Heterocykly

jsou to cyklické sloučeniny, které v cyklu kromě uhlíku obsahují i další atomy
heteroatomy
- atomy v cyklech, které nejsou uhlík
- nejčastěji dusík, kyslík a síra
tvoří základy složitějších makromolekulárních látek
používají se pro mě triviální názvy
heteroatom má vždy číslo jedna
- ostatní atomy se číslují tak, aby substituenty měli co nejmenší lokant
- pokud je více heteroatomů v cyklu, číslujeme je tak, aby heteroatomy měli co nejnižší lokant

Pětičlenné aromatické heterocykly

S jedním heteroatomem

jsou to analoga cyklopenta-1,3-dienu
jsou aromatické
- mají všechny znaky aromatických systémů
- reagují podobně jako aromatické sloučeniny
  - nejznáze probíhá elektrofilní substituce
  - probíhá nejznáze v polohách 2 a 5 vlivem heteroatomu
- nejvýraznější aromatické vlastnosti má thiofen
  - elektronový pár síry se nejznáze zapojí do konjugace
- nejméně výrazné aromatické vlastnosti má furan

Furan

je to bezbarvá ve vodě rozpustná látka
má podobný zápach jako chloroform
kvůli vysoké elektronegativitě dává kyslík do konjugovaného systému svůj elektronový pár málo ochotně
- aromaticita není tak jasně pozorovatelná jako u thiofenu a pyrrolu
- mnohem snadněji u něj probíhaí adiční reakce typické pro dieny
samotný nemá příliš velké využití
v kyselém prostředí dochází snadno k protonaci kyslíku a rozštěpení cyklu
- reakce pokračuje v polymerizaci za vzniku pryskyřičnatých látek
- elektrofilní substituce proto probíhají za jiných podmínek
  - vzniklé sloučeniny jsou mnohem méně stabilní než benzenové analogy
technicky významná je jeho katalytická hydrogenace
- vzniká tetrahydrofuran
je součástí vitaminu C

Thiofen

je obsažen v černouhelném dehetu
svým bodem varu a zápachem připomíná benzen
vyrábí se kontaktní dehydrogenací butanu sírou
- probíhá za zvýšené teploty
je stálejší v kyselém prostředí
technicky významnou reakcí je jeho sulfonace
- používá se při oddělování od benzenu po destilaci černouhelného dehetu

Pyrrol

je to bezbarvá kapalina málo rozpustná ve vodě
vyskytuje se v černouhelném dehetu a v produktech suché destilace látek, které obsahují proteiny
vyrábí se rakcí furanu s amoniakem za katalýzy oxidem hlinitým a zvýšené teploty
- pokud se místo amoniaku použije promární amin, vzniknou N-substituované deriváty pyrrolu
vlivem konjugace je na dusíku elektronový deficit
- způsobuje to větší kyselost vodíku
- pyrrol je kyselejší než podobné aminy
- poskytuje soli při reakci s kovovým draslíkem a s Grignardovými činidli
Deriváty pyrrolu
- redukované pyrroly
  - pyrrolin
  - pyrrolidin
    - je součástí aminokyseliny L-prolinu a 4-hydroxyprolinu
- pyrrolová barviva (tetrapyrroly)
  - obsahují čtyři pyrrolové cykly
  - jsou uspořádány lineárně nebo cyklicky
  - velký počet konjugovaných dvojných vazeb způsobuje barevnost
  - cyklické tetrapyrroly
    - skládají se ze čtyř pyrrolových jader spojených skupinami $-CH=$
    - jejich základní strukturou je profin
    - profin
      - jeho deriváty se nazývají porfyriny
        
        chlorofyl
        
        v jeho molekule se koordinačně váže hořčík $Mg^{2+}$
        
        je esenciální pro absorbci sluneční energie při fotosyntéze
        
        vitamin B12
        
        kyanokobalamin
        
        obsahuje kation kobaltu $Co^{3+}$
      - je základem hemu a chlorofylu
    - hem
      - v hemu je koordinačními vazabami navázano železo $Fe^{2+}$
      - hem tvoří skupinu barviv, které se nazývají hemoproteiny
        
        globiny
        
        hemoglobin
        
        je to krevní barvivo
        
        zajišťuje přenos kyslíku v krevním oběhu
        
        myoglobin
        
        je to červené svalové barvivo
        
        váží koordinační vazbou kyslík
        
        oxidační číslo železa ($+II$) se němní
        
        oxidací železnatého kaiontu vzniká methemglobin
        
        ferrihemoglobin, hemiglobin
        
        ztrácí schopnost přenášet kyslík
        
        cytochromy
        
        jsou to přenašeče elektronů při fotosyntéze a v dýchacím řetězci mitochondrií
        
        při přenosu elektronů se oxidační číslo železa cyklicky mění ($+II\leftrightharpoons{+III}$)
  - lineární tetrapyrroly
    - obsahují čtyři pyrrolové cykly uspořádaných linárně
    - Žlučová barviva
      - vznikají z hemu rozštěpením jeho cyklické struktury v játrech
      - odcházejí žlučí do střev
      - biliverdin
        
        zelené barvivo
      - bilirubin
        
        žlutočervené barvivo
        
        při některých onemocněních jeho koncentrace prudce stoupá
        
        způsobuje žluté zbarvení pokožky a bělma
        
        vzniká žloutenka
- indol (benzopyrrol)
  - je to bezbarvá krystalická látka
  - ve vodě je špatně rozpustný
  - má příjemnou vůni
  - je obsažen ve květech jasmínu a citrusech
  - je součástí aminokyseliny tryptofanu (kyselina 2-amino-3-(indol-3-yl)propanová)
  - nejznámější jeho sloučeninou je modré barvivo indigo
    - pěstovalo s už ve starověku
    - bylo velmi cenné

Se dvěma heteroatomy

Pyrazol

je to bezbarvá krystalická látka
špatně se rozpouští ve vodě
k elektrofilní substituci dochází v poloze 4
- je tam nejvyšší elektronová hustota
Pyrazolony
- jsou to významné deriváty pyrazolu
- některé se využívají jako léčiva
- spousta se využívala v barevné fotografii
- pyrazol-5-on
- antipyrin (1-fenyl-2,3-dimethylpyrazol-5-on)
  - má antipyretické účinky (působí proti horečce)
- fenylbutazon (4-butyl-1,2-difenyl-3-hydroxypyrazol-5-on)
  - používá se jako protizánětlivé a protireumatické léčivo

Imidazol

je to krystalická látka
ve vodě je rozpustný
elektrofilní substituce probíhá na pozicích 2 a 4
Deriváty imidazolu
- histidin
  - je to zásaditá aminokyselina
  - je součástí bílkovin, histonů
    - vyskytují se v buněčných jádrech
    - s nukleovými kyselinami tvoří chromatin
- histamin
  - je dekarboxylovaný histidin
  - je to silná zásada
  - má výrazné fyziologické účinky
    - ovlivňuje krevní tlak
    - ovlivňuje sekreci žaludeční šťávy
    - uvolňuje se při poškození tkání
    - jeho hladina se zvyšuje při alergických reakcích
  - jeho účinky se dají potlačit léky (antihistaminika)
- antistin
  - antihitaminikum
- sanorin
  - užívá se jako lék proti rýmě

Thiazol

je to slabě zásaditá kapalina
páchne podobně jako pyridin
při elektrofilní substituci preferuje pozici 5
je součástí vitaminu B1
1,3-benathiazol-2-thiol
- používá se jako urychlovač vulkanizace kaučuku

Šestičlenné heterocykly

S jedním heteroatomem

Pyrany

nejsou to aromatické sloučeniny
*lokanty H označují, kde jsou “nadbytečné” vodíky
2H-pyran
4H-pyran

Pyridin

má stejnou elektronovou strukturu jako benzen
- volný elektronový pár dusíku není součástí $\pi$-elektronového systému
má zásaditý charakter
- reakcí s kyselinami vznikají pyrimidinové soli (např. pyrydinium-chlorid)
elektrofilní substituce probíhá na pozicích 3 a 5
Deriváty pyridinu
- Piperidin
  - vzniká redukcí pyridinu za katalýzy niklem
  - je to cyklický sekundární amin
  - vyskytuje se v řadě alkaloidů
- Nikotinová kyselina (niacin, pyridin-3-karboxylová kyselina)
  - je to vitamin PP (protipelagrový), vitamin B3
    - užívá se jako lék proti zdrsnění a loupání kůže (pelagra)
  - je součástí koenzymů $NAD^+$ (nikotinamidenindinukleotid) a $NADP^+$ (nikotinamidadenindinukleotidfosfát)
    - mají klíčovou funkci ve fotosyntéze
  - deriváty kyseliny nikotinové
    - niamid (amid kyseliny nikotinové)
      - má stejné použítí jako kyseliny nikotinová
    - koramin (N,N-diethylamid kyseliny nikotinové)
- Nikotin
- Pyridoxin (vitamin B6)
  - pyridoxol (adermin)
  - pyridoxal
  - pyridoxamin
- Chinolin
  - byl izolován z černouhelného dehetu
  - je to bezarvá kapalina
  - ve vodě se špatně rozpouští
  - je základem struktury mnoha alkaloidů
  - je základem struktury chininu
    - lék proti malárii
- Isochinolin
  - je základem struktury mnoha alkaloidů
  - je součástí opiových alkaloidů (morfin, papaverin)

Se dvěma heteroatomy

Pyrimidin

je to nejdůležitějčí šestičlený cyklus
je základem pyrimidinových bází
- tvoří složky nukleových kyselin
- jejich tatuomerní formy se také označují laktim-laktimová tautomerie
  - laktamy
    - cyklické amidy, které obsahují skupinu $-C(O)-NH-$
  - laktimy
    - jsou to tautomery laktamů se skupinou $-C(OH)=N-$
je součástí několika vitaminů
Pyrimidinové báze
- Uracil (U)
  - pyrimidin-2,4-diol
  - pyrimidin-2,4(1H,3H)-dion
  - 4-hydroxypyrimidin-2(1H)-on
    - není součástí nukleových kyselin
- Thymin (T)
  - 5-methylpyrimidin-2,4-diol
  - 5-methyl-2,4(1H,3H)-dion
- Cytosin (C)
  - 4-aminopyrimidin-2-ol
  - 4-aminopyridin-2(1H)-on
Barbiturová kyselina
- pyrimidin-2,4,6-triol
- pyrimidin-2,4,6(1H,3H,5H)-trion
- její deriváty se používají jako sedativa a hypnotika

Pyrazin

Sedmičlenné heterocykly

Tropan

Kondenzované heterocykly

Purin

- 9H-purin - čísluje se specificky - heteroatomy z pravého dolního rohu po směru hodinových ručiček: 9,3,1,6

obsahuje dva kondenzované heterocykly - pyrimidin a imidazol
je základem purinových bází
- jsou součástí nukleových kyselin
Purinové báze
- Adenin (A) (9H-purin-6-amin)
- Guanin (G) (2-amino-9H-purin-6-ol)
Další deriváty purinu
- Močová kyselina (acidum uricum)
  - 9H-purin-2,6,8-triol
  - 9H-purin-2,6,8(1H,3H,7H)-trion
  - je to krystalická látka málo rozpustná ve vodě
  - je konečným produktem metabolismu purinů
  - u plazů a ptáků je konečným produktem metabolismu aminokyselin
    - vylučuje se jako kašovitá moč
  - u člověka a savců je konečným produktem metabolismu aminokyselin močovina
    - kyselina močová se vyskytuje v malém množství v krvi a vylučuje se močí
    - je základem močových kamenů, které se při některých nemocech (dna, arthris uricea, podagra) usazují v kloubech
- Kofein (1,3,7-trimethyl-9H-purin-2-on)
  - je obsažen v kávě a čaji
  - stimuluje centrální nervovou soustavu a povzbuzuje systém srdeční činností
  - navozuje pocit energie
  - vzniká na něm závislost

Pteridin

obsahuje dva kondenzované heterocykly - pyrimidin a pyrazin

Pteridin

obsahuje dva kondenzované heterocykly - pyrimidin a pyrazin uje dva kondenzované heterocykly - pyrimidin a pyrazin