Взаємоперетворення п’ятичленних гетероциклічних сполук. Хімічні властивості (галогенування‚ сульфування‚ нітрування, гідрування)

Урок 81. Взаємоперетворення п’ятичленних гетероциклічних сполук. Хімічні властивості (галогенування‚ сульфування‚ нітрування, гідрування)

---

Мета уроку: пригадати поняття ароматичності та роль неподіленої електронної пари гетероатома в ароматичній системі п’ятичленних ароматичних гетероциклів (фурану, тіофену та піролу), сформувати уявлення про вплив гетероатома на перебіг реакції електрофільного заміщення (галогенування, сульфування та нітрування), познайомитися з умовами взаємоперетворення п’ятичленних ароматичних гетероциклів.

Очікувані результати для вчителя:

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова

• фуран
• тіофен
• пірол
• гідрування
• електрофільне заміщення
• резонансні структури

План уроку

1. Мотивація (6 хв.).
2. Реакція приєднання (гідрування) (15 хв.).
3. Взаємоперетворення фурану, тіофену та піролу (10 хв.)
4. Реакції електрофільного заміщення: галонеування, сульфування та нітрування (10 хв.).
5. Рефлексія (4 хв.).

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 6 хв

Найпростішими п’ятичленними гетероциклічними сполуками, що містять по одному гетероатому, є фуран, тіофен та пірол. 

Завдання 1. Пригадайте та наведіть структурні формули фурану, тіофену та піролу. Укажіть нумерацію атомів гетероциклічної системи.

Завдання 2. Пригадайте особливості будови та властивостей молекул ароматичних систем та дайте відповіді на запропоновані питання.

2.1. Яка з умов не є обов’язковою для ароматичності?

• Циклічність,
• планарність,
• наявність бензенового ядра,
• спряжена π-електронна система.

2.2. Відповідно до правила Гюккеля кількість електронів в ароматичній системі має відповідати формулі

• 4n π-електронів,
• (4n+2) π-електронів,
• 2n π-електронів,
• (2n+4) π-електронів.

2.3. Ароматична система піролу, як і бензену, складається із

• 4 π-електронів,
• 5 π-електронів,
• 6 π-електронів,
• 8 π-електронів.

2.4. Укажіть речовину, молекулі якої притаманна ароматичність.

• Циклогексан,
• циклобутадієн,
• гекса-1,3,5-триєн,
• ізопропілбензен (кумен).

2.5. Ароматичність зумовлює

• високу реакційну здатність,
• нестабільність молекули,
• підвищену термодинамічну стабільність,
• амофтерні властивості.

Пригадайте!

Обговоріть у групі (або у парах) та поясніть, .чому фуран, тіофен та пірол, не маючи бенезенового ядра, поводять себе як ароматичні сполуки?Якщо розглянути загальноприйняті структурні формули найпростіших п’ятичленних гетероциклів, то можна оікувати, що кожна з них виявляє властивості неначисеної сполуки із двома кратними (подвійними) зв’язкам – дієнів (ді – два, єн – суфікс на позначення наявності подвійного зв’язку), а також відповідного етеру (фуран), тіолу або сульфіду (тіофен) та аміну (пірол). Але це не відповідає дійсності у повній мірі. Якщо не враховувати реакції приєднання (гідрування), цим гетероциклам не притаманні очікувані властивості: наприклад тіофен не вступає у реакції окиснення типові для сульфідів, а пірол не виявляє основних властивостей, типових для вторинних амінів.

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 15 хв

Ароматичний характер найпростіших п’ятичленних гетероциклів – фурану, тіофену та піролу – у процесі гідрування (або гідрогенування) приводить до руйнування їхньої ароматичності та утворенню насичених гетероциклічних систем. Такий процес гідрування, як і для ненасичених та ароматичних вуглеводнів, здійснюють в умовах каталітичного приєднання водню:

Однак, для гідрування тіофену такий спосіб не підходить, бо сполуки Сульфуру, у тому числі тіофен та його похідіні, часто отруюють каталітичну поверхню металів. Саме тому для утворення насичених похідних тіофену використовують інші синтетичні підходи. Наприклад, здатність п’ятичленних гетероциклів взаємоперетворюватися один в одного (див. наступний розділ) або реакцією циклізації 1,4-дигалогенопохідних насичених вуглеводнів:

Насичені гетероциклічні системи уже не мають ароматичного характеру, а тому виявляють властивості, що можна очікувати від них відповідно до зарактеру гетероатому: піролідин – вторинний амін, тетрагідрофуран – етер, тетрагідротіофен – сульфід. Так, електронна пара атома Нітрогену у молекулі піролідину, задіяна в утворенні єдиної ароматичної шестиелектронної π-системи піролу, є звичайною електронною пару вторинного аміну, яка здатна брати участь у приєднанні катіону Гідрогену (або катіону гідронію Н₃О⁺) від деякою органічної або неорганічної кислоти. Більш того, така основність піролідину зростає порівняно із основністю ароматичного піролу у ~10¹¹ разів. 

Піролідинове кільце зустрічається у природі у складі молекул багатьох алкалоїдів; наявність такого кільця надає алкалоїдам основні властивості, унаслідок чого цього сполуки і отрималу свою назву – alkali-like – «подібно до лугів».

Завдання 3. Складіть у молекулярній та йонній формах хімічні рівняння взаємодії із хлоридною кислотою а) амоніаку, б) метанаміну та в) піролідину:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Тетрагідрофуран знаходить широке застосування у якості розчинника в реакціях, де важливо не допускати потрапляння до реакційного середовища води, наприклад при роботі із металоорганічними сполуками такими, як метилмагній бромід CH₃MgBr, бутиллітій C₄H₉Li тощо.

Насичений похідний тіофену – тетрагідротіофен – як й інші органічні сульфіди піддається окисненню, у результаті якого добувають тетраметиленсульфон (сульфолан), який також широко використовується у якості розчинника:

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 10 хв

У першій половині 20-го століття був розроблений метод взаємоперетворення оксигено-, нітрогено-, сульфуро- та селеновмісних п’ятичленних гетероциклічних сполук із одним гетероатомом. Реакція здійснюється пропусканням парів фурану із амоніаком, сірководнем або селеноводнем над алюміній оксидом за температури 400-450 °С.

На практиці значення набуло лише перетворення фурану в пірол та тіофен, відносний вихід продукту яких становить 30-40 %.

Завдання 4. Для характеристики повноти перебігу оборотних перетворень прийнято використовувати відносний вихід продукту реакції, що обчислюється як відношення кількості речовини продукту, який теоретично можна отримати в наслідок реакції, до кількості речовини продукту, виділений при досягненні у системі рівноваги:

4. 1. Обчисліть відносний вихід (%) піролу, якщо при пропусканні парів фурану масою 20,40 г із надлишком амоніаку над нагрітим до 450 °С алюміній оксидом, утворилось 9,05 г піролу.

4. 2. Розрахуйте масу (г) парів води, яка виділилась за таких умов реакції.

Такого перетворення зазнають і насичені похідні та гомологи фурану. Так, тетрагідрофуран майже кількісно (з відносним виходом ~100 %), перетворюється у тіофан (тетрагідротіофен), який використовується в якості напівпродукту під час синтезу деяких лікарських препаратів, а також знаходить широке застосування у якості одоранту для виявлення витоків природного газу у системах його постачання та транспортування.

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 10 хв

Подібно до інших ароматичних сполук п’ятичленні ароматичні гетероцикли з одним гетероатомом – фуран, тіофен та пірол – вступають в реакції електрофільного заміщення: галогенування, нітрування та сульфування. Вони значно активніші за бензен, і за активністю схожі на найбільш активні похідні бензену – аміни та феноли. Наявність π-електронної системи з підвищеною електронною густиною через залучення неподіленої електронної пари гетероатома робить такі гетероцикли «привабливими» для електрофільних реагентів.

Пригадайте та доповніть!

Електрофіл – це хімічна частинка (молекула або іон), яка має дефіцит _________________ , а тому може приймати _________________ від іншої частинки (_________________ ) під час хімічної реакції для утворення нового зв’язку.

Під час вивчення реакцій електрофільного заміщення в ароматичному ряду з’ясувалося, що передбачення орієнтації здійснюють, виходячи із утворення найбільш стабільного карбонієвого йону, як продукту приєднання електрофільного реактанту до ароматичного циклу: більша кількість резонансних структур для продукту приєднання в орто-та пара-положення від гідроксильної групи указує на переважаючий напрямок перебігу реакції для такого замісника – ОН-група є орієнтантом І роду.

Завдання 5. Складіть можливі резонансні структури карбонієвого йону, що утворюється в процесі приєднання електрофільного реактанту (позначимо Е⁺) до нітробензену С₆Н₅NO₂. Зважте на те, що NO₂-група є орієнтантом ІІ роду. Зробіть висновок щодо переважаючого напрямку перебігу такої реакції.

Застосуймо цей принцип і для передбачення структури продуктів електрофільного заміщення для п’ятичленних гетероциклів. Атака електрофільного реактанту, наприклад, в молекулі піролу можлива в 2-ге та 3-тє положення гетероциклу. Приєднання електрофільної частинки в 3-тє положення обумовлює утворення карбонієвого катіону, структура якого описується двома резонансними структурами (див. рисунок нижче), а приєднання в 2-ге положення – катіону, структура якого є «гібридом» трьох резонансних структур, що робить такий йон більш стабільний та визначає переважаючий напрямок перебігу реакції електрофільного заміщення – 2-ге положення гетероциклу.

З іншої сторони такий напрямок перебігу реакції електрофільного заміщення можна пояснити більш ефективним перерозподілом позитивного заряду, що виникає в карбонієвому йоні, між трьома атомами гетероциклу замість двох.

Орієнтацію заміщення в ряжу фурану та тіофену можна пояснити аналогічним чином.

Завдання 6. Складіть можливі резонансні структури карбонієвого йону, що утворюється в процесі приєднання електрофільного реактанту (позначимо Е⁺) до молекули фурану. Зробіть висновок щодо напрямку перебігу такої реакції.

Галогенування фурану молекулярним хлором відбувається легко (навіть бурхливо), яке здійснюють за низької температури, з утворенням 2-хлорофурану. Через високу швидкість перебіг такої реакції досить важко контролювати, що нерідко приводить до утворення продуктів побічних перетворень: руйнування зв’язків, полімеризації тощо.

При галогенуванні ж тіофену та піролу найчастіше одержують ди- і навіть тетрагалоген похідні. Так, за участю тіофену така реакція проходить досить активно, зазвичай без необхідності спеціальних каталізаторів, характерних для бензену.

Пригадайте!

• Які каталізатори використовують для здійснення реакції галогенування, як електрофільного заміщення, ароматичних вуглеводнів (на прикладі бензену)?
• Обговоріть у групі (або у парі) причини підвищеної активності тіофену в реакція електрофільного заміщення порівняно із бензеном.

Через високу чутливість фуранового та пірольного циклів до дій неорганічних кислот (такі цикли розкриваються та вступають в реакції полімеризації) їхнє сульфування здійснюють спеціальним реагентом – комплексом сульфур(VI) оксиду із піридином SO₃∙C₅H₅N, а нітрування – більш м’яким реактантом, порівняно із нітрувальною сумішшю, – ацетилнітратом CH₃COONO₂.

Тіофен можна сульфувати та нітрувати звичними для ароматичних вуглеводнів реагентами: концентрованою сульфатною кислотою та нітрувальною сумішшю відповідно.

Підсумовуючи, порядок збільшення активності в реакціях електрофільного заміщення п’ятичленних ароматичних гетероциклів порівняно із бензеном є таким:

пірол С₅Н₅NH > фуран C₅H₅O > тіофен С₅H₅S > бензен C₆H₆

Завдання 7. Гетероциклічна сполука індол (див. рисунок) зустрічається у кам’яновугільній смолі, а також у пелюстках квіт апельсинового дерева.

Індол вступає в реакції електрофільного заміщення (галогенування, нітрування та сульфування) переважно по 3-тьому положенню гетероциклічної системи. Поясніть:

• а) ароматичні властивості індолу;
• б) напрямок перебігу реакцій електрофільного заміщення (пригадайте обгрунтування на прикладі піролу).
• в) складіть структурні формули продуктів галогенування, нітрування та сульфування індолу, дайте їм систематичні назви.

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 4 хв

Вправа «3–2–1».

Учням пропонується назвати:

• 3 факти, які дізнався / дізналася сьогодні;
• 2 поняття, які потребують повторення;
• 1 запитання до вчителя / вчительки.

---

1. Користуючись додатковими джерелами інформації, підготуйте коротку замітку щодо поширення п’ятичленних гетероциклічних систем із одним гетероатомом у складі природних біологічно активних молекул.
2. Пряме хлорування фурану взаємодією із простими речовинами галогенів (хлором, бромом) ускладнене високою швидкістю перебігу реакцій, що спричиняє утворення продуктів побічних реакцій із розкриттям циклу та подальшою полімеризацію утворених фрагментів. Поясніть, чому, на відміну від фурану, фуран-2-карбонову кислоту (див. рисунок) можна піддати сульфуванню концентрованою сульфатною кислотою або бромуванню молекулярним бромом за температури 100 °С.

Урок 81. Взаємоперетворення п’ятичленних гетероциклічних сполук. Хімічні властивості (галогенування‚ сульфування‚ нітрування, гідрування)

Робочий аркуш учнівства

---

Мета уроку: пригадати поняття ароматичності та роль неподіленої електронної пари гетероатома в ароматичній системі п’ятичленних ароматичних гетероциклів (фурану, тіофену та піролу), сформувати уявлення про вплив гетероатома на перебіг реакції електрофільного заміщення (галогенування, сульфування та нітрування), познайомитися з умовами взаємоперетворення п’ятичленних ароматичних гетероциклів.

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова

• фуран
• тіофен
• пірол
• гідрування
• електрофільне заміщення
• резонансні структури

План уроку

1. Мотивація (6 хв.).
2. Реакція приєднання (гідрування) (15 хв.).
3. Взаємоперетворення фурану, тіофену та піролу (10 хв.)
4. Реакції електрофільного заміщення: галонеування, сульфування та нітрування (10 хв.).
5. Рефлексія (4 хв.).

---

Найпростішими п’ятичленними гетероциклічними сполуками, що містять по одному гетероатому, є фуран, тіофен та пірол. 

Завдання 1. Пригадайте та наведіть структурні формули фурану, тіофену та піролу. Укажіть нумерацію атомів гетероциклічної системи.

Завдання 2. Пригадайте особливості будови та властивостей молекул ароматичних систем та дайте відповіді на запропоновані питання.

2.1. Яка з умов не є обов’язковою для ароматичності?

• Циклічність,
• планарність,
• наявність бензенового ядра,
• спряжена π-електронна система.

2.2. Відповідно до правила Гюккеля кількість електронів в ароматичній системі має відповідати формулі

• 4n π-електронів,
• (4n+2) π-електронів,
• 2n π-електронів,
• (2n+4) π-електронів.

2.3. Ароматична система піролу, як і бензену, складається із

• 4 π-електронів,
• 5 π-електронів,
• 6 π-електронів,
• 8 π-електронів.

2.4. Укажіть речовину, молекулі якої притаманна ароматичність.

• Циклогексан,
• циклобутадієн,
• гекса-1,3,5-триєн,
• ізопропілбензен (кумен).

2.5. Ароматичність зумовлює

• високу реакційну здатність,
• нестабільність молекули,
• підвищену термодинамічну стабільність,
• амофтерні властивості.

Пригадайте!

Обговоріть у групі (або у парах) та поясніть, .чому фуран, тіофен та пірол, не маючи бенезенового ядра, поводять себе як ароматичні сполуки?Якщо розглянути загальноприйняті структурні формули найпростіших п’ятичленних гетероциклів, то можна оікувати, що кожна з них виявляє властивості неначисеної сполуки із двома кратними (подвійними) зв’язкам – дієнів (ді – два, єн – суфікс на позначення наявності подвійного зв’язку), а також відповідного етеру (фуран), тіолу або сульфіду (тіофен) та аміну (пірол). Але це не відповідає дійсності у повній мірі. Якщо не враховувати реакції приєднання (гідрування), цим гетероциклам не притаманні очікувані властивості: наприклад тіофен не вступає у реакції окиснення типові для сульфідів, а пірол не виявляє основних властивостей, типових для вторинних амінів.

---

Ароматичний характер найпростіших п’ятичленних гетероциклів – фурану, тіофену та піролу – у процесі гідрування (або гідрогенування) приводить до руйнування їхньої ароматичності та утворенню насичених гетероциклічних систем. Такий процес гідрування, як і для ненасичених та ароматичних вуглеводнів, здійснюють в умовах каталітичного приєднання водню:

Однак, для гідрування тіофену такий спосіб не підходить, бо сполуки Сульфуру, у тому числі тіофен та його похідіні, часто отруюють каталітичну поверхню металів. Саме тому для утворення насичених похідних тіофену використовують інші синтетичні підходи. Наприклад, здатність п’ятичленних гетероциклів взаємоперетворюватися один в одного (див. наступний розділ) або реакцією циклізації 1,4-дигалогенопохідних насичених вуглеводнів:

Насичені гетероциклічні системи уже не мають ароматичного характеру, а тому виявляють властивості, що можна очікувати від них відповідно до зарактеру гетероатому: піролідин – вторинний амін, тетрагідрофуран – етер, тетрагідротіофен – сульфід. Так, електронна пара атома Нітрогену у молекулі піролідину, задіяна в утворенні єдиної ароматичної шестиелектронної π-системи піролу, є звичайною електронною пару вторинного аміну, яка здатна брати участь у приєднанні катіону Гідрогену (або катіону гідронію Н₃О⁺) від деякою органічної або неорганічної кислоти. Більш того, така основність піролідину зростає порівняно із основністю ароматичного піролу у ~10¹¹ разів. 

Піролідинове кільце зустрічається у природі у складі молекул багатьох алкалоїдів; наявність такого кільця надає алкалоїдам основні властивості, унаслідок чого цього сполуки і отрималу свою назву – alkali-like – «подібно до лугів».

Завдання 3. Складіть у молекулярній та йонній формах хімічні рівняння взаємодії із хлоридною кислотою а) амоніаку, б) метанаміну та в) піролідину:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Тетрагідрофуран знаходить широке застосування у якості розчинника в реакціях, де важливо не допускати потрапляння до реакційного середовища води, наприклад при роботі із металоорганічними сполуками такими, як метилмагній бромід CH₃MgBr, бутиллітій C₄H₉Li тощо.

Насичений похідний тіофену – тетрагідротіофен – як й інші органічні сульфіди піддається окисненню, у результаті якого добувають тетраметиленсульфон (сульфолан), який також широко використовується у якості розчинника:

---

У першій половині 20-го століття був розроблений метод взаємоперетворення оксигено-, нітрогено-, сульфуро- та селеновмісних п’ятичленних гетероциклічних сполук із одним гетероатомом. Реакція здійснюється пропусканням парів фурану із амоніаком, сірководнем або селеноводнем над алюміній оксидом за температури 400-450 °С.

На практиці значення набуло лише перетворення фурану в пірол та тіофен, відносний вихід продукту яких становить 30-40 %.

Завдання 4. Для характеристики повноти перебігу оборотних перетворень прийнято використовувати відносний вихід продукту реакції, що обчислюється як відношення кількості речовини продукту, який теоретично можна отримати в наслідок реакції, до кількості речовини продукту, виділений при досягненні у системі рівноваги:

4. 1. Обчисліть відносний вихід (%) піролу, якщо при пропусканні парів фурану масою 20,40 г із надлишком амоніаку над нагрітим до 450 °С алюміній оксидом, утворилось 9,05 г піролу.

4. 2. Розрахуйте масу (г) парів води, яка виділилась за таких умов реакції.

Такого перетворення зазнають і насичені похідні та гомологи фурану. Так, тетрагідрофуран майже кількісно (з відносним виходом ~100 %), перетворюється у тіофан (тетрагідротіофен), який використовується в якості напівпродукту під час синтезу деяких лікарських препаратів, а також знаходить широке застосування у якості одоранту для виявлення витоків природного газу у системах його постачання та транспортування.

---

Подібно до інших ароматичних сполук п’ятичленні ароматичні гетероцикли з одним гетероатомом – фуран, тіофен та пірол – вступають в реакції електрофільного заміщення: галогенування, нітрування та сульфування. Вони значно активніші за бензен, і за активністю схожі на найбільш активні похідні бензену – аміни та феноли. Наявність π-електронної системи з підвищеною електронною густиною через залучення неподіленої електронної пари гетероатома робить такі гетероцикли «привабливими» для електрофільних реагентів.

Пригадайте та доповніть!

Електрофіл – це хімічна частинка (молекула або іон), яка має дефіцит _________________ , а тому може приймати _________________ від іншої частинки (_________________ ) під час хімічної реакції для утворення нового зв’язку.

Під час вивчення реакцій електрофільного заміщення в ароматичному ряду з’ясувалося, що передбачення орієнтації здійснюють, виходячи із утворення найбільш стабільного карбонієвого йону, як продукту приєднання електрофільного реактанту до ароматичного циклу: більша кількість резонансних структур для продукту приєднання в орто-та пара-положення від гідроксильної групи указує на переважаючий напрямок перебігу реакції для такого замісника – ОН-група є орієнтантом І роду.

Завдання 5. Складіть можливі резонансні структури карбонієвого йону, що утворюється в процесі приєднання електрофільного реактанту (позначимо Е⁺) до нітробензену С₆Н₅NO₂. Зважте на те, що NO₂-група є орієнтантом ІІ роду. Зробіть висновок щодо переважаючого напрямку перебігу такої реакції.

Застосуймо цей принцип і для передбачення структури продуктів електрофільного заміщення для п’ятичленних гетероциклів. Атака електрофільного реактанту, наприклад, в молекулі піролу можлива в 2-ге та 3-тє положення гетероциклу. Приєднання електрофільної частинки в 3-тє положення обумовлює утворення карбонієвого катіону, структура якого описується двома резонансними структурами (див. рисунок нижче), а приєднання в 2-ге положення – катіону, структура якого є «гібридом» трьох резонансних структур, що робить такий йон більш стабільний та визначає переважаючий напрямок перебігу реакції електрофільного заміщення – 2-ге положення гетероциклу.

З іншої сторони такий напрямок перебігу реакції електрофільного заміщення можна пояснити більш ефективним перерозподілом позитивного заряду, що виникає в карбонієвому йоні, між трьома атомами гетероциклу замість двох.

Орієнтацію заміщення в ряжу фурану та тіофену можна пояснити аналогічним чином.

Завдання 6. Складіть можливі резонансні структури карбонієвого йону, що утворюється в процесі приєднання електрофільного реактанту (позначимо Е⁺) до молекули фурану. Зробіть висновок щодо напрямку перебігу такої реакції.

Галогенування фурану молекулярним хлором відбувається легко (навіть бурхливо), яке здійснюють за низької температури, з утворенням 2-хлорофурану. Через високу швидкість перебіг такої реакції досить важко контролювати, що нерідко приводить до утворення продуктів побічних перетворень: руйнування зв’язків, полімеризації тощо.

При галогенуванні ж тіофену та піролу найчастіше одержують ди- і навіть тетрагалоген похідні. Так, за участю тіофену така реакція проходить досить активно, зазвичай без необхідності спеціальних каталізаторів, характерних для бензену.

Пригадайте!

• Які каталізатори використовують для здійснення реакції галогенування, як електрофільного заміщення, ароматичних вуглеводнів (на прикладі бензену)?
• Обговоріть у групі (або у парі) причини підвищеної активності тіофену в реакція електрофільного заміщення порівняно із бензеном.

Через високу чутливість фуранового та пірольного циклів до дій неорганічних кислот (такі цикли розкриваються та вступають в реакції полімеризації) їхнє сульфування здійснюють спеціальним реагентом – комплексом сульфур(VI) оксиду із піридином SO₃∙C₅H₅N, а нітрування – більш м’яким реактантом, порівняно із нітрувальною сумішшю, – ацетилнітратом CH₃COONO₂.

Тіофен можна сульфувати та нітрувати звичними для ароматичних вуглеводнів реагентами: концентрованою сульфатною кислотою та нітрувальною сумішшю відповідно.

Підсумовуючи, порядок збільшення активності в реакціях електрофільного заміщення п’ятичленних ароматичних гетероциклів порівняно із бензеном є таким:

пірол С₅Н₅NH > фуран C₅H₅O > тіофен С₅H₅S > бензен C₆H₆

Завдання 7. Гетероциклічна сполука індол (див. рисунок) зустрічається у кам’яновугільній смолі, а також у пелюстках квіт апельсинового дерева.

Індол вступає в реакції електрофільного заміщення (галогенування, нітрування та сульфування) переважно по 3-тьому положенню гетероциклічної системи. Поясніть:

• а) ароматичні властивості індолу;
• б) напрямок перебігу реакцій електрофільного заміщення (пригадайте обгрунтування на прикладі піролу).
• в) складіть структурні формули продуктів галогенування, нітрування та сульфування індолу, дайте їм систематичні назви.

---

Вправа «3–2–1».

Учням пропонується назвати:

• 3 факти, які дізнався / дізналася сьогодні;
• 2 поняття, які потребують повторення;
• 1 запитання до вчителя / вчительки.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

1. Користуючись додатковими джерелами інформації, підготуйте коротку замітку щодо поширення п’ятичленних гетероциклічних систем із одним гетероатомом у складі природних біологічно активних молекул.
2. Пряме хлорування фурану взаємодією із простими речовинами галогенів (хлором, бромом) ускладнене високою швидкістю перебігу реакцій, що спричиняє утворення продуктів побічних реакцій із розкриттям циклу та подальшою полімеризацію утворених фрагментів. Поясніть, чому, на відміну від фурану, фуран-2-карбонову кислоту (див. рисунок) можна піддати сульфуванню концентрованою сульфатною кислотою або бромуванню молекулярним бромом за температури 100 °С.