Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Гетероциклические соединения. Пиперазин

КИЕВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биологический факультет

РЕФЕРАТ

на тему:

Гетероциклические соединения. Пиперазин

студентки II курса

5 групи

Дегтярёвой Маргарити

Киев 2009

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

Классификация гетероциклических соединений.

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

Химические свойства гетероциклических соединений.

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

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

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

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

Моноциклические

С одним гетероатомом

Пиридин(Азин) и его производные	α-Пиран и его производные	γ-Пиран и его производные
Пиридин-N-оксид и его производные
α-пиколин (2-метилпиридин?)		γ-пирон
γ-пиколин (4-метилпиридин?)		Дегидрацетовая кислота
2-оксипиридин		Мальтол
4-оксипиридин	α-пирон	Хелидоновая кислота
Пиридоксин	α-хромен	Меконовая кислота
Пиколиновая кислота	Кумарин	γ-хромен
Никотиновая кислота	Эскулетин	Оксифлавоны
Изоникотиновая кислота	Псорален	Ксантен
Хинолин	Дикумарол	Ксантгидрол
Оксин	Варфарин	Ксантон
Кинуреновая кислота		2,3-дигидро-γ-пиран
Изохинолин		Хроман
Акридин		Токоферол
Пиперидин		Катехины
Индолизин

С двумя гетероатомами

Пиримидин(Диазин) и его производные	Пиразин и его производные
Витамин B1 (тиамин, аневрин)	Пиперазин
Барбитуровая кислота (2,4,6-триоксипиримидин?)	Хиноксалин
5,5-диэтилбарбитуровая кислота	Феназин
Хиназолин	Птеридин
Пурин	Лейкоптерин
Мочевая кислота (2,6,8-триоксипурин)	Ихтиоптерин
Ксантин (2,6-диоксипурин)	Фолиевая кислота
Теофиллин (1,3-диметилксантин)	Бенз(g)птеридин
Теобромин (3,7-диметилксантин)	Аллоксазин
Кофеин (1,3,7-триметилксантин)	Лумифлавин
Аденин (6-аминопурин)	Лактофлавин
Гуанин (2-амино-6-оксипурин)

С тремя гетероатомами

1,3,5-триазин и его производные

Цианурхлорид

Циануровая кислота

Меламин

1,3,5-дитиазинаны 1,3,5-тиадиазинаны.

Другие

1,4-Диоксин

Диоксан

Феноксазин

Морфолин

2,3-Дигидротиазин

Фталазин

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

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

т. пл. 1120C, т. кип. 1460C;

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

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

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

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

Дегидрирование пиперазина ведёт к пиразину.

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

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

Малотоксичен; ПДК 5 мг/м3.

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

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

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

Наиболее перспективным направлением использования производных пиперазина является его способность к ингибированию

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

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

Гексагидрат и адипинат пиперазина - противоглистные средства.

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

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

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

Пиперазина гексагидрат. Piperazinum hexahydratum.

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

В связи с гигроскопичностью препарат очень удобно применять в виде 3 % и 5 % растворов. Для придания вкуса дают (молодняку) в сахарном сиропе (1 столовая ложка раствора содержит около 0,5 г пиперазина).

Форма выпуска. Пиперазина гексагидрат выпускают в порошке (с содержанием основного вещества не менее 40-43 %), упакованном в двухшовные полиэтиленовые мешки, которые помещены в картонные барабаны с крышкой.

Действие и применение. Пиперазина гексагидрат действует эффективно в основном на половозрелые формы аскарид и в меньшей степени на неполовозрелые, вызывая у гельминтов нарушение процессов яйцеобразования и паралич ганглиозных клеток.

Применяют при параскаридозе, трихонематидозе и оксиурозе лошадей, аскаридозе свиней, токсокарозе, токсаскаридозе, унцинариозе, анкилостомозе собак и пушных зверей, аскаридозе кур.

Гидроксизин (атаракс).

Являясь производным пиперазина, гидроксизин (атаракс) не принадлежит к семейству бензодиазепинов и не входит всемейство фенотиазинов. Как антагонист рецепторов HI, гидроксизин широко применялся в дерматологии, начиная с 1955 года.

Гидроксизин имеет и другие особенности: быстрое начало действия, сопоставимое с таковым у бензодиазепинов, увеличение длительности сна и REM-фазы, уменьшение стресса и связанной с нимтревоги. Его характеризуют также безопасность применения и хорошая толерантность когнитивных функций к его действию (отсутствие амнестического эффекта). До настоящего времени в отношении этого лекарственного препарата не появлялось каких-либо сведений о формировании зависимости, аномалиях действия при длительной терапии или случаях злоупотребления.

Гидроксизин представляет собой терапевтическую альтернативу при лечении кратковременных тревожных состояний психической дезадаптации. Такое применение обусловлено двумя особенностями этого соединения. Во-первых, анксиолитический эффект гидроксизина наступает быстро (на протяжении первой недели).

Во-вторых, анксиолитическое действие, обусловленное гидроксизином, продолжается после резкого прекращения терапии. Через неделю после окончания приема препарата никаких признаков отдачи или возобновления исходной тревоги не наблюдалось.

Одним из перспективных направлений, которые должны быть исследованы в будущем, является оценка вероятной способности гидроксизина противодействовать хронификации генерализованной тревоги, как сочетающейся, таки не сочетающейся с депрессивной симптоматикой или импульсивностью. Другим направлением является изучение его эффективности как агента, обладающего профилактическими противорецидивными свойствами.

Вывод.

Интерес к гетероциклическим системам обусловлен, в первую очередь, широким спектром их активности, в равной мере это относится к реакционной способности соединений как синтонов для дальнейшего синтеза, так и к проявляемой биологической активности. Привлекательными являются азотсодержащие гетероциклы, обладающие широчайшими возможностями.

Отдельное место среди последних занимает пиперазин, поскольку с одной стороны является насыщенным соединением, а с другой представляет собой маленькую молекулу, что является большим преимуществом для дальнейшего его использования как инструмента биоорганической химии.

Конденсированные гетероциклические системы на базе пиперазина, в том числе аналоги абиотической кислоты нашли свое применение в фармации как противовирусные препараты для лечения таких заболевании как грипп, гепатит С, энцефалит. Пиперазин также может быть использован в молекулярной биотехнологии как структурная единица для синтеза химических зондов. В промышленности производные пиперазина нашли свое применение в качестве консервирующего средства для эпокси- и фенолрезольных смол, поглотителя растворенного в воде кислорода при консервации металлических предметов используемых в системах с кипящей водой.

Литература:

Общая органическая химия, пер. с англ., т. 8, M., 1985. П. M. Гембицкий.
Химическая энциклопедия в 5 томах. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1992. — Т. 3.

Ссылки на интернет-ресурсы:

ru.wikipedia.org
http://likar.org.ua/content/view/1749/340/lang,uk/
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3316.html
http://bankrabot.com/work/work_55210.html
http://5ka.su/ref/meditsina/0_object66515.html