Composto heterocíclico

MeSH	D006571
ChEBI	5686

Composto heterocíclico
	Instancia de clase estrutural de compostos químicos
	Subclase de composto cíclico
	Parte de heterocyclic compound binding (en) ; heterocycle metabolic process (en) ; heterocycle biosynthetic process (en) ; heterocycle catabolic process (en)
Identificadores
MeSH
MeSH	D006571
ChEBI	5686
Fontes e ligazóns
	Descrito pola fonte Grande Enciclopedia Soviética (1926—1947) Q99408015 ;
	Redes
	Wikidata C:Commons

Piridina, un composto heterocíclico con carbonos e un nitróxeno nos seus vértices.

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

Saturados

insaturados

	Non aromáticos

	Aromáticos

Clasificación baseada na estrutura electrónica

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

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

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

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

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

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

Heteroátomo	Saturado	Insaturado
Nitróxeno	Azocano	Azocina
Xofre

Imaxes e nomenclatura

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
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

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

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

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

↑ 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

Ligazóns externas

Nomenclatura de Hantzsch-Widman, IUPAC
Aminas heterocíclicas na carne cociñada, CDC EUA
Lista de carcinóxenos coñecidos e probables, American Cancer Society Arquivado 13 de decembro de 2003 en Wayback Machine.

[1] IUPAC Gold Book heterocyclic compounds

[2] IUPAC Goldbook homocyclic compounds

[McNaught-3] 3,0 ^3,1 McNaught, Alan D. (1992). Universidad de Murcia, ed. "La nomenclatura de heterociclos". ISBN 84-7684-348-8.

[4] E. Campaigne "Adrien Albert and the Rationalization of Heterocyclic Chemistry" J. Chemical Education 1986, Volume 6, 860. doi 10.1021/ed063p860

[5] "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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]