Heterociklični spoj

Heterociklički spoj je prstenasta struktura, ciklični spoj koji, kao članove prstena, ima atome najmanje dva različita elementa.[1]Hemija heterocikličnih spojeva je grana organske hemije koja se bavi sintezom, svojstvima i primenom ovog tipa cikličnih spojeva.

Strukture i nazivi najčešćih heterocikličnih spojeva
Piridin je jedan od heterocikličnih spojeva
Ciklo-oktasumporni, homociklični spoj

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,[2] zbog njihove sposobnosti da poboljšavaju topljivost i selektivnost molekule lijeka.

KlasifikacijaUredi

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.[3]

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 prstenoviUredi

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 heteroatomomUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni
Bor Boriran Boriren
Dušik Aziridin Azirin
Kisik Oksiran (etilen-oksid, epoksidi) Oksiren
Fosfor Fosfiran Fosfiren
Sumpor Tiiran (episulfidi) Tiiren

Troprstenasti sa dva heteroatomaUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni
Dušik Diaziridin Diazirin
Dušik/kisik Oksaziridin
Kisik Dioksiran

Četveročlani prstenoviUredi

Četveročlani prstenovi s jednim heteroatomomUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni
Dušik Azetidin Azet
Kisik Oksetan Okset
Sumpor Tietan Tiet

Četveročlani prstenovi s dva heteroatomaUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni
Dušik Diazetidin Diazet
Kisik Dioksetan Diokset
Sumpor Ditietan Ditiet

Petočlani prstenoviUredi

Petočlani prstenovi s jednim heteroatomomUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni
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 Telurofen
Kositar Stanolan Stannol

Petočlani prstenovi s dva heteroatomaUredi

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.

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni (i djelimično nezasićeni)
Dušik/dušik Imidazolidin
Pirazolidin
Imidazol (Imidazolin)
Pirazol (Pirazolin)
Dušik/kisik Oksazolidin
Izoksazolidin
Oksazol (Oksazolin)
Izoksazol
Dušik/sumpor Tiazolidin
Izotiazolidin
Tiazol (Tiazolin)
Izotiazol
Kisik/kisik Dioksolan
Sumpor/sumpor Ditiolan

Petočlani prstenovi s najmanje tri heteroatomaUredi

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 Furazan
Oksadiazol
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 prstenoviUredi

Šesteročlani prstenovi s jednim heteroatomomUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni Ioni
Antimon Stibinin[4]
Arsen Arsinan Arsinin
Bizmut Bizmin[5]
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 kation
Fosfor 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 heteroatomaUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni
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 heteroatomaUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni
Dušik Triazinan Triazin
Kisik Trioksan
Sumpor Tritian

Šesteročlani prstenovi s četiri heteroatomaUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni
Dušik Tetrazin

Šesteročlani prstenovi s pet heteroatomaUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni
Dušik Pentazin

Šesteročlani prstenovi sa šest heteroatomaUredi

Hipotetski spoj sa šest dušikovih heteroatoma bio bi heksazin.

Borazin je šesteročlani prsten s tri dušikova heteroatoma i tri borna heteroatoma.

Sedmeročlani prstenoviUredi

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 Nezasićeni
Bor Borepin
Dušik Azepan Azepin
Kisik Oksepan Oksepin
Sumpor Tiepan Tiepin

Oni sa dva heteroatoma obuhvataju:

Heteroatom Zasićeni Nezasičeni
Nitrogen Diazepan Diazepin
Dušik/sumpor Tiazepin

Osmočlani prstenoviUredi

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 prstenoviUredi

Heteroatom Zasićeni Nezasićeni
Dušik Azonan Azonin
Kisik Oksonan Oksonin
Sumpor Tionan Tionin

SlikeUredi

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
           
4-Atomski prsten Azetidin Oksetan Tietan Azet Okset Tiet
           
5-Atomomski prsten Pirolidin Oksolan Tiolan Pirol Furan Tiofen
           
6-Atomski prsten Piperidin Oksan Tian Piridin Piran Tiopiran
           
7-Atomski prsten Azepan Oksepan Tiepan Azepin Oksepin Tiepin
           
8-Atomski prsten Azokan Oksokan Tiokan Azokin Oksokin Tiokin
           
9-Atomski prsten Azonan Oksonan Tionan Azonin Oksonin Tionin
           

Spojeni prstenoviUredi

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 heterocikličmih spojevaUredi

Historijat hemije heterociklinih spojeva počinje 1800-ih, ukorak s razvojem organske hemije. Neki važni događaji:[6];

UpotrebaUredi

Heterociklički spojevi su široko rasprostranjeni u mnogim područjima nauka o životu i tehnologije.[7] Many drugs are heterocyclic compounds.[8]

ReferenceUredi

  1. ^ IUPAC Gold Bookheterocyclic compounds
  2. ^ Edon Vitaku, David T. Smith, Jon T. Njardarson (2014). "Analysis of the Structural Diversity, Substitution Patterns, and Frequency of Nitrogen Heterocycles among U.S. FDA Approved Pharmaceuticals". J. Med. Chem. 57: 10257-10274. doi:10.1021/jm501100b. PMID 25255204.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  3. ^ Šablon:GoldBookRef
  4. ^ "Stibinin". chemspider. Royal Society of Chemistry. Pristupljeno 11 June 2018. CS1 održavanje: nepreporučeni parametar (link)
  5. ^ "Bismin". ChemSpider. Royal Society of Chemistry. Pristupljeno 11 June 2018. CS1 održavanje: nepreporučeni parametar (link)
  6. ^ Campaigne, E. (1986). "Adrien Albert and the rationalization of heterocyclic chemistry". Journal of Chemical Education. 63 (10): 860. doi:10.1021/ed063p860.
  7. ^ Thomas L. Gilchrist "Heterocyclic Chemistry" 3rd ed. Addison Wesley: Essex, England, 1997. 414 pp. ISBN 0-582-27843-0.
  8. ^ "IPEXL.com Multilingual Patent Search, Patent Ranking". www.ipexl.com.

Vanjski linkoviUredi