Composto heterocíclico
Un composto heterocíclico é un composto cíclico no que os átomos situados nos vértices do seu anel (membros do anel) son de polo menos dous elementos químicos distintos.[1] A química heterocíclica é a rama da química que estuda a síntese, propiedades e aplicacións destes heterociclos. A diferenza dos heterociclos, os compostos nos que os átomos membros do anel son todos do mesmo elemento químico denomínanse compostos homocíclicos.[2]
Aínda que os compostos heterocíclicos poden ser inorgánicos, a maioría deles conteñen polo menos un carbono no anel. Os átomos que non son de carbono ou hidróxeno denomínanse normalmente en química orgánica heteroátomos, mais isto é xeralmente en comparación cunha cadea feita só por carbonos. Isto non impide que un composto como a borazina (que non ten ningún átomo de carbono) sexa denominado tamén "heterocíclico". A IUPAC recomenda usar a nomenclatura de Hantzsch-Widman para nomear os compostos heterocíclicos.[3]
Os compostos heterocíclicos poden ser saturados, insaturados, aromáticos ou non aromáticos:
| Heterociclos |
| ||||||||||||
Clasificación baseada na estrutura electrónica
[editar | editar a fonte]Resulta útil clasificar os compostos heterocíclicos atendendo á súa estrutura electrónica. Os heterociclos saturados compórtanse como derivados acíclicos. Así, a piperidina e o tetrahidrofurano son aminas e éteres convencionais, con perfís estéricos modificados. Por tanto, o estudo da química heterocíclica céntrase especialmente nos derivados insaturados, e a maioría dos traballos e aplicacións implican aneis de 5 e 6 membros sen tensión. Están incluídos a piridina, o tiofeno, o pirrol e o furano. Outra importante clase de heterociclos é a dos que están fusionados con aneis de benceno, os cales coa piridina, tiofeno, pirrol e furano forman quinolinas, benzotiofenos, indois, e benzofuranos, respectivamente. A fusión de dous aneis bencénicos dá lugar a unha terceira gran familia de compostos, que son, respectivamente, acridina, dibenzotiofeno, carbazol, e dibenzofurano. Os aneis insaturados poden clasificarse segundo a participación do heteroátomo no sistema pi.
Aneis de 3 membros
[editar | editar a fonte]Os heterociclos con tres átomos no anel son máis reactivos debido á tensión de anel. Os que teñen un heteroátomo son, en xeral, estables. Os que teñen dous heteroátomos é máis probable que aparezan como intermediarios reactivos.
Heterociclos de tres membros comúns que teñen un só heteroátomo son:
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Aziridina | Azirina |
| Oxíxeno | Oxirano (óxido de etileno, epóxidos) | Oxireno |
| Xofre | Tiirano (episulfuros) | Tiireno |
Entre os que teñen dous heteroátomos están:
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Diazirina | |
| Nitróxeno/oxíxeno | Oxaziridina | |
| Oxíxeno | Dioxirano |
Aneis de 4 membros
[editar | editar a fonte]
Compostos que posúen un heteroátomo:
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Azetidina | Azeto |
| Oxíxeno | Oxetano | Oxetonio (como catión; oxeto) |
| Xofre | Tietano | Tietonio (como catión; tieto) |
Compostos con dous heteroátomos:
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Diazetidina | |
| Oxíxeno | Dioxetano | Dioxeto |
| Xofre | Dihietano | Ditieto |
Aneis de 5 membros
[editar | editar a fonte]Con heterociclos de 5 átomos, o composto insaturado é frecuentemente máis estable debido á aromaticidade. Os nomes en cursiva son mantidos pola IUPAC a pesar de que non seguen a nomenclatura de Hantzsch-Widman.
Aneis de 5 membros que presentan un heteroátomo:
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Pirrolidina (Azolidina non se usa) | Pirrol (Azol non se usa) |
| Oxíxeno | Tetrahidrofurano (Oxolano é raro) | Furano (Oxol non se usa) |
| Xofre | Tiolano | Tiofeno (Tiol non se usa) |
| Boro | Borolano | Borol |
| Fósforo | Fosfolano | Fosfol |
| Arsénico | Arsolano | Arsol |
| Antimonio | Estibolano | Estibol |
| Bismuto | Bismolano | Bismol |
| Silicio | Silolano | Silol |
| Estaño | Estannolano | Estannol |
Os compostos cun anel de 5 membros que conteñen dous heteroátomos, polo menos un dos cales é nitróxeno; denomínanse en conxunto azois. Os tiazois e isotiazois conteñen un átomo de xofre e outro de nitróxeno no anel. Os ditiolanos teñen dous átomos de xofre.
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado (e parcialmente insaturado) |
|---|---|---|
| Nitróxeno/nitróxeno | Imidazolidina Pirazolidina |
Imidazol (Imidazolina) Pirazol (Pirazolina) |
| Nitróxeno/oxíxeno | Oxazolidina Isoxazolidina |
Oxazol (Oxazolina) Isoxazol |
| Nitróxeno/xofre | Tiazolidina Isotiazolidina |
Tiazol (Tiazolina) Isotiazol |
| Oxíxeno/oxíxeno | Dioxolano | |
| Xofre/xofre | Ditiolano |
Existe tamén un gran grupo de compostos de aneis de 5 membros con tres heteroátomos. Un exemplo son os ditiazois que conteñen dous xofres e un nitróxeno.
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| 3 × Nitróxeno | Triazois | |
| 2 × Nitróxeno / 1 × oxíxeno | Furazano Oxadiazol | |
| 2 × Nitróxeno / 1 × xofre | Tiadiazol | |
| 1 × Nitróxeno / 2 × xofre | Ditiazol |
Compostos con aneis de 5 membros e catro heteroátomos son:
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| 4 × Nitróxeno | Tetrazol |
Con cinco heteroátomos, o composto pode ser considerado inorgánico en vez de heterocíclico. O pentazol é o composto insaturado con todos os heteroátomos nitróxenos.
Aneis de 6 membros
[editar | editar a fonte]
Os aneis de 6 membros que teñen un só heteroátomo son (os nomes en cursiva son mantidos pola IUPAC a pesar de que non seguen a nomenclatura de Hantzsch-Widman):
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Piperidina (Azinano non se usa) | Piridina (Azina non se usa) |
| Oxíxeno | Oxano | Pirano (ou pirilio como catión; 2H-Oxina ou oxinio non se usan) |
| Xofre | Tiano | Tiopirano (ou tiopirilio como catión; 2H-Tiina ou tiinio non se usan) |
| Silicio | Salinano | Silina |
| Xermanio | Xerminano | Xermina |
| Estaño | Estanninano | Estannina |
| Boro | Borinano | Borinina |
| Fósforo | Fosfinano | Fosfinina |
| Arsénico | Arsinano | Arsinina |
Con dous heteroátomos:
| Heteroátomo | Saturatdo | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno / nitróxeno | Piperazina | Diazinas |
| Oxíxeno / nitróxeno | Morfolino | Oxazina |
| Xofre / nitróxeno | Tiomorfolino | Tiazina |
| Oxíxeno / oxíxeno | Dioxano | Dioxina |
| Xofre / xofre | Ditiano | Ditiina |
Con tres heteroátomos:
| Heteroátomo | Saturatdo | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Triazina | |
| Oxíxeno | Trioxano | |
| Xofre | Tritiano |
Con catro heteroátomos:
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Tetrazina |
O composto hipotético con seis heteroátomos de nitróxeno sería a hexazina.
Aneis de 7 membros
[editar | editar a fonte]Con aneis de 7 membros, o heteroátomo debe poder proporcionar un orbital pi baleiro (por exemplo, o boro) para que poida haber unha estabilización aromática "normal"; doutro modo, pode ser posible a homoaromaticidade. Entre os compostos cun só heteroátomo están:
| Heteroátomo | Saturatdo | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Azepano | Azepina |
| Oxíxeno | Oxepano | Oxepina |
| Xofre | Tiepano | Tiepina |
Entre os que teñen dous heteroátomos están:
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Homopiperazina | Diazepina |
| Nitróxeno/xofre | Tiazepina |
Aneis de 8 membros
[editar | editar a fonte]| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitróxeno | Azocano | Azocina |
| Xofre |
Imaxes e nomenclatura
[editar | editar a fonte]- Artigo principal: Nomenclatura dos compostos heterocíclicos.
Os heterociclos de 3 a 10 membros noméanse pola nomenclatura de Hantzsch-Widman ampliada; a cal, foi adoptada pola IUPAC como sistema recomendado de nomenclatura desde 1957.[3]
| Heterociclos saturados | Heterociclos completamente insaturados | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Heteroátomo | Nitróxeno | Oxíxeno | Xofre | Nitróxeno | Oxíxeno | Xofre | |
| Ciclos de 3 compoñentes | |||||||
| Nome IUPAC | Aziridina | Oxirano | Tiirano | Azirina | Oxireno | Tiireno | |
| Nome común | etilenamina | óxido de etileno | sulfuro de etileno | - | óxido de acetileno | sulfuro de acetileno | |
| Estrutura |  |
 |
 |
 |
 |
| |
| Ciclos de 4 compoñentes | |||||||
| Nome IUPAC | Azetidina | Oxetano | Tietano | Azeto | Oxetonio | Tietonio | |
| Estrutura |  |
 |
 |
 |
|
| |
| Ciclos de 5 compoñentes | |||||||
| Nome IUPAC | Azolidina | Oxolano | Tiolano | Azol | Oxol | Tiol | |
| Nome común | Pirrolidina | Tetrahidrofurano | Tetrahidrotiofeno | Pirrol | Furano | Tiofeno | |
| Estrutura |  |
 |
 |
 |
 |
| |
| Ciclos de 6 compoñentes | |||||||
| Nome IUPAC | Azinano | Oxano | Tiano | Azina | Oxinio | Tiinio | |
| Nome común | Piperidina | Tetrahidropirano | Tetrahidrotiopirano | Piridina | Pirilio | Tiopirilio | |
| Estrutura |  |
.svg) |
 |
 |
 |
| |
| Ciclos de 7 compoñentes | |||||||
| Nome IUPAC | Azepano | Oxepano | Tiepano | Azepina | Oxepina | Tiepina | |
| Estrutura |  |
 |
 |
 |
 |
| |
| Ciclos de 8 compoñentes | |||||||
| Nome IUPAC | Azocano | Oxocano | Tiocano | Azocina | Oxocinio | Tiocinio | |
| Estrutura |  |
 |
 |
 |
 |
| |
| Ciclos de 9 compoñentes | |||||||
| Nome IUPAC | Azonano | Oxonano | Tionano | Azonina | Oxonina | Tionina | |
| Estrutura |  |
 |
 |
 |
 |
| |
| Ciclos de 10 compoñentes | |||||||
| Nome IUPAC | Azecano | Oxecano | Tiecano | Azecina | Oxecinio | Tiecinio | |
| Estrutura |  |
 |
 |
 |
 |
| |
Aneis fusionados
[editar | editar a fonte]Os sistemas de aneis heterocíclicos que derivan formalmente da fusión doutros aneis, tanto carbocíclicos coma heterocíclicos, teñen diversos nomes comúns e sistemáticos. Por exemplo, en heterociclos de nitróxeno insaturados fusionados a benceno, o pirrol dará indol ou isoindol dependendo da orientación. O análogo da piridina é a quinolina ou a isoquinolina. Para a azepina co anel bencénico, o nome preferido é benzazepina. Igualmente, os compostos con dous aneis bencénicos fusionados cos heterociclos centrais son o carbazol, a acridina, e a dibenzoazepina.
Historia da química heterocíclica
[editar | editar a fonte]A historia da química heterocíclica empezou no século XIX, en paralelo co desenvolvemento da química orgánica. Algúns desenvolvementos salientables son:[4]
1818: Brugnatelli illa o aloxano a partir de ácido úrico.
1832: Dobereiner produces furfural (un furano) ao tratar amidón con ácido sulfúrico.
1834: Runge obtén pirrol por destilación seca de ósos.
1906: Friedlander sintetiza o colorante índigo, o que fixo que a produción industrial de tinturas desprazase á anterior próspera produción agrícola.
1936: Treibs illa derivados da clorofila de petróleo cru, explicando a orixe biolóxica do petróleo.
1951: Descríbense as regras de Chargaff, salientando o papel dos compostos heterocíclicos (purinas e pirimidinas) no ADN.
Explotación comercial
[editar | editar a fonte]As compañías líderes que posúen un gran número de patentes relacionadas on compostos heterocíclicos son Bayer, Merck, Ciba-Geigy, Pfizer, Eli Lily, BASF, Hoffmann La Roche, ER Sqibb, Warner Lambert e Hoechst.[5]
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ IUPAC Gold Book heterocyclic compounds
- ↑ IUPAC Goldbook homocyclic compounds
- ↑ 3,0 3,1 McNaught, Alan D. (1992). Universidad de Murcia, ed. "La nomenclatura de heterociclos". ISBN 84-7684-348-8.
- ↑ E. Campaigne "Adrien Albert and the Rationalization of Heterocyclic Chemistry" J. Chemical Education 1986, Volume 6, 860. doi 10.1021/ed063p860
- ↑ "Compañías co maior número de patentes relacionadas con compostos heterocíclicos.". Arquivado dende o orixinal o 24 de setembro de 2015. Consultado o 07 de abril de 2015.
Véxase tamén
[editar | editar a fonte]Ligazóns externas
[editar | editar a fonte] |
Commons ten máis contidos multimedia sobre: Composto heterocíclico |
