SAV-BAZIS S A JA T S A G O K SAVI JELLEG VÍZZEL SZEMBEN
Néhány vegyület I koncentrációjú vizes
oldatának pH-ja:
Oldott anyag Mért pH Vízzel szemben
C2H5- O H 7 semleges
CgHs-OH 5 gyenge sav
CH3COOH 2 közepesen er5s sav
A vizsgált vegyületek vízzel való reakciója: C2H5OH + H2O CaHsO" +
eUmol elaiuihiliiin
(eloxiílifHi)
CeHgOH + HgO ^ CgHgO- + H3O*
ffn o l fenoltUum
(feiufx'ulioii)
CH3COOH + H2O ^ CH3COO" + H3O*
ettinsíiv ettintKÍlioH
((H-elíitüm} REAKCIÓ ERŐS SAVAKKAL
A molekulában kötött oxigénatomoknak min dig van nemkötó elektronpárjuk, e zé it m in den oxigéntartalm ú szénvegyület m egköthet protont, tehát erós savakkal (HCI, H2SO4) szemben bázisként viselkedhet. Az erős savak protonátadás közben oldódnak minden folyé
kony oxigéntaitalmú szénvegyületben (alko holban. fenolban, éterben, oxovegyületben, karbonsavban, észterben). Például: C2H5 \ / 0) + H - C I I C2H5 \ V® —0 + ICII H elanol C2H5 \ / 0) + H - a i / \ H H etil'oxtísiiumion C2H5 \ - 0 + ICII C2H5 (lieiU’éier / \ C2H5 H (lieiil’oxóniiimion O X ID A C IO ES R E D U K C IÓ
A réz(II)-oxid az alkoholokból hidrogént von el, azokat o.xovegyiiletekké dehidrogénezi.
R - C H g- OH + CuO R - + Cu + HgO
primer alkohol aldehid H
+IOJ //
R - C
oxidáció \
OH Az aldehidek könnyen oxidálódnak karbon savakká, erélyes redukálószerek. Ez a tulaj donságuk kim utatásukra is alkalmas.
“ ezüsttükörpróba:
R - C H = 0 + 2Ag^+0H "= R-COOH + aAg+HgO
Vcgj'ület Képlet K KOH KHCO3
clW-aikohol C2H5OH C2H5OK + - ^ H2 — —
fenol CeNgOH C6H5OK + H2 CgHöOK + H2O —
ciÁnsav CH3COOH CH3COOK + ^ Hg CH3COOK + H2O CH3COOK + H2O + CO2
\7 . ()X I(;K M ARTALMÚ S/KNVK(;Yl)l,KrKK
135
- Fehl ing-reakció: -1
R -C H =
0+
2Cu
2*+
4 0H" = R
COOH♦ C112O
2HgO
C H -O H + C u O ^ C = 0 + Cu + H20F*2^
szekunder aikohol keton
lindu*8diOil eiélyCS eredeünél
^ tóKbb
oxidáció tzéMlonsziffld
butoCkSitvak A ketonok, mivel csak nagyon nehezen oxi dálódnak. nem tidják az aldehidekre jellem ző ezüsttüköipróbát. Rí I R 2 - C - O H + CuO ^ »■ I R3
A tercier alkoholok nem dehidrogénerhetok (nem oxidálhatók).
Az oxovegyületek könnyen redukálódnak, és két hidrogénatom felvételével alkoholokká alakulnak át. Az aldehidekből prim er, a ke tonokból szekunder alkoholok képződnek. A karbonsavak nagyon erélyes redukálószer hatására pnm er alkoholokká alakulnak. Alde hideket karbonsav közvetlen redukciójával nem lehet előállítani.
R - C H j - OH primer alkohol oxidáció ___^ ■s redukció R - C H = 0 aldehid erélyes _ ^oxididő redukció \ ^ karbonsav OH E G E S 3 n CnHan+i—OH+ 2 O2 alkíuuA = n C 0 2 + (n+1) H2O E T E R - ES E S Z T E R K E P Z O D E S
CC. H.SO4
R -O H + H O - R --- ► R - O - R + H2O szimmetrikus éter K a r l M > n s a v c s z tc r c k k c p / . o d c s c é.s h id ro h V .is e : O 6sztcik^>zM6s R 1 -C -O H + H - O - R í ^ R 1 - C - O - R 2 + H2O hidrolizUkarbonsav alkohol karbonsav-észter
F^lszappanosítás: a karbonsavészterek lúgos hidrolízise:
vizet o4(faa
R 1 - C - O - R 2 + NaOH —► Ri-COONa + R2-OH
K i^:r i)é s k k é s f k l a d a t o k
1. írd fel a következő vegyületek nátriumm al való reakciójának egyenletét!
metil-alkohol hangyasav benzol-1,2-diol
2. Hogyan tudnád eldönteni, hogy ismeretlen oxigéntailalm ú szénvegyületben van-e hid- roxilcsopoit, és ha igen, milyen funkciós csoport alakjában?
✓
3. írd fel az alábbi alkoholok oxovegyület(ek)ig, illetve kaibonsavig való oxidációjának reakcióegyenletét, s nevezd el a term ékeket! (A ketonokat erélyesen oxidáljuk.)
(i) pentil-alkohol h) pentán-2-ol c) 2‘m etilpropán-2-ol 4. A z alábbi vegyületek közül m elyek adják az ezüsttükörpróbát?
a) form aldehid h) m etánsav c) etánsav d ) aceton e) benzaldehid f) pentanal 5. H ogyan lehet előáUítani az alábbi étereket, illetve észtereket?
1 3 6 K(;Y f u n k c ió s (•S()l»()R'r()TTARTALMAyX)SZKNVK<;YÍ;LKTKK
N I T R O G É N T A R T A L M Ú S Z É N V E G Y Ü L E T E K
A nitrogéntaitalmii szénvegyületek m oleku láiban lictcT<»a(omként egy vagy több nitr<»- génatom található.
•N*
A nitrogénalom három párosítatlan vegyér tékelektronjának megfelelően igen változa tosan kapcsolódhat más atomokkal. A mole kulában kötött nitrogénatom szomszédjával létesíthet cgy.szcrc.s, kétszeres vagy h áro m szoros kovalens kötést. A nitrogéntaitalm ú szénvegyületek molekuláiban oxigénatomok is előfordulhatnak, esetleg közvetlenül a nit- logénatom hoz kapcsolódva. így a nitrogén
Az
atom igen sokféle funkchís esoport részeként épülhet be a szénvegyületek molekuláiba.
\ — \ - C - N - / 1 / 11 \ - c — \ _ / C = N - - C - N = o ) N - I - C ^ N I \ - C - N (
E vegyületek között vannak biológiai szem pontból jelentős term észetes vegyületek (az életet hordozó fehérjék és a nukleinsavak) és a gyakorlati élet szám ára fontos vegyületek is (festékek, gyógyszerek, műanyagok).
Az aniínok* olyan n itro g én tartalm ú szén vegyületek, amelyek m olekuláiban a nílro- génatoni egyszeres kovalens kötéssel kap- csoltklík a s/én ato iiih o /. Egy nitrogénatom hoz kiípcsolódhat egy. kettő vagy három szénatom; a nitrogénatom a többi kötést hid- rogénatom m al létesíti.
Az aminokat formálisan a / ammónia szárm a zékainak tekintjük. Az aminokat az am m óni
H - N - H I H NH3 tm n u m n t N(CH3)3
■Jr66
NH2CH3 NH(CH3)2136.1. Az ammóniából szánnaztatható legegysze rűbb iiminok kalottmodelljei. Mely moi^kulák kö7Á>^t aiakulhdl ki hidrogénköiés?
ából vezetjük le oly módon, hogy az ammónia három hidrogénatomjából egyet, kettőt vagy háiTnat szénhidrogéncsopoiital helyettesítünk. R E N D Ű SÉ G
A nitrogénalonihoz kapcsohSdó szénhidro- géncsoportok szám ának m egfelelően első* rendű (primer), m ásodrendű (szekimder), és
R1- N - H I H elsőrendű amin R i - N - H Ra mősodrendű amin R1- N - R 3 R2 \ _ - C - N - H / I H amin<H'sop<nt \ - - C - N - H / I C / | \ iminocsoport \ — / - C - N - C - / I \ C / I \
harmadrendű amin nitrilwsoport
A / w \ M I N ( ) K
137
liariiuidrcndíi {ten ier) am inokat különböz tetünk. meg. A nitiogénatom hoz kapcsolódó szénhidiogéncsopoilok ( R i , R2, R3) lehetnek azonosak vagy különbözőek, nyílt láncúak vagy gyűrűsek, telítettek vagy telítetlenek.
Az iUíiinok esetében a rendűség nem a nitrogén* atomhoz kapcsolódó szénatom rendűséget je lenti, itt valójában a nitrogénatom rendűségéről van szó.
Az elsőrendű amínok jellem ző funkdc>s cso p o r tja az am in o cso p o rl* (—NH2), a másod- rendűeké az iminocsopoil (—NH—), a hcurnad- rendűeké pedig maga a nitrogénatom (—N—). Az am inok nevét a nitrogénalomhoz k<ipcso- lódó szénhidrogéncsoportok nevének betű rendben való felsorolása után tett -am in szó val képezzük.
A zonos szénhidrogéncsoportok esetén a di-, illetve a tri- többszöröző szócskát használjuk az elnevezésnél. A bonyolultabb aminoknak általában a régies neve használatos. Pl. a leg eg y szerű b b aromá.*; am in, a fenil-am in az egész világon anilin’*'**' néven isméit.
CH3- N - H H meíil'Omin CH3- N - H C2H5 etil-metil-amin H a C -N -C H a H dimetil'Omin fenil-amin (anilin)
Az elsőrendű aminokat úgy is elnevezhetjük, hogy a megfelelő szénhidiogén neve elé tesz- szükazí/w/wí- szót. Ilyenkoi alapvegyiiletnek azt a vegyüietet tekintjük, amelyikben az ami- nocsopoil helyett hidrogénalom viin. Ez az el nevezés akkor hiisználalos. amikor az alapve- gyiilet az aminocsopoHon kívül más funkciós csoportot is tartaliriiiz (pl. aminoecetsav).
F IZ IK A I T U L A JD O N S Á G O K
A kis szénatonis/ániú alkil-aniinok (a metil-, a dimetil-, a trimetil- é s az etil-am in) az am móniára em lékeztető szagú g á/o k , a többi egyszeiói alkil-am in undorító szagú folya dék. A tíznél nagyobb szénatomszámú am i nok pedig szilárd halm azállapotúak.
A különböző rendűségű izom er am inok kö zül m indig a nagyobb rendű.scgű az alacso n y ab b forrá.s|M)ntií. A z eltérőforráspotU ok a molekulák közötti eltérő kölcsönluításokkal magyarázJiotóak. Az el sőrendű és másodren dű aminok molekulái között hidrogénkötések alakulhatnak ki. A különbség az, hogy a má- sodrendűek molekulái között kevesebb a le hetőség e kötések kialakítására. A harmad- rendűek molekulái között viszont c.sak gyen ge dipólus-dipólus kölcsönhatás jö n létre. Az am inok forráspontja alacsonyabb, mint a közel azonos m oláris töm egű alkoholoké. Az aminok között ugyanis kb. fele olyan erős a hidrogénkötés* mint az alkoholok között. A haimadrendű aminok fon áspontja a gyenge másodrendű kölcsönhatások miatt nagyjából a m egfelelő szénhidrogénekével azonos. A nem túl nagy szénato/nszámú alkil-aminok jó l oldódnak vízhen, jobban, mint a m egfe
lelő szénatomszámú alkoholok.
Ennek az az oka, hogy a nitrogénatom laz«in kötött nemkötő elektrnnpárja könnyebben ala kít ki hidrogénkötést a vízmolekulával, mint az oxigénatomé.
H - N - C H2-C O O H
H
a iiw u w e ls a v
Vegyület neve Képlet F p r o
hexil-amin C eH ,3 -N H 2 129 dipropU-amin (C3H7)2-NH n o trietil-amin (C2Hs)3N 89 propán CH3 — CH2 — CH3 -4 2 etíl-amin CH3 — CH2 — NH2 17 etil-alkohol CHg — CH2 — OH 78 dimetil-éter CH3—0 — CH3 -2 4
137.1. Az aminok és néhány szénvegyület forrás pontjának összehasonlítása. Mi az eltérés oka?
138
K(;Y FUNKCIÓS (•S()l»()R'r()TTARTALMAyX)SZKNVK<;Yi;LKTKKA szénatom szám növekedésével a vízoldlia- (óság csökken.
I
Kb. 5 cm^-nyi vízbe tegyünk 6 - 8 csepp anílinti
Rázzuk össze <i kémcső tiulalmátl
Kémcsőben levő vízhez unilint cseppentünk, majd jó l összerázzuk a kémcső taitalmát. Az anilin a molekulában lévő nagy apoláris rész miatt nem oldódik vízben.
Az am inek a poláris éterben és alkoholban jól oldódnak.
K É M IA I T U L A J D O N S Á G O K
I Minisünk anilinbe univerzálindikátor papíil!
I3X.1. Az anilin vízzel szemben nem mutatja bá zisosságát
Az anilinbe m áitott univerzálindikátor papír színe nem változik.
I
Egy kémcsőbe töltsünk I cmSinilint. és áldjunk hozzá 4 cm-^ 20%*os sósavat, majd rázogassuk H kémcsövet!I3».2. Az anilin vízben gyiikorlatilag nem oldódik (I). Az anilin reiikciója sósavval (2).
Mi a íítiHisziuluik molekuíaszerkezeti oka?
Ha az anilint sósavval rázzuk össze, a sósav hatására létrejött vegyület feloldódik.
A z am inok n itrogénatom jának nem kötő elektronpárja pioton felvételére képes, ezért az aminok gyenge bázisok.
Például az anilin sósavval anilínium-kloridot képez. Az ionos vegyület vízben jól oldódik. Az anilin és a hozzá hasonló arom ás am inok az am m óniánál is gyengébb bázisok, ezért vízzel szemben nem m utatják a bázisosságu kat.
.NHí
Q + HCI Q
NHs +
cr
anilin anilínium-klorid
Az alkil-aniinok az am m ó n iáh o z hasonló crősscgíí házi.sok^ vizes oldatuk lúgos kém hatású. i --- H - N - C H3 + H metil-amin H I H - N - C H3 + 0H“ H nuiil-ammöniumion
A z alkil-aminok erős savak (pl. sósav) hatá sára csaknem teljes m értékben sóvá alakul nak. A keletkezett sók ionos vegyületek, am elyek vízben jó l oldódnak.
f C H 3 - N - H + H C ! ^ C2H5 etH'metil'Omin H I C H 3 - N - H C2H5 etil'metiUeonmómum'klorid
cr
Az aminok erős savakkal alkotott sói vízben hidiolizálniik. ,Sóik vizes oldala savas kémha tású. Ez is iizt bizonyítjiiu hogy az aminok gyen ge bázisok.
A / w \ M I N ( ) K
139
E L Ő F O R D U L Á S , F E L H A S Z N A L A S Az eg y szerű alkil-am inok a term észetben csak nagyon ritkán fordulnak elő. (Pl. a g á z - halm azállapotű am inek a heringpácbun for dulnak elő.) A nitrogéntartalmú szerves ve- gyületek (aminosavak. fehéijék) bom lásakor bonyolultabb aminok keletkeznek. Ettől .szár mazik a rothadó anyagok undorító szaga. A gyakorlati .>izempontból legfontosabb amin az aniiin. A 19. században kibontakozó szer ves kém iai ipar (festék- és gyógyszeripar)
legfontosabb alapanyaga volt. 139.1. Az aromás aminok festékek alapanyagai
k r i)k k f:s s k( ;k k
Afehéijék bomlásakor keletkezőiuninok nagyon méigezőek. Ilyen pl. az 1.5-diaiTiino-pentán, régi nevén kadaverín. (Az elnevezés a latin holttest szóból szánnazik.) Ez a kétértékű amin az ún. hullamérgek közé íiutozik.
A his/.tHniiii, amely a növényi és az állati sejtekben is megtalálható, a hajszálereket tágítja. Ha a vérben megjelenik, akkor a bőr kipirul, viszket. Szerepet játszik az allergiás betegségek kialakulásiiban is.
U KKKI)h;SKK l^:vS FKLADATOK
1. M ilyen vegyületek az aminok?
2. írd le a következő vegyületek konstitúciós képletét, és állapítsd m eg a rendűségüket!
a) etil-dim etil-am in, h) etil-izopropil-am in,
c) diciklopentil-amin, r/) butil-m etil-propil-am in.
3. R ajzold le a propil-amin. illetve a vele izom er am inok konstitúciós képleteit! N evezd el őket, és állapítsd meg a rendűségüket is!
4. É rtelm ezd a közel azonos m olekulatöm egű propán és az etil-am in forráspontjában m utatkozó nagy különbséget (137.1. táblázat)!
5. M ely vegyületekhez tartoznak a következő forráspontok? V álasztásodat indokold! Forráspontok: -8 9 ®C; - 7 ®C; 65 ®C.
Vegyületek: metanol; m etil-amin; etán.
6. írd le a következő anyagok kölcsönhatásának egyenletét! íi) trim etil-am in és víz; b) dim etil-am in és .sósav.
7. Kialakulhat-e a harm adrendű am inok molekulái között hidrogénkötés?
8. H ány g etil-am int tartalm az az az oldat, am elynek 100 cm^-e 36,5 g 10 töm eg% -os só sa voldattal közömbösíthető?
g
9. Valamely alkil-am in molái is töm ege 45 —^ . Mi az összegképlete ennek az aminnak?
mól
140
K(;Y FU N K C IÓ S (•S()l»()R'r()TTA R TA LM A yX )SZK N V K <;Y i;LK TK KNr
T R O G E N T A R T A L M U H E T E R O C I K L U S O KIIcteriH-'iklusos* vegyülelck a /o k a gyűrűs s/c rk ez ctű vegyületek, amelyek gyűrűjének rclcpítcscbcn a szénatom on kívül m ás atom (pl. oxigén, kén, nitrogén) is részt vesz. Biológiai és gyakorlati szempontból legfon tosabbak közülük az egy vagy több nitrogén atom ot tartalmazó, aromás jellegű heterocik lusos vegyületek.
A P IR ID IN * (CgHsN)
A piridin a benzolból „szánnaztatható” aj'omás vegyület, am elynek m olekulájában az egyik CH-csoport helyett nitrogénatom található.
a CH
‘ O '
CH
5
I44).I. A píridininolekula kalonmodellje. I ia.wniíísíi
össze (é henzx*! és a fyir'ulinmolekula jntlariiását! Mi az eltérés oka ?
A teljesen szimmetnkus, apoláiis benzolmole kulával szemben a piridinmolekula dipótusos.
©
©
FIZIKAI TULAJDONSÁGOK
140.2. A piridin oldhatóság<ínak vizsgálata vízben és étcil)en. Miért oitUHÜk korUtilaniil vízhen? A piridin színtelen, kellem etlen szagú, m ér gező folyadék. F o rrá sp o n tja (115®C) ma- ga.sabh, m int a benzolé. Ez a molekulák kö zötti dipólus-dipólus kölcsönhatás következ ménye. A piridin m olekulája poláris, ezéil vízzel minden arányban elegyedik. A nitro génatom nem kötó elektronpárjával hidro génkötést alakíthat ki a vízm olekulákkal. Apoláris oldószerekben, például éterben is jól oldódik.
KÉMIAI TULAJDONSÁGOK
■
Vizsgáljuk meg a piridin vizes oldatának kémhatását. majd csepegtessünk hozzii sósavat!Piridin vizes oldatát univerzálindikátorral vizsgáltuk. Az oldat gyengén lúgos kém ha tású. Sósavat csepegtetve a főzőpohárba, pi- ridínium -klorid keletkezik. Ennek vizes ol data savas kémhatású.
I
Viz-sgáljuk meg a piridin színét, szagát, halmaz- állapotát. oldódását vízben és éterben!
140.3. A piridin vizes oldat-a gyengén lúgos kémha- tilsú ( I). A piridínium'kloiid savasan hidrolizál (2)
NITR(><;KN rARTALMIJ IIKI KROCIKLtSOK
141
A pii idin molekulában a nitrogénatom a nem- köto elektronpárja segítségével a víztol és a savaktól protont vehet át. gyenge há/isk cn t viselkedik. A piridin valamivel erősebb bá zis, m int az anilin.
N QN
+ O H'
Savakkal sókai k ep e/, am elyek vízben jól oldódnak.
Cm *
N Q N I H+ cr
Sói a vízzel hidrolizálnak. oldatuk ezéil savas kémhatású.
C gH eN * + H 2O C 5H 5N + H 3O *
Szubsztilúciós reakciókba (halogénczés. nitrá- lás> a benzolnál nehezebben vihető. Ezekben a leakciókbitn kíziu'ólag a 3. szénatomhoz kap csolódó hidrogénatom cserélhető ki.
ELŐFORDULÁS, FELHASZNÁLÁS
A piridingyűnl számos vitamin, enzim , alka loid m olekulájában megtalálható.
A lkalm azzák alkohol denaturálására (em be ri fogya.sztásra alkalmatlanná tételére), gyógy szerek. növényvédő szerek és színezékek elő állítására.
A P IR IM ID IN * (C4H4N2)
M olekulájában a hattagú aiom ás gyűrű két nitrogénatom ot tartalm az 1,3-helyzetben.
■inV - ^
141.1. A pirimidinmolekula kalottinodellje.
llasonltisd össze a piridinmolekiiUívaf! FIZIKAI TULAJDONSÁGOK
Színtelen, alacsony olvadáspontú (22 ®C) szi lárd anyag. A fo rrásp o n tja (124 **C) valam i vel m agasabb, m int a piridiné. V í/ben jól oldódik.
KÉMIAI TULAJDONSÁGOK A piridinnél is gyengébb há/is.
Míg a piridin nitrogénatomja öt szénatomtól tud elektront elvonni, tiddig a piiitnidin két nit rogénatomja cs<ik négy szénatomtól vonhat cl elektronokat.
így a pirimidinben az egy-egy nitrogénatomra jutó elektronfelesleg kisebb, mint a piridinnél. ezért saját nemkötő elektronpáijaikat erőseb ben tailjitk, így protont nehezebben tudnak fel venni.
ELŐFORDULÁS. FELHASZNALAS
A pirim idingyűrű so k fontos term észetes szénvegyület (nukleinsyvak, vitaminok, alka loidok) alkotórésze. Számos gyógyszernek is alapanyaga.
A p í r r ó l* (CíHgN)
M olekulája öttagú arom ás gyűrű, amelyben az egyik atom a nitrogén, amelynek nemkötő elektronpárja beépül a delokalizált ;r-elekt- ronrendszerbe. A ;r-elektroniendszer toi-zult, a delokalizációban résztvevő hat elektron nem egyenletesen oszlik el az öt atom között.
142
K(;Y FUNKCIÓS (•S()l»()R'r()TTARTALMAyX)SZKNVK<;Yi;LKTKK H H /©
h- cO c - h N I H©
A nitrogén a nagyobb elektronvonzó képes sége ellenére is elektronhiányos, a szénato mok pedig kis elektronfelesleggel rendelkez- nek. így a pírrolm olekula is dí|M>luK<>s, úgy mint a píridin, de ebben az esetben a nitro- génaloni a dipólus pozilív sarka.
FIZIKAI TULAJDONSÁGOK
A p in o l színtelen, kloroformszagú folyadék. A fo rrásp o n tja (131 ®C) nem sokkal m ag a sabb, m in t a piriniidiné. Molekulái erőseb ben dipólusosak. Vízben nagyon rosszul o l dódik, mivel a pirrolmolekula nem képes be épülni a vízm olekulák hidrogénkötési rend szerébe. Apolárí.s o ld ós/crekben (éterben, benzolban) jól oldcSdík. Levegőn állva meg bám ul és élgyanlásodik.
KÉMIAI TULAJDONSÁGOK
A pin'ol gyenge sav, kálium m al hidrogén- rcjl(k)cs kö/.ben reagál, és szilárd piriol-ká- lium keletkezik.
N NN
I
H
+ 2 K* + H2
A pinol szubsztitúciós reakciókra hajlainosabb a benzolnál, mivel a szénatomjain elektionfeles- Icg Viin. Pl. brómmal m<u' szobahőmérsékleten reagál. Br Br
a
•f 4 Bt2 N I H i - 4 HBr ELŐFORDULÁS, FELHASZNALASA pirrol sok biológiáikig fontos vegyület al kotója. (Pl. a zöld növények klorofilljának, a vér hem oglobinjának, a B |2-vitaminnak.) Gyógyszerek, valam int színezékek előállí tására használják. A Z IM ID A Z O L * (C3H4N2) INo ; - H ..piridinszfrü” nitrogén © — ..pirrolSierű' nitrogén
A m olekulája öttagú arom ás gyűnJ, am ely ben a két nitrogénatom 1,3-helyzetu. Az egyik nitrogénatom a piridinhez („p irid in s/e rű ’*) a másik a pirrolhoz („p irro lszcru ” ) hasonló. A síkalkatú c7-vázon delokalizálódó ;r-elekt- ronszextett torzult. így az imidazol m oleku la is dip<>las<>s. A szerkezet következménye, hogy az imidazol a p in o l és a piridin saját ságait is mutatja. Vannak olyan tulajdonsá gai is, amelyek a két eltérő jellegű nitrogén együttes jelenlétével m agyarázhatók.
FIZIKAI TULAJDONSÁGOK
Az imidiazol fehér színű kristályos vegyület. Olvadá.s- és fo rrá s p o n tja (op.: 9 0 ®C, fp.: 2 5 6 * 0 a m o lck iilatö m cg ch c/ kcpc.st igen m agas. Ez azzal m agyarázható, hogy az imídazolmolekulák hldrogénkötést alakít hatnak ki egym ással, és így molekulaasszo- ciátum ok jönnek létre.
^
^
^
...INSw/ N ^ ... IN w .. IN W ...
n n
H
Vízben jól oldódik, miv'el be tud épülni a víz molekulák hidrogénkötési rendszerébe. (Ezt elsősorban a „piridinszerű” nitrogénatom te szi lehetővé.)
NITR(><;KN rARTALMIJ IIKI KROCIKLtSOK
143
KÉMIAI TULAJDONSÁGOK
Az im idiazol piridinszeníí nitrogénatom já nak nem köto elektionpárjával protont köt het m eg, ezélt há/is.
Erősebb bázis, mint a piridin, mert a ,4 3Íridin-
szerű” nitiogénatomon nagyobb az clcklronfc- lesLeg, mint magában a piridinben.
A „piiTolszerű" nitrogénhez kapcsolódó hid rogént az erős bázisok protonként leszakít hatják. Az imidazol tehát gyenge savként is viselkedhet.
Erősebb sav, mint a pirrol, meil az N —H kötés polárisabb, mint a pirrolban.
Az imidazol tehát savként és bázisként is vi selkedhet. azaz aiiifolcr vegyület.
imidazplkation
IN W N I imidazolanion
+ H2O
ELŐFORDULÁS. FELHASZNÁLÁS
Az im idiazol az enzim ek részeként a bioké miai folyamatokban a protoncserét katalizál ja. Felhasználják a m űanyag-, a festék- és a gyógyszeriparban, illetve kártevők elleni védekező anyagok előállításánál.
A PU R IN * (C5H4N4)
A purin egy p iiim id in -éseg y imidazolgyűrű „összeolvadásával'’ vezethető le.
N 0 > \ H imidazol IN k
143.1. A nitrogéntailalmú heterocikiusok gyógy szerekben is megtalálhatók
N
a purin hagyományos képlete
A purinban - ahogy a két benzolgyűrűbőí „ősz- szeolvadt’' naftalinnál már szerepelt - nincs két teljes .^yűrű”, hiszen két szénatom közös. Em i att nincs két ;r-eleklronszextett sem. hanem összesen 1 0 7T-elektrondelokaliz<ílódlk a mole
kula 9 atomja által alkotott (7-vázon.
FIZIKAI TULAJDONSÁGOK
A purin színtelen tűk alakjában kristályoso dó vegyület. O lvadásinm lja ( 21 6 ®C) magas, mivel a molekuláit hidrogénkötések kapcsol ják össze. Vízben jó l oldódik.
KÉMIAI TULAJDONSÁGOK
A purin m ind az im id a /o !-, m ind pedig a piriinidingyűríi sajátosságail m ulatja. A molekulának ham m házisos cen fnm w van, ezek közül az imidazolgyíirű m tm génje a leg- házisosahh.
144
K(;Y FU N K C IÓ S (•S()l»()R'r()TTA R TA LM A yX )SZK N V K <;Y i;LK TK KELŐFORDULÁS
A purin a term észetben szabad állapotban nem fordul elő, de származékai nagyork elter jed tek . Purinszárm azékok a nukleínsavak építőkövei is. Purinvázat tuilalm az néhány növényi alkaloid, például a koffein (kávé- és teacserje), a teofillin (teacserje) és a teobro- min (kakaóm ag).
Az emberi szervezetben a nukleinsiivakal fel építő ún. purínbitzisok lebomlásuk során si nitio- géntailalmú karbamid helyett húgysavvá ala kulnak. A húgysav fenolos hidroxilcsopoiijui miatt gyenge savként viselkedő vegyület, s6i
a vízben rosszul oldódnak. A köszvényes bete gek ízületeiben anyagcserezavarok következ* teben a húgysav sói rakódnak le, és ez okoz fáj dalmas ízületi gyulladást.
húgysav (2.6.8-lrihi<lnfyi/nirmf H,C. CHr teofillin CH. O H N / > CH, teobromin
144.1. A kávé, a tea és a kakaó alkaloidja
YÁ
KtCRDllSKK ÉS FELADATOK1. M ivel m agyaiázható, hogy a benzol fonáspontja (80 ‘’C) alacsonyabb, mint a piridiné ( I I 5 ‘’C)?
2. H asonlítsd össze a piridin és a pirim idin bázisosságát! Mi az eltérés oka? 3. Sav vagy bázis a pirrol? M iért? M ilyen kémhatású a vizes oldata?
4. Hogyan oldódik vízben a pinol kálium sója? Miért? Milyen kémhatású a vizes oldata? M it bizonyít ez?
5. írd fel az imidazol sósavval való reakciójának reakcióegyenletét!
6. M ivel m agyarázható, hogy az im idazol fo n ásp o n tja csaknem kétszerese a pirrolénak? (A piiTol fo n á sp o n tja : 131 *C, az im idazol forráspontja: 256 ®C)
7. M it jelent az, hogy az imidazol am foter vegyület?
8. A purin sósavval való reakciójakor csak egy protont vesz fel. M elyik nitrogénatomján protonálódik?
9. M ilyen biológiai jelentősége van a nitrogéntaitalm ú heterociklusos vegyületeknek? 10. H ány g piridint tartalm az az az oldat, amely 100 cm-^-ének közöm bösítéséhez 36,5 g
2 0 töm eg% -os sósav fogyott?
11. ApiiTol káliummal való reakciójakor 1 ghidrogéngáz fejlődik. Hány gp iiro l vett részt ebben a reakcióban?
AZALKAU)IIX)K
145
AZ ALKALOIDOK
Az alkaloidok növényekben előforduló nitrogéntartalmú vegyületck, néhány kivételtől eltekintve hete* rocikiusos felépítésűek és erős biológiai hatással rendelkeznek. Az alkaloid kifejezés a bázikus tuiajdon- ságukfci utal. A növényekben általában savakkal alkotott sók fonnájában találhatók. A ma ismert több ezer alkaloid közül kb. 60-at használnak gyógyásziiti célokra. A szintetikus gyógyszerek közül s z ííit io svegyület