Blog

Heterociclos mais influentes do mundo

Heterociclos mais influentes do mundo

Compostos heterocíclicos

Um composto heterocíclico, também conhecido como estrutura de anel, é basicamente um composto que contém átomos de dois elementos distintos como membros de seus anéis / anéis. Os compostos heterocíclicos constituem provavelmente o mais variado e mais substancial número da família de compostos orgânicos.

Independentemente da funcionalidade e estrutura, cada composto carbocíclico pode ser convertido em vários análogos heterocíclicos, substituindo apenas um ou mais átomos do anel de carbono por um elemento diferente. Como resultado, os heterociclos ofereceram uma plataforma para o intercâmbio de pesquisas em várias áreas, incluindo mas não se limitando a química farmacêutica, medicinal, analítica e orgânica de compostos heterocíclicos.

Os principais exemplos de compostos heterocíclicos são a maioria dos fármacos, ácidos nucleicos, a maioria dos corantes sintéticos e naturais e a maioria da biomassa, como celulose e materiais relacionados.

Classificação

Embora compostos heterocíclicos possam ser compostos orgânicos ou inorgânicos, a maioria tem pelo menos um carbono. Esses compostos podem ser classificados de acordo com sua estrutura eletrônica. Compostos heterocíclicos saturados comportam-se da mesma maneira que os derivados acíclicos. Como resultado, o tetra-hidrofurano e a piperidina são éteres convencionais e aminas com perfis estereoquimicos modificados.

O estudo da química heterocíclica, portanto, concentra-se principalmente em derivados insaturados e as aplicações envolvem anéis não restritos de cinco e seis membros. Isso inclui furano, pirrole, tiofeno e piridina. A próxima classe grande de compostos heterocíclicos é fundida a anéis de benzeno, que para furano, pirrole, tiofeno e piridina são benzofurano, indol, benzotiofeno e quinolina, respectivamente. Se dois anéis de benzeno são fundidos, isso resulta em outra grande família de compostos, que são dibenzofurano, carbazol, dibenzotiofeno e aridina. Anéis insaturados podem ser classificados com base na participação de um heteroátomo no sistema pi, sistema conjugado.

Preparação e reações

Anéis com membros 3

Compostos heterocíclicos com três átomos em um anel são muito mais reativos como cortesia da cepa anelar. Heterociclos contendo um heteroátomo são geralmente estáveis. Os que contêm dois heteroátomos ocorrem, em geral, como intermediários reativos.

Os oxiranos, também conhecidos como epóxidos, são os heterociclos mais comuns dos membros 3. Os oxiranos são preparados pela reação de perácidos com alcenos, com boa estereoespecificidade. Os oxiranos são mais reativos que os éteres insaturados, cortesia da alta tensão angular do anel de membros 3. As reações de adição que ocorrem por uma abertura nucleofílica e eletrofílica do anel são a classe de reação mais geral.

Uma reação deste tipo está envolvida na ação farmacológica dos mostardos de nitrogênio, que está entre as primeiras drogas anticâncer desenvolvidas. Encerramento do anel intramolecular, como no caso do agente anticanceroso, a mecloretamina forma um ião azirídio intermediário. O agente biologicamente activo formado ataca células em proliferação, incluindo células cancerígenas, através da inibição da sua replicação de ADN. Mostardas de nitrogênio também têm sido usadas como agentes anticancerígenos.

Comercialmente a aziridina e o oxirano são químicos industriais essenciais a granel. Na produção em escala maciça de oxirano, o etileno é diretamente reagido com oxigênio. A reação química, que é a mais característica destes anéis de membros 3, é que eles são suscetíveis ao ataque de reagentes nucleofílicos para abrir o anel como mostrado abaixo:

Os três membros mais comuns compostos heterocíclicos com um heteroátomo incluem:

Saturado Insaturado
Thirene (episulfidos) Thiirene
Fosfirano Fosf fosene
Epóxidos (oxirano, óxido de etileno) Oxireno
Aziridina Azirino
Borirane Borireno

Os compostos heterocíclicos de três membros mais comuns com dois heteroátomos incluem Diaziridina como um derivado saturado e Diazirina como um derivado insaturado, bem como Dioxirano e Oxaziridina.

Anéis com quatro membros

Vários métodos de preparação de heterociclos de anéis com membros 4 são mostrados no diagrama abaixo. O processo de reagir uma amina, tiol ou 3-halo com uma base é tipicamente eficaz, mas com rendimentos medíocres. A dimerização e a eliminação são reações colaterais típicas. Outras funções também podem competir na reação.

No primeiro exemplo, a ciclização para um oxirano compete sempre com a formação de tietano, mas a maior nucleofilia domina especialmente se se usa uma base fraca.

No segundo exemplo, a formação de azetidina e aziridina é possível, mas apenas a última é vista. O exemplo número quatro mostra que essa abordagem para a formação da azetidina funciona bem se não houver competição.

No terceiro exemplo, a configuração rígida do substrato favorece a formação de oxetano e impede a ciclização do oxirano. Nos exemplos 5 e 6, as fotociclizações Paterno-Buchi são especialmente adequadas para a formação de oxetano.

Métodos de preparação de anéis heterociclos de membros 4

Reações

Reações de membros com 4 compostos heterocíclicos também demonstra influência da deformação do anel. O diagrama a seguir mostra alguns exemplos. A catálise ácida é uma característica típica de várias reações de abertura de anel demonstradas nos exemplos 1,2 e 3a. Na reação 2 do tietano, o enxofre sofre cloração eletrofílica levando à formação do intermediário clorossulfônio e à substituição do íon cloreto de abertura do anel. Na reação 3b, nucleófilos fortes também são vistos para abrir o éter coado. As reações de clivagem de beta-lactonas podem ocorrer por troca de acila catalisada por ácido, como visto em 4a. Pode também ocorrer por ruptura de alquil-O por nucleófilos como em 4b.

O número do exemplo 6 mostra um interessante fenômeno de rearranjo intramolecular do orto-éster. A reação 6 mostra a clivagem de beta-lactama da penicilina G, que explica a reação de acilação aprimorada do sistema de anéis fundidos.

Exemplos de reações de compostos heterocíclicos de membros 4

O mais útil compostos heterocíclicos com anéis de membros 4 existem duas séries de antibióticos, as cefalosporinas e penicilinas. As duas séries contêm anel azetidinona que também é conhecido como anel beta-lactâmico.
Muitos oxetanos estão sob investigação como agentes antivirais, anticâncer, antiinflamatórios e antifúngicos. As oxetanonas, por outro lado, são aplicadas principalmente na agricultura como bactericidas, fungicidas e herbicidas e na fabricação de polímeros.
O tietano pai foi encontrado no óleo de xisto, enquanto seus derivados odoríferos funcionam como marcadores de odor para doninhas, furões e martas europeus. Os tietanos são aplicados como fungicidas e bactericidas na tinta, como inibidores da corrosão do ferro e na fabricação de polímeros.

Compostos de anéis de quatro membros com um único heteroátomo

Heteroatom Saturado Insaturado

Heteroatom Saturado Insaturado
Enxofre Thietane Azete
Oxigênio Oxetano Oxete
azoto Azetidina Azete

Compostos de anéis de quatro membros com dois heteroátomos

Heteroatom Saturado Insaturado
Enxofre Ditietano Dithiete
Oxigênio Dioxetano Dioxete
azoto Diazetidina Diazete

Anéis com membros 5 com um único heteroátomo

Tiofeno, furano e pirrole são os compostos aromáticos parentes de heterociclos de anéis de membros 5. Aqui estão suas estruturas:

Os derivados saturados de tiofeno, furano e pirrole são tiofano, tetrahidrofurano e pirrolidina, respectivamente. Compostos bicíclicos feitos de anel de tiofeno, furano ou pirrole fundido a um anel de benzeno são conhecidos como benzotiofeno, benzofurano, isoindole (ou indole) respectivamente.
O pirrole do heterociclo do nitrogênio ocorre tipicamente no óleo de osso que é formado pela decomposição das proteínas com o aquecimento forte. Os anéis de pirrol são encontrados nos aminoácidos, como hidroxiprolina e prolina, que são componentes de várias proteínas presentes em altas concentrações na proteína estrutural de ligamentos, tendões, pele, ossos e colágeno.
Derivados de pirrole são encontrados nos alcalóides. A nicotina é o pirrol mais conhecido que contém alcalóides. A hemoglobina, a mioglobina, a vitamina B12 e as clorofilas são todas formadas pela união de quatro unidades de pirrol em um sistema de anel grande chamado porfirina, como o da clorofila B demonstrada abaixo.

Os pigmentos biliares são formados através da decomposição do anel de porfirina e possuem uma cadeia de anéis de pirrole 4.
Preparação de heterociclos do anel com membros 5
A preparação industrial do furano prossegue como mostrado abaixo pelo modo de aldeído, furfural, que é gerado a partir de pentoses que contém matérias-primas como espigas de milho. Preparações semelhantes de tiofeno e pirrol são mostradas na segunda linha de equações.
A terceira linha da equação 1 demonstra a preparação geral de tiofenos substituídos, pirroles, furanos de compostos 1,4-dicarbonil. Muitas outras reações que levaram à formação de heterociclos substituídos deste tipo foram iniciadas. Dois destes procedimentos foram mostrados na segunda e terceira reação. O furano é reduzido por hidrogenação catalisada por paládio a tetra-hidrofurano. Este éter cíclico é um solvente valioso que pode não só ser convertido em 4-haloalquilsulfonatos mas também 1,4-dihalobutanos que podem ser utilizados para preparar tiolano e pirrolidina.

Compostos de anéis de cinco membros com um único heteroátomo

Heteroatom Insaturado Saturado
Antimônio Stibole Stibolane
Arsênico Arsole Arsolane
bismuto Bismole Bismolano
Boro Borole Borolane
azoto Pyrrole Pirrolidina
Oxigênio Furano Tetraidrofurano

Anéis de membros 5 com heteroátomos 2

Os compostos de anel de cinco membros contendo heteroátomos 2 e pelo menos um dos heteroátomos é Nitrogênio, são conhecidos como azóis. Isothiazoles e tiazoles têm um átomo de nitrogênio e enxofre no anel. Compostos com dois átomos de enxofre são conhecidos como ditiolanos.

Heteroatom Insaturados (e parcialmente insaturados) Saturado
azoto

/azoto

Pirazole (pirazolina)

Imidazole (Imidazolina)

Pirazolidina

Imidazolidina

Nitrogênio / oxigênio Isoxazol

Oxazolina (oxazole)

Isoxazolidina

oxazolidina

Nitrogênio / enxofre Isotiazol

Tiazolina (tiazole)

Isotiazolidina

Tiazolidina

Oxigênio / oxigênio Dioxolano
Enxofre / Enxofre Ditiolano

Alguns pirazolos ocorrem naturalmente. Os compostos desta classe são preparados reagindo 1,3-dicetonas com hidrazinas. A maioria dos compostos de pirazole sintético é usada como medicamento e corantes. Incluem aminopirina analgésica redutora da febre, fenibutazona usada no tratamento da artrite, corante fibroso e corante alimentar amarelo, e maioria dos corantes usados ​​na fotografia colorida como agentes sensibilizantes.

Anéis de membros 5 com heteroátomos 3

Existe também um grande grupo de compostos de anel de cinco membros com pelo menos heteroátomos 3. Um exemplo de tais compostos são os ditiazoles que contêm um átomo de azoto e dois enxofre.

Anéis com membros 6 com heteroatom 1

A nomenclatura utilizada em compostos de anel com membros 6 contendo azoto monocíclico está aqui abaixo. Posições no anel para piridina são mostradas, algarismos arábicos são mais preferidos para letras gregas, embora ambos os sistemas sejam usados. As piridonas são compostos aromáticos, cortesia das contribuições para o híbrido de ressonância das formas de ressonância carregadas, como demonstrado para a 4-piridona.

Duas principais coenzimas envolvidas em várias reações metabólicas cruciais nas células, NAD (também conhecida como coenzima 1) e NADP (também conhecida como coenzima II), são derivadas da nicotinamida.
A maioria dos alcalóides contém uma estrutura de anel de piperidina ou piridina, entre eles a piperina (que constitui um dos conteúdos de sabor forte da pimenta preta e branca) e a nicotina. Suas estruturas são mostradas abaixo.

A piridina, que uma vez foi extraída do alcatrão de carvão, mas é agora preparada cataliticamente a partir do amoníaco e do álcool tetrahidrofurfurílico, é um intermediário e solvente cruciais utilizados para fabricar outros compostos. Vinilpiridinas são blocos de construção de monômero cruciais de plásticos, e piridina totalmente saturada de piperidina são usados ​​como matéria-prima química e processamento de borracha.

Piridinas Farmacêuticas Úteis

Piridinas farmaceuticamente eis incluem a hidrazida do ido isonicotico (tuberculostato isoniazida), o fmaco anti-vus da Aids conhecido como nevirapina, nicorandil-avasodilatador utilizado para controlar a angina, fenazopiridina - o analgico do tracto urinio bem como o fmaco anti-inflamatio sulfa. Diflufenican, clopyralid, paraquat e diquat são derivados de piridina populares que são usados ​​como herbicidas.

Anéis com membros 6 com 2 ou mais heteroátomos

Os heterociclos de anéis monocíclicos de seis membros 3 com heteroátomos de nitrogênio 2 (diazinas) são numerados e nomeados como mostrado abaixo.

A hidrazida maleica é um derivado da piridazina usado como herbicida. Algumas pirazinas, como o ácido aspergílico, ocorrem naturalmente. Aqui estão as estruturas dos compostos acima mencionados:

O anel de pirazina é um componente de vários compostos policíclicos de importância industrial e biológica. Membros importantes da família da pirazina são fenazinas, aloxazinas e pteridinas. Farmacologicamente e biologicamente, as diazinas mais importantes são as pirimidinas. A citosina, a timina e o uracilo são os 3 das bases nucleotídicas 5 que constituem o código genético no ARN e no ADN. Abaixo estão suas estruturas:

A vitamina tiamina tem um anel de pirimidina e, além de barbitúricos sintéticos, incluindo o amobarbital são drogas comumente usadas. A morfolina (tetrahidro-1,4-oxazina parental) é produzida em larga escala para uso como fungicida, inibidor de corrosão e solvente. Anel de morfolina também é encontrado na droga sedativo-hipnótica trimetozina e alguns fungicidas como fenpropimorph e tridemorph. Aqui está a fórmula estrutural da morfolina:

Anéis com membros 7

À medida que o tamanho do anel aumenta, a variedade dos compostos que podem ser obtidos pela variação da localização, tipo e número de heteroátomos aumenta enormemente. Contudo, a química de heterociclos com anéis de membros 7 ou mais é menos desenvolvida do que a de compostos heterocíclicos de anel 6 e de membros 5.
Os anéis de oxepina e azepina são constituintes cruciais de vários produtos metabólicos que ocorrem naturalmente em organismos marinhos e alcalóides. O derivado da azepina conhecido como caprolactama é comercialmente produzido a granel para uso na fabricação de nylon-6 como intermediário e na produção de couro sintético, revestimentos e filmes.
Os compostos heterocíclicos de membros 7 com dois ou um átomo de azoto no seu anel são unidades estruturais de psicofármacos largamente utilizados, a Prazepine (antidepressivo tricíclico) e o diazepam tranquilizante, também conhecido como valium.

Anéis com membros 8

Exemplos de compostos heterocíclicos nesta classe incluem azocano, oxocano e tiocano, sendo Nitrogénio, oxigénio e enxofre os respectivos heteroátomos. Seus respectivos derivados insaturados são azocine, oxocine e thiocine respectivamente.

Anéis com membros 9

Exemplos de compostos heterocíclicos nesta classe incluem azonano, oxonano e tionano com azoto, oxigénio e enxofre sendo os respectivos heteroátomos. Seus respectivos derivados insaturados são azonina, oxonina e tionina, respectivamente.

Usos de compostos heterocíclicos

Os heterociclos são úteis em várias áreas das ciências da vida e da tecnologia. Como já vimos em nossa discussão, muitas drogas são compostos heterocíclicos.

caso

IUPAC Gold Book, compostos heterocíclicos. Ligação:

WH Powell: Revisão do extenso sistema Hantzsch-Widman de nomenclatura para heteromonocicios, em: Aplicação pura Chem.1983, 55, 409 – 416;

A. Hantzsch, JH Weber: Ueber Verbindungen des Thiazols (Pyridins der Thiophenreihe), em: Ber. Dtsch Chem. Ges. 1887, 203118-3132

O. Widman: Zur Nomenclatur der Verbindungen, bem-vindo Stickstoffkerne enthalten, em: J. Prakt. Chem. 1888, 38, 185 – 201;