221

المركبات الحلقية غير المتجانسة

Heterocyclic Compounds

:Heterocyclic Compoundsالمركبات الحلقية غير المتجانسة

ية ية الهيدروكربون نب المركبات الحلق ي ،يوجد إلى جا عد نب د منال ية التي تحوي إلى جا المركبات الحلق

مثل األكسمممجن والنيتروجن (Heteroatom)ذرات الكربون ذرات من نوع آخر تس مى ذرات غير متجانسمممة

،قع ضمممممممن الحلقة. تدعى الحلقة التي تحوي على األقل ذرة واحدة غير متجانسمممممممة بالحلقة غير المتجانسمممممممةت

. تبين المركبات اآلتيىة نماذج والمركب الذي يحوي على حلقة غير متجانسمممممممة بالمركب الحلقي غير المتجانس

.لهذا النوع من المركبات الحلقية غير المتجانسة

لهذا النوع من المركبات هي أألسماء الشائعة وذلك نتيجة تداولها الواسع ولفترة طويلة من األسماء المعتندة

.(IUPAC)أصبحت معتمدة كجزء من التسمية المنهجية لدى ،الزمن

يشمممبه الشمممكل الفراغي للمركبات الحلقية غير المتجانسمممة الشمممكل الفراغي للمركبات الحلقية الكربونية. مثال

مشابها لمركب حلقي هكسان. (Chair)على هيئة كرسى (Piperidine)مركب ببريدين على ذلك يوجد

الثالث عشرالفصل

222

وقد تكون هذه المركبات .يوجد نوع آخر من المركبات الحلقية غير المتجانسمممممممة تحوي ذرة كبريت أو أكثر

جميع هذه النماذج الحلقية التي تحوي ذرة كبريت أو أكثر ثالثية األضممممممالع أو رباعية أو خماسممممممية أو أكثر.

نان أدناه حيث يحتويان على روابط من نوع ،معروفة ويمكن ذكر مركبين هامين حيويا وهما المركبان المبي

S-S )يسمممممممى أحدهما ،) ذرتا كبريت متجاورتان(LIPOIC ACID) وهو عامل نمو ألنواع مختلفة من

بعض أنواع من الفطور. المسؤول عن رائحة (LENTHIOMINE)والمركب اآلخر هو ،األعضاء

وهي ذات صلة .(DOUBLE BONDS)ثنائية طيوجد في العديد من المركبات الحلقية غير المتجانسة رواب

بالمركبات العطرية.

CompoundsHterocyclic Aromaticالمركبات العطرية غير المتجانسة

تسممممممى المركبات واحدة ليسمممممت ذرة كربون ذكرنا سمممممابقا أن المركبات الحلقية التي تحوي غلى األقل ذرة

الحلقية غير المتجانسممممممة. وبعض هذه المركبات التي تتمتع باسممممممتقرارية المركبات العطرية تسمممممممى المركبات

نممذكر منهمما مركبممات البيريممدين (Heterocyclic Aromatic compounds)العطريممة غير المتجممانسممممممممة

(Pyridine) والبرول(Pyrrole) والفيوران(Furan) والثيوفين(Thiophene). إن اسممممتقرارية والسمممملوك

الكيميائي لجميع هذه المركبات مشابه لسلوك مركب البنزن وليس لأللكنات.

223

. توجممد مركبممات البريممدين والبيرول والثيوفين إلى جممانممب مركممب البنزن في مممادة قطران الفحم الحجري

الذي يسممممممتخلص من أكواز الذرة الصممممممفراء (Furfural)فورال ويحضممممممر مركب الفيوران من مركب الفر

(Corncobs)

يمكن للمركبات العطرية غير المتجانسممممممة أن توجد على هيئة مركبات متعددة الحلقات. فمثال يمكن لمركب

ب يسممممممى أحدهما مرك ،البيريدين أن يشمممممارك حلقة البنزن في جانبين بشمممممكلين مختلفين لينتج مركبان مختلفان

(Isoquinoline) واالخر يسمى مركب أيزوكينولين (Quinoline)كينولين

224

:حيوية نماذج لمركبات حلقية غير متجانسة ذات قيمة كيميائية

والثيوفين على التوالي المركبات المشمممممتقة من التحام مركب البنزن مع كل من البيرول والفيوران تسممممممى

(Benzothiophene)وبنزوثيوفين وبنزوثيوفين (Benzofuran)وبنزوفيوران (Indole)اندول

225

فيه ذرة كربون في مركب البيرول اسممتبدلت يوجد عدد كبير من المركبات العطرية غير المتجانسممة مشممتقة من

(Azoles)بذرة مثل ذرة النيتروجن ويسمى هذا النوع من المركباتاآلزوالت (β)موقع بيتا

بعض أمراض المسمممممتخدم لمعالجة (Cimitidine)مثال لهذا النوع من المركبات ذات القيمة الطبية مركب

المعروف وما المركب .(Imidazole)الجهاز الهضمي. هذا المركب هو مركب صنعي ألحد مشتقات مركب

عن الضوء الصادر من الحشرات المعروفة الموجود في الطبيعة وهو المسؤول (Firefly l uciferin)بإسم

.(Fireflies)بإسم

قة بنزن ملتحمة (Azole)نموذج لمركب (Firefly luciferin) يعتبر المركب لذي يحتوي على حل ا

نذكر أخيرا بعض المركبات ذات .B12وحدة بناء في فيتامين (Benzimidazole)مركب وال بحلقة خماسممية.

(Adenine)ومشممممممتقممه مركممب أدنين (Purine)مركممب البيورين (Benzimidazole)الصمممممملممة بمركممب

.RNAوأل DNAالموجودين في بنية مركبي أل

226

المركبات العطرية غير المتجانسة وقاعدة هوكل

Heterocyclic Aromatic Compounds and Huckel's Rule

. سمنوضمح ذلك من خالل النظر إلى لمتجانسمةيمكن أيضما تطبيق قاعد هوكل على المركبات العطرية غير ا

الذرة غير المتجانسة مثل ذرة النيتروجن واألكسجن اللتان تحويان على أزواج من اإللكترونات غير المشاركة

الموجودة πوتسممتطيع هذه اإللكترونات أن تسمماهم إما بصممفر أو بزوج من هذه اإللكترونات مع الكترونات باي

عن الخاصممممممة العطرية في لالمسممممممؤو (4n+2)ة حتى يتحقق شممممممرط قاعدة هوكلفي الحلقة غير المتجانسمممممم

المركبات الحلقية.

يمكن توضيح ذلك من خالل المثالين اآلتيين:

نجد في مركب البيريدين زوج من اإللكترونات غير المشممماركة التسممماهم مع الكترونات باي الموجودة -1

اي ( وبالتالي الخاصمممممممة العطرية. بمعنى آخر اليحتاج الكترونات ب 6في الحلقة لتتحقق قاعدة هوكل )

ويبقى على حاله. ،الى الزوج اإللكتروني غير المشارك على ذرة النيتروجن لتتحقق الخاصة العطرية

يسمممماهم بينما نجد في مركب اليرول أن الزوج اإللكتروني غير المشممممارك في ذرة النيتروجن يجب أن -2

الكترونات مترافقة( 6الحلقة ليتحقق شرط قاعدة هوكل ) مع الكترونات باي الموجودة في

227

على سبيل .لكل من البيريدين والبيرول على خواصهما (Bonding)ينعكس اإلختالف في عمليلت اإلرتبط

إال أن البيريدين أساس أقوى من البيرول بمقدار يتراوح بين يعتبر كالهما أساسا ضعيفا ،المثال

تتم عملية البرتنة )إضممممممافة بروتون( على ذرة ،عندما يقوم البيريدين بدور أسمممممماس برونسممممممتدف .7-10 – 9-10

دون أن (N-H)ويصممممممبح الزوج اإللكترونى غير الرابط إلى زوج الكتروني رابط مع البروتون ،النيتروجن

.تتأثر الخاصة العطرية لجزيئة البيريدين

إال أنه ،ذرة نيتروج وعليها زوج من اإللكترونات غير المشمماركنجد في حالة مركب البيرول الذي يحوي

في الحقيقة يشمممممممارك في الخاصمممممممة العطرية )قاعدة هوكل(. وعندما تتم عملية البرتنة كما في حالة البيريدين

عندها تفقد الخاصمممة العطرية لجزيئة البيرول وبالتالي تزول خاصمممية ،وتتشمممكل رابطة مشمممتركة مع البروتون

.الحلقة عن طريق الخاصة العطرية التي فقدت بعد عملية البرتنة استقرار

228

بالنظر الى مركب عطري غير متجانس يحوي ذرتين غير متجانسممتين )ذرتي نيتروجن ( في حلقة خماسممية

. نجد أن إجدى ذرتي النيتروجن تشبه ذرة النيتروجن في مركب البيريدين (Imidazole) مثل مركب اميدازول

ذرة نيتروجن مركب البيرول )أي ،تشارك في تحقيق الخاصة العطرية( وتشبه ذرة النيتروجن األخرى) أي ال

يعتبر مركب اإلميدازول مركبا أقوى أسممممماسممممميا من مركب البيريدين. تشمممممارك في تحقيق الخاصمممممة العطرية.

،لى خاصممميته العطريةحيث يبقى محافظا ع ،فإنه يسممملك سممملوك مركب البيريدين ،وعندما تتم برتنة اإلميدازول

وتبقى ذرة النيتروجن األخرى بدون برتنة كما في حالة مركب البيرول.

. وبما أن كما في مركب الفيوران عندما تكون الذرة غير المتجانسمممة في الحلقة الخماسمممية هي ذرة أوكسمممجن

يوجد ،مركب البيرول يمثلما هو موجود فنجد ،ذرة األكسمممجن تحمل زوجان من اإللكترونات غير المشممماركة

6π ويسمماهم في تحقيق شممرط قاعدة هوكل ليصممبح عدد اإللكترونات Pزوج من هذه اإللكترونات في مدار

ويبقى الزوج اإللكتروني اآلخرعلى حاله شممممممماغال المدار ،وبالتالي تتمتع حلقة الفيوران بالخاصمممممممة العطرية

.كما في حالة مركب البيريدين SP2الهجيني

229

نظرات على تفاعالت اإلستبدال في المركبات العطرية غير المتجانسة

Aspects on the Substitution Reactions Concerning the Herocyclic Aromaic

Compounds

بحيث تجعل فعاليتها الكيميائية يوجد العديد من المركبات العطرية غير المتجانسمممممممة ذوات البنى المختلفة

،. على سمممبيل المثالتبدال اإللكتروفيلي إلى ضمممعيفة الفعاليةمتباينة من فعالية عالية وخاصمممة في تفاعالت اإلسممم

يعتبر مركب البيريدين أقل فعالية بكثير من جزيئة البنزن تجاه تفاعالت اإلستبدال اإللكتروفيلي لدرجة أنه يشبه

وبنزن الذي يثبط من فعالية حلقة البنزن مجموعة النيترو. لذلك اليمكن ألكلة أو أسمممممميلة في فعاليته مركب نيتر

ولكن يمكن سلفنته عند درجة خرارة مرتفعة. ،كرافت -البيريدين تحت شروط تفاعل فريدل

. C-3يتم تفاعل اإلستبدال اإللكتروفيلي للبيريدين على ذرة

N N

SO3H

N

Br

N

BrBr

N

NO2

H2SO

4 /

Br2 /

300C

300C

350C

o

o

o

-Pyridine sulphonic acid

-Bromopyridine

3

3

3-Nitropyridine

KNO3 / H

2SO

4

Pyridine

+

يعود سمممممبب ضمممممعف فعالية جزيئة البيريدين إلى أن ذرة النيتروجن ذات كهرسممممملبية أعلة من كهرسممممملبية ذرة

)أكثر تموضممممعا( مؤدية إلى ارتفاع في الطاقة التنشمممميطية حيث تصممممبح الكترونات باي أكثر ارتباطا ،الكربون

عامل آخر وهو عملية برتنة ذرة النيتروجن بااللكتروفيل. وهناك لالرتباط (Activation Energy)الآلزمة

230

أقل فعالية حتى من يجعل من شمممماردة البيريدينيوم المتشممممكلة ،في مركب البيريدين بعد إضممممافة حمض الكبريت

البيريدين نفسه.

،كرافت –ل عند اسمتخدام أحماض لويس مثل كلور األلمنيوم أو هاليد الحديد الثالثي كحوافز في تفاعل فريد

نجد أن هذه األحماض ترتبط بذرة نيتروجن جزيئة البيريدين لتخفض أيضا من فعاليته.

بالنسبة لمركبات البيرول والفيوران والثيوفين التي يوجد في حلقاتها صفة العطرية مرتفعة )غنية الكترونيا(

من كل من الفينول واألنيلين والبنزن.اإللكتروفيلي بحيث تصبح أكر فعالية بكثير تجاه تفاعالت اإلستبدال

الكترونات باي غير متموضممممممعة على الذرات الخمس لهذه الحلقات لهذه المركبات كما في البنزن سمممممممت

وهذا ما يجعل الكترونات باي أقل ،العطرية غير المتجانسممممة بعكس البنزن ومشممممتقاته التي تحوي سممممت ذرات

.جانسةارتباطا في الحلقات العطرية غير المت

يمكن توضمممميح توجيه تفاعل اإلسممممتبدال على حلقة جزيئة الفيورانباإلعتماد على الصمممميغ الطنينية التي يمكن

تتوزع الشممممحنة الموجبة ،C-2 رسمممممها للفيران على الشممممكل اآلتي: عندما يرتبط اإللكتروفيل بذرة الكربون

عممالي (Carbocation)الكربوكمماتيون وهممذا يؤدي إلى جعممل شمممممممماردة ( (C-3, C-5, Oعلى الممذرات

اإلستقرار.

تصبح الشحنة الموجبة موزعة على ذرتين هما C- 3إذا كان ارتباط اإللكتروفيل بذرة الكربون

231

(C-2, O)وعندها يصبح الكربوكاتيون أقل استقرارا ،كما هو واضح في الصيغتين الطنينيتين المبينتين أدناه

من سابقه.

ن.يمكن تطبيق نفس المناقشة على تفاعالت اإلستبدال اإللكتروفيلي لمركبات البيرول والثيوفي

A

232

عطرية غير متجانسةنماذج لمركبات

N

CONH2

N

CH3N N

COOH

Ncotine Nicotinic acid Nicotinamide

Niacine)(

مكونممات مممادة الممذي يوجممد في الطبيعيممة يحوي جزيئممة إيزوالكينولين أحممد (Papaverine) مركممب البممابممافرين

،(Antispasmotic)، المستخدم كمركب دوائي مضاد للتشنج (Opium)األفيون

233

OMe

OMeN

CH2

MeO

MeO

Papaverine بابافيرين

234

HOMEWORK

Topics Related to the course of Organic Chemistry for Medical students (freshman=

first year)

:عزيزي الطالب

لديك قائمة بمواضيع مختلفة تبحث بدور الكيمياء في المجال الطبي الذي يهمك.

تبين فيه النقاط التالية: واحد اختيار موضوع ،المطلوب

مقدمة -1

على الموضوع الذي اخترته اسقاط الدور الكيميائي -2

الخالصة مع االستنتاج -3

المراجع المعتمدة -4

)أو بالعكس(اإلنكليزية العربية مع ملخص باللغة للغة ا يكتب الموضوع ب -5

يمكن لكل طالبين المشاركة بكتابة الموضوع -6

المدة الزمنية اسبوعان من تاريخ تسجيل الموضوع عند استاذ المقرر -7

عالمات(. !!!المشاركة نشاطا طالبيا تحسب له )تعتبر -8

سليمف مع كتابة االسم والشعبة وتاريخ التفي مصنف شفا - -A4 يوضع التقرير مطبوعا على ورق – 9