOH:

1. الهلجنة. ويتم ذلك عن طريق تعقيد Br 2 مع الديوكسان، Br 2 عند درجة حرارة منخفضة (البرومة) أو Cl 2 عند درجة حرارة منخفضة، SO 2 Cl 2 (الكلورة):

2. السلفنة. يتم تنفيذه باستخدام بيريدين سلفوتريوكسيد C 5 H 5 N SO 3، لأنه في هذه الحالة لا توجد مركبات حمضية في خليط التفاعل:

3.نترات. يتم تنفيذه باستخدام نترات الأسيتيل (خليط من أنهيدريد الخل وHNO 3):

4. الأسيلة. يتم تنفيذه بواسطة أنهيدريدات الحمض في وجود المحفزات: AlCl 3، SnCl 4، BF 3 (تفاعل فريدل كرافتس):

5. الألكلةليس من الممكن إجراء اختبار فريدل-كرافتس، لكن بيرول البوتاسيوم، عند التفاعل مع مشتقات الهالوجين، يعطي N-ألكيل بيرول، الذي يتصاوغ عند تسخينه إلى 2-ألكيل بيرول:

6. الهدرجة. يحدث في وجود محفزات Ni أو Pt للفوران والبيرول، وPD للثيوفين:

دورات غير متجانسة ذات ستة أعضاء تحتوي على ذرة نيتروجين واحدة

الأكثر أهمية هو البيريدين:

وهو نظير حلقي غير متجانس للبنزين، حيث يتم استبدال مجموعة –CH= بذرة كربون هجينة sp. لها طابع عطري. نظرًا لأن الزوج الوحيد من إلكترونات ذرة النيتروجين لا يدخل في اقتران π، فإن البيريدين ليس كارهًا للأحماض ويظهر خصائص أساسية عالية. يتم تقليل كثافة الإلكترون في الحلقة، خاصة في المواضع 2،4،6، لذلك يخضع البيريدين لتفاعلات الاستبدال النيوكليوفيلية بدلاً من التفاعلات الإلكتروفيلية بسهولة أكبر.

طرق الحصول عليها

1. العزلة عن المصادر الطبيعية. يتم الحصول على البيريدين ومماثلاته من قطران الفحم.

2. يمكن الحصول على متجانسات البيريدين بالطرق التالية:

2.1. تكثيف الألدهيدات مع الأمونيا

2.2. تفاعل الأسيتيلين مع الأمونيا (طريقة ريب)

2.3. تكثيف β-diketones أو β-ketoesters مع الألدهيدات والأمونيا (طريقة Hantzsch). تتأكسد مركبات 1,4-ثنائي هيدرو البيريدين المتكونة وسطيًا إلى بيريدينات مع حمض النيتريك أو NO2

يؤدي المزيد من التحلل المائي ونزع الكربوكسيل للمنتج الناتج إلى ثلاثي ألكيلبيريدين.

الخصائص الفيزيائية

البيريدين هو سائل عديم اللون ذو رائحة كريهة مميزة. وهو قابل للذوبان في الماء ويشكل معه خليطاً كثافته ρ = 1.00347 g/dm3 .

الخواص الكيميائية

1. قاعدية. يُظهر البيريدين خصائص أساسية إلى حد أكبر من الفوران والثيوفين والبيرول. كونه قاعدة ضعيفة، مع أحماض معدنية قوية فإنه يعطي أملاح البيريدينيوم، وهي ذات طبيعة عطرية

2. الألكلة. يتم إنتاجه بواسطة مشتقات الهالوجين لتكوين أملاح البيريدينيوم، والتي عند تسخينها تعطي 2- (أو 4-) بيريدينات مستبدلة بالألكيل

3. تفاعلات الاستبدال الكهربي. بالنسبة للبيريدين، فإنها تتدفق بصعوبة (نظرًا لأن ذرة النيتروجين لها خصائص متقبلة) إلى الموضع 3

4. تفاعلات الاستبدال النيوكليوفيلية. يتدفق بسهولة (بسبب استنفاد الحلقة في كثافة الإلكترون) في الموضع 2

5. استعادة. يتم تنفيذها بالهيدروجين في ظل ظروف قاسية

6. أكسدةيحدث تدمير البيريدين فقط في ظل ظروف قاسية للغاية. تتأكسد المتجانسات التي تحتوي على سلاسل جانبية ألكيل على طولها بشكل مشابه لمتجانسات البنزين

امتحان

مركبات حلقية غير متجانسة

محتوى

• 3. هيكل الدورات غير المتجانسة
• 5. الأزولات
• 6. بيرول
• 7. الإندول
• 8. فوران
• 9. الثيوفين
• 11. بيريدين
• الأدب

1. معلومات عامة وتوزيعها وأهميتها

الحلقات غير المتجانسة هي مركبات عضوية لا تتكون دورتها من ذرات الكربون فحسب، بل أيضًا من ذرات العناصر العضوية الأخرى (النيتروجين والأكسجين والكبريت والفوسفور وما إلى ذلك). تتيح الكيمياء الحديثة إمكانية إدخال ذرة أي عنصر من عناصر الجدول الدوري تقريبًا في الهيكل الدوري للجزيء. يمكن أن تكون الحلقات غير المتجانسة مشبعة وغير مشبعة، ومن بين الأخيرة هناك عطرية ومضادة للعطرية.

تم ذكر بعض المركبات الحلقية غير المتجانسة المشبعة في الفصول السابقة - وهي الأمينات الثانوية الحلقية (بيبريدين، مورفولين)، اللاكتونات واللاكتام - مشتقات الأحماض الهيدروكسية والأمينية.

يمكن تقييم أهمية الحلقات غير المتجانسة في الكيمياء الحديثة والكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية والطب على الأقل من حقيقة أن حوالي 50٪ من المنشورات في المجلات العلمية المخصصة لهذه المجالات من المعرفة مرتبطة بطريقة أو بأخرى بالدورات غير المتجانسة.

الحلقات العطرية غير المتجانسة، خاصة تلك التي تحتوي على ذرة نيتروجين واحدة أو أكثر، منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة وهي جزء من التركيبات الكيميائية المعقدة الموجودة في كل خلية حية. وبالتالي، فإن مشتقات نظام البيريميدين الحلقي غير المتجانس (اليوراسيل، الثيمين، السيتوزين) والإيميدازوبيريميدين، والتي تسمى البيورين (الأدينين، السيتوزين)، هي جزء من الحمض النووي - الجهاز الوراثي لجميع الكائنات الحية.

الحلقات غير المتجانسة هي جزء من جزيئات الأحماض الأمينية التي تشكل جزيئات البروتين الكبيرة

نظام البورفيرين الخماسي النووي الحلقي غير المتجانس هو الوحدة الرئيسية في جزيء الهيموجلوبين الحيوي، والكلور ذو الحلقة غير المتجانسة ذات الصلة، والذي يحتوي على رابطة مهدرجة واحدة، هو أساس الكلوروفيل.

ومن السهل أن نرى أن هذين النظامين لهما تشابه هيكلي كبير (حتى البدائل متشابهة)، مما يشير إلى أصل تطوري مشترك.

لتشبع الرقم التنسيقي لأيون الحديد في الهيموجلوبين، والذي يساوي ستة (مجسم ثماني مشوه)، بالإضافة إلى أربع ذرات نيتروجين البورفيرين (انظر صيغة الهيم)، تعمل الأجزاء الحلقية غير المتجانسة من الجزء البروتيني من الهيموجلوبين أو جزيء الأكسجين بمثابة بروابط. يقع كلا الرابطين على جانبي الطائرة الكبيرة.

الحلقات غير المتجانسة هي جزء من جزيئات الفيتامينات.

الجزيء الكبير لفيتامين ب 12 (السيانوكوبالامين) عبارة عن مركب كوبالت من نظام متغاير مستقر للغاية - كورين. يحتوي جزيء فيتامين ب 12 أيضًا على مادة البنزيميدازول النشطة بيولوجيًا.

هناك عدد كبير من الأدوية مشتقات من مركبات حلقية غير متجانسة. وتشمل هذه، على سبيل المثال، العديد من المضادات الحيوية من سلسلة البنسلين، وأدوية السلفوناميد، و5-نيتروفورفورال المستبدلة بنشاط مطهر، والمسكنات، والمهدئات، والأدوية المضادة للفيروسات، وما إلى ذلك.

العديد من المركبات الحلقية غير المتجانسة هي سموم قوية، مثل النيكوتين و LSD. بكميات صغيرة (جرعة نشطة من 50 ميكروغرام) يستخدم LSD كعقار مؤثر على العقل - مهلوس قوي ( يستخدم لا مُستَحسَن !) .

يُعرف عدد كبير من المركبات الحلقية غير المتجانسة الملونة الطبيعية والتي تحدد لون الزهور والفواكه والحشرات وما إلى ذلك. تم تصنيع عدد كبير من الأصباغ ذات الأهمية الصناعية على أساس دورات غير متجانسة. أمثلة على الأصباغ الاصطناعية هي الأزرق النيلي (المستخدم، على وجه الخصوص، لصباغة الدنيم) والأزرق الميثيلين (صبغة قابلة للذوبان في الماء)، والأحمر الثيونديغو، والأصباغ البنفسجية المعقدة غير القابلة للذوبان - الفثالوسيانين.

في عالم النبات، الأصباغ المعتمدة على مشتقات البنزوبيران شائعة جدًا: الفلافون، الفلافونول والأنثوسيانيدين. ويختلف لون هذه المركبات على نطاق واسع - من الأصفر الشاحب إلى الأرجواني الداكن.

تعطي الفلافونات والفلافونولات ظلالاً مختلفة من اللون الكريمي والأصفر لأزهار أشجار الفاكهة؛ تحدد أشكال ملح الأنثوسيانيدين لون الزهور الزاهية (الورود والزنابق) والفواكه (الكرز والتفاح والفراولة).

2. التصنيف والتسميات

يتم تصنيف المركبات الحلقية غير المتجانسة حسب حجم الحلقة ونوع الذرات غير المتجانسة وعددها. تحتوي الدورات غير المتجانسة أحادية النواة غير المشبعة الأكثر شيوعًا على أسماء تافهة، والتي تستخدم كأساس لأسماء مشتقاتها وأنظمتها غير المتجانسة المندمجة. الأساس هو اسم الحلقة غير المتجانسة التي تحتوي على أكبر عدد من الروابط المتعددة؛ وغالبًا ما تكون هذه الحلقة غير المتجانسة عطرية.

العديد من الحلقات غير المتجانسة المهدرجة كليًا أو جزئيًا لها أيضًا أسماء تافهة خاصة بها.

تسمى الدورات العطرية غير المتجانسة المكونة من ستة أعضاء والتي تحتوي على ذرة نيتروجين واحدة على الأقل بشكل جماعي "الأزينات"؛ وفقًا لعدد الذرات غير المتجانسة ، يتم التمييز بين أحادي وثنائي وثلاثي وما إلى ذلك.

تسمى دورات النيتروجين غير المتجانسة ذات الخمسة أعضاء والتي تحتوي على أكثر من ذرة مغايرة واحدة آزولات. وتشمل هذه الأنواع التالية من الاتصالات:

يتم ترقيم الذرات في نواة الحلقات غير المتجانسة من الذرة غير المتجانسة بحيث يكون مجموع مواقع الذرات غير المتجانسة هو الأصغر؛ إذا كانت هناك خيارات، فيجب أن تحتوي أعلى ذرة مغايرة على أقل عدد. قواعد الأسبقية للذرات غير المتجانسة هي: N > O > S، ذرة النيتروجين من النوع "بيرول" أقدم من ذرة النوع "البيريدين".

يتم تحديد الأخير حسب نوع الروابط التي تشكلها الذرة مع جيرانها: إذا كانت الذرة غير المتجانسة في البنية الحدودية الرئيسية تشكل روابط s فقط، فهي "بيرول"؛ إذا كان لديها رابطتان s ورابطة p واحدة ، فهو "البيريدين".

وتنطبق متطلبات مماثلة على ذرات العناصر الأخرى.

يتم أيضًا استخدام تسمية أقدم: يتم تحديد الذرات بأحرف الأبجدية اليونانية، بدءًا من الحرف المجاور للذرة غير المتجانسة. تُستخدم طريقة الترقيم هذه غالبًا في تجانس بنية متماثلة مع ذرة مغايرة واحدة وبوجود بديل واحد للحلقة.

يمكن أن يتكون الجزيء الحلقي غير المتجانس من حلقتين أو أكثر، حلقات كربونية وحلقية غير متجانسة. تتم تسمية الحلقات غير المتجانسة متعددة النوى على النحو التالي:

1. يتم أخذ اسم الحلقة غير المتجانسة الأقدم كأساس، ويضاف اسم الحلقة الأصغر كبادئة تنتهي بالحرف "o".

2. قواعد الأسبقية: أ) أي دورة غير متجانسة أقدم من البنزين؛ ب) كلما زاد عدد الذرات غير المتجانسة، كلما كانت الدورة غير المتجانسة أقدم؛ ج) مع نفس العدد من الذرات غير المتجانسة، تكون الحلقة غير المتجانسة الأكبر هي الأكبر؛ د) إذا كانت الذرات غير المتجانسة متطابقة، فكلما كانت أقرب، كلما كانت الدورة أقدم (البيريدازين أقدم من البيريميدين)؛ هـ) مع نفس العدد من الذرات غير المتجانسة، يتم تحديد الأقدمية من خلال أقدمية الذرات غير المتجانسة.

3. يُشار إلى موضع الاتصال الذي يتم من خلاله حل الحلقات بين قوسين مربعين مفصولين بواصلة. يُشار إلى اتصال الدورة العليا بحرف من الأبجدية اللاتينية، ويُشار إلى اتصال الدورة الصغرى بأعداد الذرات مفصولة بفاصلة، بما يتوافق مع الترقيم الموجود في النواة المعزولة. يتم اختيار تسلسل الأرقام بحيث يتزامن اتجاه حساب الروابط في كلا النواتين:

4. يتم ترقيم ذرات الحلقة غير المتجانسة بحيث يكون مجموع أعداد الذرات غير المتجانسة هو الأصغر، وإذا كانت هناك خيارات، فيجب أن تنتمي الأرقام الأصغر إلى الذرات غير المتجانسة الأقدم.

أمثلة :

3. هيكل الدورات غير المتجانسة

حلقات غير متجانسة ذات خمسة أعضاء مع ذرة مغايرة واحدة

إن الحلقات غير المتجانسة المكونة من خمسة أعضاء مع ذرة مغايرة واحدة ورابطتين CC مزدوجتين تلبي متطلبات العطرية. نواة البيرول والفيوران والثيوفين عبارة عن حلقة مسطحة مع نظام مترافق من مدارات الإلكترون، والتي تتضمن 4n+2 إلكترونات، اثنان منها يتم توفيرهما بواسطة الذرة غير المتجانسة.

دعونا نفكر في إلغاء تحديد موقع الإلكترونات p في البيرول. توجد ذرة النيتروجين من النوع "بيرول" في الحالة الهجينة sp 2 وتشكل رسميًا ثلاث روابط s: اثنتان مع الكربون، وواحدة مع الهيدروجين أو بديل. تتشكل روابط s بواسطة مدارات هجينة، ويحتل زوج الإلكترونات الوحيد مدارًا غير هجينًا. وهذا يجعلها قادرة على الاقتران مع روابط p_C-C، مما يؤدي إلى تكوين السداسية العطرية. يمكن تمثيل البنية الإلكترونية للبيرول بأشكال الرنين، خمسة منها لها أكبر مساهمة في هجين الرنين.

وبالتالي، فإن الذرة غير المتجانسة من النوع "بيرول" توفر دائمًا إلكترونين للنظام p.

لفهم رائحة البيرول، يمكن مقارنته مع أنيون سيكلوبنتادايين متساوي الإلكترون.

من السهل أن نرى أن جميع ذرات C الخمس لأيون سيكلوبنتادينينيد متكافئة: زوج الإلكترون الوحيد، كما هو الحال في البيرول، يقع في المدار p وهو غير متمركز.

الفرق بين البيرول وأنيون سيكلوبنتادينيل هو أنه ليس كل الهياكل الحدودية للبيرول لها نفس المساهمة في هجين الرنين. ويمكن تقييم مساهمتهم النسبية على النحو التالي: 1>3، 5>2، 4.

يشبه التركيب الإلكتروني للفوران والثيوفين من الناحية النوعية بنية البيرول، فقط بدلاً من رابطة N-H s، يوجد زوج وحيد ثانٍ من إلكترونات الذرة غير المتجانسة. هذا الزوج من الإلكترونات لا يدخل في الاقتران مع النظام p، لأن يقع محور مداره في مستوى الحلقة، أي. عمودي على محاور المدارات p لذرات الكربون.

يمكن تقييم الاختلافات الكبيرة الموجودة في توزيع كثافة الإلكترون في جزيئات هذه الحلقات الثلاث غير المتجانسة كميًا على أساس البيانات التجريبية. عند الانتقال من البيرول إلى الفوران، يضعف التأثير الميزومري المانح للذرة غير المتجانسة، ويزداد تأثير المستقبل الاستقرائي، مما يؤدي إلى تغيير في اتجاه عزم ثنائي القطب.

ولذلك فإن الفوران أقل فرطًا في البيرول من البيرول وهو أقل عطرية وأقل استقرارًا. الثيوفين أكثر استقرارًا من كل من الفوران والبيرول، وخواصه الكيميائية تشبه البنزين. ومن المثير للاهتمام أن زاوية الرابطة C-SC-C في جزيء الثيوفين تقترب من 90 درجة، وهي ليست سمة من سمات ذرة هجينة sp 2 في حلقة خماسية (في الشكل الخماسي العادي تكون الزاوية 108 درجة).

أدت ميزات الثيوفين هذه إلى اقتراحين بديلين لتهجين ذرة الكبريت. وفقًا لأولهم ، فإن ذرة الكبريت غير مهجنة تقريبًا ، وتتشكل الروابط s و p بواسطة مدارات p نقية. وفقًا لنسخة بديلة، تشارك مدارات الكبريت d في تكوين روابط CS، والتي يمكن التعبير عنها من حيث هياكل الرنين الإضافية:

في الواقع، تظل مسألة التركيب الإلكتروني الحقيقي للثيوفين وتهجين ذرة الكبريت في جزيئه مثيرة للجدل.

أطوال الروابط في جزيئات البيرول والفيوران والثيوفين لها القيم التالية:

أنظمة مثل البيرول والفيوران والثيوفين، والتي يتجاوز فيها عدد الإلكترونات العطرية عدد الذرات الموجودة في الحلقة، وفي المفهوم العام، يتم تصنيف الدورات غير المتجانسة الأخرى ذات الذرات غير المتجانسة فقط من نوع "البيرول" على أنها p-فائض. على الرغم من حقيقة أن التكرار p لهذه الحلقات غير المتجانسة أقل من التكرار p لأنيون cyclopentadienyl، إلا أنه يحدد الجوانب الرئيسية لتفاعلها.

أحد العوامل المهمة التي تميز السلوك الكيميائي للحلقات غير المتجانسة ذات الخمسة أعضاء هو انخفاض عطريتها مقارنة بالبنزين. لإجراء تقييم مقارن لرائحة هذه المركبات بالنسبة للبنزين، يتم استخدام الخصائص التي تم الحصول عليها نتيجة لحسابات ميكانيكية الكم: العطرية النسبية، طاقة الرنين التجريبية. يمكنك العثور على قيم مختلفة لهذه المعلمات في مصادر مختلفة، ولكن ما يلي مقبول حاليًا:

بناءً على فكرة التكرار p للبيرول ونظائره الإلكترونية، فمن المنطقي افتراض أن هذه المركبات معرضة بشكل خاص للمشاركة في التفاعلات مع محبي الإلكتروفيلات. وهذا ما نلاحظه على أرض الواقع. يمكن مقارنة خصائص المركب الذي يحتوي على ذرة بيرول غير متجانسة في الحلقة بخصائص الأنيلين، حيث تقوم المجموعة الأمينية أيضًا بتنشيط الحلقة العطرية في الجزيء.

4. الحلقات غير المتجانسة المكونة من ستة أعضاء - الأزينات ونظائرها

البيريدين هو نظير إلكتروني للبنزين يتم فيه استبدال مجموعة CH (مجموعة الميثين) بذرة نيتروجين. على عكس البيرول، تشكل ذرة النيتروجين في جزيء البيريدين المحايد رابطتين s ورابطة p واحدة، أي. يساهم بإلكترون واحد في السداسية العطرية. لا يمكن للزوج الوحيد من إلكترونات ذرة النيتروجين أن يدخل في الاقتران، لأن محور مداره موجه في الفضاء بشكل عمودي على محاور مدارات الإلكترونات p لذرات الكربون. ويسمى هذا النوع من الذرة "البيريدين". كونها في الحلقة، لا يمكن لذرة النيتروجين من نوع البيريدين أن تكون مانحة، بل هي متقبلة للإلكترونات p، لأن النيتروجين أكثر سالبية كهربية من الكربون. ويتضح ذلك من خلال الهياكل الأساسية للبيريدين:

تعمل التأثيرات الحثية والميزومرية لذرة النيتروجين في البيريدين في نفس الاتجاه (-I - و - M)، مما يؤدي إلى تحويل كثافة الإلكترون نحو ذرة النيتروجين. وهذا هو السبب في إحداث شحنة موجبة جزئية على ذرات الكربون وتقليل كثافة الإلكترون في النواة. لذلك، يتم تصنيف البيريدين على أنه حلقة عطرية غير متجانسة تعاني من نقص P. تتركز أكبر شحنة موجبة في المواضع a و g. يوجد هنا تشابه مع البنية الإلكترونية للنيتروبنزين، الذي يحتوي على شحنات موجبة جزئية أورثو- و زوج- الأحكام.

قد تكون ذرات الأكسجين والكبريت أيضًا ذرات من نوع "البيريدين". إن وجود مثل هذه الذرة في الدورة يحدد وجود نظائرها الكاتيونية المتساوية الإلكترون للبنزين - أملاح البيريليوم والثيوبيريليوم. تساهم ذرات الأكسجين والكبريت المشحونة بشكل إيجابي، مثل ذرة نيتروجين البيريدين، بإلكترون واحد في نظام p الخاص بالهيرورنج ولديها أزواج إلكترون وحيدة لا تشارك في الاقتران مع نظام p-electron الخاص بالحلقة. نظرًا لحقيقة أن خصائص المستقبل الكهربائي للذرة ذات الشحنة الموجبة الإجمالية أكبر من تلك الخاصة بالذرة المحايدة، فإن أملاح البيريليوم والثيوبيريليوم تكون أكثر نقصًا في p من البيريدين المتعادل كهربائيًا.

كما أن الحلقات غير المتجانسة المكونة من ستة أعضاء والتي تحتوي على عدة ذرات مغايرة هي أيضًا أكثر نقصًا في البيريدين. يكون هذا ملحوظًا بشكل خاص عندما تكون ذرات النيتروجين موجودة في الموضع b بالنسبة لبعضها البعض، على سبيل المثال، في البيريميدين و سيم-تريازين. والسبب هو أنه في هذه الحالات، تضع كل ذرة مغايرة، بشكل مستقل عن الأخرى، شحنة موجبة على نفس ذرات الكربون، كما في حالة الاتجاه المتطابق، على سبيل المثال. ميتا _دينيتروبنزين.

مركب عضوي حلقي غير متجانس ذو خمسة أعضاء

من الواضح مما سبق أن البيريدين والثنائي والتريازينات، وخاصة أملاح البيريليوم، يجب أن تتفاعل بسهولة مع الكواشف المحبة للنواة وتكون سلبية تجاه محبي الإلكتروفيلات.

5. الأزولات

تحتوي جزيئات الديازولات (البيرازول والإيميدازول) على ذرات مغايرة من نوعي “البيرول” و”البيريدين”، وبالتالي مركبات من هذا النوع، في إطار مفهوم الحلقات غير المتجانسة الزائدة (البيرول) والناقصة (البيريدين). ، تسمى p-amphoteric. من بين الهياكل الحدودية القطبية التي تصف حالة جزيئات الإيميدازول والبيرازول، هناك هياكل ذات شحنات موجبة وسالبة على ذرات الكربون.

في الواقع، يوضح السلوك الكيميائي للأزولات طبيعتها المذبذبة، فهي قادرة على التفاعل مع كل من محبي الكهربية والنيوكليوفيلات.

6. بيرول

قاعدية

الزوج الوحيد من إلكترونات بيرول النيتروجين يشارك إلى حد كبير في الاقتران p الدوري؛ لا يمكن الوصول إليه، وبالتالي يظهر البيرول قاعدية منخفضة جدًا (pK a للحمض المرافق = - 3.8). تظهر الحسابات أنه من بين كاتيونات البيروليوم المحتملة، فإن الكاتيون المستقر بالرنين هو الأكثر ملاءمة من الناحية الديناميكية الحرارية أنا- نتيجة بروتون ذرة الكربون في المواضع a. N- الموجبة ثالثاالأقل استقرارا، لأن أولاً، تتركز الشحنة فيه على ذرة واحدة، وثانيًا، نظام الاقتران العطري مكسور: إنه في الواقع ديين. الكاتيون ثانيايحتل موقعا متوسطا.

ومع ذلك، في البيئة الحمضية، من الممكن بروتون جميع الذرات النووية. الأملاح البلورية المقابلة للكاتيونات من النوع أنايمكن عزله عن طريق تمرير حمض الهيدروكلوريك الجاف من خلال محاليل بولي ألكيل بيرول في المذيبات الخاملة. دليل على تكوين الكاتيون ثالثاهو تبادل سهل للديوتيريوم للبروتون مع ذرة نيتروجين بيرول في بيئة حمضية. على الرغم من حقيقة أن الكاتيون ثالثاالأقل استقرارًا، فهي تتشكل وتدمر بشكل أسرع من الكاتيونات أناو ثانيا، لذلك يتم التخلص من بروتون NH من البيرول بشكل أسرع من بروتونات CH. وتسمى هذه الظاهرة بالأساسية الحركية. دائمًا ما تكون القاعدة الحركية للنيتروجين أعلى من القاعدة الحركية للكربون. C- الموجبة ثانياهو المسؤول عن عملية بلمرة البيرول في بيئة حمضية، عندما يتكون بوليمر ذو بنية متغيرة "بيرول أحمر". يتم تأكيد آلية المراحل الأولى من هذا التفاعل من خلال بنية القاطع المعزول.

إن ميل البيرول إلى البلمرة تحت تأثير الأحماض يفرض قيودًا خطيرة على مشاركة البيرول في التفاعلات مع محبي الإلكتروفيلات، لأن تحدث هذه التحولات غالبًا في بيئة حمضية.

التفاعلات عند ذرة النيتروجين

حموضة البيرول (pK a 17.0) قريبة من حموضة الإيثانول (pK a 15.9) ويمكن للقواعد القوية تحويل أيون البيريل الخاص به، وهو نظير متغاير للغاية من سيكلوبنتادينيل. تتفاعل أملاح البيرول الصوديوم والبوتاسيوم التي يتم الحصول عليها عن طريق أميدات المعادن أو الفلزات القلوية بسهولة مع محبي الإلكتروفيلات - فهي مؤكلة ومؤكلة في ذرة النيتروجين، في حين أن هاليدات N-pyrrylmagnesium مختلطة (رابطة N-Mg أقل أيونية من N- Na) يتفاعل في الغالب عند موضع النواة .

يتم إعادة ترتيب منتج الأسيلة الحركية N-acylpyrrole في غياب المحفز عند التسخين إلى منتج ديناميكي حراري أكثر استقرارًا - 2-acetylpyrrole.

ردود الفعل من ذرات الكربون

في البيئات المحايدة والحمضية، لا تتفاعل البيرولات أبدًا مع محبي الإلكتروفيلات عند ذرة النيتروجين. يتم توجيه الهجوم الكهربي بشكل أساسي إلى موضع النواة. ويفسر ذلك حقيقة أن مجمعات النوع الأول المتكونة في هذه الحالة، كما في حالة البروتونات، هي الأكثر استقرارًا بين جميع المجمعات الممكنة.

نترات

يتسبب خليط النترات في تحلل سريع للبيرول، لذلك يتم استخدام كواشف خاصة للنترة: نترات الأسيتيل، المحضرة مسبقًا من 70٪ HNO 3 وأنهيدريد الأسيتيك، أو رباعي فلوروبورات النيترونيوم البلوري في المذيبات غير المائية. وفي الحالة الثانية (الكاشف الأكثر ليونة) تكون العوائد أعلى. تبلغ نسبة الأيزومرات a و b حوالي 4:1.

السلفنة

من المستحيل كبريتة البيرول بسبب كرهه للأحماض مع الزيت. ومع ذلك، يتم تشكيل حمض البيرول -2 سلفونيك في إنتاج جيد باستخدام مركب من SO 3 مع البيريدين يسمى بيريدين سلفونتريوكسيد.

الأسيلة

لا تتطلب أسيلة البيرولات في ذرات الكربون، على عكس البنزين، استخدام المحفزات المستخدمة عادة في تفاعل فريدل-كرافت. البيرول نشط للغاية لدرجة أنه يتفاعل مع أنهيدريد الأسيتيك عند تسخينه، ويمكن الحصول بسهولة على كل من 2-أسيل و2،5-ثنائي أسيل بيرول.

نادرًا ما يتم استخدام ألكلة البيرول من شركة فريدل كرافت للأغراض الاصطناعية، وذلك لأن وفي هذه الحالة، تتشكل مشتقات البولي ألكيل بسرعة.

الهلجنة

يؤدي تفاعل البيرول مع الهالوجينات الجزيئية، كقاعدة عامة، إلى استبدال جميع ذرات الهيدروجين بذرات C الحرة، بينما في نفس الوقت، كلوريد السلفوريل، عند التبريد، أحادي كلورة البيرول إلى الموضع a.

تعتبر البيرولات الأحادية، على عكس المركبات المتعددة الاستبدال، غير مستقرة. تحدث هالوجينة البيرولات بشكل نشط للغاية لدرجة أنها غالبًا ما تكون مصحوبة بإزالة البدائل، على سبيل المثال، مجموعة الكربوكسيل. وفي المقابل، تتم إزالة ذرة الهالوجين، غالبًا اليود، بسهولة أثناء الهدرجة. وهذا يجعل من الممكن الحصول على موضع غير بديل في النواة في الحالة التي يكون فيها البيرول المستبدل أكثر سهولة كمركب أولي، على سبيل المثال:

تفاعلات البيرول مع الالكتروفيلات الضعيفة

يتفاعل البيرول، وهو شديد النواة، بسهولة مع إلكتروفيلات ضعيفة لا يتفاعل معها البنزين حتى في ظل الظروف القاسية. على سبيل المثال، يدخل البيرول في تفاعل كربوكسيل كولبي بسهولة أكبر بكثير حتى من الفينولات - فالتسخين باستخدام كربونات الأمونيوم كافٍ.

يتم صياغة البيرول، مثل الفينول، تحت ظروف تفاعل رايمر-تيمان، عندما يعمل ثنائي كلوروكاربين ككاشف نشط. ومع ذلك، فإن هذا التفاعل معقد من خلال عملية متوازية - يحدث تمدد الحلقة نتيجة لإدخال ثنائي كلوروكاربين في إحدى الروابط p لحلقة البيرول، مما يؤدي إلى 3-كلوروبيريدين. تفسير ذلك هو أن مشتق البروبان الحلقي يتكون بشكل وسطي، والذي يتم تثبيته بواسطة مسارين بديلين. تعتمد نسبة المنتجات على ظروف التفاعل.

في بيئة حمضية ضعيفة، يكون البيرول مستقرًا نسبيًا، مما يجعل من الممكن إدخاله، على سبيل المثال، في تفاعل اقتران الآزو، مما يؤكد مرة أخرى كفاءته العالية. إذا تم إدخال البيرول في التفاعل مع ملح الديازونيوم في وسط قلوي ضعيف (يتفاعل أيون البيريل)، فإن 2,5- مكرر(فينيلازو) بيرول.

البيرول قادر على التكثيف مع مركبات الكربونيل من خلال موضعه a، وتعتمد نتيجة التفاعل على طبيعة الألدهيد أو الكيتون. إذا كان التفاعل مع الفورمالديهايد والألدهيدات الأليفاتية في بيئة حمضية ينتج بوليمرات بشكل رئيسي، فعند التكثيف مع الأسيتون يكون المنتج الرئيسي هو البورفيرينوجين الميثيل. يساهم التنافر المتبادل في الفضاء لمجموعات الميثيل في استواء الطبقة المتوسطة، لذلك خلال المرحلة التالية، يتم تشكيل رباعي رباعي دوري بسهولة أكبر من تشكيل رباعي خطي.

عندما تتفاعل البيرولات مع الألدهيدات العطرية، تتشكل البورفيرينوجينات بواسطة آلية مماثلة، والتي، مع ذلك، تتأكسد تلقائيًا بواسطة الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي إلى مواد عطرية. meso- رباعي أريل البورفيرينات.

في حالة تكثيف البيرول مع زوج- ثنائي ميثيل أمينوبنزالدهيد في بيئة حمضية ضعيفة يمكن أن يعزل منتج التكثيف الأساسي - كاتيون أريليدين بيرولينيوم الأحمر البنفسجي (تفاعل لون إيرليك).

للحصول على البورفيرينوجين والبورفيرين غير المستبدلين، يُنصح أولاً بتحويل البيرول إلى قاعدة مانيتش الحرة، وبعد ذلك فقط يتم إجراء التكثيف. يتحول البورفيرينوجين تحت تأثير معظم العوامل المؤكسدة، على سبيل المثال، عند تسخينه في الكلوروفورم مع الكلورانيل، إلى بورفيرين غير بديل - بورفين.

7. الإندول

الإندول هو نظام ثنائي النواة مكثف يتكون من نواة البيرول والبنزين. الاسم المنهجي للإندول هو بنزو[ ب] بيرول. الخصائص الكيميائية للبيرول والإندول متشابهة إلى حد كبير، ولكن هناك أيضًا اختلافات.

مثل البيرول، يحتوي الإندول على حموضة NH (pK a " 17)، ويظهر أنيون N المتولد بواسطة قواعد قوية (EtONa، t-BuOK، وما إلى ذلك)، نشاطًا مشابهًا لأيون البيريل: أملاح الصوديوم والبوتاسيوم المؤلكلة والمسيلة. عند النيتروجين، بينما يتم خلط مشتقات هاليد المغنيسيوم N - عند ذرة C (3)، أي عند الموضع b، ولكن ليس عند ذرة الكربون a، كما يحدث في البيرول.

يتم تفسير الظروف الأخيرة من خلال حقيقة أنه في الأنيون، كما هو الحال في جزيء الإندول المحايد، تتركز الشحنة السالبة إلى حد أكبر على ذرة الكربون في الموضع 3 مقارنة بذرة C (2). يمكن رؤية ذلك بسهولة في مجموعة هياكل الرنين التي تصف الإندول N- أنيون:

من الواضح أن نقل الشحنة إلى الذرة 2 غير مناسب (البنية IV)، لأن هذا يعطل العطرية لحلقة البنزين، في حين أن التركيبتين I وII تحتويان على حلقة بنزين عطرية.

يؤدي وجود بدائل سحب الإلكترون في الموضع 3 إلى زيادة الحموضة بشكل كبير، ويمكن إجراء الألكلة في وجود قواعد أضعف بكثير.

يُظهر الإندول نشاطًا عاليًا في التفاعلات مع مجموعة متنوعة من محبي الإلكتروفيلات، ويتم توجيه الاستبدال أيضًا نحو الموضع 3، ولكن ليس على طول ذرة الكربون-ألف، كما هو الحال في البيرول. تؤدي هياكل الرنين لمجمعات الإندول s التي تتضمن ذرات الكربون a و b إلى نفس الاستنتاجات مثل المخطط أعلاه للأنيونات N: المركب s المتكون نتيجة إضافة محب كهربائي إلى الذرة 3 هو أكثر ملاءمة.

نترات

الإندولات التي لا تحتوي على بدائل في الموضعين 2 و 3، على غرار البيرول، تتبلمر تحت تأثير الأحماض القوية، لذلك تتم نترتة هذه المركبات باستخدام كواشف نترجة ضعيفة - نترات الإيثيل في وجود ميثوكسيد الصوديوم (يتفاعل أنيون الإندول ) أو نترات البنزويل في بيئة محايدة

2- الميثيليندول أكثر استقرارًا في البيئة الحمضية من الإندول، لذلك تتم نتراته بنجاح تحت الظروف القاسية بفعل حمض النيتريك. يمكن إدخال ما يصل إلى ثلاث مجموعات نيترو في الجزيء، ومع ذلك، لتصنيع مشتق أحادي نيترو نقي، يجب استخدام نترات الأسيل.

يتواصل تفاعل 2-ميثيليندول مع خليط نترات بشكل مثير للاهتمام: نظرًا لحقيقة أن المركب بروتوني بالكامل، فإن التفاعل على طول الحلقة الحلقية غير المتجانسة لا يحدث على الإطلاق، وتتفاعل المادة التساهمية الوسيطة مع حمض الكبريتيك في الموضع 5 من حلقة بنزين مترافقة مع ذرة النيتروجين.

السلفنة

يتم إجراء كبريتة الإندول، مثل البيرول، من خلال عمل الكاشف غير الحمضي بيريدين سلفوتريوكسيد. إذا كان هناك بديل في الموضع 3، على سبيل المثال مجموعة الميثيل، فسيتم توجيه التفاعل نحو الموضع 2.

الهلجنة

تحدث هالوجينة الإندولات بسهولة شديدة في الموضع 3، ومع ذلك، فإن الهالويندولات الناتجة ليست مقاومة للأحماض، لذلك، من أجل الهالوجينة الناجحة، يتم استخدام الكواشف في سياق التفاعل الذي لا يتم من خلاله إطلاق HHal إن أمكن: N-bromosuccinimide (NBS) )، SO 2 Cl 2، KI 3 ، بيربروميد البيريدينيوم.

إذا كان هناك بديل عند ذرة C في الموضع 3، فسيتم في البداية تكوين مادة مضافة كاتيونية مع هالوجين في هذه الذرة، والتي تتحول بعد ذلك نتيجة لهجوم محب للنواة بواسطة المذيب، مما يؤدي إلى 2-هيدروكسي إندول أو المشتقات.

بالإضافة إلى التحولات المذكورة أعلاه، فإن الإندولات قادرة على الخضوع للأسيلة الكهربية، وفورميل فيلسماير، واقتران الآزو، والتكثيف بمركبات الكربونيل. تحدث جميع التفاعلات في ظل ظروف معتدلة وتتجه نحو الموضع 3.

المجموعة البديلة في الموضع 3، كقاعدة عامة، لا تمنع الهجوم الكهربي في هذا الموضع ويكتمل التحول عن طريق استبدال هذه المجموعة بالكهرباء ( ipso-الاستبدال).

الاستثناء هو أملاح الديازونيوم التي لا تدخل في هذا التفاعل.

8. فوران

من بين الحلقات الثلاثة غير المتجانسة المكونة من خمسة أعضاء، يعتبر الفوران هو الأقل عطرية وتتجلى خصائصه الداينية بشكل ملحوظ في العديد من التفاعلات.

تفاعلات الاستبدال العطرية الكهربية للفوران معروفة، ولكنها تتطلب كواشف خاصة، لأنها تحت تأثير الأحماض البروتينية، يتم تدمير حلقة الفوران بسهولة أكبر بكثير من البيرول، وخاصة الإندول.

ولكن بشكل عام، الفوران في هذه التفاعلات يشبه إلى حد كبير البيرول - فهو نشط للغاية ويتفاعل في الغالب مع المواضع a.

السلفنة

يمكن إجراء كبريتة الفوران، مثل البيرول، باستخدام بيريدين سلفوتريوكسيد في مذيب عضوي. ينتج عن التفاعل شوائب صغيرة من حمض فوران-2،5-ديسولفونيك.

يتم عزل حمض فوران-2-سلفونيك عن طريق تدمير بيريدينيوم 2-فوريل سلفونات الناتج مع كربونات الباريوم، ويتم الحصول على ملح باريوم غير قابل للذوبان.

نترات

مثل البيرول، لا يمكن تعريض الفوران لخليط النترات، ولكن يمكن استخدام نترات الأسيتيل في البيريدين. يستمر التفاعل بشكل أبطأ مما هو عليه في حالة البيرول، ويتكون منتج تساهمي من إضافة الكاشف إلى الموضعين 2 و5 في الوسط.

تعتبر الفورانات التي تحتوي على بدائل تسحب الإلكترونات أقل كرهًا للأحماض، لذلك يتم نتراتها وسلفنتها باستخدام الكواشف التقليدية.

الهلجنة

تفاعل الفوران مع الهالوجينات (البروم، وخاصة الكلور) يستمر بسرعة ويؤدي إلى تكوين مشتقات متعددة الهالوجين. ولا يمكن الحصول على المونوهالوفيوران إلا في ظل ظروف معتدلة، على سبيل المثال، عن طريق عمل ثنائي بروميد الديوكسان. هناك خلاف حول آلية تفاعلات هالوجين الفوران: من الممكن أن تتم كإضافة جزيء الهالوجين إلى الموضعين 2 و5 والإزالة اللاحقة لجزيء هاليد الهيدروجين.

لتأكيد آلية الإضافة والإزالة، يتم أخذ تأثير البروم على الفوران في محلول الميثانول بعين الاعتبار، مما يؤدي إلى تكوين 2,5-ديميثوكسي-2,5-ثنائي هيدروفيوران.

يتم أيضًا توضيح التكوين الوسيط للمقرات من خلال مثال تفاعل المعالجة بالبروم لـ 2،5-ثنائي بروموفوران.

الفورميلايشن

تتم عملية صياغة فيلسماير للفيوران بسلاسة كما في حالة البيرول، في حين تتطلب عملية الأسيلة إضافة إلزامية لمحفز فريدل كرافتس.

رد فعل ديلز ألدر

هناك تحولات تتجلى فيها طبيعة ديين للفوران. التحول الأكثر تميزًا هو تفاعل تخليق ديين (ديلز ألدر). يتفاعل الفوران نفسه والعديد من مشتقاته بسهولة مع أنهيدريد المالئيك وديهيدروبنزين وغيرها من مركبات الدينوفيليا.

9. الثيوفين

من بين الدورات غير المتجانسة قيد النظر، يعتبر الثيوفين هو الأكثر عطرية وخصائصه تشبه البنزين في كثير من النواحي. تصاحب مشتقات الثيوفين مشتقات البنزين في منتجات قطران الفحم وهي تشبهها إلى حد كبير، وغالبًا ما يكون لها رائحة مماثلة.

الثيوفين أكثر مقاومة للأحماض من البيرول والفيوران، لذلك يمكن إدخاله في مجموعة متنوعة من تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية. والتي هي موجهة إلى الموقف.

عند تسخينه بنسبة 100% H3PO4، يتقلص الثيوفين، ويبدأ التفاعل بتكوين كاتيون بروتوني، والذي يهاجمه جزيء ثيوفين محايد.

السلفنة

يتفاعل الثيوفين مع محبي الإلكتروفيلات عبر آلية الاستبدال الإلكتروفيلية العطرية المعتادة. يمكن سلفنته بحمض الكبريتيك في درجة حرارة الغرفة، والذي يستخدم لفصل الثيوفين عن فحم البنزين في الصناعة.

نترات

من أجل تحويل الثيوفين أحادي النترات إلى الوضع a، من الأفضل استخدام بوروفلوريد النيترونيوم: تعطي نترات الأسيتيل ما يصل إلى 20% من شوائب 3-نيتروثيوفين، بينما يتفاعل حمض النيتريك بعنف شديد، وأحيانًا بشكل متفجر. بعد ظهور مجموعة نيترو واحدة في النواة، يتناقص النشاط كثيرًا بحيث يتطلب المزيد من النترات استخدام HNO 3 المدخن.

الهلجنة

يتم معالجة الثيوفين بسهولة بالبروم واليود (على عكس الفوران) إلى الموضع a. يؤدي عمل الكلور إلى خليط من المنتجات.

الأسيلة

يخضع الثيوفين لأسيلة فريدل كرافت فقط في وجود أحماض لويس، ويكون التفاعل مصحوبًا بقطران جزئي بسبب التكثيف الذاتي للكيتونات الناتجة.

يستمر تفاعل Vilsmeier بإنتاجية جيدة، ولكن عند درجة حرارة عالية. يمكن عزل ملح الإمينيوم الوسيط.

التكثيف بمركبات الكربونيل

كما هو الحال مع البيرول والفيوران، يتكثف الثيوفين بشكل نشط مع مركبات الكربونيل، ولكن نادرًا ما يمكن إيقاف التفاعل في مرحلة الكاربينول الأولي؛ وغالبًا ما يتم الحصول على بوليمرات ثنائية وثلاثية وثلاثية.

وعلى عكس الفوران، الذي يتحلل في ظل هذه الظروف، يمكن تحويل الثيوفين إلى مكرر- مشتق الكلوروميثيل بفعل فائض كبير من الفورمالديهايد وحمض الهيدروكلوريك.

إن لون "تفاعل الإندوفينين" للثيوفين مع الإيزاتين في وجود حمض الكبريتيك، وهو أمر مهم من وجهة نظر تاريخية، يستحق الاهتمام.

أدى الإندوفينين الأزرق المكثف إلى اكتشاف الثيوفين. حتى عام 1882، كان يعتقد أن تفاعل الإندوفينين كان من سمات الهيدروكربونات العطرية، لأنه كان فحم البنزين المستخدم في ذلك الوقت يحتوي دائمًا على خليط من الثيوفين. ومع ذلك، في أحد الأيام، فشلت هذه التجربة الجميلة في محاضرة دبليو ماير، لأن... في ذلك الوقت كان يستخدم البنزين الاصطناعي وليس حرق الفحم. أصبح من الواضح أن تفاعل اللون كان ناجمًا عن شوائب، تم عزلها لاحقًا وتحديدها على أنها مركب جديد - الثيوفين.

تمديد الحلقة

بالنسبة للثيوفينات المستبدلة، يُعرف تفاعل تمدد الحلقة، وهو ليس نموذجيًا بالنسبة للبيرول والفيوران؛ آلية هذا التحول غير معروفة. ومن المثير للاهتمام أنه نتيجة لذلك لوحظت ظاهرة نادرة إلى حد ما - تحويل مركب عطري إلى مركب مضاد للعطر.

ردود الفعل على ذرة الكبريت

يخضع الثيوفين لتفاعلات غريبة في ذرة الكبريت: الألكلة والأكسدة مع الأحماض الفوقية.

إذا كانت أملاح S-ألكيل ثيوفين مستقرة، ووفقًا لخصائصها الطيفية والكيميائية، فهي مركبات عطرية، فإن ثاني أكسيد S,S-ثيوفين ليست عطرية ويمكن الحصول عليها فقط من ركائز أ-بدون بديل. تتفاعل هذه المركبات مع الدينوفيلات.

10. التحويل البيني للحلقات غير المتجانسة المكونة من خمسة أعضاء

في ظل الظروف القاسية، يكون البيرول والفيوران والثيوفين قادرين على فتح الحلقة تحت تأثير النيوكليوفيلات، وبالتالي، في ظل وجود كاشف مناسب، فإنهم قادرون على التحول إلى بعضهم البعض، والتي يمكن دمجها في الرسم التخطيطي:

سُمي هذا التفاعل باسم يوريف، ويحدث عند درجة حرارة 350 درجة مئوية في وجود محفز Al 2 O 3.

11. بيريدين

التحولات في ذرة النيتروجين

البيريدين عبارة عن قاعدة متوسطة القوة مع pK بقيمة 5.2، تقاس في الماء (تتراوح قاعدية الأمينات الأليفاتية من pK إلى 9-11). يشكل البيريدين أملاحًا بلورية مع معظم الأحماض البروتينية وغالبًا ما يستخدم كمحفز أساسي أو مذيب يعزز ربط الأحماض المنطلقة أثناء تفاعل كيميائي معين.

بصفته محبًا للنواة، يتفاعل البيريدين مع هاليدات الألكيل وكواشف الألكلة الأخرى عبر آلية S N 2 أو S N 1، اعتمادًا على طبيعة الركيزة.

أملاح N_alkylpyridinium هي مركبات عطرية لأنها زوج الإلكترونات الوحيد المستخدم لتكوين رابطة جديدة لا يشارك في الاقتران العطري. تميل هذه المواد المستقرة إلى التفاعل مع النيوكليوفيلات بسبب ندرتها العالية. على سبيل المثال، الهيدروكسيل المحب للنواة بواسطة هيدروكسيد البوتاسيوم يعطي البيريدون.

عندما تتفاعل البيريدينات مع هاليدات الأسيل، تتشكل أملاح N- أسيليوم. هذه المركبات ليست مستقرة جدًا وتتحلل بسهولة مرة أخرى.

بسبب ثباتها المنخفض على وجه التحديد، تعتبر أملاح الأسيلبيريدينيوم مهمة للكيمياء الاصطناعية باعتبارها كواشف أسيليتية خفيفة. على سبيل المثال، دعونا نلاحظ الأسيلية O للكيتوينول - وهو رد فعل يتم وفقًا لآلية غير عادية مع تكوين وسيط لمقاربة في الموضع a من الدورة غير المتجانسة.

عندما يتم معالجة البيريدين ومشتقاته بالبيراسيدات، يتم تشكيل أكاسيد البيريدين N، والتي سيتم مناقشة خصائصها بشكل منفصل.

ردود الفعل من ذرات الكربون

التفاعل مع محبي الكهرباء

كما هو موضح أعلاه، البيريدين مركب يعاني من نقص p، لذا فإن التفاعل مع محبي الإلكتروفيلات ليس نموذجيًا بالنسبة له، خاصة وأن التفاعلات المحبة للإلكتروفيل تحدث في بيئة حمضية، حيث يتفاعل أيون البيريدينيوم، الذي يعاني من نقص p أكثر، مع محب الإلكتروفيل. ردود الفعل هذه أصعب بكثير مما كانت عليه في البنزين. يتم مهاجمة البيريدين فقط من قبل أقوى محبي الكهرباء، وفي ظل ظروف قاسية للغاية. يتم توجيه الاستبدال الإلكتروفيلي نحو الموضع 3، الذي يشبه اتجاه تفاعلات S E 2 في النيتروبنزين. يمكن تفسير هذا الاتجاه بسهولة من خلال الاستقرار المقارن لهياكل الوجه التي تصف المجمعات الكاتيونية الناتجة عن إضافة محب كهربائي إلى المواضع g وb وa لحلقة البيريدين. من الواضح أن المركب s فقط ثانيالا يحتوي على مساهمة من هيكل يحتوي على ذرة نيتروجين موجبة الشحنة.

كما ذكرنا سابقًا، يهاجم البروتون أو المحب للكهرباء النيتروجين أولاً، مما يؤدي أيضًا إلى تخميل الركيزة وتحويلها إلى كاتيون. إذا تم منع التعقيد في الذرة غير المتجانسة، فإن تفاعل الذرات النووية مع محبي الكهربية يستمر بسهولة أكبر.

نترات

إن نترات البيريدين نفسها، وخاصة مع خليط النترات، عندما تكون الدورة غير المتجانسة بروتونية بالكامل، أمر صعب للغاية وليس له أي أهمية عملية.

تتم نترات 2،6-ثنائي ميثيل و2،4،6-تريميثيل بيريدين، وأمينوبيريدين وبيريدون بشكل أكثر نشاطًا في شكل كاتيونات.

2،6 مشتقات ثنائي الهالوجين من البيريدين، والتي تكون بمثابة قواعد أضعف من البيريدين، تتفاعل بسهولة أكبر لأن يتم بروتون ذرة نيتروجين البيريدين بدرجة أقل - ويكون تركيز القاعدة الحرة أعلى. تتم عملية النتروجين بسهولة أكبر عند استخدام كاشف نترجة لابروتيك، على سبيل المثال:

السلفنة

تعد سلفنة البيريدين مع حامض الكبريتيك أسهل إلى حد ما من النترات، ولكنها ممكنة أيضًا فقط في ظل ظروف قاسية. عند درجات حرارة أعلى، من الممكن إعادة الترتيب إلى 4_حمض السلفونيك.

يمكن الحصول على منتج مثير للاهتمام عن طريق سلفنة 2,6_di_ فرك _بوتيلبيريدين. تتم عملية السلفنة نفسها بسهولة، لأن تمنع البدائل الضخمة التكوين المعقد لثاني أكسيد الكبريت في ذرة النيتروجين. الناتج 2.6_di_ فركعند تسخينه يتحول _بوتيلبيريدين-3-حمض السلفونيك إلى سلفون حلقي بسبب إحدى مجموعات الميثيل فرك– بديل البوتيل .

الهلجنة

يمكن أن يكون البيريدين مهلجنًا. ليس من الممكن إدخال ذرة اليود بإنتاجية مرضية، ولكن يتم تصنيع البروم والكلوروبيريميدين بكل بساطة.

تُظهر أكاسيد البيريدين N نشاطًا أكبر في التفاعلات مع محبي الإلكتروفيلات مقارنة بالبيريدين نفسه. هناك نوعان من الاستبدال الإلكتروفيلي في أكاسيد N: الخيار الأول (بدون إضافة أليف نووي) يؤدي بشكل رئيسي إلى أكاسيد N من البيريدينات 4 المستبدلة. يرتبط هذا الظرف الغريب للوهلة الأولى بالطبيعة الإلكترونية الرائعة لوظيفة أكسيد N، والتي يمكن أن تظهر نفسها في نفس الوقت ليس فقط كمستقبل، ولكن أيضًا كمتبرع للإلكترون. ويوضح الرسم البياني أدناه هذا.

لذلك، يمكن نترتة أكسيد N لأي بيريدين مستبدل له موضع حر 4 مع HNO 3 المدخن في محصول جيد.

هناك طريقة أخرى لاستخدام أكاسيد النيتروجين وهي إجراء التفاعل في وجود النيوكليوفيلات الضعيفة، والتي قد تكون جزءًا من الكاشف، على سبيل المثال، نترات الأسيتيل. في هذه الحالة، يتم تحويل أكسيد N إلى مادة مضافة غير عطرية، والتي يتم مهاجمتها بواسطة محب الكهربية. يمكننا القول أن ذرة نيتروجين البيريدين تصبح مانحًا للإلكترون مؤقتًا. يتيح التفاعل الحصول على 3-نيترو و3،5-دينيتروبيريدين في عوائد جيدة.

وبالمثل، تدخل مجموعة نيترو أخرى الموضع 5

الاستبدال النووي

التحولات المميزة للبيريدين هي تفاعلات الاستبدال النيوكليوفيلية. يؤدي تفاعل أمين البيريدين عند تسخينه مع أميد الصوديوم (تفاعل تشيشيبابين) إلى تكوين أمينوبيريدين.

إن تفاعل استبدال ذرة الهيدروجين في البيريدين بمجموعة أمينية بفعل أميد الصوديوم موجه دائمًا إلى الموضع 2. التحول له آلية معقدة: أثناء التفاعل، يتم إطلاق الهيدروجين الجزيئي، مما يشير إلى التكوين الوسيط لهيدريد الصوديوم . يتم تفسير هذه الحقيقة، بالإضافة إلى عدم وجود منتجات استبدال الهيدروجين في الموضع 4، من خلال التنسيق الأولي لذرة الصوديوم مع ذرة نيتروجين البيريدين.

تؤدي معالجة البيريدينات باستخدام هيدروكسيد البوتاسيوم المذاب حديثًا إلى إضافة الهيدروكسيل إلى a_pyridones، والتي تعد شكلًا أكثر استقرارًا لوجود a- وg-hydroxypyridines.

تستمر تفاعلات استبدال الهالوجين المحب للنواة في البيريدين بنفس الآليتين البديلتين كما هو الحال في الهالوجينارات - إزالة الإضافة (AE) والإزالة - الإضافة (EA). يحدث تفاعل AE (إضافة محب النيوكليوفيل لتكوين مركب s وإزالة المجموعة المغادرة) في الغالب عند الذرات 2 و4 و6، حيث يتركز الحد الأقصى للشحنة الموجبة. بالإضافة إلى ذلك، تشارك ذرة النيتروجين في إلغاء تمركز الشحنة السالبة للمركبات s المقابلة، مثل مجموعة النيترو في حالة النيتروكلوروبنزين. ومن السهل أن نرى أن الأكثر استقرارا هي مجمعات s الأنيونية أناو ثالثا.

باستخدام تفاعل مثل AE المحب للنواة، يمكن إدخال مجموعة واسعة من البدائل إلى جزيء البيريدين. وهنا بعض الأمثلة:

تخضع أكاسيد البيريدين N وأملاح N- ألكيل بيريدينيوم لنفس التفاعلات بسهولة أكبر من البيريدين نفسه. من المثير للاهتمام بشكل خاص أكاسيد N من الهالوبيريدين ، والتي تتحول فورًا تحت تأثير بعض النيوكليوفيلات إلى دورات غير متجانسة ثنائية النواة مكثفة ، والتي يحدث تكوينها بمشاركة مجموعة أكسيد N.

إذا كان الهالوجين في الموضع 3، فغالبًا ما يستمر تفاعل البيريدين مع النيوكليوفيلات وفقًا لآلية EA من خلال التكوين الوسيط لمتناظر غير متجانس من ديهيدروبنزين - الهيتارين.

ردود الفعل الجذرية الحرة

عندما يؤثر الكلور الذري والبروم (درجات الحرارة المرتفعة) على البيريدين، تحدث الهلجنة الجذرية الحرة، والتي، على عكس المحبة للكهرباء، موجهة إلى الموضعين 2 و6.

للأغراض التحضيرية، تعتبر تفاعلات البيريدين مع الجذور المحبة للنواة (تفاعل مينيشا) مهمة. مصادر الجذور هي مركبات عضوية مختلفة في وجود البيروكسيدات وأملاح الحديد (II)، والتي يعمل كاتيونها كحامل للإلكترون.

تشتمل آلية التفاعل على مراحل التحلل المتجانس للبيروكسيد، وتحويل الكاشف إلى جذر حر وإضافته إلى البيريدين ثم تنكيهه لاحقًا.

بهذه الطريقة، يمكن إدخال مجموعة هيدروكسي ميثيل، ودايكيلاميد ومجموعات وظيفية أخرى في الموضعين 2 و4 من البيريدين والكينولين.

الأدب

1. أرتيمينكو إيه آي، تيكونوفا آي في، أنوفريف إي كيه. ورشة عمل حول الكيمياء العضوية. - م: الثانوية العامة، 2007-187ع.

2. بيريزين بي دي، بيريزين دي بي دورة الكيمياء العضوية الحديثة. كتاب مدرسي للجامعات. - م: الثانوية العامة 2001. - 768 ص.

3. جلينكا ن.ل. الكيمياء العامة / تحرير ف.أ. رابينوفيتش. - ل: الكيمياء، 1986. - 704 ص.

4. جرادبيرج الأول. العمل العملي والندوات في الكيمياء العضوية. - م: حبارى، 2011. - 352 ص.

5. مجموعة من المشاكل في الكيمياء العضوية. الكتاب المدرسي / تحرير أ. أجرونوموفا. - م: دار النشر جامعة موسكو الحكومية، 2010. - 160 ص.

وثائق مماثلة

تصنيف المركبات الحلقية غير المتجانسة ذات الحلقات الخماسية؛ وجودهم في الطبيعة. دراسة طرق تخليق حلقات غير متجانسة أحادية النواة مشبعة ومندمجة مكونة من خمسة أعضاء ذات ذرة واحدة وذرتين متغايرتين. وصف تحضير الإندازول.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 24/02/2015


الملخص، تمت إضافته في 21/02/2009


مفهوم المركبات الحلقية غير المتجانسة وجوهرها وخصائصها وخصائصها الكيميائية الأساسية وصيغتها العامة. تصنيف المركبات الحلقية غير المتجانسة وأصنافها وخصائصها المميزة وطرق تحضيرها. تفاعلات الاستبدال الكهربية.

الملخص، تمت إضافته في 21/02/2009


وصف التركيب العام وخصائص ووظائف المركبات الحلقية غير المتجانسة وتأثيراتها على جسم الإنسان باستخدام القلويدات كمثال. الخصائص المقارنة لممثلي مجموعة القلويدات وتخليقها الحيوي وتطبيقها وتوزيعها في الطبيعة.

العرض التقديمي، تمت إضافته في 22.09.2016


تخليق وخصائص الحلقات الكبيرة غير المتجانسة المحتوية على N,S,O المعتمدة على الأمينات الأولية والعطرية بمشاركة المحفزات المحتوية على Sm. المركبات الحلقية غير المتجانسة وتطبيقاتها. طرق التعرف على المركبات العضوية بواسطة الرنين المغناطيسي النووي ومطيافية الكتلة.

أطروحة، أضيفت في 22/12/2014


خصائص المركبات الحلقية غير المتجانسة وأهميتها البيولوجية وتوزيعها في الطبيعة ومشاركتها في بناء الأحماض الأمينية وتصنيفها. هيكل الدم الهيم والكلوروفيل. هيكل فوران، فورفورال، إيميدازول، ثيازول، بيران، بيريدين.

الملخص، تمت إضافته في 22/06/2010


جوهر المركبات الحلقية غير المتجانسة هو سلسلة مغلقة تحتوي بالإضافة إلى ذرات الكربون على ذرات عناصر أخرى. التفاعلية، النيوكليوفيلية، الكهربية. تفاعل البدائل والسلاسل الجانبية. الإنتاج والتطبيق.

الملخص، تمت إضافته في 27/09/2011


مفهوم وجوهر الاتصالات. وصف وخصائص المركبات الحلقية غير المتجانسة العطرية. تحضير وتكوين المركبات. ردود الفعل على النيتروجين الذري، والمراقبة الكهربية والاستبدال النووي. الأكسدة والاختزال. الكينولين.

محاضرة، أضيفت في 02/03/2009


الروابط الكيميائية في الجزيئات العضوية. تصنيف التفاعلات الكيميائية. الخصائص الحمضية والأساسية للمركبات العضوية. مشتقات غير متجانسة من سلسلة البنزين. الكربوهيدرات والأحماض النووية والدهون. مركبات حلقية غير متجانسة.

تمت إضافة البرنامج التعليمي في 29/11/2011


مركبات حلقية غير متجانسة. الحلقات العطرية غير المتجانسة. بعض معايير العطرية في الحلقات غير المتجانسة. أنظمة أحادية الحلقة تخضع لقاعدة هوكل. تفاعل المركبات العطرية غير المتجانسة. الملامح الرئيسية لكيمياء البيريدين.

تصنيف المركبات الحلقية غير المتجانسة المحتوية على N

- حلقات متباينة خماسية الأعضاء:

أ) مع ذرة نيتروجين واحدة (بيرول ومشتقاته)

ب) مع ذرتي نيتروجين (إيميدازول وبيرازول ومشتقاتهما)

- حلقات متباينة سداسية الأعضاء:

أ) مع ذرة نيتروجين واحدة (البيريدين ومشتقاته)

ب) مع ذرتين من النيتروجين (البيريميدين ومشتقاته)

- الحلقات غير المتجانسة (ثنائية الحلقة) المكثفة (البيورين ومشتقاته)

بيرول

التركيب الإلكتروني للجزيء

دورة البيرول عطرية بطبيعتها، حيث أن 4 إلكترونات غير متزاوجة من ذرات الكربون وزوج وحيد من إلكترونات ذرة النيتروجين تشكل نظامًا واحدًا مكونًا من ستة إلكترونات. (على عكس البنزين، عادة لا يظهر نظام π واحد في الصيغ الهيكلية للمركبات الحلقية غير المتجانسة.) إن مشاركة الزوج الوحيد من إلكترونات ذرة النيتروجين في تكوين رابطة عطرية تفسر سبب عدم إظهار البيرول عمليا للخصائص الأساسية (على عكس الأمينات).على العكس من ذلك، البيرول له خصائص حمضية ضعيفة.

الخواص الكيميائية

I. الخصائص الحمضية: التفاعل مع المعادن النشطة

ثانيا. الخصائص العطرية:

أ) تفاعلات الاستبدال (عادة في الموضع α)

ب) تفاعلات الإضافة (الهدرجة)

البيروليدين هو أمين ثانوي دوري ويظهر خصائص أساسية قوية. دورة البيروليدين هي جزء من الأحماض الأمينية الحلقية غير المتجانسة البرولين والهيدروكسي برولين:

طرق الحصول على

1. تحضير من الفوران والثيوفين

2. التحضير من الأسيتيلين

الخصائص الفيزيائية

البيرول هو سائل عديم اللون برائحة الكلوروفورم، درجة غليانه 131 درجة مئوية، غير قابل للذوبان عمليا في الماء، قابل للذوبان في الكحول والأسيتون.

تتحول شظية الصنوبر المبللة بحمض الهيدروكلوريك إلى اللون الأحمر مع بخار البيرول (ومن هنا جاء اسم البيرول - "الزيت الأحمر").

الدور البيولوجي

دورات مشتقات البيرول المستبدلة هي جزء من الكلوروفيل والهيم. في جزيء الكلوروفيل، ترتبط أربع حلقات بيرول مستبدلة بذرة مغنيسيوم، وفي الهيم - بذرة حديد

بيريدين

التركيب الإلكتروني للجزيء

دورة البيريدين (مثل دورة البيرول) عطرية بطبيعتها وتشبه إلى حد كبير دورة البنزين. تتكون الرابطة العطرية المكونة من ستة إلكترونات من الإلكترونات غير المتزاوجة لخمس ذرات كربون وذرة نيتروجين. على عكس البيرول، فإن الزوج الوحيد من إلكترونات ذرة النيتروجين في البيريدين لا يشارك في تكوين نظام π، وبالتالي يمكن أن يشارك في تكوين رابطة المانح والمتقبل مع NP. ونتيجة لذلك، البيريدين يسلك الخصائص الأساسية.

الخواص الكيميائية

الخصائص الأساسية

أ) التفاعل مع الماء

(يتحول المحلول المائي للبيريدين إلى اللون الأزرق لزهرة عباد الشمس)

ب) التفاعل مع الأحماض

ثانيا. الخصائص العطرية:

أ) تفاعلات الاستبدال (عادة في الموضع β، حيث أن ذرة النيتروجين تتصرف كبديل من النوع الثاني)

ب) تفاعلات الإضافة (الهدرجة):

طرق الحصول على

1. العزل من قطران الفحم (يحتوي على حوالي 0.08% بيريدين).

2. التوليف من الأسيتيلين وسيانيد الهيدروجين

الخصائص الفيزيائية

البيريدين هو سائل عديم اللون ذو رائحة محددة، درجة غليانه 115 درجة مئوية، قابل للامتزاج بشكل لا نهائي مع الماء، شديد السمية.

الدور البيولوجي

متماثل البيريدين - 3-ميثيلبيريدين (β-بيكولين) - عند الأكسدة يشكل حمض النيكوتينيك:

حمض النيكوتينيك وأميده - نيكوتيناميد نوعان من فيتامين PP، الذي يستخدم لعلاج البلاجرا (مرض جلدي).

إيميدازول

التركيب الإلكتروني للجزيء. الخصائص العامة للخصائص الكيميائية

ومن الصيغة السابقة يتضح أن:

أ) الإيميدازول (مثل البيرول والبيريدين) مركب عطري؛

ب) للإيميدازول خصائص مذبذبة، حيث أن N(1) يحدد الخواص الحمضية، وN(3) يحدد الخواص الأساسية.

الخصائص الفيزيائية

إيميدازول مادة صلبة عديمة اللون، درجة انصهارها 90 درجة مئوية، قابلة للذوبان في الماء والكحول.

الدور البيولوجي

يعد قلب الإيميدازول جزءًا من أحد الأحماض الأمينية الطبيعية - الهيستيدين:

عندما يتم تكوين نزع الكربوكسيل (-CO 2) من الهيستيدين، يتكون الهستامين:

يوجد الهستامين في شكل مرتبط في مختلف أعضاء وأنسجة البشر والحيوانات ويتم إطلاقه أثناء تفاعلات الحساسية والصدمة والحروق.

بيريميدين

الخصائص العامة للتركيب الإلكتروني والخصائص الكيميائية والدور البيولوجي

بيريميدين، مثل المركبات الحلقية غير المتجانسة الأخرى، له طابع عطري. إن وجود ذرتي نيتروجين البيريدين يحدد الخصائص الأساسية للبيريميدين. تسمى مشتقات البيريميدين قواعد البيريميدين. بقايا قواعد البيريميدين الثلاثة (اليوراسيل، الثايمين، السيتوزين) هي جزء من الأحماض النووية (انظر "الأحماض النووية").

بورين

هيكل الجزيء. الدور البيولوجي

جزيء البيورين عبارة عن نظام من حلقات البيريميدين والإيميدازول التي تحتوي على ذرتين كربون مشتركتين:

تسمى مشتقات البيورين قواعد البيورين. تعتبر بقايا قاعدتي البيورين (الأدينين والجوانين) جزءًا من الأحماض النووية (انظر "الأحماض النووية").