Barbiturna kiselina i njeni derivati

Maturski, Seminarski , Maturalni i diplomski radovi iz hemije.

Organska hemija je hemija ugljenikovih jedinjenja. Ugljenik gradi veoma mali broj neorganskih jedinjenja: ugljenik(IV)oksid, ugljenik(II)oksid, ugljenu kiselinu i njene soli karbonate i bikarbonate. Sva ostala jedinjenja ugljenika (preko 20 miliona danas poznatih) ubrajamo u organska jedinjenja.
Ugljenik je element četvrte grupe i druge periode PSE-a atomskog broja šest, relativne atomske mase 12 i elektronske konfiguracije [He]2s2, 2p2. U organskim jedinjenjima uvek je i samo četvorovalentan. Kao element iz sredine periodnog sistema ugljenik najlakše udružuje svoje atome međusobno ili sa atomima drugih lelemenata gradeci pri tom jake kovalentne veze. Važna osobina ugljenika je hibridizacija orbitala (uglovi između hibridizovanih orbitala su najveći mogući, što daje veliku stabilnost ugljenikovim jedinjenjima). Najstabilnija, odnosno hemijski najmanje reaktivna jedinjenja imaju sp3 hibridizaciju (alakani). Nestabilnija i hemijski reaktivnija su jedinjenja sa sp2 i sp tipom hibridizacije (alkeni, alkini). Posledica hibridizacije jeste težnja ka zaisćenosti nezasićnih organskih jedinjenja. Dve proste veze između ugljenika jače su od jedne dvostruke (C-C 348 kJ/mol, C=C 614 kJ/mol), takođe su i tri proste veze jače od jedne trostruke (839 kJ/mol). Ugljenik gradi jake kovalentne veze sa mnogim nemetalima (H, O, N, S, P, Cl, F, J, Br, Se) koje nalazimo u raznim organskim jedinjenjima. Iz ovih razloga ugljenik je gradi veliki broj jedinjenja.
U strukturi karbonatne kiseline prisutne su dvije hidroksilne skupine pa se iz nje izvodi više derivata. Među važnije derivate spadaju: karbonatni fosgen (kiselinska urea, karbamid karbaminska etil – karbamat kiselina hlorid) (amid) kiselina (kiselina) (uretan; ester)
Fosgen, COCl2, je vrlo otrovan gas. U prvom svetskom ratu se upotrebljavao kao bojni otrov.
Iz karbaminske kiseline, H2NCOOH, mogu se izvesti esteri, uretani. Najpoznatiji je etil – uretan ili jednostavno uretan, H2NCOOC2H5, koji je slabi hipnotik (uvodi u san). Važan derivat karbaminske kiseline je i karbamoil – fosfat, H2N – CO ~ O – P , jedinjenje s visokim potencijalom prenosa grupe.
Urea, karbamid, H2NCONH2, konačni je produkt razgradnje proteina putem kojeg se iz organizma uklanja azot. Izlučuje se u urinu. To je kristalna materija lako topljiva u vodi. Upotrebljava se kao đubrivo, kao sirovina za proizvodnju plastičnih masa te za sintezu nekih lekova. U prisutnosti kiselina, baza ili enzima ureaze podleže hidrolizi.
S kiselinskim hloridima ili anhidridima urea daje ureide. Na primer, ureidi su, kao što je prikazano, derivati uree koji nastaju zamenom vodika acilnom grupom. U ureide spadaju neki poznati hipnotici (sedativi, ako se radi o malim dozama). Od lančanih je najpoznatiji bromival, koji se izvodi iz α – bromizovalerijanske kiseline.
Iz dikarboksilne malonske kiseline izvodi se ciklički ureid barbiturna kiselina čiji supstitucijski derivati, barbiturati, su izraziti hipnotici. Dobija se iz estera dietil – malonata i uree, no zbog jednostavnosti se reakcija prikazuje sa slobodnom malonskom kiselinom.
Zamjenom vodonikovih atoma na položaju 5 šesteročlanog pirimidinskog prstena odgovarajućim nastaju nastaju barbiturati. U mnogo upotrebljavane barbiturate spada npr.: dietilbarbiturna kiselina.
Iz dikarboksilne mezoksalne kiseline izvodi se ureid aloksan. Unesen u organizam eksperimentalnih životinja može izazvati dijabetes pa je njegova primena pomogla u istraživanju ove bolesti.
U derivate karbonatne kiseline svrstava si i gvanidin, često zvan i iminourea. Spada u jake baze, što se tumači znatnom rezonantnom stabilizacijom protoniranog oblika.

Barbiturna kiselina

Barbiturna ili malonilurea ili 6-hidroksiuracil je organsko jedinjenje bazirano na pirimidinskom heterocikličnom skeletu. Praškastog je obilka i rastvara se u toploj vodi (142 g/l (20 °C)). Inače, molekularna formula ove kiseline je C4H4N2O3, molarna masa je 128.09 g mol−1. Temperatura topljenja je 245 °C a temperatura ključanja je 260 °C.
Barbiturna kiselina ili malonil-urea je farmakološki veoma značajna specija. Dobija se od estra malonske kiseline i karbamida. U farmaciji se koristi na desetine različitih preparata na bazi ove kiseline kao sredstvo za spavanje. Sama barbiturna kiselina nema uspavljujuće dejstvo, zbog kiselih svojstava barbiturna kiselina se ne koristi kao hipnotik jer je kod fiziološkog pH u anjonskom obliku i ne može preći krvno-moždanu barijeru, međutim, zamenom vodonika na C4 atomu etli grupama ili višim alkilima (ili slično) postaje efikasno sredstvo za uspavljivanje.
Jedinjenje je otkrio nemački naučnik Adolf von Bajer 1864. godine, i to na dan sv. Barbare (po kojoj je jedinjenje i dobilo ime), mešajući ureu i malonsku kiselinu i koncentrovanoj reakciji.

α – karbon ima reaktivni atom vodonika i kiseo je (pKa = 4.01) čak i za diketonu vrstu, zbog aromatične stabilizacije jona ugljenika. Koristeći Knoevenagelovu kondenzacionu reakciju, barbiturna kiselina može da formira mnoštvo barbiturata, lekova koji se mogu koristiti kao depresivi.
Barbiturna kiselina se koristi za sintezu riboflavina ili vitamina B2. 2007. godine, više od 2550 vrsta barbiturne kiseline je stvoreno, od kojih 50-55 se koristi u kliničke svrhe svuda u svetu.

Barbiturati - derivati barbiturne kiseline
Prve je barbiturate sintetizirao još 1864. godine Adolph von Bayer i to na dan Sv. Barbare (04.12.). Stoga je spoj dobijen sintezom malonske kiseline i ureje na dan Sv. Barbare i dobio naziv barbituratna kiselina. Godine 1912. godine sintetiziran je fenobarbiton i ubrzo je primjećeno njegovo djelovanje na napad epilepsije.
Barbiturati su ciklički kondenzovani produkti malonske kiseline s ureom za hipnotsko djelovanje potrebno je da oba H u C5 budu supstituirana –smanjenje kiselosti i povećana lipofilnost.