Un compuesto heterocíclico o estructura de anillo es un compuesto cíclico que tiene átomos de al menos dos elementos diferentes como miembros de su (s) anillo (s). [1] La química heterocíclica es la rama de la química orgánica que se ocupa de la síntesis, las propiedades y las aplicaciones de estos heterociclos . [2]
Los ejemplos de compuestos heterocíclicos incluyen todos los ácidos nucleicos, la mayoría de los fármacos, la mayor parte de la biomasa (celulosa y materiales relacionados) y muchos tintes naturales y sintéticos. Más de la mitad de los compuestos conocidos son heterociclos. [3] El 59% de los medicamentos aprobados por la FDA de EE. UU. Contienen heterociclos nitrogenados. [4]
Clasificación [ editar ]
El estudio de la química heterocíclica se centra especialmente en derivados insaturados, y la preponderancia del trabajo y las aplicaciones implica anillos de 5 y 6 miembros no tensados. Se incluyen piridina, tiofeno, pirrol y furano. Otra gran clase de heterociclos se refiere a los fusionados con anillos de benceno. Por ejemplo, los derivados de benceno condensados de piridina, tiofeno, pirrol y furano son quinolina, benzotiofeno, indol y benzofurano, respectivamente. La fusión de dos anillos de benceno da lugar a una tercera gran familia de compuestos. Los análogos de los heterociclos mencionados anteriormente para esta tercera familia de compuestos son acridina, dibenzotiofeno, carbazol y dibenzofurano, respectivamente.
Los compuestos heterocíclicos se pueden clasificar de manera útil en función de su estructura electrónica. Los heterociclos saturados se comportan como los derivados acíclicos. Por tanto, la piperidina y el tetrahidrofurano son aminas y éteres convencionales, con perfiles estéricos modificados. Por tanto, el estudio de la química heterocíclica se centra en los anillos insaturados.
Anillos inorgánicos [ editar ]
Algunos heterociclos no contienen carbono. Algunos ejemplos son borazina ( anillo B 3 N 3 ), hexaclorofosfacenos ( anillos P 3 N 3 ) y S 4 N 4 . En comparación con los heterociclos orgánicos, que tienen numerosas aplicaciones comerciales, los sistemas de anillos inorgánicos son principalmente de interés teórico. IUPAC recomienda la nomenclatura de Hantzsch-Widman para nombrar compuestos heterocíclicos. [5]
Notas sobre listas [ editar ]
- Los "heteroátomos" son átomos del anillo distintos de los átomos de carbono.
- Algunos de los nombres se refieren a clases de compuestos en lugar de compuestos individuales.
- Además, no se intenta enumerar los isómeros.
Anillos de 3 miembros [ editar ]
Aunque están sujetos a la tensión del anillo, los anillos heterocíclicos de 3 miembros están bien caracterizados. [6]
Anillos de tres miembros con un heteroátomo [ editar ]
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Boro | Borirane | Borirene |
| Nitrógeno | Aziridina | Azirine |
| Oxígeno | Oxirano ( óxido de etileno , epóxidos ) | Oxirene |
| Fósforo | Fosfirano | Fosfireno |
| Azufre | Tiirano ( episulfuros ) | Thiirene |
Anillos de tres miembros con dos heteroátomos [ editar ]
| Heteroátomos | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| 2 × nitrógeno | Diaziridina | Diazirina |
| Nitrógeno + oxígeno | Oxaziridina | |
| 2 × oxígeno | Dioxirano (muy inestable) |
Anillos de 4 miembros [ editar ]
Anillos de cuatro miembros con un heteroátomo [ editar ]
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrógeno | Azetidina | Azete |
| Oxígeno | Oxetano | Oxete |
| Azufre | Thietane | Thiete |
Anillos de cuatro miembros con dos heteroátomos [ editar ]
| Heteroátomos | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| 2 × nitrógeno | Diazetidina | Diazete |
| 2 × oxígeno | Dioxetano | Dioxeto |
| 2 × azufre | Dithietane | Dithiete |
Anillos de 5 miembros [ editar ]
Anillos de cinco miembros con un heteroátomo [ editar ]
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Antimonio | Stibolane | Stibole |
| Arsénico | Arsolane | Arsole |
| Bismuto | Bismolane | Bismole |
| Boro | Borolane | Borole |
| Nitrógeno | Pirrolidina (no se utiliza "azolidina") | Pirrol (no se utiliza "Azole") |
| Oxígeno | Tetrahidrofurano | Furano |
| Fósforo | Fosfolano | Fosfo |
| Selenio | Selenolane | Selenofeno |
| Silicio | Silaciclopentano | Silole |
| Azufre | Tetrahidrotiofeno | Tiofeno |
| Telurio | Telurofeno | |
| Estaño | Stannolane | Stannole |
Anillos de cinco miembros con dos heteroátomos [ editar ]
Los compuestos del anillo de 5 miembros que contienen dos heteroátomos, al menos uno de los cuales es nitrógeno, se denominan colectivamente azoles . Los tiazoles y los isotiazoles contienen un átomo de azufre y un átomo de nitrógeno en el anillo. Los ditiolanos tienen dos átomos de azufre.
| Heteroátomos | Saturado | Insaturado (y parcialmente insaturado) |
|---|---|---|
| 2 × nitrógeno | Imidazolidina Pirazolidina | Imidazol ( imidazolina ) pirazol ( pirazolina ) |
| Oxígeno + azufre | Oxatiolidina Isoxtiolidina | Oxatiol ( Oxatiolina ) Isoxatiola |
| Nitrógeno + azufre | Tiazolidina isotiazolidina | Tiazol ( tiazolina ) isotiazol |
| 2 × oxígeno | Dioxolano | |
| 2 × azufre | Ditiolano |
Anillos de cinco miembros con al menos tres heteroátomos [ editar ]
También existe un gran grupo de compuestos de anillo de 5 miembros con tres o más heteroátomos. Un ejemplo es la clase de ditiazoles , que contienen dos átomos de azufre y uno de nitrógeno.
| Heteroátomos | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| NNN | Triazoles | |
| NNO | Furazan Oxadiazol | |
| NNS | Tiadiazol | |
| NOO | Dioxazol | |
| NSS | Ditiazol | |
| NNNN | Tetrazol | |
| NNNNO | Oxatetrazol | |
| NNNNS | Tiatetrazol | |
| NNNNN | Pentazol |
Anillos de 6 miembros [ editar ]
Anillos de seis miembros con un heteroátomo [ editar ]
- Los nombres en cursiva son retenidos por la IUPAC y no siguen la nomenclatura de Hantzsch-Widman.
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado | Iones |
|---|---|---|---|
| Antimonio | Estibinina [7] | ||
| Arsénico | Arsinane | Arsinina | |
| Bismuto | Bismin [8] | ||
| Boro | Borinane | Borinina | boratabenceno anión |
| Germanio | Germinane | Germine | |
| Nitrógeno | Piperidina (no se usa Azinane) | Piridina (no se usa azina ) | piridinio catiónico |
| Oxígeno | Oxano | Piran (2 H - Oxina no se usa) | pirilio cación |
| Fósforo | Fosfinano | Fosfinina | |
| Selenio | Selenane | Selenopirano [9] | Selenopyrylium cación |
| Silicio | Silinane | Siline | |
| Azufre | Thiane | Tiopirano (no se usa2 H- tina) | tiopirilio cación |
| Telurio | Telurano | Teluropirano | Telluropyrylium cación |
| Estaño | Stanninane | Stannine |
Anillos de seis miembros con dos heteroátomos [ editar ]
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrógeno / nitrógeno | Diazinane | Diazina |
| Oxígeno / nitrógeno | Morfolina | Oxazina |
| Azufre / nitrógeno | Tiomorfolina | Tiazina |
| Oxigeno / Oxigeno | Dioxano | Dioxina |
| Azufre / azufre | Dithiane | Dithiin |
| Boro / nitrógeno | 1,2-dihidro-1,2-azaborina |
Anillos de seis miembros con tres heteroátomos [ editar ]
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrógeno | Triazinane | Triazina |
| Oxígeno | Trioxano | |
| Azufre | Trithiane |
Anillos de seis miembros con cuatro heteroátomos [ editar ]
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrógeno | Tetrazina |
La carborazina es un anillo de seis miembros con dos heteroátomos de nitrógeno y dos heteroátomos de boro.
Anillos de seis miembros con cinco heteroátomos [ editar ]
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrógeno | Pentazina |
Anillos de seis miembros con seis heteroátomos [ editar ]
El compuesto hipotético con seis heteroátomos de nitrógeno sería la hexazina .
La borazina es un anillo de seis miembros con tres heteroátomos de nitrógeno y tres heteroátomos de boro.
Anillos de 7 miembros [ editar ]
En un anillo de 7 miembros, el heteroátomo debe ser capaz de proporcionar un orbital π vacío (por ejemplo, boro) para que esté disponible la estabilización aromática "normal"; de lo contrario, puede ser posible la homoaromaticidad . Los compuestos con un heteroátomo incluyen:
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Boro | Borepin | |
| Nitrógeno | Azepano | Azepina |
| Oxígeno | Oxepano | Oxepina |
| Azufre | Thiepano | Thiepine |
Aquellos con dos heteroátomos incluyen:
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrógeno | Diazepano | Diazepina |
| Nitrógeno / azufre | Tiazepina |
Anillos de 8 miembros [ editar ]
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrógeno | Azocano | Azocine |
| Oxígeno | Oxocano | Oxocina |
| Azufre | Tiocano | Tiocina |
La borazocina es un anillo de ocho miembros con cuatro heteroátomos de nitrógeno y cuatro heteroátomos de boro.
Anillos de 9 miembros [ editar ]
| Heteroátomo | Saturado | Insaturado |
|---|---|---|
| Nitrógeno | Azonano | Azonina |
| Oxígeno | Oxonano | Oxonina |
| Azufre | Thionane | Tionina |
Imágenes de anillos con un heteroátomo [ editar ]
- Los nombres en cursiva son retenidos por la IUPAC y no siguen la nomenclatura de Hantzsch-Widman.
| Saturado | Insaturado | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Heteroátomo | Nitrógeno | Oxígeno | Azufre | Nitrógeno | Oxígeno | Azufre | |
| Anillo de 3 átomos | Aziridina | Oxirano | Tiirano | Azirine | Oxirene | Thiirene | |
| Anillo de 4 átomos | Azetidina | Oxetano | Thietane | Azete | Oxete | Thiete | |
| Anillo de 5 átomos | Pirrolidina | Oxolano | Tiolano | Pirrol | Furano | Tiofeno | |
| Anillo de 6 átomos | Piperidina | Oxano | Thiane | Piridina | Pyran | Tiopirano | |
| Anillo de 7 átomos | Azepano | Oxepano | Thiepano | Azepina | Oxepina | Thiepine | |
| Anillo de 8 átomos | Azocano | Oxocano | Tiocano | Azocine | Oxocina | Tiocina | |
| Anillo de 9 átomos | Azonano | Oxonano | Thionane | Azonina | Oxonina | Tionina | |
Anillos fusionados [ editar ]
Los sistemas de anillos heterocíclicos que se derivan formalmente por fusión con otros anillos, ya sean carbocíclicos o heterocíclicos, tienen una variedad de nombres comunes y sistemáticos. Por ejemplo, con los heterociclos de nitrógeno insaturado benzo-condensados, el pirrol proporciona indol o isoindol dependiendo de la orientación. El análogo de piridina es quinolina o isoquinolina . Para la azepina, benzazepina es el nombre preferido. Asimismo, los compuestos con dos anillos de benceno fusionados al heterociclo central son carbazol , acridina y dibenzoazepina. El tiofeno son la fusión de dos anillos de tiofeno. Fosfafenalenosson un sistema heterocíclico tricíclico que contiene fósforo derivado del carbociclo fenileno .
Historia de la química heterocíclica [ editar ]
La historia de la química heterocíclica comenzó en el siglo XIX, en sintonía con el desarrollo de la química orgánica . Algunos desarrollos dignos de mención: [10]
1818: Brugnatelli aísla el aloxano del ácido úrico
1832: Dobereiner produce furfural (un furano) mediante el tratamiento del almidón con ácido sulfúrico
1834: Runge obtiene pirrol ("aceite de fuego") por destilación en seco de huesos
1906: Friedlander sintetiza tinte índigo , que permite que la química sintética desplace a una gran industria agrícola
1936: Treibsaísla derivados de clorofilo del petróleo crudo, lo que explica el origen biológico del petróleo.
1951: Se describen las reglas de Chargaff , destacando el papel de los compuestos heterocíclicos ( purinas y pirimidinas ) en el código genético.
Usos [ editar ]
Los compuestos heterocíclicos son omnipresentes en muchas áreas de las ciencias de la vida y la tecnología. [2] Muchos fármacos son compuestos heterocíclicos. [11]
Referencias [ editar ]
- ^ Compuestos heterocíclicos IUPAC Gold Book
- ^ a b Thomas L. Gilchrist "Química heterocíclica" 3ª ed. Addison Wesley: Essex, Inglaterra, 1997. 414 págs. ISBN 0-582-27843-0 .
- ^ Rees, Charles W. (1992). "Química heterocíclica de polisulfuro-nitrógeno". Revista de química heterocíclica . 29 (3): 639–651. doi : 10.1002 / jhet.5570290306 .
- ^ Edon Vitaku, David T. Smith, Jon T. Njardarson (2014). "Análisis de la diversidad estructural, los patrones de sustitución y la frecuencia de los heterociclos de nitrógeno entre los productos farmacéuticos aprobados por la FDA de los Estados Unidos". J. Med. Chem . 57 : 10257-10274. doi : 10.1021 / jm501100b . PMID 25255204 . CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " Nombre Hantzsch – Widman ". doi : 10.1351 / goldbook.H02737
- ^ Smith, Michael B .; March, Jerry (2007), Química orgánica avanzada: reacciones, mecanismos y estructura (6a ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
- ^ "Stibinin" . chemspider . Real Sociedad de Química . Consultado el 11 de junio de 2018 .
- ^ "Bismin" . ChemSpider . Real Sociedad de Química . Consultado el 11 de junio de 2018 .
- ^ "Selenopiranio" . ChemSpider . Real Sociedad de Química . Consultado el 11 de junio de 2018 .
- ^ Campaigne, E. (1986). "Adrien Albert y la racionalización de la química heterocíclica". Revista de educación química . 63 (10): 860. doi : 10.1021 / ed063p860 .
- ^ "Búsqueda de patentes multilingüe IPEXL.com, clasificación de patentes" . www.ipexl.com .
Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con compuestos heterocíclicos . |
 | Wikiquote tiene citas relacionadas con: Compuesto heterocíclico |
- Nomenclatura de Hantzsch-Widman, IUPAC
- Aminas heterocíclicas en carne cocida, CDC de EE. UU.
- Lista de carcinógenos conocidos y probables, Sociedad Americana del Cáncer
- Lista de carcinógenos conocidos por el estado de California , Proposición 65 (más completa)
