Composto heterocíclico - Heterocyclic compound

Estruturas e nomes de compostos heterocíclicos comuns
Piridina , um composto heterocíclico

Um composto heterocíclico ou estrutura de anel é um composto cíclico que possui átomos de pelo menos dois elementos diferentes como membros de seu (s) anel (es). A química heterocíclica é o ramo da química orgânica que lida com a síntese, propriedades e aplicações desses heterociclos .

Exemplos de compostos heterocíclicos incluem todos os ácidos nucléicos, a maioria dos medicamentos, a maior parte da biomassa (celulose e materiais relacionados) e muitos corantes naturais e sintéticos. Mais da metade dos compostos conhecidos são heterociclos. 59% dos medicamentos aprovados pelo FDA dos EUA contêm heterociclos de nitrogênio.

Classificação

O estudo da química heterocíclica concentra-se especialmente em derivados insaturados, e a preponderância de trabalho e aplicações envolve anéis de 5 e 6 membros não tensionados. Incluem-se a piridina, tiofeno, pirrol e furano. Outra grande classe de heterociclos refere-se àqueles fundidos a anéis de benzeno. Por exemplo, os derivados de benzeno fundidos de piridina, tiofeno, pirrol e furano são quinolina, benzotiofeno, indol e benzofurano, respectivamente. A fusão de dois anéis de benzeno dá origem a uma terceira grande família de compostos. Análogos dos heterociclos mencionados anteriormente para esta terceira família de compostos são acridina, dibenzotiofeno, carbazol e dibenzofurano, respectivamente.

Os compostos heterocíclicos podem ser classificados de forma útil com base em sua estrutura eletrônica. Os heterociclos saturados se comportam como os derivados acíclicos. Assim, piperidina e tetra - hidrofurano são aminas e éteres convencionais, com perfis estéricos modificados. Portanto, o estudo da química heterocíclica se concentra em anéis insaturados.

Anéis inorgânicos

Alguns heterociclos não contêm carbono. Os exemplos são borazina ( anel B 3 N 3 ), hexaclorofosfazenos ( anéis P 3 N 3 ) e S 4 N 4 . Em comparação com os heterociclos orgânicos, que têm inúmeras aplicações comerciais, os sistemas de anéis inorgânicos são principalmente de interesse teórico. A IUPAC recomenda a nomenclatura de Hantzsch-Widman para nomear compostos heterocíclicos.

Notas nas listas

  • "Heteroátomos" são átomos no anel que não sejam átomos de carbono.
  • Alguns dos nomes referem-se a classes de compostos em vez de compostos individuais.
  • Além disso, nenhuma tentativa é feita para listar os isômeros.

Anéis de 3 membros

Embora sujeitos à tensão do anel , os anéis heterocíclicos de 3 membros são bem caracterizados.

Anéis de três membros com um heteroátomo

Heteroátomo Saturado Insaturado
Boro Borirane Borirene
Azoto Aziridina Azirine
Oxigênio Oxirano ( óxido de etileno , epóxidos ) Oxirene
Fósforo Fosfirano Fosfireno
Enxofre Tiirano ( episulfetos ) Thiirene

Anéis de três membros com dois heteroátomos

Heteroátomos Saturado Insaturado
2 × nitrogênio Diaziridina Diazirina
Nitrogênio + oxigênio Oxaziridina
2 × oxigênio Dioxirano
(altamente instável)

Anéis de 4 membros

Anéis de quatro membros com um heteroátomo

Heteroátomo Saturado Insaturado
Azoto Azetidina Azete
Oxigênio Oxetano Oxete
Enxofre Thietane Thiete

Anéis de quatro membros com dois heteroátomos

Heteroátomos Saturado Insaturado
2 × nitrogênio Diazetidina Diazete
2 × oxigênio Dioxetano Dioxete
2 × enxofre Ditietano Dithiete

Anéis de 5 membros

Anéis de cinco membros com um heteroátomo

Heteroátomo Saturado Insaturado
Antimônio Stibolane Stibole
Arsênico Arsolane Arsole
Bismuto Bismolane Bismole
Boro Borolane Borole
Azoto Pirrolidina ("azolidina" não é usada) Pirrole ("Azole" não é usado)
Oxigênio Tetrahidrofurano Furano
Fósforo Fosfolano Fosfolo
Selênio Selenolane Selenofeno
Silício Silaciclopentano Silole
Enxofre Tetrahidrotiofeno Tiofeno
Telúrio Telurofeno
Lata Stannolane Stannole

Anéis de cinco membros com dois heteroátomos

Os compostos de anel de 5 membros contendo dois heteroátomos, pelo menos um dos quais é nitrogênio, são chamados coletivamente de azóis . Tiazóis e isotiazóis contêm um átomo de enxofre e um átomo de nitrogênio no anel. Os ditiolanos têm dois átomos de enxofre.

Heteroátomos Saturado Insaturado (e parcialmente insaturado)
2 × nitrogênio Imidazolidina
Pirazolidina
Imidazol ( Imidazolina )
Pirazol ( Pirazol )
Oxigênio + enxofre Oxatiolidina
Isoxtiolidina
Oxatiole ( Oxatiolina )
Isoxatiole
Nitrogênio + Oxigênio oxazolidina
isoxazolidina
Oxazole ( oxazolina )
isoxazole
Nitrogênio + enxofre Tiazolidina
Isotiazolidina
Tiazol ( tiazolina )
isotiazol
2 × oxigênio Dioxolano
2 × enxofre Ditiolano

Anéis de cinco membros com pelo menos três heteroátomos

Um grande grupo de compostos de anel de 5 membros com três ou mais heteroátomos também existe. Um exemplo é a classe dos ditiazóis , que contêm dois átomos de enxofre e um átomo de nitrogênio.

Heteroátomos Saturado Insaturado
NNN Triazoles
NNO Furazan
Oxadiazole
NNS Tiadiazol
NOO Dioxazol
NSS Ditiazol
NNNN Tetrazol
NNNNO Oxatetrazol
NNNNS Tiatetrazol
NNNNN Pentazol

Anéis de 6 membros

Anéis de seis membros com um heteroátomo

Os nomes em itálico são mantidos pela IUPAC e não seguem a nomenclatura Hantzsch-Widman
Heteroátomo Saturado Insaturado Íons
Antimônio Stibinin
Arsênico Arsinane Arsinine
Bismuto Bismin
Boro Borinane Borinine Boratabenzene ânion
Germânio Germinane Germine
Azoto Piperidina
(azinano não é usado)
Piridina
( azina não é usada)
Pyridinium cação
Oxigênio Oxano Pyran
(2 H - Oxine não é usado)
Cátion Pyrylium
Fósforo Fosfinano Fosfinina
Selênio Selenane Selenopirano Selenopyrylium cação
Silício Silinane Siline
Enxofre Thiane Tiopirano
( 2H- tiína não é usado)
Cátion tiopirílio
Telúrio Tellurane Teluropirano Telluropyrylium cação
Lata Estaninano Estanino

Anéis de seis membros com dois heteroátomos

Heteroátomo Saturado Insaturado
Nitrogênio / nitrogênio Diazinane Diazine
Oxigênio / nitrogênio Morfolina Oxazina
Enxofre / nitrogênio Tiomorfolina Tiazina
Oxigênio / oxigênio Dioxano Dioxina
Enxofre / enxofre Dithiane Dithiin
Boro / nitrogênio 1,2-Diidro-1,2-azaborina

Anéis de seis membros com três heteroátomos

Heteroátomo Saturado Insaturado
Azoto Triazinano Triazina
Oxigênio Trioxano
Enxofre Trithiane

Anéis de seis membros com quatro heteroátomos

Heteroátomo Saturado Insaturado
Azoto Tetrazina

Carborazina é um anel de seis membros com dois heteroátomos de nitrogênio e dois heteroátomos de boro.

Anéis de seis membros com cinco heteroátomos

Heteroátomo Saturado Insaturado
Azoto Pentazina

Anéis de seis membros com seis heteroátomos

O composto hipotético com seis heteroátomos de nitrogênio seria hexazina .

Borazina é um anel de seis membros com três heteroátomos de nitrogênio e três heteroátomos de boro.

Anéis de 7 membros

Em um anel de 7 membros, o heteroátomo deve ser capaz de fornecer um orbital π vazio (por exemplo, boro) para que a estabilização aromática "normal" esteja disponível; caso contrário, a homoaromaticidade pode ser possível. Os compostos com um heteroátomo incluem:

Heteroátomo Saturado Insaturado
Boro Borepin
Azoto Azepane Azepine
Oxigênio Oxépano Oxepina
Enxofre Thiepane Thiepine

Aqueles com dois heteroátomos incluem:

Heteroátomo Saturado Insaturado
Azoto Diazepane Diazepina
Nitrogênio / enxofre Tiazepina

Anéis de 8 membros

Heteroátomo Saturado Insaturado
Azoto Azocane Azocine
Oxigênio Oxocane Oxocine
Enxofre Tiocano Tiocina

Borazocina é um anel de oito membros com quatro heteroátomos de nitrogênio e quatro heteroátomos de boro.

Anéis de 9 membros

Heteroátomo Saturado Insaturado
Azoto Azonane Azonina
Oxigênio Oxonane Oxonina
Enxofre Thionane Thionine

Imagens de anéis com um heteroátomo

Os nomes em itálico são mantidos pela IUPAC e não seguem a nomenclatura Hantzsch-Widman
Saturado Insaturado
Heteroátomo Azoto Oxigênio Enxofre Azoto Oxigênio Enxofre
Anel de 3 átomos Aziridina Oxirane Thiirane Azirine Oxirene Thiirene
Estrutura da aziridina Estrutura de Oxirano Estrutura de Thiirane Estrutura da Azirina Estrutura do Oxirene Estrutura de Thiirene
Anel de 4 átomos Azetidina Oxetano Thietane Azete Oxete Thiete
Estrutura da acetidina Estrutura do oxetano Estrutura de Tietano Estrutura de Azete Estrutura de Oxete Estrutura de Thiete
Anel de 5 átomos Pirrolidina Oxolano Tiolano Pirrole Furano Tiofeno
Estrutura da pirrolidina Estrutura de Oxolano Estrutura de Tiolano Estrutura de pirrole Estrutura do Furano Estrutura do tiofeno
Anel de 6 átomos Piperidina Oxano Thiane Piridina Pyran Tiopirano
Estrutura da piperidina Estrutura de Oxano Estrutura de Thiane Estrutura da Piridina Estrutura de Pyran Estrutura do tiopirano
Anel de 7 átomos Azepane Oxépano Thiepane Azepine Oxepina Thiepine
Estrutura do Azepane Estrutura do oxepano Estrutura do tiepane Estrutura da azepina Estrutura da Oxepina Estrutura da Tiepina
Anel de 8 átomos Azocane Oxocane Tiocano Azocine Oxocine Tiocina
Estrutura de Azocane Estrutura de oxocano Estrutura de Tiocano Estrutura do Azocine Estrutura de Oxocine Estrutura da Tiocina
Anel de 9 átomos Azonane Oxonane Thionane Azonina Oxonina Thionine
Estrutura do Azonane Estrutura de Oxonano Estrutura de Thionano Estrutura da Azonina Estrutura da Oxonina Estrutura da tionina

Anéis fundidos / condensados

Os sistemas de anéis heterocíclicos que são formalmente derivados por fusão com outros anéis, carbocíclicos ou heterocíclicos, têm uma variedade de nomes comuns e sistemáticos. Por exemplo, com os heterociclos de nitrogênio insaturado fundidos com benzo, o pirrol fornece indol ou isoindol dependendo da orientação. O análogo da piridina é quinolina ou isoquinolina . Para azepina, benzazepina é o nome preferido. Da mesma forma, os compostos com dois anéis de benzeno fundidos ao heterociclo central são carbazol , acridina e dibenzoazepina. Tienotiofeno é a fusão de dois anéis de tiofeno. Fosfenalenos são um sistema heterocíclico tricíclico contendo fósforo derivado do carbociclo fenaleno .

História da química heterocíclica

A história da química heterocíclica começou em 1800, em sintonia com o desenvolvimento da química orgânica . Alguns desenvolvimentos dignos de nota:
1818: Brugnatelli isola aloxano de ácido úrico
1832: Dobereiner produz furfural (um furano) tratando amido com ácido sulfúrico
1834: Runge obtém pirrol ("óleo de fogo") por destilação seca de ossos
1906: Friedlander sintetiza corante índigo , permitindo que a química sintética substitua uma grande indústria agrícola
1936: Treibs isola derivados de clorofila do petróleo bruto, explicando a origem biológica do petróleo.
1951: São descritas as regras de Chargaff , destacando o papel dos compostos heterocíclicos ( purinas e pirimidinas ) no código genético.

Usos

Os compostos heterocíclicos são difundidos em muitas áreas das ciências biológicas e da tecnologia. Muitos medicamentos são compostos heterocíclicos.

Referências

links externos