Heterocyklická sloučenina - Heterocyclic compound

struktury a názvy běžných heterocyklických sloučenin

Pyridin, heterocyklická sloučenina

cyklo-Oktasulfur, homocyklická sloučenina

A heterocyklická sloučenina nebo prstencová struktura je cyklická sloučenina který má atomy alespoň dvou různých elementy jako členové jejích kruhů.^[1] Heterocyklická chemie je pobočkou organická chemie zabývající se jejich syntézou, vlastnostmi a aplikacemi heterocykly.^[2]

Příklady heterocyklických sloučenin zahrnují všechny nukleové kyseliny, většinu léčiv, většinu biomasy (celulóza a příbuzné materiály) a mnoho přírodních a syntetických barviv. 59% amerických léků schválených FDA obsahuje heterocykly dusíku,^[3] díky své schopnosti zlepšit rozpustnost a selektivitu molekuly léčiva.

Klasifikace

Ačkoli heterocyklické chemické sloučeniny mohou být anorganické sloučeniny nebo organické sloučeniny, většina obsahuje alespoň jeden uhlík. Zatímco atomy, které nejsou ani uhlíkem, ani vodíkem, se v organické chemii běžně označují jako heteroatomy, obvykle je to ve srovnání s páteřní sítí obsahující všechny uhlíky. To ale nebrání tomu, aby sloučenina, jako je borazin (který nemá žádné atomy uhlíku), byla označena jako „heterocyklická“. IUPAC doporučuje Hantzsch-Widmanova nomenklatura pro pojmenování heterocyklických sloučenin.^[4]

Heterocyklické sloučeniny lze užitečně klasifikovat na základě jejich elektronické struktury. Nasycené heterocykly se chovají jako acyklické deriváty. Piperidin a tetrahydrofuran jsou tedy obvyklé aminy a ethery s modifikovanými stérickými profily. Studium heterocyklické chemie se proto zaměřuje zejména na nenasycené deriváty a převaha práce a aplikací zahrnuje neomezené 5- a 6-členné kruhy. Zahrnuty jsou pyridin, thiofen, pyrrol a furan. Další velká třída heterocyklů se týká heterocyklů kondenzovaných s benzenovými kruhy. Například kondenzované benzenové analogy pyridinu, thiofenu, pyrrolu a furanu jsou chinolin, benzothiofen, indol a benzofuran. Fúze dvou benzenových kruhů vede ke třetí velké skupině sloučenin. Analogy výše zmíněných heterocyklů pro tuto třetí skupinu sloučenin jsou akridin, dibenzothiofen, karbazol a dibenzofuran. Nenasycené kruhy lze klasifikovat podle účasti heteroatomu v konjugovaném systému pí.

3-členné kruhy

Heterocykly se třemi atomy v kruhu mají vyšší energii a jsou reaktivnější napětí v kruhu. Ty, které obsahují jeden heteroatom, jsou obecně stabilní. U osob se dvěma heteroatomy je větší pravděpodobnost, že se vyskytnou jako reaktivní meziprodukty. Úhly vazby C-X-C (kde X je heteroatom) v oxiranech a aziridinách jsou velmi blízké 60 ° a okrajové vazebné úhly H-C-H jsou blízké 180 °.^{[Citace je zapotřebí ]}

Tříčlenné prsteny s jeden heteroatom

Tříčlenné prsteny s dva heteroatomy

Čtyřčlenné kroužky

Čtyřčlenné prsteny s jeden heteroatom

Čtyřčlenné prsteny s dva heteroatomy

5-členné kruhy

Pětičlenné prsteny s jeden heteroatom

Pětičlenné prsteny s dva heteroatomy

5členné kruhové sloučeniny obsahující dva heteroatomy, z nichž alespoň jeden je dusík, se souhrnně nazývají azoly. Thiazoly a isothiazoly obsahují atom síry a dusíku v kruhu. Dithiolany mít dva atomy síry.

Pětičlenné kruhy s minimem tři heteroatomy

Velká skupina 5-členných kruhových sloučenin s tři nebo více heteroatomů také existuje. Jedním příkladem je třída dithiazoly, které obsahují dva atomy síry a jeden atom dusíku.

Šestičlenné kroužky

Šestičlenné prsteny s jeden heteroatom

Šestičlenné prsteny s dva heteroatomy

Šestičlenné prsteny s tři heteroatomy

Šestičlenné prsteny s čtyři heteroatomy

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

Šestičlenné kruhy s pěti heteroatomy

Šestičlenné kruhy se šesti heteroatomy

Hypotetická sloučenina se šesti heteroatomy dusíku by byla hexazin.

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

7-členné kruhy

U 7-členných kruhů musí být heteroatom schopen poskytnout prázdný pi orbitál (např. Bor), aby byla k dispozici „normální“ aromatická stabilizace; v opačném případě, homoaromaticita může být možné. Sloučeniny s jedním heteroatomem zahrnují:

Mezi ty, kteří mají dva heteroatomy, patří:

8-členné kruhy

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

9-členné kruhy

snímky

Názvy psané kurzívou jsou zachovány IUPAC a nenásledují Hantzsch-Widmanova nomenklatura

	Nasycený			Nenasycený
Heteroatom	Dusík	Kyslík	Síra	Dusík	Kyslík	Síra
3-atomový prsten	Aziridin	Oxirane	Thiirane	Azirin	Oxiren	Thiirene
Prsten se 4 atomy	Azetidin	Oxetan	Thietane	Azete	Oxete	Thiete
5-atomový prsten	Pyrrolidin	Oxolane	Thiolane	Pyrrol	Furan	Thiofen
6-atomový prsten	Piperidin	Oxan	Thiane	Pyridin	Pyran	Thiopyran
7-atomový prsten	Azepane	Oxepan	Thiepane	Azepin	Oxepin	Thiepine
8-atomový prsten	Azocane	Oxokan	Thiocane	Azocine	Oxocin	Thiocine
9-atomový prsten	Azonan	Oxonan	Thionan	Azonin	Oxonin	Thionin

Tavené kroužky

Heterocyklické kruhové systémy, které jsou formálně odvozeny fúzí s jinými kruhy karbocyklický nebo heterocyklické, mají řadu obecných a systematických jmen. Například s benzo-kondenzovanými nenasycenými dusíkovými heterocykly poskytuje pyrrol indol nebo isoindol v závislosti na orientaci. Pyridinový analog je chinolin nebo isochinolin. U azepinu benzazepin je upřednostňovaný název. Podobně sloučeniny se dvěma benzenovými kruhy fúzovanými s centrálním heterocyklem jsou karbazol, akridin a dibenzoazepin. Thienothiofen jsou fúze dvou thiofenových kruhů. Fosfafenaleny jsou heterocyklický systém obsahující tricyklický fosfor odvozený od karbocyklu fenalen.

Historie heterocyklické chemie

Historie heterocyklické chemie začala v roce 1800, v kroku s vývojem organická chemie. Některé pozoruhodné události:^[7]
1818: Brugnatelli izoluje alloxan z kyselina močová
1832: Dobereiner vyrábí furfural (furan) ošetřením škrob s kyselina sírová
1834: Runge získává pyrrol („ohnivý olej“) suchou destilací kostí
1906: Friedlander syntetizuje indigo barvivo, což umožňuje syntetické chemii vytlačit velký zemědělský průmysl
1936: Treibové izoluje chlorofylové deriváty ze surové ropy, což vysvětluje biologický původ ropy.
1951: Chargaffova pravidla jsou zdůrazněny role heterocyklických sloučenin (puriny a pyrimidiny ) v genetickém kódu.

Použití

Heterocyklické sloučeniny jsou všudypřítomné v mnoha oblastech biologických věd a technologií.^[2] Mnoho léků jsou heterocyklické sloučeniny.^[8]

Reference

externí odkazy

• Hantzsch-Widmanova nomenklatura, IUPAC
• Heterocyklické aminy ve vařeném masu, USA CDC
• Seznam známých a pravděpodobných karcinogenů, Americká rakovinová společnost
• Seznam známých karcinogenů ve státě Kalifornie, Tvrzení 65 (komplexnější)