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 trata da síntese, propriedades e aplicações desses heterociclos.
Exemplos de compostos heterocíclicos incluem todos os ácidos nucléicos, a maioria das drogas, 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 pela 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 não forçados de 5 e 6 membros. Incluem-se piridina, tiofeno, pirrol e furano. Outra grande classe de heterociclos refere-se àqueles fundidos a anéis benzênicos. Por exemplo, os derivados de benzeno fundido 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.
Compostos heterocíclicos podem ser classificados com base em sua estrutura eletrônica. Os heterociclos saturados se comportam como os derivados acíclicos. Assim, a piperidina e o tetrahidrofurano 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. Exemplos são borazina (anel B3N3), hexaclorofosfazenos (anéis P3N3) e S 4N4. 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 Hantzsch-Widman para nomear compostos heterocíclicos.
Notas sobre listas
- "Heteroatomas" são átomos no anel que não os átomos de carbono.
- Alguns dos nomes referem-se a classes de compostos em vez de compostos individuais.
- Também nenhuma tentativa é feita para listar 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
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Boron. | Borirane | Borirene |
| Nitrogênio | Aziridina | Azirine |
| Oxigenação | Oxirane (óxido de etileno, epoxidas) | Oxireno |
| Fósforo | Phosphirane | Phosphirene |
| Sulfuro | Thiirane (episulfides) | Thiirene |
Anéis de três membros com dois heteroátomos
| Heteroatomas | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| 2 x nitrogênio | Diaziridina | Diazir. |
| Nitrogênio + oxigênio | Oxaziridana | |
| 2× oxigênio | Dióxido de titânio (altamente instável) |
Anéis de 4 membros
Anéis de quatro membros com um heteroátomo
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrogênio | Azetidina | Azete. |
| Oxigenação | Oxetane | Oxete. |
| Fósforo | Fósforo | Fosfete |
| Sulfuro | Thietane | Thiete. |
Anéis de quatro membros com dois heteroátomos
| Heteroatomas | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| 2 x nitrogênio | Biologia | Diaz. |
| 2× oxigênio | Dioxetane | Dióxido de carbono |
| 2 x enxofre | Dithietane | Dithiete |
Anéis de 5 membros
Anéis de cinco membros com um heteroátomo
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Antimônio | Estobolismo | Estebelo |
| Arsénio | Arsolano | Arsole |
| Bismuto | Bismolane | Bismole |
| Boron. | Borolane | Borole |
| Nitrogênio | Pirrolidina ("Azolidine" não é usado) | Pyrrole ("Azole" não é usado) |
| Oxigenação | Tetrahydrofuran | Furan |
| Fósforo | Fósforo | Fósforo |
| Selênio | Selenolane | Selenofena |
| Silício | Produtos de plástico | Silol |
| Sulfuro | Tetrahydrothiophene | Thiophene |
| Tellurium | Tellurophene | |
| Tintim | Stannola. | 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 enxofre e um átomo de nitrogênio no anel. Os ditiolanos têm dois átomos de enxofre.
| Heteroatomas | Saturado | Insaturado (e parcialmente insaturado) |
|---|---|---|
| 2 × nitrogênio | Imidazolidina Pirazolidina | Imidazol (Imidazolina) Pirazol (Pyrazoline) |
| Oxigênio + enxofre | Oxigenação Isoxthiolidine | Oxathiole (Oxathioline) Isoxathiole |
| Nitrogênio + oxigênio | Oxazolidina Isoxazolidina | Oxazol (Oxazolina) Isoxazole |
| Nitrogênio + enxofre | Tiazolidina Isothiazolidine | Thiazole (Thiazoline) Isothiazole |
| 2 × oxigênio | Dioxolane | |
| 2 x enxofre | Dithiolane |
Anéis de cinco membros com pelo menos três heteroátomos
Também existe um grande grupo de compostos de anel de 5 membros com três ou mais heteroátomos. Um exemplo é a classe dos ditiazóis, que contém dois átomos de enxofre e um átomo de nitrogênio.
| Heteroatomas | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| N N N N N N N | Triazoles | |
| N | Furazan Oxadiazol | |
| N N | Thiadiazol | |
| N O | Dioxazol | |
| N S | Dithiazol | |
| N N N N N N N | Tetrazol | |
| N N N N N | Oxatetrazol | |
| N N N N N N | Espetacular | |
| N N N N N N N N N | Pentazol |
Anéis de 6 membros
Anéis de seis membros com um heteroátomo
| Heteroatom | Saturado | Insaturado | Ions |
|---|---|---|---|
| Antimônio | Estíbina | ||
| Arsénio | Arsinato | Arsinagem | |
| Bismuto | Bismin | ||
| Boron. | Borinane | Borinine | Boratabenzene anion |
| Alemão | Germinación | Germina | |
| Nitrogênio | Piperidine (Azinane não é usado) | Pyridine (Azine não é usado) | Cation de Pyridinium |
| Oxigenação | Oxano | Pyran. (2H. H. H.-Oxine não é usado) | Cation de Pyrylium |
| Fósforo | Fósforo | Phosphinine | |
| Selênio | Selenários | Selenopyran | Selenopyrylium cation |
| Silício | Silina | Siline | |
| Sulfuro | Thiane | Thiopyran (2H. H. H.-Thiine não é usado) | Cação de Thiopyrylium |
| Tellurium | Tellurane | Telluropyran | Cação de Telluropirylium |
| Tintim | Stannina | Stannine |
Anéis de seis membros com dois heteroátomos
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrogênio / nitrogênio | Diazina | Diaz |
| Oxigênio / nitrogênio | Morpholine | Oxazine |
| Sulfur / nitrogênio | Thiomorpholine | Thiazine |
| Oxigênio / enxofre | Oxathiane | Oxathiin |
| Oxigênio / oxigênio | Dioxana | Dióxido |
| Sulfur / enxofre | Dithiane | Dithiin |
| Boron / nitrogênio | 1,2-Dihydro-1,2-azaborine |
Anéis de seis membros com três heteroátomos
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrogênio | Triazina | Triazina |
| Oxigenação | Trioxal | |
| Sulfuro | Trithiane |
Anéis de seis membros com quatro heteroátomos
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrogênio | Tetrazine |
A carborazina é um anel de seis membros com dois heteroátomos de nitrogênio e dois heteroátomos de boro.
Anéis de seis membros com cinco heteroátomos
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrogênio | Pentazin |
Anéis de seis membros com seis heteroátomos
O composto químico hipotético com seis heteroátomos de nitrogênio seria a 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 o "normal" estabilização aromática disponível; caso contrário, a homoaromaticidade pode ser possível. Compostos com um heteroátomo incluem:
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Boron. | Borepin | |
| Nitrogênio | Azepan | Azepina |
| Oxigenação | Oxepane | Oxepina |
| Sulfuro | Thiepan | Thiepine |
Aqueles com dois heteroátomos incluem:
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrogênio | Diazepan | Diazpine |
| Nitrogênio / enxofre | Thiazepina |
Anéis de 8 membros
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrogênio | Azocana | Azocina |
| Oxigenação | Oxocano | Oxocina |
| Sulfuro | Thiocane | Thiocine |
A borazocina é um anel de oito membros com quatro heteroátomos de nitrogênio e quatro heteroátomos de boro.
Anéis de 9 membros
| Heteroatom | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrogênio | Azonane | Azonine. |
| Oxigenação | Oxonan | Oxonine |
| Sulfuro | Thionan | Thionine |
Imagens de anéis com um heteroátomo
- Os nomes em itálico são mantidos pelo IUPAC e não seguem a nomenclatura Hantzsch-Widman
| Saturado | Insaturado | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Heteroatom | Nitrogênio | Oxigenação | Sulfuro | Nitrogênio | Oxigenação | Sulfuro | |
| Anel de três átomos | Aziridina | Oxirane | Thiirane | Azirine | Oxireno | Thiirene | |
 |  |  |  |  |  | ||
| Anel de 4 átomos | Azetidina | Oxetane | Thietane | Azete. | Oxete. | Thiete. | |
 |  |  |  |  |  | ||
| Anel de 5 átomos | Pirrolidina | Oxolane | Thiolane | Pyrrole | Furan | Thiophene | |
 |  |  |  |  |  | ||
| Anel de 6 átomos | Piperidine | Oxano | Thiane | Pyridine | Pyran. | Thiopyran | |
 | .svg) |  |  |  |  | ||
| Anel de 7 átomos | Azepan | Oxepane | Thiepan | Azepina | Oxepina | Thiepine | |
 |  |  |  |  |  | ||
| Anel de 8 átomos | Azocana | Oxocano | Thiocane | Azocina | Oxocina | Thiocine | |
 |  |  |  |  |  | ||
| Anel de 9 átomos | Azonane | Oxonan | Thionan | Azonine. | Oxonine | Thionine | |
 |  |  |  |  |  | ||
Anéis fundidos/condensados
Sistemas de anéis heterocíclicos que são formalmente derivados da fusão com outros anéis, sejam carbocíclicos ou heterocíclicos, possuem uma variedade de nomes comuns e sistemáticos. Por exemplo, com os heterociclos de nitrogênio insaturados fundidos com benzo, o pirrol fornece indol ou isoindol, dependendo da orientação. O análogo de piridina é quinolina ou isoquinolina. Para azepina, benzazepina é o nome preferido. Da mesma forma, os compostos com dois anéis benzênicos fundidos ao heterociclo central são carbazol, acridina e dibenzoazepina. Tienotiofeno são a fusão de dois anéis de tiofeno. Os fosfafenalenos são um sistema heterocíclico contendo fósforo tricíclico derivado do carbociclo fenaleno.
História da química heterocíclica
A história da química heterocíclica começou em 1800, acompanhando o desenvolvimento da química orgânica. Alguns desenvolvimentos dignos de nota:
- 1818: Brugnatelli isola aoxano de ácido úrico
- 1832: Dobereiner produz furfural (um furan) tratando amido com ácido sulfúrico
- 1834: Runge obtém pyrrole ("óleo de fogo") por destilação seca de ossos
- 1906: Friedlander sintetiza tinta índigo, permitindo a química sintética deslocar uma grande indústria agrícola
- 1936: Treibs isola derivados de clorofila do petróleo bruto, explicando a origem biológica do petróleo.
- 1951: As regras de Chargaff são descritas, destacando o papel dos compostos heterocíclicos (purinas e pirimidinas) no código genético.
Usos
Os compostos heterocíclicos são difundidos em muitas áreas das ciências da vida e da tecnologia. Muitas drogas são compostos heterocíclicos.
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