Лактамна форма - Технічний словник Том VI
Лактамна форма, яка не ароматична, різко переважає при нейтральних та кислих рН, і вважається, що зазвичай тільки вона і присутня. Тому вплив кільцевих струмів у піримідинах вважають незначним. Цитозини також можуть утворювати іміно-таутомери за рахунок ам'яно-групи, але було показано, що цього не відбувається (див. Розд. Зазвичай лактамна форма у рівновазі переважає. Однак і в лактамній формі ароматичність порушується, так як ароматична система утворюється за участі в поєднанні неподіленої пари електронів амід-го азоту. Розрив пари в кільці відсутня. ГДля амінопохідних піримідину властива також амі-i - імінна таутомерія. Так, цитозин може мати амінну або форми, але переважною є амінна форма. Він існує у лактамній формі. С) є похідним лактамної форми ксантину. Він міститься в листі чаю і діє як діуретик (сечогінний), а також як судинорозширювальний засіб при коронарній недостатності при серцевих захворюваннях. Зміна енергії збудження при іонізації нуклеотидів3. N-метилзаміщені пірі-мідини, що моделюють лактамну форму, не флуоресцируют при кімнатній температурі і виявляють слабку флуоресценцію при 77 К. У заміщеному піримідиновому циклі в лактамних формах нуклеїнових основ шестиелектронна я-хмара утворюється за рахунок двох р-електронів пов'язаних подвійним зв'язком атомів вуглецю та чотирьох електронів двох неподілених пар атомів азоту. У карбонільній групі внаслідок сильної поляризації л-зв'язку СО р-орбіталь атома вуглецю стає хіба що вакантною і, отже, здатної взяти участь у делекалізації неподіленої пари електронів сусіднього амідного атома азоту. Припускають також [84], що присутність лактамної формиє причиною того, що 3-оксициннолін є більш слабкою кислотою ( рКа 8 64 у воді), ніж 3-оксихінолін ( рКа 8 07 у воді); в той же час 4 - і 8-оксициноліни мають більш кислі властивості, ніж відповідні хіноліни (стор. Достовірність цього аргументу зменшується спостереженням [77], згідно з яким 4-оксициннолін існує головним чином в циннолонової формі. Оксициннолін в порівнянні з 4-оксисоединением є сильніша кислота При реакції 3-оксицинноліну з диметилсульфатом у присутності недостатньої кількості їдкого натру виходить 2 3-дигідро - 3-кето - 2-метилциннолін (VIII, R СН3), це ж з'єднання утворюється і при взаємодії з діазометаном. Рівновага не завжди зрушена у бік лактамної форми, і відносна стійкість цієї форми може компенсуватися виграшем в енергії, що дає включення лактимної структури до резонансу ароматичного циклу. Координація металу з карбонільною групою в лактамній формі металоорганічного похідного повинна знижувати ступінь двозв'язку С - 0-зв'язку. Сечова кислота, 2 6 8-триоксипурин (або таутомерна лактамна форма), знаходиться в невеликих кількостях у крові, звідки вона переходить у сечу та відкладається в патологічних умовах у каменях сечового міхура. Ці матеріали служать для препаративного виділення сечової кислоти. Типові калібрувальні криві для різних пеніцилінів (American Chemical Society. Сечова кислота, 2 6 8-триоксипурин (або таутомерна лактамна форма), - з'єднання групи пурину, в невеликій кількості міститься в крові. Як і 2-оксипиридин, ці речовини існують у лактамній формі, що доведено поряд фізико-хімічних методів. Зазвичай вважають, що рівновага сильно зміщена у бік лактамної форми, але часторезонансний ефект, невидимому, зсуває рівновагу у бік лактної форми.
У разі 2-оксипіридину існує два фактори, що діють на користь лактамної форми. Як і 2-оксипиридин, ці речовини в кристалічному стані існують у лактамній формі, що доведено поруч фізико-хімічних методів, і мають яскраво виражену кислотність, близьку до кислотності фенолу. Виявилося, що у складі природних нуклеїнових кислот всі оксипроіз-водні пуринів і піримідинів знаходяться в лактамній формі. Оскільки афілідин відрізняється від спартеїну тим, що містить один подвійний зв'язок і кисень у лактамній формі, то для встановлення його будови необхідно з'ясувати положення цих структурних елементів. В огляді вказано, що сполуки, що містять ВІН - та SH-групи, очевидно, існують у лактамній формі; менш зрозуміле питання щодо похідних з МН2 - групою. На підставі отриманих даних Арндт зробив висновок, що оксипіримідини мають лактамну структуру в тих випадках, коли це сумісно з ароматичним характером піримідинового кільця. Форми, нестійкі у вільному стані, що легко перегруповуються в момент утворення в стабільні сполуки, подібні до лактамної форми ізатину, Байєр запропонував називати псевдоформами. Хоча систематичне вивчення таутомерії так званих оксихіноксалінів не проводили, проте більшість ознак говорить на користь кетонної або лактамної форми (XXII і XXIII) як структури, яка переважає в нормальних умовах. Дія цих двох факторів виявляється сильнішою, ніж прагнення зберегти звичайну ароматичність ядра, тому 2-оксипіридин існує в лактамній формі. Байєр висловив припущення, що ізатин має лактимну будову (II) і тільки при дії деяких реагентів дає похідні,відповідають лактамної форми. У нуклеозидах р-глікозидний зв'язок завжди утворений за участю атома N1 піримідинових або пуринових N9 основ, причому в освіті такого зв'язку може брати участь тільки лактамна форма нуклеїнових основ. У нуклеозидах ( 3-глікозидний зв'язок завжди утворена за участю атома N1 піримідинових або N9 пуринових основ, причому у освіті такого зв'язку може брати участь тільки лактамна форма нуклеїнових основ. Оскільки остання сполука може існувати тільки у вигляді лактаму, то названі дослідники припустили, що як оксиндол, так і його 1-метильне похідне існують у стійкій лактамній формі. Однією з важливих властивостей вільних азотистих основ (що містять оксигрупи) є можливість їх існування у двох таутомерних формах, зокрема лактим- та лактамної формах, залежно від значення рН середовища: при рН 7 0 вони представлені в лактамній формі, при зниженні величини рН - у лактимній формі. Ультрафіолетові абсорбційні спектри З - метил-6 - піридазону і 6-пі-рідазону більш близькі до спектрів похідних піридазону, заміщених у положенні 1, ніж до спектрів похідних піридазину [65], на підставі чого було зроблено висновок, згідно з яким ці піридазони головним чином лактамної формі. Однак ці дані можуть ставитися і до суміші, в якій міститься помітна кількість оксипірида-зинової форми XXII. Отже, тоді як реальний стан в кристалі, наприклад, похідного металоорганічного 4-піридону буде ще в основному відповідати координованій лактамній структурі (I), зсув смуги карбонільної групи з області 1600 - 1700 см-1 в область 1500 - 1600 смГ1 не дозволить приписати йому будова лактамної форми. Такимчином, на підставі наведених доводів слід укласти, що відсутність смуги амідної карбонільної групи в області 1600 - 1700 см-1 не може служити достатньо надійним критерієм лактимної структури метало - і металоорганічних похідних окси - Н - гетероциклів у кристалічному стані. Відсутність смуги лактамної карбонільної групи в області 1600 - 1700 смГ1 для досліджених нами олово- і свинцево-органічних похідних дихлор- і дибромоксипіридинів може, як випливає зі сказаного, бути викликано або їх лактимною будовою, або координаційними взаємодіями.
Зазвичай лактамна форма у рівновазі переважає. Однак і в лактамній формі ароматичність порушується, так як ароматична система утворюється за участі в поєднанні неподіленої пари електронів амід-го азоту. Розрив пари в кільці відсутня. ГДля амінопохідних піримідину властива також амі-i - імінна таутомерія. Так, цитозин може мати амінну або форми, але переважною є амінна форма. Гідроксипурин, або гіпоксантин, 2 6-дигідроксипурін, або ксантин і 2 6 8-тригідроксипурін, або сечова кислота - утворюються в організмі при метаболізмі нуклеїнових кислот. Нижче вони зображені у лактамній формі, в якій перебувають у кристалічному стані. Всі ці сполуки здатні до таутомерних переходів. Оксипіри-мідини існують переважно в лактамній формі, амінопірі-мідини – в енамінній формі. Окси- та амінопіримідини поєднуються з солями діазонію. На відміну від метоксихлортріазинових, ці барвники реагують із волокном дуже повільно. Існують вони головним чином лактамної формі. Ультрафіолетовий спектр поглинання оксиндолу дуже подібний до спектру 1 3 3-триметилоксиндолу і 1-метилоксиндолу. Звідси було зроблено висновок,що вільний оксиндол існує у лактамній формі. Цей висновок підтверджується дослідженням інфрачервоних спектрів кількох похідних оксиндолу. У реакції Церевітінова у разі 1-метилоксиндолу та 1 3-диметилоксиндолу витрачається по 1 молю CH3MgJ і виділяється 1 моль СН4; у разі оксиндолу та 3-метилоксиндолу витрачається 2 моля реактиву та виділяється 2 моля газу, як можна передбачити, на підставі індольної формули. Гіпоксантин (6-гідроксипурин), кислота (26-дигідроксипурін) і сечова кислота (268-тригідроксипурін) - продукти перетворення нуклеїнових кислот в організмі. Для них також можлива лактим-лактамна таутомерія, але в кристалічному вигляді вони існують переважно у лактамній формі. Детальний аналіз різноманітних варіантів утворення водневих зв'язків між основами показав, що в біспіральній молекулі ДНК основи укладені парами: пурин з одного ланцюга та піримідин з іншого відповідно до правил Чаргаффа. Оскільки орієнтація основ на площині не є, очевидно, довільною, і основи в полінуклеотидах представлені в лактамній формі, найбільш вірогідними були визнані пари аденін-тимін та гуанін-цитозин. Таутомірна група може також впливати на іншу групу, що знаходиться в літа-положенні, безпосередньо в лактамній або аналогічній формі. Курд і Розе [136] відзначили велику реакційну здатність 4-окси - 2-метилмеркапто - 6-метилпіримідину в порівнянні з 4 6-диметил - 2-метилмеркаптопірімідіном по відношенню до аніліну; структура XXXIII здатна до утворення перехідного стану реакції лактамної форми. Разом з тим наявність пірольної групи NH обумовлює наявність слабких кислотних властивостей (рК 89) і можливість утворення солей при взаємодії з іонами металів. Гідроксилмістятьпурини існують переважно у лактамній формі. Амід-імінальну таутомерію лактамів називають лактам-лактим-ною таутомерією. Вона відіграє велику роль у хімії гетероциклічних сполук. Рівновага в більшості випадків зміщена у бік лактамної форми. Незважаючи на лактамну структуру, полімер має досить високу хімічну стійкість. Тривале нагрівання водних та спиртових розчинів полімеру при 70 - 100 та різному рН середовища показали, що при середніх значеннях рН полімер продовжує зберігати структуру лактаму. Зі збільшенням молекулярної ваги полівінілпіролідону зростає стійкість лактамної форми полімеру. Докази існування тих чи інших таутомерних форм в окси- та амінозаміщених гетероциклах порівняно легко можуть бути проведені в даний час за допомогою спектроскопії ПМР та УФ- та ІЧ-спектроскопії. З рис. 66 видно, що УФ-спектри 2-оксипіридину і модельного М - метилпіридон-2 збігаються, а спектр 2-метоксипіридину різко відрізняється від них. З цього випливає, що 2-оксипіридин існує в лактамній формі. Досить давно стало відомо, що білки фібрилярні складаються з поліпептидів з довгими ланцюгами; проте цей тип структури був прийнятий для глобулярних білків. Дійсно, компактна структура, що надає цим молекулам у багатьох випадках майже сферичну форму (як показують результати дифузійних вимірювань і досліджень за допомогою ультрацентри-фуги), не давала підстав укласти наявність таких ланцюгів, як у фібрилярних білках. Тому для цих речовин була запропонована (Wrinch, 1937) циклольна структура, в якій пептидна група перетворена на лактамну форму, що веде потім до системи з'єднаних між собою шестичленних кілець на поверхні поліедра. Явна 71-надлишковість ізоціановоїкислоти призводить до її легкої трімеризації. Цианурова кислота, що утворюється в результаті тримеризації, також таутомерна. Її ароматична форма і вважається власне ціануровою кислотою; ця форма називається лактимність таутомер ціанурової кислоти - ізо-ціануровая кислота - є лактамною формою, такий вид таутомерії називається лактим-лактамної таутомерією.