Реферат: Биологическое и медицинское значение производных имидазола и тиазола

Курсовая работа по органической химии

Кафедра химии и методики преподавания химии

Оренбург, 2004

Введение

Имидазоли тиазол – пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами. У имидазола два атомаазота, а у тиазола – один атом азота и один атом серы. Значение производныхимидазола и тиазола очень велико. На их основе изготовлены препараты,применяющиеся для лечения многих заболеваний, в том числе и онкологических.Имидазольное ядро входит в состав таких важных для человека веществ, каказотистые основания, витамины, ферменты, аминокислоты.

Цельданной курсовой работы – показать важность этих двух соединений, обобщивматериал из разных отраслей науки (химия, фармакология, медицина), применениепроизводных этих веществ в лечебной практике и повседневной жизни.

Вданной курсовой были решены следующие задачи:

1)Рассмотрены основные способы получения имидазола и тиазола, а также ихпроизводных;

2)Проанализировано строение имидазола и тиазола, и на основе строения былисделаны выводы о возможных химических свойствах этих соединений;

3)Проведена классификация производных имидазола и тиазола;

4)Приведены основные производные имидазола и тиазола и описаны их значение иприменение.

Даннаятема может быть применена на факультативных занятиях по гетероциклическимсоединениям, для расширения знаний по гетероциклическим соединениям и какнаучно-познавательный материал.

Производные имидазола

Химияимидазола

Получение имидазола

Имидазолполучают конденсацией глиоксаля с аммиаком в присутствии формальдегида:

Производныеимидазола получают аналогично, действую аммиаком и формальдегидов напроизводные глиоксаля:

СТРОЕНИЕИМИДАЗОЛА:

/>В молекуле имидазола имеются 2 сопряжённые двойные связи. Эти связи с4 π-электронами дополняются несзязывающими электронными парами атомовазота, и возникает единая 6π-электронная ароматическая система. Вπ-электронном сопряжении атомы азота принимают неодинаковое участие: одинатом азота (под номером 3) обладает свободной электронной парой и являетсянуклеофильным центром. Он называется имидазольным атомом азота. Другой атомазота (под номером 1) отдаёт 2 электрона и характеризуется дефицитомэлектронов. Он называется пиррольным атомом азота. Двойные связи неравномернораспределяются по кольцу. Ниже приведены резонансные структуры имидазола:

Молекулярнаядиаграмма имидазола наглядно показывает всё вышеперечисленное:

Молекулыимидазола образуют между собой водородные связи:

Химические свойства имидазола:

/>Имидазол – более сильное основание, чем пиррол. Амфотерность приводитк тому, что его участие в той или иной реакции зависит от среды: в кислой средекольцо заряжается положительно, в щелочной – отрицательно.

Реакцииэлектрофильного замещения протекают либо по атомам азота, либо по атомамуглерода, но наиболее предпочтителен первый вариант.

Такоймеханизм реакции требует наименьшие энергетические затраты.

Производныеимидазола могут вступать в реакцию с галоидным алкилом с образованием солей:

Однакопомимо реакций электрофильного замещения молекула имидазола может вступать и вреакции нуклеофильного замещения:

Дляимидазола возможны и специфические реакции: металлирование и карбоксилирование:

Имидазолтакже может вступать в конденсацию с альдегидами:

ФЕНИЛМИМДАЗОЛИЛЭТИЛЕН

НЕКОНДЕНСИРОВАННЫЕПРОИЗВОДНЫЕ ИМИДАЗОЛА:

Природнымпроизводным имидазола является аминокислота гистидин, которая придекарбоксилировании превращается в гистамин.

/> />

гистидингистамин

Гистаминтоксичен. Он вызывает спазм гладкой мускулатуры и расширение капилляров сувеличением проницаемости их стенок, вызывает падение кровного давления.

Аминокислотагистидин входит в состав некоторых препаратов: один из них – рифотироин.

/>Рифатироин или пироглутамил-гистидил-пролинамид (трипептид). Другое название– тиролиберин. Это белый или слегка желтоватый аморфный порошок, хорошорастворимый в воде. Является гипоталамическим фактором, высвобождающийтиреотропный гормон гипофиза, мощный стимулятор секреции пролактин. Применяютпри диагностике гипотиреоза, для оценки состояниягипоталамо-гипофизарно-тиреоидной системы при разных эндокринных заболеваниях.

Кпростейшим производным имидазола относят:

/>1) 2-нитороимидазол. Это белое кристаллическое вещество,растворяющееся в воде и органических растворителях. Является очень сильнымантибиотиком, однако из-за своей токсичности в настоящее время в медицине неприменяется.

/>2) Мерказолил или 1-метил-2-меркаптоимидазол. Другое название этоговещества – тиамазол. Это белый или желтоватый кристаллический порошок со слабымспецифическим запахом и горьким вкусом. Является синтетическим антитиреоиднымсредством, то есть вызывает уменьшение синтеза тироксина в щитовидной железе,благодаря чему оказывает специфическое лечебное действие при её гиперфункции.Применяют при диффузном токсическом зобе.

Кболее сложным производным имидазола относятся:

/>1) Нафтизин или 2-(α-нафтилметил)-имидазолина нитрат. Другоеназвание вещества — санорин. Это белый с желтоватым оттенком кристаллическийпорошок, трудно растворим в воде. Нафтизин – прекрасное сосудосуживающеесредство, поэтому его в основном применяют при острых ринитах, при воспалениигайморовых пазух, для остановки носовых кровотечениях, при аллергическихконъюнктивитах.

/>2) Галазолин или 2-(4'-третбутил-2',6'-диметилбензил)-имидазолинахлорид. Другое название — отривин или ксилометазолин. По своему действию близокк нафтизину. Применяется при ринитах, ларингитах, синуситах, воспаленияхгайморовой пазухи, сенном насморке и других заболеваниях полости носа и горла.

/>3) Клофелин или 2-(2,6-дихлорфениламино)-имидазолина гидрохлорид.Другие названия: Гемитон, Катапресан. Это белый кристаллический порошок,растворимый в воде. Клофелин является хорошим α-адреноблокирующимсредством, поэтому его назначают в качестве антигипертензивного средства приразличных формах гипертонии, а в глазной практике – для лечения глаукомы.

/> 4) Фентоламин или2-[N-пара-толил-N-(мета-оксифенил)-аминометил]-имидзолина гидрохлорид. Этобелый или кремовый порошок, мало растворимый в воде. Фентоламин как и клофелинотносится к группе α-адреноблокаторов, то есть блокирует адренорецепторы.,поэтому его применяют при расстройствах периферического кровообращения (болезньРейно, акроцианоз и др.), при лечении трофических язв конечностей, пролежней,отморожений и т.д. Фентоламин усиливает секрецию инсулина, вследствие чегоможет быть полезен больным сахарным диабетом.

/>5) Метиамид или1-метил-2-[2-(5-метилимидазол-4-лил)-метилтиоэтил]мочевина. Является первым изизвестных Н2-блокатор, предложенный в качестве лекарственного препарата. Однакоон не нашёл применения в связи с большим числом побочных явлений (агранулоцитзи др.)

/>6) Этимизол или бис-(метиламид)-1-этилимидазол-4,5-дикарбоновойкислоты. Это белый кристаллический порошок, мало растворимый в воде. Оказываетстимулирующее влияние на дыхательный центр и относится к группе дыхательныханалептиков, активизирует адренокортикотропную функцию гипофиза, что приводит кповышению уровня глюкокортикостероидов в крови, улучшает краткосрочную память,способствует повышению умственной работоспособности. Применяют при отравлениинаркотиками, после хирургического наркоза, и др.

/>/>7) Миконазол или1-[2,4-дихлор-β-(2,4,-дихлорбензолокси)-фенэтил]-имидазол. Другое название– альбистат, гонофит, дерманистат. Применяют при поражении кожи и ногтейдерматофитами и грибками, сопровождающихся воспалениями. Эффективен при микозахс суперинфекцией грамположительными бактериями.

8)Мазиндол или 5-(4-хлорфенил)-2,5,-дигидро-3Н-имидазол-[2,1-а]-изоиндол-5-ол.Другое название – теренак, теронак. Обладает анорексигенным и антидепрессивнымдействием, так как является эффективным α-адреноблокатором. Применяют вкомплексной терапии ожирения.

Кнеконденсированным производным имидазола относится также и алкалоид пилокарпин.

/>Пилокарпин – алкалоид, выделяемый из растения Pilocarpus Jobarandi,произрастающего в Бразилии. Это бесцветные кристаллы или белый кристаллическийпорошок без запаха. Он применяется в офтальмологии для снижения внутриглазногодавления, при острой непроходимости артерии сетчатки, при атрофии зрительногонерва. Пилокарпин возбуждает периферические м-холинорецепторы, вызывающиеусиление секреции пищеварительных и бронхиальных желёз.

КОНДЕНСИРОВАННЫЕПРОИЗВОДНЫЕ ИМИДАЗОЛА:

Кодному из важнейших конденсированных производных имидазола относитсябензимидазол.

Бензимидазол– гетероцикл, в котором имидазольное кольцо конденсировано с бензольным.Бензимидазольная система входит в состав ряда природных веществ, а такжелекарственных препаратов.

1)Витамин В12 или цианокобаламин Соα-[α-(5,6-диметилбензимидазолил)]-Соβ-кобамидцианидили α-(5,6диметилбензимидазолил)-кобамидцианид. Это кристаллическийпорошок тёмно-красного цвета без запаха. Гигроскопичен. Трудно растворим вводе. Обладает высокой биологической активностью. Он является фактором роста,необходим для нормального кроветворения и созревания эритроцитов; участвует всинтезе лабильных метильных групп и в образовании холина, метионина, креатинануклеиновых кислот; способствует накоплению в эритроцитах соединений,содержащих сульфгидрильных группы; оказывает благоприятное влияние на печень инервную систему, активирует свёртывающую систему крови. Оказывает лечебныйэффект при болезни Аддисона-Бирмера, при анемии, при дистрофии, заболеваниипечени (циррозы, гепатит). Содержится в мясе, рыбе, куриных яйцах, и другихпродуктах, содержащий животный белок.

/>2) Дибазол или 2-бензилбенимидазола гидрохлорид. Это белый со слегкасероватым оттенком кристаллический порошок с горько-солёным вкусом, труднорастворим в воде, легко – в спирте. Гигроскопичен. Обладает сосудорасширяющим,спазмолитическим и гипотензивным действием. Оказывает стимулирующее влияние нафункции спинного мозга. Применяют при спазмах кровеносных сосудов и гладкоймускулатуры внутренних органов, при лечении нервных заболеваний.

/>3) Мебендазол или метил-5-бензоил-2-бензимидазол карбамат. Действуетна разные виды гельминтов, наиболее эффективен при энтеробиозе.

ПУРИНОВЫЕОСНОВАНИЯ

/>Пурин – бициклическое гетероциклическое соединение, образованноеконденсированными ядрами пиримидина и имидазола. Пурин устойчив к действиюокислителей, хорошо растворим в воде, амфотерен. Наиболее важны гидроксипуриныи аминопурины, принимающие активное участие в процессах жизнедеятельности.

/>/>1) Аденин или 6-аминопурин. Является обязательнымкомпонентом нуклеиновых кислот, входит в состав некоторых коферментов,например, кофермента А.

2)Гипоксантин или 6-гидроксипурин образуется в организме в ходе метаболизмануклеиновых кислот (при дезаминировании аденина).

/>3) Ксантин или 2,6-диоксипурин. Как и ксантин, образуется в ходеметаболизма нуклеиновых кислот, в частности при дезаминировании гуанина.

/>4) Гуанин или2-амино-6-гидроксипурин. Как и аденин является важным компонентом нуклеиновыхкислот.

Пуриновоеядро входит в состав некоторых алкалоидов, таких как кофеин, теофиллин итеобромин и биологически активных веществ, например, мочевая кислота

/>5) Кофеин или 1,3,7-триметилксантин – алкалоид, содержащийся влистьях чая, бобах кофе и других растениях. Это белые шелковистые игольчатыекристаллы или белый кристаллический порошок горьковатого вкуса без запаха,плохо растворим в воде. Возбуждает ЦНС, дыхание, повышает артериальноедавление, стимулирует сердечную деятельность, повышает умственную работоспособность,уменьшает усталость и сонливость, понижает агрегацию тромбоцитов, повышаетсекрецию желудка. Большие дозы истощают нервные клетки. Применяется какстимулятор ЦНС, для повышения двигательной активности при инфекционныхзаболеваниях, сопровождающихся угнетением ЦНС, при отравлении наркотиками идругими ядами, при спазмах сосудов головного мозга.

/>6) Теобромин или 3,7-диметилксантин – алкалоид, добываемый из шелухисемян какао. Это белый кристаллический порошок, горький на вкус, мало растворимв воде. Оказывает стимулирующее влияние на сердечную деятельность, несколькорасширяет венечные сосуды сердца и мускулатуру бронхов, усиливаетмочеотделение. Применяется при спазмах сосудов мозга, при отёках сердечной ипочечной природы.

7)Теофиллин или 1,3-диметилксантин – это алкалоид, содержащийся в чайных листьяхи кофе. Это белый кристаллический порошок, мало растворимый в воде. Онстимулирует сокращение миокарда, расширяет мускулатуру бронхов, возбуждает ЦНС.Это один из сильнейших ингибиторов фосфодиэстеразы. Применяется какбронхолитическое средство, как мочегонное средство при застойных явленияхсердечного и почечного происхождения.

/>8) Мочевая кислота или 2,6,8-тригидроксипурин – основной конечныйпродукт метаболизма азота у птиц и рептилий. Обычный промежуточный продуктметаболизма у животных. Мочевая кислота подвергается дальнейшему метаболизму ворганизме большинства млекопитающих, но не у человека, присутствует в моче всехплотоядных животных.

Пуриновоекольцо входит в состав так называемых антипуриновых оснований. Они по своемусоставу схожи с пуриновыми основаниями, но в отличие от них нарушают обменвеществ и тормозят биосинтез белков.

Антиподомпурина является 6-меркаптопурин и препараты на его основе.

/>1) 6-меркаптопурин. Это жёлтый кристаллический порошок, не растворимв воде. Является антиметаболитом пуринов. Он активно вмешивается в пуриновыйобмен вызывает нарушение синтеза нуклеиновых кислот. Применяют при леченииострого лейкоза, ретикулёза. Он обладает иммунодепрессивной активностью ииногда применятся для лечения аутоиммунных заболеваний – ревматоидного артрита,гепатита, волчанки.

/>2) Азатиоприн или 6-(1-метил-4-нитроимидазолил-5)-меркаптопурин.Другое название – имуран, имурел. Это светло-жёлтые с зеленоватым оттенкомкристаллический порошок. Практически нерастворим в воде. Обладаетцитостатической активностью и оказывает иммунодепрессивный эффект. В большихдозах угнетает функцию костного мозга, вызывает лейкопению. Применяют дляподавления реакций тканевой несовместимости при пересадки органов, призаболеваниях полиартритом, язвенным колитом, красной волчанкой.

/>3) Фопурин или 6-диэтиленимидофосфамидо-2-диметиламино-7-метилпурин.Это белый со слегка зелёным оттенком порошок, растворим в воде. Обладаетпотивоопухолевой активностью, выражающейся в способности подавлять развитиелейкоза. В малых дозах препарат угнетает кроветворение. Применяют при остромлейкозе, при кожных ретикулитах и ретинобластоме.

ПРОИЗВОДНЫЕТИАЗОЛА

Химиятиазола

ПОЛУЧЕНИЕТИАЗОЛА

Химиятиазола хорошо изучена и методы синтеза тиазола и его производных тщательноразработаны. Общий способ их получения является взаимодействиеα-галогензамещённых альдегидов и кетонов с амидами тиокислот:

/> />

СТРОЕНИЕТИАЗОЛА

Тиазол– гетероцикл с хорошо выраженными ароматическими свойствами. Тиазол устойчивееимидазола в энергетическом отношении, о чём говорит число резонансных структур:

Молекулярнаядиаграмма тиазола:

/>На основании этого можно сделать вывод о распределении электроннойплотности. Положительный заряд на атоме серы говорит о наличии экранирующегоэффекта в электронной оболочки атома и сильной делокализации его внешнихэлектронов. Отрицательный заряд на атоме азота и положительный – на атоме серысогласуются с экспериментальными фактами: электрофильность атома возможна поатому серы, по атому азота не идёт; нуклеофильное замещение легче всего идёт повторому атому углерода из-за повышенной электронной плотности.

ХИМИЧЕСКИЕСВОЙСТВА ТИАЗОЛА:

Тиазол– слабое основание, но он образует устойчивые соли:

/>Реакции нитрования, сульфирования и галогенирования протекают струдом. Но нитрование в положении 5 идёт легче при наличии в положении 2аминогруппы. Тиазол может окисляться пероксидами с образованием N-оксидов:

НЕКОНДЕНСИРОВАННЫЕПРОИЗВОДНЫЕ ТИАЗОЛА:

Срединеконденсированных производных выделяют как лекарственные препараты, так ибиологически активные вещества, такие как витамин В1.

/>Норсульфазол или 2-(пара-аминобензолсульфамидо)-тиазол. Другоеназвание – амидотиазол, асептоцил, азосептал и др. Это белый или слегкажелтоватый кристаллический порошок без запаха, мало растворим в воде.Эффективен при инфекциях, вызванных гемолитическим стрептококком, пневмококком,гонококком, кишечной палочкой. Применяют при пневмонии, церебральном менингите,сепсисах и др.

/>2) Тиамин (витамин B1) или4-метил-5-β-оскиэтил-N-(2-метил-4-амино-5-метилпиримидил)-тиазолий хлоридагидрохлорид. Это белый кристаллический порошок, имеющий слабый запах дрожжей,легко растворим в воде. Применяют как специфическое средство для предупрежденияи лечения гипо- и авитаминоза B1. В некоторых случаях применяют для леченияневрита, радикулита, невралгии, периферического паралича, при язве желудка и12-перстной кишки, при атонии кишечника, заболевании печени, при дистрофиимиокарда, дерматозах. Суточная доза – около 2 мг.

/>3) Фталазол или 2-(пара-фталаминобензосульфамидо)-тиазол. Это белый сжелтоватым оттенком порошок, нерастворимый в воде. Применяют при дизентерии,колитах, гарстроэнтеритах, при оперативных вмешательствах на кишечнике, дляпредупреждения гнойных осложнений.

КОНДЕНСИРОВАННЫЕПРОИЗВОДНЫЕ ТИАЗОЛА

/> 1) 2-меркаптобензтиазол. Это светло-жёлтые моноклинные иглы,растворим в воде. Ингибирует полифенолоксидазу путём образованием хелатныхкомплексов с медью. Используется с цистеином или меркаптоэтанолом при выделениимитохондрий.

/>2) Амиказол или 2-диметиламино-6-диэтидаминоэтокси-бензтиазоладигидрохлорид. Другое название – астерол, ателор, димазол. Это белый или слегкажелтоватый кристаллический порошок, легко растворимый в воде, гигроскопичен.Является противогрибковым препаратом, эффективным в отношении дерматофитов идрожжеподобных грибов рода Кандида. Применяют при эпидермофите стоп и другихгрибковых поражениях гладкой кожи.

/>3) Дитиазанин или3-этил-2-[5'-(3"-этил-2-бензотиазолинилиден)-1',3'-пентадиенил]-бензотиазолиййодил. Другое название – делвес, нетоцид, телмецид. Относится к группекрасителей (синий цианиновый). Применяется для лечения трихоцефализа,стронгилоидоза.

ПЕНИЦИЛЛИН

/>Пенициллин – антибиотик, вырабатываемый зелёной плесенью рода Pennicillium.Целебные свойства плесени было давно известно в народной медицине, котораяиздавна использовала плесень при лечении ран. Впервые пенициллин был полученФлемингом. К группе пенициллина относят большое число антибиотиков, имеющихединое пенициллиновую основу.

Всепенициллины являются кислотами и получаются из плесневых культур в виденатриевых или кальциевых солей.

Пенициллиныочень нестойки. Они легко разрушаются при нагревании, при действии кислот,щелочей, окислителей, ферментов, солей тяжёлых металлов, этилового спирта,солнечного света. Наиболее устойчив бензилпенициллин. Он превосходит по своимбактериостатическим свойствам другие пенициллины, поэтому и наиболее ценен.

/>/>

R=- бензилпенициллин R= — феноксипенициллин

/>/>

R=- метициллин R= — оксациллин

R=диклоксациллин R= — ампициллин

R=- карбенициллин

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вданной курсовой удалось обобщить лишь небольшую часть сложного и многогранногоматериала, классифицировать этот материал, показать на его основе значимостьпроизводных имидазола и тиазола в жизни человека, показать основные способыполучения имидазола и тиазола, связать строение имидазола и тиазола с иххимическими свойствами, описать важнейшие производные имидазола и тиазола,привести их формулы и назвать по систематической и рациональной номенклатурам,привести синонимы некоторых лекарственных средств, их основные физическиесвойства, значение и применение.

Пройдетвремя, и на основе этих веществ будут синтезированы новые, более сложныепрепараты, которые, возможно, победят рак, СПИД, нервные и сердечно-сосудистые заболевания.

Список литературы

АничковС. Беленький М. «Учебник фармакологии» МедГиз: 1974г

ДосонН. и др. «Справочник биохимика» М.: «Мир» 1991г

ИванскийА. «Химия гетероциклических соединений» М.: 1977г

МашковскийМ. Д. «Лекарственные средства (в 2-х т.) М.: 1986г

НесмеяновА. Н., Несмеянов Н. А. „Начала органической химии“ т.2 М.: 1974г

ПерекалинА., Зонис Н. „Органическая химия“ М.:1982г

ПетровА. А., Бальян Х. В, Трощенко А. Т. „Органическая химия“ М.: 1981г

РесурсыИнтернета: www.

www.5ballov.ru

ТюкавкинаН. Бауков Ю. „Биоорганическая химия“ М.:1985г

Химическийэнциклопедический словарь М.: „Химия“, 1991г