Heterocyclic Compounds

งานนำเสนอเรื่อง: "Heterocyclic Compounds"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 Heterocyclic Compounds
สารประกอบอินทรีย์ที่มีโครงสร้างเป็นวงและมีอะตอมของ ธาตุอื่นที่ไม่ใช่คาร์บอนเป็นส่วนของวง pyridine tetrahydrofuran oxirane an aromatic heterocycle a saturated heterocycle a saturated heterocycle 11/12/2018 PT_2008

2 Nomenclature Common (trivial) vs. Systematic name ethylene oxide
oxirane ethylenimine aziridine trimethylene oxide oxetane furan oxole tetrahydrofuran oxolane pyrrole 1H-azole thiophene thiole pyran 2H-pyran piperidine perhydropyridine thiazole 1,3-thiazole imidazole 1,3-diazole 11/12/2018 PT_2008

3 priority ตารางแสดงคำนำหน้า(Prefix)ชื่อธาตุheteroatom และลำดับความสำคัญ
Element oxygen sulfur selenium nitrogen phosphorus Valence 2 3 Prefix Oxa Thia Selena Aza Phospha priority 11/12/2018 PT_2008

4 ระบบการเรียกชื่อแบบ Hantzsch – Widman ใช้คำนำหน้า heteroatom เช่นเดิม
Ring size 3 4 5 6 7 8 9 10 Suffix Unsaturated Saturated irene irane ete etane ole olane ine inane epine epane ocine ocane onine onane ecine ecane 11/12/2018 PT_2008

5 รายละเอียด , ข้อยกเว้น , ส่วนเสริมของระบบ Hantzsch - Widman
Suffix แบบ saturated ใช้กับวงที่อิ่มตัวเต็มที่ Suffix แบบ unsaturated ใช้กับวงที่มีพันธะคู่เป็นจำนวนมากที่สุดที่เป็นไปได้ วงที่มีความไม่อิ่มตัวยังไม่เต็มที่ ให้ใช้คำนำหน้าเสริมเพื่อระบุจำนวนความไม่อิ่มตัว ที่หายไป เช่น dihydro หรือ tetrahydro พยัญชนะ e ท้ายคำ บางครั้งอาจตัดทิ้งไปได้ วง nitrogen heterocycles แบบอิ่มตัว ขนาด 3, 4 และ 5 ใช้คำลงท้ายเป็น iridine, etidine และ olidine ตามลำดับ วง nitrogen heterocycles แบบไม่อิ่มตัว ขนาด 3 อาจใช้คำลงท้ายแบบดั้งเดิม “irine”ได้ oxine, azine และ silane ได้ถูกนำไปใช้กับสารหรือหมู่ฟังก์ชันอื่นแล้ว จึงไม่อาจนำมา ใช้กับ pyran, pyridine และ silacyclohexane ได้อีกต่อไป 11/12/2018 PT_2008

6 Examples of heterocyclic compound nomenclature
6H-1,2,5-thiadiazine 1,3-oxazole 1,3-diazetidine 1,2-oxazole thietane 2,3-dihydroazete oxepane 3,4,5,6-tetrahydro-2H-azepine 1,4-thiazepine azocane azocine azonane thionine azecine 11/12/2018 PT_2008

7 Preparation and Reactions
3-Membered Rings an alkene a peracid an oxirane an aziridine a thiirane 11/12/2018 PT_2008

8 Reactions : trans-diaxial ring opening
11/12/2018 PT_2008

9 4-Membered Rings 11/12/2018 PT_2008

10 Reactions : ring opening
11/12/2018 PT_2008

11 Reactions : ring opening
11/12/2018 PT_2008

12 5-Membered Rings Paal-Knorr Synthesis 11/12/2018 PT_2008

13 Sigmatropic rearrangement
Bischler Indole Synthesis Fischer Indole Synthesis Sigmatropic rearrangement 11/12/2018 PT_2008

14 Saturated 5-membered heterocycles :
Reactions Saturated 5-membered heterocycles : tetrahydrofuran , thiolane and pyrrolidine resemble that of acyclic ether , sulfides, and 2oamines Unsaturated 5-membered heterocycles : furan , thiophene and pyrrole Aromatic unsaturated compounds 11/12/2018 PT_2008

15 Aromatic character : electron delocalization ( 4n+2 )
= Dipole Moment 1.7 D 1.9 D 1.6 D 0.7 D 0.5 D 1.8 D Stabilization Energies Benzene Furan Thiophene Pyrrole 38 16 11 kcal/mole from heats of combustion 11/12/2018 PT_2008

16 Electrophilic aromatic substitution
Reactivity : pyrrole >> furan > thiophene > benzene 11/12/2018 PT_2008

17 Substitution at 2 is more favored than 3
11/12/2018 PT_2008

18 ortho-para and meta directing character of substituents
“very similar to benzene” 11/12/2018 PT_2008

19 Fully unsaturated 6-membered nitrogen heterocycles = Aromatic rings
6-Membered Rings Fully unsaturated 6-membered nitrogen heterocycles = Aromatic rings pyridine pyrazine pyrimidine pyridazine 11/12/2018 PT_2008

20  Orbital structure of pyridine Resonance contributors of pyridine
sp2 hybridized carbon atom Lone pair electrons are NOT involved in aromatic sextet sp2 hybridized nitrogen atom Resonance contributors of pyridine  neutral polarize 11/12/2018 PT_2008

21 Physical property 2.26 D 1.17 D Pyridine pKa = 5.2 piperidine pKa = 11 Pyridine is a weak base (reflecting the sp2 hybridization of the nitrogen). Larger dipole moment (compared with piperidine) also suggests significant contribution of polarized canonical forms. 11/12/2018 PT_2008

22 Reactions 1. Electrophilic addition to nitrogen
1-methylpyridinium iodide 1H-pyridinium chloride N-acetylpyridinium chloride 11/12/2018 PT_2008

23 2. Electrophilic aromatic substitutions
พิจารณาจาก resonance forms ของ pyridine จะเห็นว่า electron density ที่ คาร์บอน ทุกอะตอมในวงจะลดลง(+ electron withdrawing inductive effect ของ ไนโตรเจน) โดยรวมแล้ว วงจะมีสภาพขาดอิเล็กตรอน โดยเฉพาะที่ C2(6) และ C4 จึงอาจเรียก เป็น“electron-deficient aromatic compound” ฉนั้น จึงเกิดปฏิกริยาแบบ electrophilic substitution แบบ benzene ได้ยาก 6% 86% 11/12/2018 PT_2008

24 Position selectivity in electrophilic substitution of pyridine
NOT OR Attack at C3(5) “preferred” 11/12/2018 PT_2008

25 2. Nucleophilic aromatic substitutions
2.1 Substitution of hydrogen : Chichibabin amination toluene 2-aminopyridine ~70% A.E. Chichibabin, O.A. Zeide, J. Russ. Phys. Chem. Soc. 46,1216(1914) 11/12/2018 PT_2008

26 2.2 Displacement of leaving groups : addition – elimination mechanism
Note : fluoride is a better leaving group than other halides 11/12/2018 PT_2008

27 Position selectivity in nucleophilic substitution of pyridine
2-attack 4-attack 3-attack OR NOT negative charge cannot be delocalized onto nitrogen “preferred” attacks 11/12/2018 PT_2008

28 EOF End of file 11/12/2018 PT_2008