Химические свойства хинонов обусловлены наличием в их структуре кратных связей и карбонильных групп.
Наличие двух $C=O$-групп в хинонах способствует смещению электронной плотности к атомам кислорода с появлением на атомах углерода некоторой ее недостаточности:
Рисунок 1.
Поэтому хинонам присущи электроноакцепторные свойства, они имеют черты окислителя (легко восстанавливаются).
Реакции хинонов по атомам кислорода
Как сопряженные ненасыщенные кетоны реагируют с нуклеофилами в 1,4-положении с электронодонорными соединениями образуют комплексы с переносом заряда (хингидроны).
Рисунок 2.
Кроме того, как дикетоны, они дают большинством производных, характерных для этого класса соединений. Например, п-бензохинон реагирует с гидроксиламином при различных соотношениях и образует соответствующие оксимы, способные к нитрозо-оксимной таутомерии:
Рисунок 3.
Реакция восстановления хинонов для п-бензохинона проходят через стадию образования анион-радикала семихинона. При этом получают соответствующий двухатомный фенол - пирокатехин или гидрохинон.
Рисунок 4.
Реакции хинонов по углеродным атомам
В случае взаимодействия с нуклеофилами ($HCl$, $HBr$, $HCN$, $ROH$, $Ar-NH_2$, $RSH$) по 1,4-положениям хинонов получают соответствующие производные двухатомных фенолов с воспроизведением ароматической структуры:
Рисунок 5.При присоединении нуклеофильных реагентов к системе двойных связей или карбонильной группе образуются производные гидрохинона, пирокатехина и моно- и диоксимов.
При взаимодействии хинонов с хлором при низкой температуре реакция проходит с сохранением хиноидной структуры:
Рисунок 6.При облучении хинонов УФ-светом при наличии альдегидов образуются продукты $C$- и $O$-ацилирования:
Рисунок 7.При взаимодействии с тиомочевиной в хлористоводородной кислоте хиноны образуют продукты, которые постепенно циклизуються до гетероциклических систем:
Рисунок 8.Хиноны являются диенофилами вследствие своего электроноакцепторного характера и вступают в реакции диенового синтеза:
Рисунок 9.
Биологические и фармакологические аспекты хинонов
Известно, что химические соединения, которые имеют хиноновую структуру, распространены в окружающей среде. Эти соединения проявляют разнообразную биологическую активность и играют важную роль в природе.
Бензохиноны индуцируют широкий спектр эффектов от жизненно важных для гомеостаза организма к максимальному проявлению цитотоксичности или карциногенности. Например, убихинон (коэнзим $Q$), синтезируется в организме из предшественников фенилаланина или тирозина, является основным переносчиком электронов в митохондриальном дыхании.
Рисунок 10.
Важное место среди биологически активных соединений нафтохиноновой природы занимают соединения серии витаминов $K$, которые принадлежат к природным 1,4 нафтохинонам.
Рисунок 11.
Это производные 2-метил-1,4-нафтохинона, которые отличаются в основном по строению боковой цепи. Они являются существенными факторами, участвующих в свертывании крови. 1,4-нафтохиноны применяются в промышленности в качестве исходного материала для биологически активных субстанций, используемых в фармацевтическе, агрохимии, косметологии.
Основной химической структуры антрахинонов является антраценовое кольцо с двумя кетоновыми группами в положениях $C9$ и $C10$. В растениях антрахиноны имеющиеся в виде гликозидов, но свободные формы, агликоны, также распространены в природе. Самые распространенные антрахиноновые агликоны в высших растениях, среди которых эмодин, хризофанол, алоэ-эмодин и фисцион. Антрахиноновые гликозиды образуются, когда одна или более молекул сахара, как правило, глюкоза или рамноза, связываются с агликоном $\beta$-гликозидной связью через гидроксильную группу в положении $C8$ (у глюкозы) или в положении $C6$ (у рамнозы).
Многие соединения антрахинонового ряда являются окрашенными веществами и обладают способностью к флюоресценции.
Основные особенности химии хинонов, а именно их способность участвовать в окислительно-восстановительных реакциях и их электрофильный объясняет и большинство их биологических и фармакологических свойств.
Рисунок 12.
Эти особенности можно использовать в рационализации различных биологических эффектов хинонов.
