Органкалық химия тарихының әрбір кезеңінде ғалымдар әр түрлі химиялық қосылыстарды белгілі бір сипаты бойынша топшылап, бірегей жүйеге келтіруге ұмтылып отырған. Органикалық қосылыстардың қазіргі кездегі жіктелуі, жүйеленуі негізінде әрбір жекелеген химиялық қосылысты тек оның өзіне ғана тән бір-ақ химиялық формуламен өрнектеуге болады деген тұжырымға негізделген А.М.Бутлеровтың химиялық құрылым теориясы алынған. Демек, органикалық қосылыстарды жіктеудегі басты белгі олардың құрамындағы көміртек атомынан тұратын тізбек пен функционалды топтардың табиғаты екен.
Органикалық қосылыстар көміртектік тізбектің құрылысына қарай ациклді және циклді болып бөлінеді. Ациклді немесе ашық циклді қосылыстар — көміртектік (тұйықталмаған) ашық тізбектен тұратын қосылыстар. Циклді қосылыстарға көміртектік атомнан тұратын тізбек тұйықталып, сақина тәрізді тұйық тізбек құрайтын органикалық қосылыстарды жатқызады.
Мұндағы цикл деген сөз гректің хухlоs (киклос) — дөңгелек деген сөзінен шыққан.
Циклді қосылыстар оны құрайтын тізбек құрамына енетін атомдарының түріне қарай карбоциклді және гетероциклді болып екіге бөлінеді.
Гетероциклді қосылыстардың тізбегінде көміртек және өзге элемент атомдары енеді. Мұны кейде изоциклді деп те атайды және ол өте сирек қолданылады. Сонымен гетероқосылыстарды құрайтын сақиналы тізбек құралына көміртек атомымен қатар өзге элементтер енеді және олар: оттегі, күкірт, фосфор және т.б.
Гетеро деген сөз грек сөзі және ол eteros «этерос» — басқа, өзге деген сөзден шыққан.
Гетероциклді қосылыстар дегеніміз — ол молекуласы сақина тәрізді тұйықталған және ол сақина тізбегіне көміртегі атомынан басқа атом — гетероатом енетін зат. Қазіргі таңда, Д.И.Менделеев жасаған периодтық жүйедегі элементтердің біразы қатынасатын гетероциклді қосылыстар алынады. Олардың арасында оттегі, азот, күкірт секілді элементтері болатын қосылыстар кеңірек зерттелген.
Гетероциклді қосылыстар биология саласында, медицинада, ауылшаруашылығында және т.б. салаларда кеңінен қолданылады және олардың маңызы зор. Сонымен қатар, гетероциклді қосылыстар аса маңызды табиғи өнімдердің де құрамында кезедеседі. Өсімдік және қан құрамындағы бояғыштарда да кезедеседі: өсімдік және қан құрамындағы бояғыштар (гемин
және хлорофилл), нуклеин қышқыл, көптеген дәрумендер, антибиотиктер мен алкалоидтар.
Ал, күллі дәрі-дәрмек химиясын гетероциклді қосылыстың химиясы десе артық емес.
Көптеген гетероциклді қосылыстар тас көмір айшырында және көмірді кокстиц процесінде түзілетін жеңіл майлардың құрамында кездеседі. Олардың бірқатары өнеркәсіп көлемінде алынады. Сонымен қатар бұл қосылыстарды алудың тиімді жолдары жасалынған. Гетероциклді қосылыстар бес мүшелі, алты мүшелі және жеті мүшелі гетероциклді қосылыстар, еселенген гетероциклді қосылыстар болып бөлінеді.
Бес мүшелі гетероциклдердің өкілдері: тиофен, фуран, пиррол, пиразол, гемидазол, фуразан, изоксазол, изотиазол т.б.
Алты мүшелі гетероциклдердің өкілдері: пиридин, пиразин, пиримидин, пиридазин т.б.
Жеті мүшелі гетероциклдердің өкілдері: оксепин, тцепин, азерин т.б.
Еселенген гетероциклдердің өкілі: пурин, индол, ксантин, тиантрен, хролин, хинолин, акридин, кофеин, теобромин т.б.
Гетероциклдердің сақина өлшемін — ир – 3; ет – 4, ол – 5; ин – 6. Гетероциклдің қанығу дәрежесін жұрнақ арқылы көрсетеді: идин — азот атомы бар қаныққан; — ан – оттегі атомы бар, қаныққан, — ин – қанықпаған сақина (цикл).
Құрамында бір гетероатомы бар болатын гетероциклдегі атомдарды нөмірлеуді, ондағы гетероатомның өзінен батсайды. Егер сақинада атом болса, онда оттегі, күкірт, азот реті бойынша белгілейді.

Негізгі бөлімі:

Гетероциклді қосылыстар– өз молекуласында көміртегі атомынан басқа гетероатом тізбек түзуге қатысатын органикалық қосылыс.

Құрамына азот, оттегі және күкірт атомдары кіретін гетероциклдер кеңінен таралған. Оттекті гетероциклді байланысқа мысал ретінде моносахаридтердің циклді түрлері алынады.

Кейбір азотты гетероциклдердің табиғаттағы маңызы зор.
Пурин

Пиридин С₅H₅N – бір азот атомы бар алтымүшелі гетероцикл.

Бұл жағымсыз иісі бар, түссіз сұйықтық, т.қайн. 115С. Суда және органикалық сұйықтарда жақсы ериді, улы.

Пиридин молекуласының электронды құрылысы бензол құрылысына ұқсас. Көміртегі және азот атомдары  sp²-гибридтелген күйінде болады. Барлық -байланыстар C–C, C–H және C–N арасындағы бұрышы 120 болатын гибридтелген орбиталь түрінде кездеседі. Сондықтан циклдің құрылуы жазық болып келеді. Гибридтелмеген р- орбиталдағы алты электрон,  -электронды ароматты жүйені құрайды.

Азот атомдарының гибридтелген үшеуінің екеуі -балансты С–N үзеді, үшіншісі -электронды жүйеге түспетін  бірікпеген электрон жұбн құрайды. Сондықтан пиридин аминдер тәрізді негіздік қасиеттерін көрсетеді. Оның сулы ерітіндісі лакмусты көк түске бояйды. Пиридиннің күшті қышқылдармен әрекеттесуі кезінде пиридиния тұздары түзіледі.

Басқа қасиеттерімен қатар пиридин ароматты қосылыстар қасиетін де көрсетеді.  Бірақ оның электрофильді орынбасу реакцияларындағы қарқындылығы бензолмен салыстырғанда аз. Бұл азоттың электртепкіш қасиетімен және сақинадағы электр бұлтының 2, 4, 6 жағдайында (орто-және пара-жағдайлары)тығыздығының төмендеуімен түсіндіріледі.
Сондықтан пиридиннің нитрлену реакциясы өте қатаң жағдайларда (300C шамаснда) және жүреді.

Бензол сияқты пиридин де катализатор қатысында қаныққан пиперидин қосылысын түзе отырып сутекпен әрекеттеседі.

Өзін-өзі бақылау сұрақтары:

1. Гетероқосылыстар
2. Номенклатурасы мен изомериясы

3.Алыну жолдары

4.Физикалық және химиялық қасиеттері

5.Қолданылуы

Негізгі әдебиеттер: 1-5

Қосымша әдебиеттер: 6 – 15 әдебиеттер.

13-тақырып. Гетероциклді қосылыстар. Бесмүшелі гетероқосылыс

Дәріс мақсаты: гетероциклді қосылыстардың жіктелуін, олардың маңызы түсіндіру

1. Бесмүшелігетероқосылыстар
2. Бесмүшелігетероқосылыстар алынуы
3. Бесмүшелігетероқосылыстар химиялық қасиеттері

Пиррол С₄H₄NН – бір азот атомы бар бесмүшелі гетероцикл.

Ол суда аз еритін сұйықтық, ауада тез тотығып, қараяды, қайнау температурасы 130С.

Пирролдың электронды қрылысы оның әлсіз қышқылды қасиеттерін және ароматты қосылыстардың қасиетін көрсетуімен түсіндіріледі.

Көміртек және азот атомдары sp²-гибридизация күйінде болады.
-байланысты C–C, C–H және C–N гибридті орбиталмен құрылған. Цикл жазық құрылысты болып келеді. Гибридтелмеген р-орбитальда  азоттың қанықпаған жұбы көміртек атомының төрт  р-электрондарымен әрекеттеседі. Яғни циклді жүйеде пирролдың ароматты қасиеттерін анықтайтын алты электрон болады.

Пиррол электрофильді орынбасу реакцияларында бензолдан әлдеқайда қарқынды. Себебі азот атомы жүйеге екі (+М-эффектті), электрон әкелу арқылы циклдің электрлі тығыздығын көбейтеді.
Иодталу кзіндегі сутегінің 4 атомының орынбасу реакциясына мысал:

Пирролдың ароматты қосылыс ретінде беріктігі бензолмен салыстырғанда әлдеқайда аз. Күшті минералды қышқылдардың әсерінен азоттың электронды жұбы тұздардың түзілуіне қатысып, пирролдың қасиеттері күрт өзгереді: ароматтылығы жоғалып, полимерленуге қабілетті диеннің кейбір қасиеттері туады.

Азот атомының  қанықпаған электрон жұбы әсерлесу жүйесімен байлнысқа түскенде негіздердің біршама әлсізденуі және қышқылдық қасиеттің артуы байқалады.  Әлсіз қышқыл ретінде пиррол металдық калимен реакцияға түсіп, нтижесінде пирол – калий тұзы түзіледі:

Пиррол бірігу реакциясында да қатыса алады:

  гидридтеу кезінде пирролидиннің түзіледі

  күшті минералды қышқлдардың әсерінен пиррл полиерлену реакциясына түседі.

Пиррол түрлі оганикалық заттарды синтездеуде қатысады. Пиррольды құрылыстар гемоглобинде, хлорофиллде, В₁₂ витаминде және басқа табиғи қосылыс құрамдарында кезігеді. Бұл күрделі заттардың молекулаларының құрамына металды комплекс ретінде  тетрапиррольды бөлік (порфин) кіреді:

где Ме – металл
(Fe  гемоглобинде, Mg в хлорофиллде, Co В₁₂ витамине ).

Өзін-өзі бақылау сұрақтары:

1. Бесмүшелі гетероқосылыстар
2. Номенклатурасы мен изомериясы

3.Алыну жолдары

4.Физикалық және химиялық қасиеттері

5.Қолданылуы

Негізгі әдебиеттер: 1-5

Қосымша әдебиеттер: 6 – 15 әдебиеттер.

14-тақырып. Гетероциклді қосылыстар. Алтымүшелі гетероқосылыс

Дәріс мақсаты: гетероциклді қосылыстардың жіктелуін, олардың маңызы түсіндіру

4. Алты мүшелі гетеро қосылыстар
5. Алтымүшелігетероқосылыстар алынуы
6. Алтымүшелігетероқосылыстар химиялық қасиеттері

Пиримидин С₄Н₄N₂ –  азоттың екі атомы бар алтымүшелі гетероцикл.

Ол өте әлсізнегіздің қасиетін көрсетеді, себебі азот атомдары sp²-гибридтелген күйде қанықпаған электрон жұбын өте берік ұстады.
Пиримидин үшін де пиидин тәрізді  6-электронды ароматты жүйе сай.  Сондқтан да оның циклі өте берік болады.

Пурин С₅H₄N₄ – Әрқайсысы екі азот атомынан тұратын молекуласында бес не алтымүшелі гетероцикл кездесетін қосылыс.

Амфотерлі қасиет көрсетеді. Әлсіз негіз қасиеттері алтымүшелі жүйенің азот атомымен байланысты. Әлсізқышқыл қасиеттері бесмүшелі циклдің  N-H тобымен байланыста.  Бұл қосылыстар табиғи жоғарымолекулалы қасылыстар нуклеинді қышқылдардың құрамында кездесетін пиримидинді және пуринді негіздердің негізі болып саналады. Пиримидинді негіздер – нуклеин қышқылыныңқұрамына кіретін пиримидиннің туындылары: урацил, тимин, цитозин.
–ОН тобы бар негіздер үшін құрылымдық изомерлердің қозғалу тепе- теңдігі тән, бұл протонның қышқылға және керісінше қозғаласымен түсіндіріледі:

Мұндай құрылымдық изомерлердің динамикалық тепе – теңдігін  «таутомерия» деп атайды. Берілген дербес жағдай  лактим-лактамді таутомеря деп аталады.

Пиримидинді негіздер нуклеозидтер құрамына кіреді. Нуклеозидтер  сутегін  көмртекрибозының молекуласындағы С₁ – дің қатысуымен азотты негіз және гидроксилдегі N–H- байланысынан үзіп алу нәтижесінде түзіледі. Мысалы:

Мұнда аминнің нуклеофильді қаиеттері көрініп, көміртек молекуласындағы полуацетальды гидрокилдің нуклеофильді орынбасу қабілеттілігі пайда болады.

Пуринді негіздер – аденин, гуанин секілді нуклеинді қышқылдардың құрамына кіретін  пуриннің туындысы.

Гуанин екі құрылымд изомер түрінде кездеседі:

Гетероциклді қосылыстар циклге көміртек атомдарынан басқа да элементтердің атомдары кіретін қосылыстар. Ондай атомдарға азот, күкірт, оттек және т.б. элементтердің атомдары жатады. Гетероциклді қосылыстар мейлінше көп және әр алуан.

Көміртекпен бірге цикл құруға қатысатын элемент атомдары гетероатомдар деп аталады. Олардың санына байланысты моно-, ди-, три-, және т.б. гетероатомды қосылыстар болады.

Гетероциклді қосылыстар табиғатта көп таралған (витаминдер, алкалоидтар, пигменттер және жануарлар мен өсімдіктер клеткаларының құрамды бөліктері). Азотты гетероциклді қосылыстардың биологиялық процестерде маңызы зор. Бес мүшелі, алты мүшелі қосылыстар тұрақты болады. Осы қосылыстарға тоқталамыз.