miniatura|dereita|125px|Piridina, un composto heterocíclico con carbonos e un nitróxeno nos seus vértices. miniatura|180px|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.IUPAC Gold Book heterocyclic compounds 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.IUPAC Goldbook homocyclic compounds

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.

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

HeteroátomoSaturadoInsaturado 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 miniatura|dereita|100px|Oxeto. miniatura|dereita|100px|Oxetonio (como catión). miniatura|dereita|100px|Tieto. miniatura|dereita|100px|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 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 OxazolidinaIsoxazolidina Oxazol (Oxazolina)Isoxazol Nitróxeno/xofre TiazolidinaIsotiazolidina 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 FurazanoOxadiazol 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 miniatura|dereita|100px|Pirano. miniatura|dereita|100px|Pirilio (cmo catión). miniatura|dereita|100px|Tiopirano. miniatura|dereita|100px|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 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 AzepinaOxíxeno Oxepano OxepinaXofre 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 AzocinaXofre

Imaxes e nomenclatura

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. 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 44px 72px 60px 60px 60px 60px Ciclos de 4 compoñentes Nome IUPAC Azetidina Oxetano Tietano Azeto Oxetonio Tietonio Estrutura 80px 60px 60px 60px 70px 70px Ciclos de 5 compoñentes Nome IUPAC Azolidina Oxolano Tiolano Azol Oxol Tiol Nome común Pirrolidina Tetrahidrofurano Tetrahidrotiofeno Pirrol Furano Tiofeno Estrutura 60px 70px 70px 65px 70px 70px Ciclos de 6 compoñentes Nome IUPAC Azinano Oxano Tiano Azina Oxinio Tiinio Nome común Piperidina Tetrahidropirano Tetrahidrotiopirano Piridina Pirilio Tiopirilio Estrutura 60px 70px 70px 70px 70px 70px Ciclos de 7 compoñentes Nome IUPAC Azepano Oxepano Tiepano Azepina Oxepina Tiepina Estrutura 66px 70px 70px 70px 74px 70px Ciclos de 8 compoñentes Nome IUPAC Azocano Oxocano Tiocano Azocina Oxocinio Tiocinio Estrutura 77px 90px 90px 90px 90px 90px Ciclos de 9 compoñentes Nome IUPAC Azonano Oxonano Tionano Azonina Oxonina Tionina Estrutura 82px 85px 85px 82px 85px 85px Ciclos de 10 compoñentes Nome IUPAC Azecano Oxecano Tiecano Azecina Oxecinio Tiecinio Estrutura 82px 85px 85px 82px 85px 85px

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:E. Campaigne "Adrien Albert and the Rationalization of Heterocyclic Chemistry" J. Chemical Education 1986, Volume 6, 860. 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.

Notas

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

Categoría:Compostos heterocíclicos