Blog

Heterocicles més influents al món

Heterocicles més influents al món

Compostos heterocíclics

Un compost heterocíclic, també conegut com a estructura d'anell, és bàsicament un compost que conté àtoms de dos elements diferents com a membres del seu anell / anells. Els compostos heterocíclics probablement constitueixen el més variat i el nombre més important de la família de compostos orgànics.

Independentment de la funcionalitat i estructura, cada compost carbocíclic es pot convertir en diversos anàlegs heterocíclics substituint un o diversos àtoms de carboni amb un element diferent. Com a resultat, els heterocicles han ofert una plataforma per a l'intercanvi de recerca en diverses àrees, incloent, entre d'altres, la química farmacèutica, medicinal, analítica i orgànica dels compostos heterocíclics.

Els principals exemples de compostos heterocíclics són la majoria de fàrmacs, àcids nucleics, la majoria de colorants sintètics i naturals, i la majoria de biomassa com la cel·lulosa i materials relacionats.

Classificació

Tot i que els compostos heterocíclics poden ser compostos orgànics o inorgànics, la majoria tenen almenys un carboni. Aquests compostos es poden classificar d'acord amb la seva estructura electrònica. Els compostos heterocíclics saturats es comporten de la mateixa manera que els derivats acíclics. Com a resultat, el tetrahidrofurano i la piperidina són èters convencionals i amines amb perfils estèrils modificats.

L'estudi de la química heterocíclica, per tant, se centra principalment en derivats i aplicacions insaturats que impliquen cinc sense traçar, així com anells de sis membres. Això inclou furan, pirrol, tiofè i piridina. La propera classe gran de compostos heterocíclics es fusiona amb anells de benc, que per a furan, pirrol, tiofè i piridina són benzofurans, indol, benzotiofè i quinolina, respectivament. Si es fusionen dos anells de benzè, això es tradueix en una altra gran família de compostos, que són dibenzofuran, carbazol, dibenzotiofè i aridina. Els anells no saturats es poden classificar en funció de la participació d'un heteroàtom al sistema pi, sistema conjugat.

Preparació i reaccions

Anells de 3

Els compostos heterocíclics amb tres àtoms en un anell són una cortesia més reactiva de la soca de l'anell. Els heterocicles que contenen un heteroàtom són generalment estables. Les que contenen dos heteroàtoms es produeixen, en general, com a intermediaris reactius.

Les oxiranes, també conegudes com epòxids, són els heterocicles més comuns de 3. Les oxiranes es preparen reaccionant peràcids amb alquens, amb bona estereoespecificitat. Les oxiranes són més reactives que els èters no saturats per cortesia de la soca d'angle alt de l'anell de 3. Les reaccions d'addició que procedeixen per una obertura nucleòfila i electrofílica de l'anell són la classe de reacció més general.

Una reacció d'aquest tipus està involucrada en l'acció farmacològica de les mostaces de nitrogen que es trobava entre els primers fàrmacs anticancerosos desenvolupats. El tancament de l'anell intramolecular com en el cas de l'agent anticancerígeno, la mechlorethamine forma un ión aziridium intermedi. L'agent biològicament actiu format ataca la proliferació de cèl·lules que inclouen cèl·lules canceroses mitjançant la inhibició de la seva replicació de l'ADN. També s'han utilitzat mostres de nitrogen com a agents anticàngics.

Comercialment aziridina i oxirane són productes químics industrials bàsics essencials. A la producció massiva d'oxirano, l'etilè es reacciona directament amb oxigen. La reacció química, que és la més característica d'aquests anells amb membranes 3, és que són susceptibles d'atacar per reactius nucleòfils per obrir l'anell com es mostra a continuació:

Els tres membres més comuns compostos heterocíclics amb un heteroàtom:

Saturat Sense saturar
Thiirane (episodulids) Thiirene
Phosphirane Fosfirè
Epòxids (òxid, òxid d'etilè) Oxirè
Aziridina Azirine
Borirane Borirene

Els compostos heterocíclics de tres membres més freqüents amb dos heteroàtoms inclouen la diaziridina com un derivat saturada i la diazirina com un derivat no saturat, així com Dioxirane i Oxaziridine.

Anells de quatre membres

Diversos mètodes de preparació d'heterocicles amb anells 4 es mostren en el diagrama següent. El procés de reacció d'una amina, tiol o 3-halo amb una base sol ser eficaç però amb rendiments mediocres. La dimerització i l'eliminació són reaccions laterals típiques. Altres funcions també poden competir en la reacció.

En el primer exemple, la ciclació a una oxirane sempre competeix amb la formació de thietane, però la major nucleofilicitat domina especialment si s'utilitza una base feble.

En el segon exemple, la formació d'azetidina i aziridina és possible, però només es pot veure aquesta última. L'exemple número quatre mostra que aquesta aproximació a la formació de l'azetidina funciona bé si no hi ha competència.

En el tercer exemple, la configuració rígida del substrat afavoreix la formació d'oxetane i evita la ciclització d'oxirane. En els exemples 5 i 6, les fotociclitzacions de Paterno-Buchi són especialment adequades per a la formació de oxetane.

Mètodes de preparació d'heterocicles amb anells 4

Reaccions

Reaccions de membres de 4 compostos heterocíclics també demostren la influència de la tensió anular. El següent diagrama mostra alguns exemples. La catàlisi àcida és una característica típica de diverses reaccions d'obertura de l'anella demostrades en els exemples 1,2 i 3a. En la reacció 2 de Thietane, el sofre experimenta cloració electrofílica que condueix a la formació de clorosulfoni intermedi i la substitució de l'ió clor d'obertura de l'anell. En la reacció 3b, també es veuen nucleòfils forts per obrir l'èter tensió. Les reaccions de divisió de Beta-lactones poden passar tant per l'intercanvi d'acil catalizat per àcid com es pot veure en 4a. També pot produir-se la ruptura d'alquil-O per nucleòfils com en 4b.

Número d'exemple 6 mostra un fenomen interessant de la reordenació intramolecular de l'ortoéster. La reacció 6 mostra l'escletxa beta-lactam de la penicil·lina G que explica la reacció d'acilació millorada del sistema de l'anell fusionat.

Exemples de reaccions de compostos heterocíclics de membres de 4

El més útil compostos heterocíclics Els anells amb membranes 4 són dues sèries d'antibiòtics, cefalosporinas i penicil·lines. Les dues sèries contenen un anell d'azetidinona que també es coneix com anell Beta-lactam.
Molts oxetanos estan investigats com a agents antivirals, anticancerosos, antiinflamatoris i antifúngics. Els Oxetanones, en canvi, s'apliquen principalment en l'agricultura com bactericides, fungicides i herbicides i en la fabricació de polímers.
El thietane primari es va trobar en l'oli d'esquist, mentre que els seus derivats odoríferos funcionen com a marcadors d'olor per a polecats, fures i visons europeus. Els thietanes s'apliquen com fungicides i bactericides en la pintura, com inhibidors de la corrosió del ferro i en la fabricació de polímers.

Anells de quatre membres compostos amb un sol heteroàtom

Heteroatoma saturada no saturada

Heteroatoma Saturat Sense saturar
Sofre Thietane Azete
Oxigen Oxetane Oxete
Nitrogen Azetidina Azete

Anells de quatre membres compostos amb dos heteroàtoms

Heteroatoma Saturat Sense saturar
Sofre Dithietane Dietiete
Oxigen Dioxetane Dioxete
Nitrogen Diazetidina Diazete

Anells 5 amb un únic heteroàtom

Thiophene, furan i pyrrole són els principals compostos aromàtics d'heterocicles amb anells de 5. Aquí teniu les seves estructures:

Els derivats saturades de tiofeno, furano i pirrol són tiofano, tetrahidrofurano i pirrolidina, respectivament. Els compostos bicíclics fets de tiofè, furano o anell pirrolós fusionats amb un anell de benzè es coneixen com benzotiofè, benzofuran, isoindol (o indol), respectivament.
L'heterocicle de nitrogen, el pirrol, es produeix normalment en l'oli d'os, que es forma mitjançant la descomposició de proteïnes a través d'un fort sistema de calefacció. Els anells de pirrol es troben en els aminoàcids com la hidroxiprolina i la prolina que són components de diverses proteïnes presents en altes concentracions en proteïnes estructurals de lligaments, tendons, pell i ossos i col · lagen.
Els derivats de pirrol es troben en els alcaloides. La nicotina és el pirrol més comunament conegut que conté alcaloides. L'hemoglobina, la mioglobina, la vitamina B12 i les clorofil·les estan formades per unir quatre unitats de pirrol en un sistema de grans anells anomenat porfirina, com el de la clorofila B que es mostra a continuació.

Els pigments bilis es formen a través de la descomposició de l'anell porfirí i tenen una cadena de anells de Pirro 4.
Preparació d'heterocicles de anells 5
La preparació industrial del furan es produeix com es mostra a continuació per la manera d'aldehid, furfural, que es genera a partir de pentosa que conté matèries primeres com les corncobs. Es mostren preparats similars de tiofè i pirrol a la segona fila d'equacions.
La tercera fila de l'equació mostra la preparació general de tiofens substituïts, pirroles, furans de compostos 1,4-dicarbonilo. S'han iniciat moltes altres reaccions que condueixen a la formació d'heterocicles substituïts d'aquest tipus. Dos de aquests procediments s'han demostrat en la segona i tercera reacció. Furan es redueix mitjançant hidrogenació catalizada per pal·ladi a tetrahidrofurano. Aquest èter cíclic és un dissolvent valuós que no només es pot convertir en xaloxalquilsulfonatos 4, sinó també 1,4-dihalobutans que es poden utilitzar per preparar tiolol i pirrolidina.

Anells de cinc membres compostos amb un sol heteroàtom

Heteroatoma Sense saturar Saturat
antimoni Stibole Stibolane
arsènic Arsole Arsolà
bismut Bismol Bismolà
Bor Borole Borolane
Nitrogen Pirrol Pirrolidina
Oxigen El furà Tetrahidrofurano

Anells de 5 amb heteroàtoms 2

Els compostos d'anell de cinc membres que contenen heteroàtoms 2 i almenys un dels heteroàtoms són nitrogen, són coneguts com azoles. Els isotiazoles i els tiazoles tenen un àtom de nitrogen i sofre a l'anell. Els compostos amb dos àtoms de sofre són coneguts com Dithiolanes.

Heteroatoma No saturat (i parcialment insaturat) Saturat
Nitrogen

/ nitrogen

Pirazol (pirazolina)

Imidazol (Imidazolina)

Pirazolidina

Imidazolidina

Nitrogen / oxigen Isoxazol

Oxazolina (oxazol)

Isoxazolidina

oxazolidina

Nitrogen / sofre Isotiazol

Tiazolina (tiazol)

Isotiazolidina

Tiazolidina

Oxigen / oxigen Dioxolano
Sofre / sofre Ditiolano

Alguns pirazoles es produeixen de forma natural. Els compostos d'aquesta classe es preparen fent reaccionar 1,3-dicetones amb hidrazines. La majoria dels compostos de pirazol sintètics s'utilitzen com a medicaments i tints. Inclou aminopirina analgèsica reductora de febre, fenbutazona utilitzada en el tractament de l'artritis, tints de fibra i tartracina de color groc, i la majoria de colorants que s'utilitzen en la fotografia en color com a agents de sensibilització.

Anells de 5 amb heteroàtoms 3

També existeix un gran grup de compostos d'anell de cinc membres amb almenys heteroàtoms 3. Un exemple d'aquests compostos són els ditiázoles que contenen un àtom de nitrogen i dos de sofre.

Anells de 6 amb heteroàtom 1

La nomenclatura utilitzada en compostos d'anells monocíclics amb nitrogen que conté 6 és aquí a continuació. Es mostren les posicions a l'anell per a la piridina, els números aràbics són més preferits a les lletres gregues, tot i que s'utilitzen tots dos sistemes. Les piridònies són compostos aromàtics per cortesia de contribucions a ressonància híbrida a partir de formes de ressonància carregades tal com es demostra per a la 4-piridona.

Dos coenzims principals implicats en diverses reaccions metabòliques crucials a les cèl·lules, NAD (també conegut com coenzim 1) i NADP (també conegut com coenyme II), es deriven de nicotinamida.
La majoria d'alcaloides contenen una estructura d'anell de piperidina o piridina, entre elles la piperina (constitueix un dels continguts de pebre negre i blanc) i la nicotina. Les seves estructures es mostren a continuació.

La piridina, una vegada extreta d'alquitrão de carbó, ara es prepara catalitzalment a partir d'amoníac i l'alcohol tetrahidrofurfuril és un intermedi i dissolvent crucial que s'utilitza per fabricar altres compostos. Les vinilpiridines són blocs bàsics de plàstics de monòmers, i piperidina totalment saturada, la piridina s'utilitza com a matèria primera química i el processament de cautxú.

Pyridines farmacèutiques útils

Farmacèuticament piridines útils inclouen la hidrazida d'àcid isonicotínico (tuberculostat isoniazida), el fàrmac anti-SIDA-virus conegut com nevirapina, nicorandil - avasodilator utilitzat per controlar analgèsic angina, el fenazopiridina-tracte urinari, així com el fàrmac sulfa antiinflamatòria. Diflufenican, clopyralid, paraquat i diquat són derivats de piridina populars que s'utilitzen com a herbicides.

Anells de 6 amb 2 o més heteroàtoms

Els heterocicles monocíclics d'anells de sis membres de 3 amb heteròtoms 2 de nitrogen (diazines) estan numerats i nomenats com es mostra a continuació.

La hidrazida maleica és un derivat de piridazina utilitzat com a herbicida. Algunes pirazines com l'àcid aspergílic es produeixen de manera natural. Aquí teniu les estructures dels compostos abans esmentats:

L'anell de pirazina és un component de diversos compostos policíclics d'importància industrial i biològica. Els membres importants de la família de la pirazina són feninases, aloxazines i pteridines. Farmacològicament i biològicament, les diazines més importants són pirimidines. La citosina, timina i uracil són 3 de les bases de nucleòtids 5 que constitueixen el codi genètic de l'ARN i l'ADN. A sota hi ha les seves estructures:

La tiamina de la vitamina té un anell de pirimidina i, a més de barbiturats sintètics que inclouen amobarbital, són fàrmacs usats habitualment. La morfolina (parent tetrahidro-1,4-oxazina) es produeix a gran escala per utilitzar-la com a fungicida, inhibidor de la corrosió i un dissolvent. L'anell de morfolina també es troba en la medicació sedativa-hipnòtica trimetozina i alguns fungicides com fenpropimorfo i tridemorfo. Aquí teniu la fórmula estructural de la morfolina:

Anells de 7

A mesura que augmenta la mida de l'anell, la varietat dels compostos que es poden obtenir variant la ubicació, el tipus i la quantitat d'heteroàtoms augmenta enormement. No obstant això, la química dels heterocicles amb anells de membranes 7 o més és menys desenvolupada que la dels compostos heterocíclics de anells 6 i 5.
Els anells d'Oxepine i Azepine són components essencials de diversos productes metabòlics naturals d'organismes i alcaloides marins. El derivat d'azepina conegut com caprolactama es produeix comercialment a granel per a la seva utilització en la fabricació de niló-6 com a intermedi i en la producció de cuir sintètic, recobriments i films.
Els compostos heterocíclics de 7 amb dos o un àtom de nitrogen en el seu anell són unitats estructurals de psicopharmaceuticals àmpliament utilitzats. Prazepina (antidepressiu tricíclic) i tranquilizante diazepam també conegut com valium.

Anells de 8

Exemples de compostos heterocíclics d'aquesta classe inclouen azocà, oxocà i tiocè amb nitrogen, oxigen i sofre com els respectius heteroàtoms. Els seus respectius derivats no saturats són azocina, oxocina i tiocina respectivament.

Anells de 9

Exemples de compostos heterocíclics en aquesta classe inclouen azonà, oxonà i tiocian amb nitrogen, oxigen i sofre, sent els respectius heteroàtoms. Els seus respectius derivats no saturats són l'azonina, l'oxonina i la tionina respectivament.

Usos de compostos heterocíclics

Els heterocicles són útils en diverses àrees de les ciències de la vida i la tecnologia. Com ja hem vist en la nostra discussió, moltes drogues són compostos heterocíclics.

referències

IUPAC Gold Book, compostos heterocíclics. Enllaç:

WH Powell: Revisió del sistema Hantzsch-Widman ampliat de Nomenclatura per a heteromonocicles, a: Aplicació pura Chem.1983, 55, 409-416;

A. Hantzsch, JH Weber: Ueber Verbindungen des Thiazols (Pyridins der Thiophenreihe), a: Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1887, 20, 3118-3132

O. Widman: Zur Nomenclatur der Verbindungen, welche Stickstoffkerne enthalten, a: J. Prakt. Chem. 1888, 38, 185-201;