Heterocyklická sloučenina - Heterocyclic compound

Struktury a názvy běžných heterocyklických sloučenin
Pyridin , heterocyklická sloučenina

Heterocyklická sloučenina nebo kruhová struktura je cyklická sloučenina , která má atomy alespoň dvou různých prvků, jako jsou členy jeho kruhu (kruzích). Heterocyklická chemie je obor organické chemie zabývající se syntézou, vlastnostmi a aplikacemi těchto heterocyklů .

Mezi příklady heterocyklických sloučenin patří všechny nukleové kyseliny, většina léčiv, většina biomasy (celulóza a příbuzné materiály) a mnoho přírodních a syntetických barviv. Více než polovinu známých sloučenin tvoří heterocykly. 59% amerických léků schválených FDA obsahuje dusíkové heterocykly.

Klasifikace

Studium heterocyklické chemie se zaměřuje zejména na nenasycené deriváty a převaha práce a aplikací zahrnuje nevyztužené 5- a 6členné kruhy. Zahrnuty jsou pyridin, thiofen, pyrrol a furan. Další velká třída heterocyklů se týká těch, které jsou fúzovány s benzenovými kruhy. Například kondenzované benzenové deriváty pyridinu, thiofenu, pyrrolu a furanu jsou chinolin, respektive benzothiofen, indol a benzofuran. Fúze dvou benzenových kruhů dává vzniknout třetí velké rodině sloučenin. Analogy dříve zmíněných heterocyklů pro tuto třetí skupinu sloučenin jsou akridin, dibenzothiofen, karbazol, respektive dibenzofuran.

Heterocyklické sloučeniny lze účelně klasifikovat na základě jejich elektronické struktury. Nasycené heterocykly se chovají jako acyklické deriváty. Tak, piperidin a tetrahydrofuran jsou konvenční aminy a ethery, s modifikovanými sterických profilů. Studium heterocyklické chemie se proto zaměřuje na nenasycené kruhy.

Anorganické prsteny

Některé heterocykly neobsahují žádný uhlík. Příklady jsou borazine (B 3 N 3 kruh), hexachlorophosphazenes (P 3 N 3 kruhy), a S 4 N 4 . Ve srovnání s organickými heterocykly, které mají mnoho komerčních aplikací, jsou anorganické kruhové systémy hlavně teoreticky zajímavé. IUPAC pro pojmenování heterocyklických sloučenin doporučuje nomenklaturu Hantzsch-Widman .

Poznámky k seznamům

  • „Heteroatomy“ jsou atomy v kruhu jiné než atomy uhlíku.
  • Některá jména odkazují spíše na třídy sloučenin než na jednotlivé sloučeniny.
  • Rovněž není proveden žádný pokus o zařazení izomerů.

3členné prsteny

Přestože jsou vystaveny kmeni kruhu , jsou 3členné heterocyklické kruhy dobře charakterizovány.

Tříčlenné kruhy s jedním heteroatomem

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Boron Borirane Borirene
Dusík Aziridin Azirine
Kyslík Oxirane ( ethylenoxid , epoxidy ) Oxiren
Fosfor Phosphirane Fosfiren
Síra Thiirane ( epizulfidy ) Thiirene

Tříčlenné kruhy se dvěma heteroatomy

Heteroatomy Nasycený Nenasycené
2 × dusík Diaziridin Diazirin
Dusík + kyslík Oxaziridin
2 × kyslík Dioxirane
(vysoce nestabilní)

4členné prsteny

Čtyřčlenné kruhy s jedním heteroatomem

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Dusík Azetidin Azete
Kyslík Oxetan Oxete
Síra Thietane Thiete

Čtyřčlenné kruhy se dvěma heteroatomy

Heteroatomy Nasycený Nenasycené
2 × dusík Diazetidin Diazete
2 × kyslík Dioxetan Dioxete
2 × Síra Dithietane Dithiete

5členné prsteny

Pětičlenné kruhy s jedním heteroatomem

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Antimon Stibolane Stibole
Arsen Arsolane Konzola
Vizmut Bismolane Bismole
Boron Borolane Borole
Dusík Pyrrolidin („Azolidin“ se nepoužívá) Pyrrol („Azol“ se nepoužívá)
Kyslík Tetrahydrofuran Furan
Fosfor Fosfolan Fosfol
Selen Selenolane Selenofen
Křemík Silacyklopentan Silole
Síra Tetrahydrothiofen Thiofen
Tellurium Tellurophene
Cín Stannolane Stannole

Pětičlenné kruhy se dvěma heteroatomy

Sloučeniny 5-členného kruhu obsahující dva heteroatomy, z nichž alespoň jeden je dusík, se souhrnně nazývají azoly . Thiazoly a isothiazoly obsahují v kruhu atom síry a dusíku. Dithiolany mají dva atomy síry.

Heteroatomy Nasycený Nenasycené (a částečně nenasycené)
2 × dusík Imidazolidin
Pyrazolidin
Imidazol ( imidazolin )
pyrazol ( pyrazolin )
Kyslík + síra Oxathiolidine
Isoxthiolidine
Oxathiol ( Oxathioline )
Isoxathiole
Dusík + kyslík Oxazolidin
Isoxazolidin
Oxazol ( oxazolin )
Isoxazol
Dusík + síra Thiazolidin
Isothiazolidin
Thiazol ( Thiazolin )
Isothiazol
2 × kyslík Dioxolane
2 × síra Dithiolane

Pětičlenné kruhy s alespoň třemi heteroatomy

Existuje také velká skupina 5členných kruhových sloučenin se třemi nebo více heteroatomy. Jedním příkladem je třída dithiazolů , které obsahují dva atomy síry a jeden atom dusíku.

Heteroatomy Nasycený Nenasycené
NNN Triazoly
Č Furazan
Oxadiazol
NNS Thiadiazol
NOO Dioxazol
NSS Dithiazol
NNNN Tetrazol
NNNNO Oxatetrazol
NNNNS Thiatetrazol
NNNNN Pentazol

6členné prsteny

Šestičlenné prsteny s jedním heteroatomem

Jména kurzívou si IUPAC ponechává a neřídí se nantklaturou Hantzsch-Widman
Heteroatom Nasycený Nenasycené Ionty
Antimon Stibinin
Arsen Arsinane Arsinine
Vizmut Bismin
Boron Borinane Borinin Boratabenzenový anion
Germanium Germinane Zárodek
Dusík Piperidin
(Azinan se nepoužívá)
Pyridin
( Azin se nepoužívá)
Pyridiniový kation
Kyslík Oxane Pyran
(2 H - Oxine se nepoužívá)
Pyrylium kation
Fosfor Fosfinan Fosfinin
Selen Selenane Selenopyran Selenopyrylium kation
Křemík Silinane Siline
Síra Thiane Thiopyran
( 2H -thin se nepoužívá)
Thiopyrylium kation
Tellurium Tellurane Telluropyran Telluropyrylium kation
Cín Stanninane Stannine

Šestičlenné kruhy se dvěma heteroatomy

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Dusík / dusík Diazinane Diazine
Kyslík / dusík Morfolin Oxazin
Síra / dusík Thiomorfolin Thiazin
Kyslík / kyslík Dioxan Dioxin
Síra / síra Dithiane Dithiin
Bór / dusík 1,2-dihydro-1,2-azaborin

Šestičlenné kruhy se třemi heteroatomy

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Dusík Triazinan Triazin
Kyslík Trioxan
Síra Trithiane

Šestičlenné kruhy se čtyřmi heteroatomy

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Dusík Tetrazin

Karborazin je šestičlenný kruh se dvěma heteroatomy dusíku a dvěma heteroatomy boru.

Šestičlenné kruhy s pěti heteroatomy

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Dusík Pentazin

Šestičlenné kruhy se šesti heteroatomy

Hypotetickou sloučeninou se šesti dusíkovými heteroatomy by byl hexazin .

Borazin je šestičlenný kruh se třemi heteroatomy dusíku a třemi heteroatomy boru.

7členné prsteny

V 7členném kruhu musí být heteroatom schopen zajistit prázdný π-orbitál (např. Bór), aby byla k dispozici „normální“ aromatická stabilizace; jinak je možná homoaromatičnost . Sloučeniny s jedním heteroatomem zahrnují:

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Boron Borepin
Dusík Azepane Azepine
Kyslík Oxepane Oxepine
Síra Thiepane Thiepine

Mezi ty se dvěma heteroatomy patří:

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Dusík Diazepane Diazepin
Dusík/síra Thiazepin

8členné prsteny

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Dusík Azocane Azocine
Kyslík Oxocane Oxocine
Síra Thiocane Thiocine

Borazocin je osmičlenný kruh se čtyřmi heteroatomy dusíku a čtyřmi heteroatomy boru.

9členné prsteny

Heteroatom Nasycený Nenasycené
Dusík Azonane Azonin
Kyslík Oxonane Oxonin
Síra Thionane Thionine

Obrázky prstenů s jedním heteroatomem

Jména kurzívou si IUPAC ponechává a neřídí se nantklaturou Hantzsch-Widman
Nasycený Nenasycené
Heteroatom Dusík Kyslík Síra Dusík Kyslík Síra
3-atomový prsten Aziridin Oxirane Thiirane Azirine Oxiren Thiirene
Struktura aziridinu Struktura Oxirane Struktura Thiirane Struktura azirinu Struktura oxirenu Struktura Thiirene
4-atomový prsten Azetidin Oxetan Thietane Azete Oxete Thiete
Struktura acetidinu Struktura oxetanu Struktura Thietane Struktura Azete Struktura Oxete Struktura Thiete
5-atomový prsten Pyrrolidin Oxolane Thiolane Pyrrol Furan Thiofen
Struktura pyrrolidinu Struktura oxolanu Struktura Thiolane Struktura Pyrrole Struktura Furanu Struktura thiofenu
6-atomový prsten Piperidin Oxane Thiane Pyridin Pyran Thiopyran
Struktura piperidinu Struktura oxanu Struktura Thiane Struktura pyridinu Struktura Pyranu Struktura thiopyranu
7-atomový prsten Azepane Oxepane Thiepane Azepine Oxepine Thiepine
Struktura Azepane Struktura oxepanu Struktura Thiepane Struktura azepinu Struktura oxepinu Struktura Thiepine
8-atomový prsten Azocane Oxocane Thiocane Azocine Oxocine Thiocine
Struktura Azocane Struktura oxokanu Struktura thiokanu Struktura azocinu Struktura oxocinu Struktura thiocinu
9-atomový prsten Azonane Oxonane Thionane Azonin Oxonin Thionine
Struktura azonanu Struktura oxonanu Struktura thionanu Struktura azoninu Struktura oxoninu Struktura thioninu

Tavené/kondenzované prstence

Heterocyklické kruhové systémy, které jsou formálně odvozeny fúzí s jinými kruhy, buď karbocyklickými nebo heterocyklickými, mají řadu běžných a systematických názvů. Například s benzo-kondenzovanými heterocykly nenasyceného dusíku poskytuje pyrrol indol nebo isoindol v závislosti na orientaci. Analogem pyridinu je chinolin nebo isochinolin . Pro azepin je preferovaným názvem benzazepin . Podobně sloučeniny se dvěma benzenovými kruhy fúzovanými k centrálnímu heterocyklu jsou karbazol , akridin a dibenzoazepin. Thienothiofen jsou fúze dvou thiofenových kruhů. Fosfaphenaleny jsou tricyklický heterocyklický systém obsahující fosfor odvozený od karbocyklového fenalenu .

Historie heterocyklické chemie

Historie heterocyklické chemie začala v roce 1800, v kroku s rozvojem organické chemie . Některé pozoruhodné vývoj:
1818: Brugnatelli izoluje Alloxanem z kyseliny močové
1832: Dobereiner produkuje furfuralu (furan) reakcí škrobu s kyselinou sírovou
1834: Rungeovým získává pyrrolu ( „ohnivé oleje“) suchou destilací kostí
1906: Friedlander syntetizuje indiga barvivo , umožnění syntetické chemii vytlačit velký zemědělský průmysl
1936: Treibs izoluje chlorofylové deriváty ze surové ropy, vysvětluje biologický původ ropy.
1951: Jsou popsána Chargaffova pravidla , která zdůrazňují úlohu heterocyklických sloučenin ( purinů a pyrimidinů ) v genetickém kódu.

Využití

Heterocyklické sloučeniny jsou všudypřítomné v mnoha oblastech věd o živé přírodě a technologie. Mnoho léčiv jsou heterocyklické sloučeniny.

Reference

externí odkazy