Composto heterocíclico

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Piridina, un composto heterocíclico con carbonos e un nitróxeno nos seus vértices.
Ciclo-octaxofre, un composto homocíclico.

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.

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.[2]

Os compostos heterocíclicos poden ser saturados, insaturados, aromáticos ou non aromáticos:

Heterociclos

Saturados


insaturados

Non aromáticos



Aromáticos




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]

Oxeto.
Oxetonio (como catión).
Tieto.
Tietonio (como catión).

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]

Pirano.
Pirilio (cmo catión).
Tiopirano.
Tiopirilio (como catión).

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]

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.[2]

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 Aziridin.png Ethylene-oxide-2D-skeletal.png Thiiran.png Azirina.png Oxiren.png Thiiren.png
Ciclos de 4 compoñentes
Nome IUPAC Azetidina Oxetano Tietano Azeto Oxetonio Tietonio
Estrutura Azetidine structure.svg Oxetan.png Thietan.png Azete structure.svg Oxetium.png Thietium.png
Ciclos de 5 compoñentes
Nome IUPAC Azolidina Oxolano Tiolano Azol Oxol Tiol
Nome común Pirrolidina Tetrahidrofurano Tetrahidrotiofeno Pirrol Furano Tiofeno
Estrutura Pyrrolidine-Structural Formula V.1.svg Tetrahydrofuran acsv.svg Tetrahydrothiophen.png Pyrrol2.svg Furan.svg Thiophen.svg
Ciclos de 6 compoñentes
Nome IUPAC Azinano Oxano Tiano Azina Oxinio Tiinio
Nome común Piperidina Tetrahidropirano Tetrahidrotiopirano Piridina Pirilio Tiopirilio
Estrutura Piperidin.svg Tetrahydropyran (vzorec).svg Thiane3.svg Pyridin.svg Pyrylium.png Thiopyrylium.png
Ciclos de 7 compoñentes
Nome IUPAC Azepano Oxepano Tiepano Azepina Oxepina Tiepina
Estrutura Azepan.png Oxepan.png Thiepan.png Azepine-2D-skeletal.png Oxepine.svg Thiepin2.png
Ciclos de 8 compoñentes
Nome IUPAC Azocano Oxocano Tiocano Azocina Oxocinio Tiocinio
Estrutura Azocane.png Oxocano.png Tiocano.png Azocina.png Oxocinio.png Tiocinio.png
Ciclos de 9 compoñentes
Nome IUPAC Azonano Oxonano Tionano Azonina Oxonina Tionina
Estrutura Azonano.png Oxonano.png Tionano.png Azonina.png Oxonina.png Tionina.png
Ciclos de 10 compoñentes
Nome IUPAC Azecano Oxecano Tiecano Azecina Oxecinio Tiecinio
Estrutura Azecano.png Oxecano.png Tiecano.png Azecina.png Oxecinio.png Tiecinio.png

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:[3]
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.[4]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. IUPAC Gold Book heterocyclic compounds
  2. 2,0 2,1 McNaught, Alan D. (1992). Universidad de Murcia, ed. "La nomenclatura de heterociclos". ISBN 84-7684-348-8. 
  3. E. Campaigne "Adrien Albert and the Rationalization of Heterocyclic Chemistry" J. Chemical Education 1986, Volume 6, 860. doi 10.1021/ed063p860
  4. Compañías co maior número de patentes relacionadas con compostos heterocíclicos.

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]