Решение задачи: Конденсированные гетероциклические соединения. Алкалоиды

Ниже представлены ответы на вопросы практического занятия по теме «Конденсированные гетероциклические соединения. Алкалоиды». Ответы оформлены для удобного переписывания в тетрадь. Занятие № 11 Вопрос 1. Пурин входит в состав нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) в виде аденина и гуанина, а также в состав АТФ, коферментов (НАД, ФАД) и алкалоидов (кофеин). Качественная реакция: Мурексидная проба. При нагревании пуринового производного с концентрированной азотной кислотой \(HNO_3\) и последующем добавлении аммиака \(NH_3\) появляется интенсивное пурпурно-фиолетовое окрашивание. Вопрос 2. Структурные формулы пуриновых оснований строятся на основе системы пурина (конденсированные кольца пиримидина и имидазола). Нумерация пурина: атомы азота в пиримидиновом кольце — 1, 3; в имидазольном — 7, 9. Гипоксантин: 6-оксипурин. Ксантин: 2,6-диоксипурин. Мочевая кислота: 2,6,8-триоксипурин. Лактам-лактимная таутомерия (на примере мочевой кислоты): Лактамная форма (содержит группы \(C=O\) и \(NH\)) \(\rightleftharpoons\) Лактимная форма (содержит группы \(-C-OH\) и \(=N-\)). Вопрос 3. Пурин — амфотерное соединение. 1) Образование соли с натрием (по кислотному центру \(NH\) в положении 9): \[C_5H_4N_4 + NaOH \rightarrow C_5H_3N_4Na + H_2O\] 2) Образование соли с хлороводородной кислотой (по основному центру — азоту пиримидинового кольца): \[C_5H_4N_4 + HCl \rightarrow [C_5H_5N_4]^+Cl^-\] Вопрос 4. Аденин: 6-аминопурин. Гуанин: 2-амино-6-оксипурин. Кислотно-основные свойства гуанина: - Основные центры: атомы азота \(N-1, N-3, N-7\) и аминогруппа в положении 2. - Кислотные центры: группы \(NH\) в положениях 1 и 9 (в лактамной форме). Вопрос 5. Схема получения ксантина из 2,6,8-трихлорпурина: 1) \(C_5HHN_4Cl_3 + 2NaOH \rightarrow C_5H_2N_4O_2Cl + 2NaCl\) (образование 2,8-дихлоргипоксантина — в условии опечатка, обычно идет замещение в 2 и 6 положениях). 2) Восстановление (удаление хлора): \[C_5H_2N_4O_2Cl + [H] \rightarrow C_5H_4N_4O_2 (ксантин) + HCl\] Вопрос 6. В щелочной среде алкилирование идет по депротонированным атомам азота (3, 7, 1). В кислой среде пуриновое кольцо протонируется по наиболее основным центрам (обычно \(N-3\) или \(N-7\)), что меняет электронную плотность и направляет атаку алкилирующего агента в положения 7 или 9, где сохраняется нуклеофильность. Вопрос 7. Кофеин: 1,3,7-триметилксантин. Теобромин: 3,7-диметилксантин. Теофиллин: 1,3-диметилксантин. Реакция теобромина с \(AgNO_3\): образуется белый осадок серебряной соли теобромина (замещение водорода в положении 1). Применение: Кофеин — психостимулятор; теобромин и теофиллин — спазмолитики и диуретики. Вопрос 8. Мочевая кислота образует два ряда солей — ураты. 1) С 1 молем \(NaOH\): кислый урат натрия \(C_5H_3N_4O_3Na\). 2) С 2 молями \(NaOH\): средний урат натрия \(C_5H_2N_4O_3Na_2\). Плохо растворимы в воде кислые ураты (особенно мочекислый натрий и аммоний). Нарушения: Отложение уратов в суставах вызывает подагру, в почках — мочекаменную болезнь. Вопрос 9. Алкалоиды — это азотсодержащие органические соединения природного (преимущественно растительного) происхождения, обладающие сильным физиологическим действием. Классификация: 1) Производные пиридина (никотин). 2) Производные хинолина (хинин). 3) Производные изохинолина (папаверин). 4) Производные тропана (атропин). 5) Производные пурина (кофеин). Вопрос 10. Никотин: 3-(1-метилпирролидил-2)пиридин. Анабазин: 2-(пиридил-3)пиперидин. Реакции с общими алкалоидными реактивами: - Реактив Вагнера-Бушарда (\(I_2\) в \(KI\)): бурый осадок. - Реактив Драгендорфа (\(K[BiI_4]\)): оранжево-красный осадок. - Пикриновая кислота: желтый кристаллический осадок (пикрат). Вопрос 11. Хинин — ядро хинолина и хинуклидина. Папаверин — ядро изохинолина. Морфин, кодеин — ядро фенантренизохинолина (морфинана). Вопрос 12. Отличить морфин от кодеина можно реакцией с хлоридом железа (III) \(FeCl_3\). Морфин содержит свободный фенольный гидроксил и дает сине-фиолетовое окрашивание. У кодеина этот гидроксил метилирован, реакция отрицательная. Вопрос 13. Атропин — сложный эфир тропина и троповой кислоты. Гидролиз атропина с \(NaOH\): При комнатной температуре: реакция идет медленно. При нагревании: \[C_{17}H_{23}NO_3 + NaOH \rightarrow C_8H_{15}NO (тропин) + C_9H_9O_3Na (тропат натрия)\] Вопрос 14. Кокаин — сложный эфир экгонина, метилового спирта и бензойной кислоты. Схема гидролиза: \[Кокаин + 2H_2O \xrightarrow{H^+} Экгонин + CH_3OH + C_6H_5COOH\] Вопрос 15. Хинин — двухкислотное основание (за счет азота хинуклидина и хинолина). а) С \(HCl\): образует моно- и дигидрохлориды. \[Quinine + HCl \rightarrow Quinine \cdot HCl\] б) С \(HI\) при нагревании: происходит деметилирование метоксигруппы в хинолиновом ядре с образованием апохинина.