thumb|right|350px|Strukture i nazivi najčešćih heterocikličnih spojeva thumb|right|125px|Piridin je jedan od heterocikličnih spojeva thumb|180px|Ciklo-oktasumporni, homociklični spoj Heterociklički spoj je prstenasta struktura, ciklični spoj koji, kao članove prstena, ima atome najmanje dva različita elementa.IUPAC Gold Book heterocyclic compoundsHemija heterocikličnih spojeva je grana organske hemije koja se bavi sintezom, svojstvima i primenom ovog tipa cikličnih spojeva.
Primjeri heterocikličkih spojeva uključuju sve nukleinske kiseline, većinu lijekova, većinu biomase (celuloza i srodni materijali) i mnoštvo prirodnih i sintetskih boja. Oko 59% američkih odobrenih lijekova sadrži dušikove heteroprstenove, zbog njihove sposobnosti da poboljšavaju topljivost i selektivnost molekule lijeka.
Klasifikacija Iako heterociklični hemijski spojevi mogu biti anorganski ili organski, većina sadrži najmanje jedan ugljik. Dok se atomi koji nisu ni ugljik ni vodik u organskoj hemiji obično nazivaju heteroatomima, to je uobičajeno u poređenju sa skeletom svih ugljika. Ali to ne sprečava da spoj kao što je borazin (koji nema atome ugljika) bude označen kao "heterociklički". IUPAC, za imenovanje heterocikličkih spojeva preporučuje Hantzsch-Widmanovu nomenklaturu.
Heterociklički spojevi se mogu korisno klasificirati na osnovu njihove elektronske strukture. Zasićeni ponašaju se poput acikličkih derivata. Prema tome, piperidin i tetrahidrofuran su konvencijski amini i eteri, sa modifikovanim sternim profilima. Stoga se proučavanje hemije heterocikličnih spojeva posebno fokusira na nezasićene derivate, a prednost rada i primjena uključuje nenapete peto– i šestočlane prstenove. Uključeni su piridin, tiofen, pirol i furan. Druga velika klasa heteroprstenova odnosi se na one kondenzirane, s benzenskim prstenovima. Naprimjer, fuzionirani analozi benzena piridina, tiofena, pirola i furana su kinolin, benzotiofen, indol, odnosno benzofuran. Fuzija dva benzenska prstena daje treću veliku porodicu spojeva. Analozi prethodno spomenutih heteroprstenastih spojeva ove treće porodice su akridin, dibenzotiofen, karbazol i dibenzofuran. Nezasićeni prstenovi mogu se klasificirati prema sudjelovanju heteroatoma u konjugiranom pi-sistemu.
Tročlani prstenovi Heterociklični spojevi s tri atoma u prstenu imaju veću energiju i reaktivniji su zbog prstenaste deformacije. Oni koji sadrže jedan heteroatom su, općenito, stabilni. Sa dva heteroatoma imaju veću vjerovatnoću da se pojave kao reaktivni međuprodukti. Uglovi veze C-X-C (gdje je X heteroatom) u oksiranima i aziridinima spojevima, vrlo su blizu 60 °, a periferni uglovi veze H-C-H blizu 180 °.
Troprstenasti sa jednim heteroatomom HeteroatomZasićeniNezasićeni BorBoriranBorirenDušik Aziridin Azirin Kisik Oksiran (etilen-oksid, epoksidi) Oksiren FosforFosfiranFosfiren Sumpor Tiiran (episulfidi) Tiiren
Troprstenasti sa dva heteroatoma
Heteroatom Zasićeni Nezasićeni Dušik Diaziridin Diazirin Dušik/kisik Oksaziridin Kisik Dioksiran
Četveročlani prstenovi Četveročlani prstenovi s jednim heteroatomom
HeteroatomZasićeniNezasićeniDušik Azetidin Azet Kisik Oksetan Okset Sumpor Tietan Tiet
Četveročlani prstenovi s dva heteroatoma Heteroatom Zasićeni NezasićeniDušik Diazetidin Diazet Kisik Dioksetan Diokset Sumpor Ditietan Ditiet
Petočlani prstenovi Petočlani prstenovi s jednim heteroatomom Heteroatom ZasićeniNezasićeni Antimon Stibolan Stibol Arsen Arsolan Arsol Bizmut Bizmolane Bizmol Bor Borolan Borol Dušik Pirolidin ("Azolidin" se ne koristi) Pirol ("Azol" se ne koristi) Kisik Tetrahidrofuran Furan Fosfor Fosfolan Fosfol Selen Selenolan Selenofen Silicij Silaciklopentan Silol Sumpor Tetrahidrotiofen Tiofen Telur TelurofenKositar Stanolan Stannol
Petočlani prstenovi s dva heteroatoma Petočlani prstenasti spojevi koji sadrže dva heteroatoma, od kojih je najmanje jedan dušik, zajednički se nazivaju azoli. Tiazoli i izotiazoli u prstenu sadrže sumpor i atom dušika . Ditiolani imaju dva atoma sumpora. HeteroatomZasićeniNezasićeni (i djelimično nezasićeni) Dušik/dušik Imidazolidin Pirazolidin Imidazol (Imidazolin)Pirazol (Pirazolin) Dušik/kisik OksazolidinIzoksazolidin Oksazol (Oksazolin)Izoksazol Dušik/sumpor TiazolidinIzotiazolidin Tiazol (Tiazolin)Izotiazol Kisik/kisik Dioksolan Sumpor/sumpor Ditiolan
Petočlani prstenovi s najmanje tri heteroatoma Postoji i velika skupina peetočlanih prstenastih spojeva s tri ili više heteroatoma. Jedan od primjera je klasa ditiazola, koji sadrže dva atoma sumpora i jedan atom dušika.
Heteroatom Zasićeni Nezasićeni 3 × Dušik Triazol 2 × Dušik / 1 × kisik FurazanOksadiazol 2 × Dušik/ 1 × sumpor Tiadiazol 1 × Dušik / 2 × kisik Dioksazol 1 × Dušik / 2 × sumpor Ditiazol 4 × Dušik Tetrazol 4 × Došik/1 × kisik Oksatetrazol 4 × Dušik/1 × sumpor Tiatetrazol 5 × Dušik Pentazol
Šestočlani prstenovi Šesteročlani prstenovi s jednim heteroatomom Heteroatom Zasićeni Nezasićeni Ioni Antimon Stibinin Arsen Arsinan Arsinin Bizmut Bizmin Bor Borinan Borinin Boratabenzenski anion Germanij Germinan Germin Dušik Piperidin (Azinane nije u upotrebi) Piridin (Azin nije u upotrebi) Piridinski kation Kisik Tetrahidropiran Piran (2H-Oksin nije u upotrebi) Pirilijski kationFosfor Fosfinan Fosfinin Selen Selenopirilijski kation Silicij Silinan Silin Sumpor Tian Tiopiran (2H-Tiin nije u upotrebi) Tiopirilijski kation Kalaj Staninan Stanin
Šesteročlani prstenovi s dva heteroatoma Heteroatom ZasićeniNezasićeni Dušik / dušik Diazinan Diazin Kisik/ dušik Morfolin Oxazine Sumpor / dušik Tiomorfolin Tiazin Kisik /kisik Dioksan Dioksin Sumpor / sumpor Ditian Ditiin Bor/ 1,2-Dihidro-1,2-azaborin
Šesteročlani prstenovi s tri heteroatoma
Heteroatom ZasićeniNezasićeni Dušik Triazinan Triazin Kisik Trioksan Sumpor Tritian
Šesteročlani prstenovi s četiri heteroatoma HeteroatomZasićeniNezasićeniDušikTetrazin
Šesteročlani prstenovi s pet heteroatoma HeteroatomZasićeniNezasićeniDušik Pentazin
Šesteročlani prstenovi sa šest heteroatoma
Hipotetski spoj sa šest dušikovih heteroatoma bio bi heksazin.
Borazin je šesteročlani prsten s tri dušikova heteroatoma i tri borna heteroatoma.
Sedmeročlani prstenovi Sa sedmeročlanim prstenovima, heteroatom mora biti u mogućnosti pružiti praznu pi-orbitalu (npr. bor), kako bi bila dostupna "normalna" aromatska stabilizacija; u suprotnom, homoaromatičnost može biti moguća. Spojevi s jednim heteroatomom uključuju: Heteroatom Zasićeni NezasićeniBorBorepinDušik Azepan AzepinKisik Oksepan OksepinSumpor Tiepan Tiepin
Oni sa dva heteroatoma obuhvataju:
Heteroatom ZasićeniNezasičeni Nitrogen Diazepan Diazepin Dušik/sumpor Tiazepin
Osmočlani prstenovi Heteroatom Zasićeni Nezasićeni Dušik Azokan Azokin Kisik Oksokan Oksocin Sumpor Tiokan Tiokin
Borazokin je s osmeročlanim prstenom s četiri heteroatoma dušika i četiri borna heteroatoma.
Devetočlani prstenovi
HeteroatomZasićeniNezasićeni Dušik Azonan AzoninKisik Oksonan OksoninSumpor Tionan Tionin
Slike Imena u kurzivu/italiku su prema IUPAC-u i ne slijede Hantzsch-Widmanovu nomenklaturu. Zasićeni Nezasićeni Heteroatom Dušik Kisik Sumpor Dušik Kisik Sumpor 3-atomski prsten Aziridin Oksiran Tiiran Azirin Oksiren Tiiren 60px|Struktura aziridina 60px|Struktura oksirana 60px|Struktura tiirana 60px|Struktura azirina 60px|Struktura oksirena 60px|Struktura of tiirena 4-Atomski prsten Azetidin Oksetan Tietan Azet Okset Tiet70px|Struktura acetidina 60px|Struktura oksetana 60px|Struktura tietana 60px|Struktura azeta 64px|Struktura okseta 74px|Struktura tieta 5-Atomomski prsten Pirolidin Oksolan Tiolan Pirol Furan Tiofen 60px|Struktura of pirolidina 70px|Struktura oksolana 70px|Struktura tiolana 70px|Struktura pirola 70px|Struktura furana 70px|Struktura tiofena 6-Atomski prsten Piperidin Oksan Tian Piridin Piran Tiopiran 70px|Piperidin 70px|Oksan 70px|Tian 70px|Piridin 70px|Piran 70px|Tiopiran 7-Atomski prsten Azepan Oksepan Tiepan Azepin Oksepin Tiepin 70px|Azepan 70px|Oksepan 70px|Tiepan 70px|Azepin 70px|Oksepin 70px|Tiepin 8-Atomski prsten Azokan Oksokan Tiokan Azokin Oksokin Tiokin 70px|Azokan 70px|Oksokan 70px|Tiokan 70px|Azokin 70px|Oksokin 70px|Tiokin 9-Atomski prsten Azonan Oksonan Tionan Azonin Oksonin Tionin 66px|Azonan 70px|Oksonan 70px|Tionan 70px|Azonin 70px|Oksonin 70px|Tionin
Spojeni prstenovi Sistemi heterocikličkih prstenova koji su formalno izvedeni fuzijom s drugim prstenovima, bilo karbociklički ili heterociklički, imaju niz zajedničkih i sistemskih naziva. Naprimjer, s benzo-spojenom nezasićenom heterociklčkim spojevima dušika, pirola daje se naziv indol ili izoindol, ovisno o orijentaciji. Analog piridina je kinolin ili izokinolin. Za azepin je preferirani naziv benzazepin. Isto tako, spojevi s dva benzenska prstena spojena sa središnjim heteroprstenom su karbazol, akridin i dibenzoazepin. Tienotiofeni su spoj dvaju tiofenskih prstenova. Fosfafenaleni su triciklični heterociklički sistemi koji sadrže fosfor, izveden iz karboprstena fenalena.
Historija hemije heterocikličnih spojeva Historijat hemije heterociklinih spojeva počinje 1800-ih, ukorak s razvojem organske hemije. Neki važni događaji:; 1818: Brugnatelli izolira aloksan iz mokraćne kiseline; 1832: Dobereiner proizvodi furfural (furan) obrađivanjem škroba sa sumpornom kiselinom; 1834: Runge dobija pirol ("vatreno ulje") suhom destilacijom kostiju; 1906: Friedlander sintetizira indigo-boju, dopuštajući sintetskoj hemiji da istisne veliku poljoprivrednu industriju; 1936: Treibs izolira derivate hlorofila iz sirove nafte, objašnjavajući njeno biološko podrijeklo; 1951: Opisana su Chargaffova pravila, ističući ulogu heterocikličkih spojeva (purina i pirimidina u formiranju genetičkog koda.
Upotreba Heterociklički spojevi su široko rasprostranjeni u mnogim područjima nauka o životu i tehnologije.Thomas L. Gilchrist "Heterocyclic Chemistry" 3rd ed. Addison Wesley: Essex, England, 1997. 414 pp. . Mnogi lijekovi su heterociklična jedinjenja.
Reference
Vanjski linkovi
Hantzsch-Widman nomenclature, IUPAC Heterocyclic amines in cooked meat, US CDC List of known and probable carcinogens, American Cancer Society List of known carcinogens by the State of California , Proposition 65 (more comprehensive)
Kategorija:Heterociklični spojevi Kategorija:Organska hemija