Heterocyklisk förening

Strukturer och namn på vanliga heterocykliska föreningar

Pyridin , en heterocyklisk förening

En heterocyklisk förening eller ringstruktur är en cyklisk förening som har atomer av minst två olika element som medlemmar av sin ring(ar). Heterocyklisk kemi är den gren av organisk kemi som behandlar syntesen, egenskaperna och tillämpningarna av dessa heterocykler .

Exempel på heterocykliska föreningar inkluderar alla nukleinsyror, majoriteten av läkemedel, de flesta biomassa (cellulosa och relaterade material) och många naturliga och syntetiska färgämnen. Mer än hälften av de kända föreningarna är heterocykler. 59 % av amerikanska FDA-godkända läkemedel innehåller kväveheterocykler.

Klassificering

Studiet av heterocyklisk kemi fokuserar särskilt på omättade derivat, och övervägande del av arbete och tillämpningar involverar oträckta 5- och 6-ledade ringar. Inkluderade är pyridin, tiofen, pyrrol och furan. En annan stor klass av heterocykler hänvisar till de sammansmälta med bensenringar . Till exempel är de sammansmälta bensenderivaten av pyridin, tiofen, pyrrol och furan kinolin, bensotiofen, indol respektive bensofuran. Sammanslagningen av två bensenringar ger upphov till en tredje stor familj av föreningar. Analoger av de tidigare nämnda heterocyklerna för denna tredje familj av föreningar är akridin, dibensotiofen, karbazol respektive dibensofuran.

Heterocykliska föreningar kan med fördel klassificeras baserat på deras elektroniska struktur. De mättade heterocyklerna beter sig som de acykliska derivaten. Således piperidin och tetrahydrofuran konventionella aminer och etrar, med modifierade steriska profiler. Därför fokuserar studiet av heterocyklisk kemi på omättade ringar.

Oorganiska ringar

Vissa heterocykler innehåller inget kol. Exempel är borazin ( B3N3 _- ring ) , hexaklorfosfazener ( P3N3 _-_ringar₎ och _S4N4_. I jämförelse med organiska heterocykler, som har många kommersiella tillämpningar, är oorganiska ringsystem huvudsakligen av teoretiskt intresse. IUPAC rekommenderar Hantzsch-Widman-nomenklaturen för namngivning av heterocykliska föreningar.

Anteckningar på listor

"Heteroatomer" är andra atomer i ringen än kolatomer.
Några av namnen hänvisar till klasser av föreningar snarare än enskilda föreningar.
Inte heller görs något försök att lista isomerer.

3-ledade ringar

Även om de är utsatta för ringstamning är 3-ledade heterocykliska ringar väl karakteriserade.

Treledade ringar med en heteroatom

Heteroatom	Mättad	Omättad
Bor	Borirane	Borirene
Kväve	Aziridin	Azirin
Syre	Oxiran ( etylenoxid , epoxider )	Oxiren
Fosfor	Fosfiran	Fosfiren
Svavel	Thiiran ( episulfider )	Thiirene

Treledade ringar med två heteroatomer

Heteroatomer	Mättad	Omättad
2× kväve	Diaziridin	Diazirin
Kväve + syre	Oxaziridin
2× syre	Dioxiran (mycket instabil)

4-ledade ringar

Fyrledade ringar med en heteroatom

Heteroatom	Mättad	Omättad
Kväve	Azetidin	Azete
Syre	Oxetan	Oxete
Fosfor	Fosfetan	Fosfet
Svavel	Thietane	Thiete

Fyrledade ringar med två heteroatomer

Heteroatomer	Mättad	Omättad
2× kväve	Diazetidin	Diazete
2× syre	Dioxetan	Dioxet
2× Svavel	Dithietane	Dithiete

5-ledade ringar

Femledade ringar med en heteroatom

Heteroatom	Mättad	Omättad
Antimon	Stibolane	Stibole
Arsenik	Arsolane	Arsole
Vismut	Bismolane	Bismole
Bor	Borolane	Borole
Kväve	Pyrrolidin ("Azolidin" används inte)	Pyrrol ("Azol" används inte)
Syre	Tetrahydrofuran	Furan
Fosfor	Fosfolan	Fosfol
Selen	Selenolane	Selenofen
Kisel	Silacyklopentan	Silole
Svavel	Tetrahydrotiofen	Tiofen
Tellur		Tellurofen
Tenn	Stannolane	Stannole

Femledade ringar med två heteroatomer

De 5-ledade ringföreningarna som innehåller två heteroatomer, varav minst en är kväve, kallas gemensamt för azoler . Tiazoler och isotiazoler innehåller en svavel- och en kväveatom i ringen. Ditiolaner har två svavelatomer.

Heteroatomer	Mättad	Omättad (och delvis omättad)
2× kväve	Imidazolidin Pyrazolidin	Imidazol ( imidazolin ) Pyrazol ( pyrazolin )
Syre + svavel	Oxatiolidin Isoxtiolidin	Oxatiol ( Oxatiolin ) Isoxatiol
Kväve + syre	Oxazolidin Isoxazolidin	Oxazol ( Oxazoline ) Isoxazol
Kväve + svavel	Tiazolidin Isotiazolidin	Tiazol ( Tiazolin ) Isotiazol
2× syre	Dioxolan
2× svavel	Dithiolane

Femledade ringar med minst tre heteroatomer

En stor grupp av 5-ledade ringföreningar med tre eller flera heteroatomer existerar också. Ett exempel är klassen ditiazoler , som innehåller två svavelatomer och en kväveatom.

Heteroatomer	Mättad	Omättad
NNN		Triazoler
NNO		Furazan Oxadiazol
NNS		Tiadiazol
NEJ O		Dioxazol
NSS		Ditiazol
NNNN		Tetrazol
NNNNO		Oxatetrazol
NNNNS		Tiatetrazol
NNNNN		Pentazol

6-ledade ringar

Sexledade ringar med en heteroatom

Heteroatom	Mättad	Omättad	Joner
Antimon		Stibinin
Arsenik	Arsinane	Arsinin
Vismut		Bismin
Bor	Borinane	Borinin	Boratabensenanjon _
Germanium	Germinane	Germine
Kväve	Piperidin (Azinane används inte)	Pyridin ( azin används inte)	Pyridiniumkatjon _
Syre	Oxan	Pyran (2 H - Oxine används inte)	Pyryliumkatjon _
Fosfor	Fosfinan	Fosfinin
Selen	Selenan	Selenopyran	Selenopyrylium katjon
Kisel	Silinan	Silin
Svavel	Thiane	Tiopyran (2H - Thiine används inte)	Tiopyryliumkatjon _
Tellur	Tellurane	Telluropyran	Telluropyrylium katjon
Tenn	Stanninane	Stannine

Sexledade ringar med två heteroatomer

Heteroatom	Mättad	Omättad
Kväve / kväve	Diazinan	Diazin
Syre / kväve	Morfolin	Oxazin
Svavel/kväve	Tiomorfolin	Tiazin
Syre / Svavel	Oxathiane	Oxathiin
Syre / syre	Dioxan	Dioxin
Svavel / svavel	Dithiane	Dithiin
Bor / kväve		1,2-dihydro-1,2-azaborin

Sexledade ringar med tre heteroatomer

Heteroatom	Mättad	Omättad
Kväve	Triazinan	Triazin
Syre	Trioxan
Svavel	Trithian

Sexledade ringar med fyra heteroatomer

Heteroatom	Mättad	Omättad
Kväve		Tetrazin

Karborazin är en sexledad ring med två kväveheteroatomer och två borheteroatomer.

Sexledade ringar med fem heteroatomer

Heteroatom	Mättad	Omättad
Kväve		Pentazin

Sexledade ringar med sex heteroatomer

Den hypotetiska föreningen med sex kväveheteroatomer skulle vara hexazin .

Borazin är en sexledad ring med tre kväveheteroatomer och tre borheteroatomer.

7-ledade ringar

I en 7-ledad ring måste heteroatomen kunna tillhandahålla en tom π-orbital (t.ex. bor) för att "normal" aromatisk stabilisering ska vara tillgänglig; annars kan homoaromaticitet vara möjlig. Föreningar med en heteroatom inkluderar:

Heteroatom	Mättad	Omättad
Bor		Borepin
Kväve	Azepan	Azepin
Syre	Oxepane	Oxepine
Svavel	Thiepane	Tiepin

De med två heteroatomer inkluderar:

Heteroatom	Mättad	Omättad
Kväve	Diazepan	Diazepin
Kväve/svavel		Tiazepin

8-ledade ringar

Heteroatom	Mättad	Omättad
Kväve	Azokan	Azocin
Syre	Oxocane	Oxocin
Svavel	Thiocane	Tiocin

Borazocin är en åttaledad ring med fyra kväveheteroatomer och fyra borheteroatomer.

9-ledade ringar

Heteroatom	Mättad	Omättad
Kväve	Azonane	Azonin
Syre	Oxonane	Oxonin
Svavel	Thionane	Tionin

Bilder av ringar med en heteroatom

Namn i kursiv stil behålls av IUPAC och de följer inte Hantzsch-Widman-nomenklaturen

	Mättad			Omättad
Heteroatom	Kväve	Syre	Svavel	Kväve	Syre	Svavel
3-atoms ring	Aziridin	Oxirane	Thiirane	Azirin	Oxiren	Thiirene
3-atoms ring
4-atoms ring	Azetidin	Oxetan	Thietane	Azete	Oxete	Thiete
4-atoms ring
5-atoms ring	Pyrrolidin	Oxolan	Thiolane	Pyrrol	Furan	Tiofen
5-atoms ring
6-atoms ring	Piperidin	Oxan	Thiane	Pyridin	Pyran	Tiopyran
6-atoms ring
7-atoms ring	Azepan	Oxepane	Thiepane	Azepin	Oxepine	Tiepin
7-atoms ring
8-atoms ring	Azokan	Oxocane	Thiocane	Azocin	Oxocin	Tiocin
8-atoms ring
9-atoms ring	Azonane	Oxonane	Thionane	Azonin	Oxonin	Tionin
9-atoms ring

Smälta/kondenserade ringar

Heterocykliska ringsystem som formellt härrör från fusion med andra ringar, antingen karbocykliska eller heterocykliska, har en mängd vanliga och systematiska namn. Till exempel, med de bensokondenserade omättade kväveheterocyklerna ger pyrrol indol eller isoindol beroende på orienteringen. Pyridinanalogen är kinolin eller isokinolin . För azepin benzazepin det föredragna namnet. Likaså är föreningarna med två bensenringar sammansmälta med den centrala heterocykeln karbazol , akridin och dibensozepin. Tienotiofen är sammansmältningen av två tiofenringar. Fosfafenalener är ett tricykliskt fosforinnehållande heterocykliskt system som härrör från den karbocykliska fenalenen .

Historien om heterocyklisk kemi

Den heterocykliska kemins historia började på 1800-talet, i takt med utvecklingen av organisk kemi . Några anmärkningsvärda utvecklingar:

1818: Brugnatelli isolerar alloxan från urinsyra
1832: Dobereiner producerar furfural (en furan) genom att behandla stärkelse med svavelsyra
1834: Runge får pyrrol ("eldig olja") genom torrdestillation av ben
1906: Friedlander syntetiserar indigofärg , vilket gör att syntetisk kemi kan tränga undan en stor jordbruksindustri
1936: Treibs isolerar klorofylderivat från råolja, vilket förklarar petroleums biologiska ursprung.
1951: Chargaffs regler beskrivs och belyser rollen av heterocykliska föreningar ( puriner och pyrimidiner ) i den genetiska koden.

Används

Heterocykliska föreningar är genomgående inom många områden inom biovetenskap och teknologi. Många läkemedel är heterocykliska föreningar.

externa länkar