Composto heterocíclico

miniatura|180px|Ciclo-octaxofre, un composto homocíclico.

Un composto heterocíclico é un composto cíclico no que os átomos situados nos vértices do seu anel (membros do anel) son de polo menos dous elementos químicos distintos.IUPAC Gold Book heterocyclic compounds A química heterocíclica é a rama da química que estuda a síntese, propiedades e aplicacións destes heterociclos. A diferenza dos heterociclos, os compostos nos que os átomos membros do anel son todos do mesmo elemento químico denomínanse compostos homocíclicos.IUPAC Goldbook homocyclic compounds

Aínda que os compostos heterocíclicos poden ser inorgánicos, a maioría deles conteñen polo menos un carbono no anel. Os átomos que non son de carbono ou hidróxeno denomínanse normalmente en química orgánica heteroátomos, mais isto é xeralmente en comparación cunha cadea feita só por carbonos. Isto non impide que un composto como a borazina (que non ten ningún átomo de carbono) sexa denominado tamén "heterocíclico". A IUPAC recomenda usar a nomenclatura de Hantzsch-Widman para nomear os compostos heterocíclicos.

Os compostos heterocíclicos poden ser saturados, insaturados, aromáticos ou non aromáticos:

 Clasificación baseada na estrutura electrónica 
Resulta útil clasificar os compostos heterocíclicos atendendo á súa estrutura electrónica. Os heterociclos saturados compórtanse como derivados acíclicos. Así, a piperidina e o  tetrahidrofurano son aminas e éteres convencionais, con perfís estéricos modificados. Por tanto, o estudo da química heterocíclica céntrase especialmente nos derivados insaturados, e a maioría dos traballos e aplicacións implican aneis de 5 e 6 membros sen tensión. Están incluídos a piridina, o tiofeno, o pirrol e o furano. Outra importante clase de heterociclos é a dos que están fusionados con aneis de benceno, os cales coa piridina, tiofeno, pirrol e furano forman quinolinas, benzotiofenos, indois, e benzofuranos, respectivamente. A fusión de dous aneis bencénicos dá lugar a unha terceira gran familia de compostos, que son, respectivamente, acridina, dibenzotiofeno, carbazol, e dibenzofurano. Os aneis insaturados poden clasificarse segundo a participación do heteroátomo no sistema pi.

 Aneis de 3 membros 
Os heterociclos con tres átomos no anel son máis reactivos debido á tensión de anel. Os que teñen un heteroátomo son, en xeral, estables. Os que teñen dous heteroátomos é máis probable que aparezan como intermediarios reactivos.
Heterociclos de tres membros comúns que teñen un só heteroátomo son:

HeteroátomoSaturadoInsaturado Nitróxeno Aziridina Azirina Oxíxeno Oxirano (óxido de etileno, epóxidos) Oxireno Xofre Tiirano (episulfuros) Tiireno

Entre os que teñen dous heteroátomos están:

 Heteroátomo Saturado Insaturado Nitróxeno Diazirina Nitróxeno/oxíxeno Oxaziridina Oxíxeno Dioxirano

 Aneis de 4 membros 
miniatura|dereita|100px|Oxeto.
miniatura|dereita|100px|Oxetonio (como catión).
miniatura|dereita|100px|Tieto.
miniatura|dereita|100px|Tietonio (como catión).
Compostos que posúen un heteroátomo:

 Heteroátomo Saturado Insaturado Nitróxeno Azetidina Azeto Oxíxeno Oxetano Oxetonio (como catión; oxeto) Xofre Tietano Tietonio (como catión; tieto)

Compostos con dous heteroátomos:

 Heteroátomo Saturado Insaturado Nitróxeno Diazetidina Oxíxeno Dioxetano Dioxeto Xofre Dihietano Ditieto

 Aneis de 5 membros 
Con heterociclos de 5 átomos, o composto insaturado é frecuentemente máis estable debido á aromaticidade. Os nomes en cursiva son mantidos pola IUPAC a pesar de que non seguen a nomenclatura de Hantzsch-Widman.

Aneis de 5 membros que presentan un heteroátomo:

 Heteroátomo Saturado Insaturado Nitróxeno Pirrolidina (Azolidina non se usa) Pirrol (Azol non se usa) Oxíxeno Tetrahidrofurano (Oxolano é raro) Furano (Oxol non se usa) Xofre Tiolano Tiofeno (Tiol non se usa) Boro Borolano Borol Fósforo Fosfolano Fosfol Arsénico Arsolano Arsol Antimonio Estibolano Estibol Bismuto Bismolano Bismol Silicio Silolano Silol Estaño Estannolano Estannol

Os compostos cun anel de 5 membros que conteñen dous heteroátomos, polo menos un dos cales é nitróxeno; denomínanse en conxunto azois. Os tiazois e isotiazois conteñen un átomo de xofre e outro de nitróxeno no anel. Os ditiolanos teñen dous átomos de xofre.

Heteroátomo Saturado Insaturado (e parcialmente insaturado) Nitróxeno/nitróxeno Imidazolidina Pirazolidina Imidazol (Imidazolina)Pirazol (Pirazolina) Nitróxeno/oxíxeno OxazolidinaIsoxazolidina Oxazol (Oxazolina)Isoxazol Nitróxeno/xofre TiazolidinaIsotiazolidina Tiazol (Tiazolina)Isotiazol Oxíxeno/oxíxeno Dioxolano Xofre/xofre Ditiolano

Existe tamén un gran grupo de compostos de aneis de 5 membros con tres heteroátomos. Un exemplo son os ditiazois que conteñen dous xofres e un nitróxeno.

 Heteroátomo Saturado Insaturado 3 × Nitróxeno Triazois 2 × Nitróxeno / 1 × oxíxeno  FurazanoOxadiazol 2 × Nitróxeno / 1 × xofre  Tiadiazol 1 × Nitróxeno / 2 × xofre Ditiazol

Compostos con aneis de 5 membros e catro heteroátomos son:

 Heteroátomo Saturado Insaturado 4 × Nitróxeno Tetrazol

Con cinco heteroátomos, o composto pode ser considerado inorgánico en vez de heterocíclico. O pentazol é o composto insaturado con todos os heteroátomos nitróxenos.

 Aneis de 6 membros 
miniatura|dereita|100px|Pirano.
miniatura|dereita|100px|Pirilio (cmo catión).
miniatura|dereita|100px|Tiopirano.
miniatura|dereita|100px|Tiopirilio (como catión).
Os aneis de 6 membros que teñen un só heteroátomo son (os nomes en cursiva son mantidos pola IUPAC a pesar de que non seguen a nomenclatura de Hantzsch-Widman):

 Heteroátomo Saturado Insaturado Nitróxeno Piperidina (Azinano non se usa) Piridina (Azina non se usa) Oxíxeno Oxano Pirano (ou pirilio como catión; 2H-Oxina ou oxinio non se usan) Xofre Tiano Tiopirano (ou tiopirilio como catión; 2H-Tiina ou tiinio non se usan) Silicio Salinano Silina Xermanio Xerminano Xermina Estaño Estanninano Estannina Boro Borinano Borinina Fósforo Fosfinano Fosfinina Arsénico Arsinano Arsinina

Con dous heteroátomos:

 Heteroátomo Saturatdo Insaturado Nitróxeno / nitróxeno Piperazina Diazinas Oxíxeno / nitróxeno Morfolino Oxazina Xofre / nitróxeno Tiomorfolino Tiazina Oxíxeno / oxíxeno Dioxano Dioxina Xofre / xofre Ditiano Ditiina

Con tres heteroátomos:

 Heteroátomo Saturatdo Insaturado Nitróxeno Triazina Oxíxeno Trioxano Xofre Tritiano

Con catro heteroátomos:

 Heteroátomo Saturado Insaturado Nitróxeno Tetrazina

O composto hipotético con seis heteroátomos de nitróxeno sería a hexazina.

 Aneis de 7 membros 
Con aneis de 7 membros, o heteroátomo debe poder proporcionar un orbital pi baleiro (por exemplo, o boro) para que poida haber unha estabilización aromática "normal"; doutro modo, pode ser posible a homoaromaticidade. Entre os compostos cun só heteroátomo están:

 Heteroátomo Saturatdo Insaturado Nitróxeno Azepano AzepinaOxíxeno Oxepano OxepinaXofre Tiepano Tiepina

Entre os que teñen dous heteroátomos están:

 Heteroátomo Saturado Insaturado Nitróxeno Homopiperazina Diazepina Nitróxeno/xofre  Tiazepina

 Aneis de 8 membros 
 Heteroátomo Saturado Insaturado Nitróxeno Azocano AzocinaXofre

 Imaxes e nomenclatura 

Os heterociclos de 3 a 10 membros noméanse pola nomenclatura de Hantzsch-Widman ampliada; a cal, foi adoptada pola IUPAC como sistema recomendado de nomenclatura desde 1957.
  Heterociclos saturados  Heterociclos completamente insaturados Heteroátomo  Nitróxeno  Oxíxeno  Xofre  Nitróxeno  Oxíxeno  Xofre Ciclos de 3 compoñentes Nome IUPAC Aziridina  Oxirano  Tiirano  Azirina  Oxireno  Tiireno Nome común etilenamina  óxido de etileno  sulfuro de etileno  -  óxido de acetileno  sulfuro de acetileno Estrutura 44px  72px  60px  60px  60px  60px Ciclos de 4 compoñentes Nome IUPAC Azetidina  Oxetano  Tietano  Azeto  Oxetonio  Tietonio Estrutura 80px  60px  60px  60px  70px  70px Ciclos de 5 compoñentes Nome IUPAC Azolidina  Oxolano  Tiolano  Azol  Oxol  Tiol Nome común Pirrolidina  Tetrahidrofurano  Tetrahidrotiofeno  Pirrol  Furano  Tiofeno Estrutura 60px  70px  70px  65px  70px  70px Ciclos de 6 compoñentes Nome IUPAC Azinano  Oxano  Tiano  Azina  Oxinio  Tiinio Nome común Piperidina  Tetrahidropirano  Tetrahidrotiopirano  Piridina  Pirilio  Tiopirilio Estrutura 60px  70px  70px  70px  70px  70px Ciclos de 7 compoñentes Nome IUPAC Azepano  Oxepano  Tiepano  Azepina  Oxepina  Tiepina Estrutura 66px  70px  70px  70px  74px  70px Ciclos de 8 compoñentes Nome IUPAC Azocano  Oxocano  Tiocano  Azocina  Oxocinio  Tiocinio Estrutura 77px  90px  90px  90px  90px  90px Ciclos de 9 compoñentes Nome IUPAC Azonano  Oxonano  Tionano  Azonina  Oxonina  Tionina Estrutura 82px  85px  85px  82px  85px  85px Ciclos de 10 compoñentes Nome IUPAC Azecano  Oxecano  Tiecano  Azecina  Oxecinio  Tiecinio Estrutura 82px  85px  85px  82px  85px  85px

 Aneis fusionados 
Os sistemas de aneis heterocíclicos que derivan formalmente da fusión doutros aneis, tanto carbocíclicos coma heterocíclicos, teñen diversos nomes comúns e sistemáticos.  Por exemplo, en heterociclos de nitróxeno insaturados fusionados a benceno, o pirrol dará indol ou isoindol dependendo da orientación. O análogo da piridina é a quinolina ou a isoquinolina. Para a azepina co anel bencénico, o nome preferido é benzazepina. Igualmente, os compostos con dous aneis bencénicos fusionados cos heterociclos centrais son o carbazol, a acridina, e a dibenzoazepina.

 Historia da química heterocíclica 
A historia da química heterocíclica empezou no século XIX, en paralelo co desenvolvemento da química orgánica. Algúns desenvolvementos salientables son:E. Campaigne "Adrien Albert and the Rationalization of Heterocyclic Chemistry" J. Chemical Education 1986, Volume 6, 860. 
1818: Brugnatelli illa o aloxano a partir de ácido úrico.
1832: Dobereiner produces furfural (un furano) ao tratar amidón con ácido sulfúrico.
1834: Runge obtén pirrol por destilación seca de ósos.
1906: Friedlander sintetiza o colorante índigo, o que fixo que a produción industrial de tinturas desprazase á anterior próspera produción agrícola.
1936: Treibs illa derivados da clorofila de petróleo cru, explicando a orixe biolóxica do petróleo.
1951: Descríbense as regras de Chargaff, salientando o papel dos compostos heterocíclicos (purinas e pirimidinas) no ADN.

 Explotación comercial 
As compañías líderes que posúen un gran número de patentes relacionadas on compostos heterocíclicos son Bayer, Merck, Ciba-Geigy, Pfizer, Eli Lily, BASF, Hoffmann La Roche, ER Sqibb, Warner Lambert e Hoechst.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Ligazóns externas 

 Nomenclatura de Hantzsch-Widman, IUPAC
 Aminas heterocíclicas na carne cociñada, CDC EUA
 Lista de carcinóxenos coñecidos e probables, American Cancer Society 

Categoría:Compostos heterocíclicos