Związki heterocykliczne
Związki heterocykliczne – szeroka klasa pierścieniowych związków chemicznych, w których co najmniej jeden układ cykliczny zawiera jeden lub więcej atomów pierwiastków innych niż węgiel. Najczęściej spotykanymi pierwiastkami wchodzącymi w skład pierścieni są tlen, azot i siarka[1]. Struktury te mogą obejmować zarówno układy aromatyczne jak i alicykliczne. Prostymi związkami heterocyklicznymi są pirydyna (C5H5N), pirymidyna (C4H4N2) oraz dioksan (C4H8O2).
Zazwyczaj w chemii organicznej za związek hetorocykliczny uważa się każdy związek cykliczny, który zawiera w części cyklicznej inny pierwiastek niż węgiel. Jednakże istnieje kilka wyjątków od tej reguły: niektóre klasy związków organicznych, takie jak węglowodany, zazwyczaj nie są nazywane związkami heterocyklicznymi, mimo że z formalnego punktu widzenia nimi są. Ponadto wiele związków makrocyklicznych zwyczajowo nie jest nazywanych związkami heterocyklicznymi.
W przypadku wielu związków chemicznych, które są "standardowo" zbudowane z regularnie występujących dwóch rodzajów atomów (np. tlenu i węgla (eter koronowy) lub z krzemu i tlenu (cyklosiloksany), lub azotu i fosforu (fosfazen)) terminu "związek heterocykliczny" używa się dopiero wtedy, gdy w cyklu pojawiają się jeszcze jakieś inne atomy, np. azotu lub w przypadku cyklosiloksanów i fosfazenów – paradoksalnie – węgla.
Przegląd związków heterocyklicznych[edytuj | edytuj kod]
Pierścienie trójczłonowe[edytuj | edytuj kod]
Heterocykle zbudowane z trzech atomów węgla są bardzo reaktywne z uwagi na występowanie znacznych naprężeń w obrębie pierścienia. Jeżeli obecny jest tylko jeden heteroatom, to związek taki jest zasadniczo stabilny w warunkach standardowych, jednakże związki zawierające dwa heteroatomy są bardzo nietrwałe, występują raczej jako reaktywne intermediaty. Do pospolitych związków z pierścieniem trójczłonowym należą:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| azot | azyrydyna | azyryna |
| tlen | oksiran (tlenek etylenu) | oksiren |
| siarka | tiiran (siarczek etylenu) | tiiren |
Do związków z dwoma heteroatomami należą:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| azot | diazyrydyna | diazyryna |
| tlen | dioksiran | |
| azot/tlen | oksazyrydyna |
Pierścienie czteroczłonowe[edytuj | edytuj kod]
Związki z jednym heteroatomem:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Azetydyna | Azetyna, Azet |
| Tlen | Oksetan | Okset |
| Siarka | Tietan | Tiet |
Związki z dwoma heteroatomami:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Diazetydyna | Diazetyna |
| Tlen | Dioksetan | Diokset |
| Siarka | Ditietan | Ditiet |
Pierścienie pięcioczłonowe[edytuj | edytuj kod]
W przypadku tej grupy heterocykli związki nienasycone są bardziej rozpowszechnione ze względu na dodatkową stabilizację wynikającą z charakteru aromatycznego.
Pierścienie pięcioczłonowe z jednym heteroatomem:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Tetrahydropirol (azolidyna, pirolidyna) | Dihydropirol (pirolina), Pirol |
| Tlen | Tetrahydrofuran (oksolan) | Dihydrofuran, Furan |
| Siarka | Tetrahydrotiofen (tiolan) | Dihydrotiofen, Tiofen |
| Arsen | Arsolan | Arsol |
Pierścienie pięcioczłonowe zawierające dwa heteroatomy, z których przynajmniej jeden jest azotem, zbiorczo nazywa się azolami. Tiazole i izotiazole zawierają w cząsteczce atom azotu i siarki. Ditiolany zawierają dwa atomy siarki.
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Imidazolidyna | Pirazol, Imidazol |
| Azot/tlen | Oksazolidyna | Oksazol, Izoksazol |
| Azot/Siarka | Tiazolidyna | Tiazol, Izotiazol |
| Tlen | Dioksolan | |
| Siarka | Ditiolan | |
| Tlen/Siarka | Oksatiolan |
Ponadto istnieje duża grupa pierścieni pięcioczłonowych z trzema atomami heterocyklicznymi. Przykładem może być ditiazol, posiadający dwa atomy siarki i jeden azotu.
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | 1,2,3-Triazol, 1,2,4-Triazol | |
| Azot/2-Siarki | Ditiazol | |
| 2-Azoty/tlen | Furazan, Oksadiazol | |
| 2-Azoty/siarka | Tiodiazol |
Pierścienie pięcioczłonowe zbudowane z czterech heteroatomów:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Tetrazol |
Pierścienie sześcioczłonowe[edytuj | edytuj kod]
Związki z jednym heteroatomem:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Piperydyna | Pirydyna |
| Tlen | Tetrahydropiran | Piran |
| Siarka | Tion | Tiopiran |
Związki z dwoma heteroatomami:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Piperazyna | Diazyna |
| Azot/Tlen | Morfolina | Oksazyna |
| Azot/Siarka | Tiozyna | |
| Siarka | Dition | |
| Tlen | Dioksan | Dioksyn |
Związki z trzema heteroatomami:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Triazyna | |
| Tlen | Trioksan |
Związki z czterema heteroatomami:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Tetrazyna |
Pierścienie siedmioczłonowe[edytuj | edytuj kod]
Do tych związków zalicza się jedynie układy alicykliczne, pozbawione charakteru aromatycznego:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Azepan | Azepina |
| Tlen | Oksepan | Oksepina |
| Siarka | Tiepan | Tiepina |
Związki z dwoma heteroatomami:
| Heteroatom | Nasycony | Nienasycony |
|---|---|---|
| Azot | Diazepina | |
| Azot/Siarka | Tiozepina |
Wzory strukturalne[edytuj | edytuj kod]
| Nasycony | Nienasycony z maksymalną liczbą wiązań podwójnych | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Heteroatom | Azot | Tlen | Siarka | Azot | Tlen | Siarka | |
| 3 atomy | |||||||
| Nazwa | Azyrydyna | Oksiran | Tiran | 2H-Azyryna | Oksiren | Tiren | |
| Struktura |  |
 |
 |
 |
 |
| |
| 4 atomy | |||||||
| Nazwa | Azetydyna | Oksetan | Tietan | Azet | Kation oksetioniowy | Kation tietioniowy | |
| Struktura |  |
 |
 |
 |
 |
| |
| 5 atomów | |||||||
| Nazwa | Pirolidyna | Tetrahydrofuran | Tetrahydrotiofen | Pirol | Furan | Tiofen | |
| Struktura |  |
 |
 |
 |
 |
| |
| 6 atomów | |||||||
| Nazwa | Piperydyna | Tetrahydropiran | Tian | Pirydyna | Kation piraniowy | Kation tiopiraniowy | |
| Struktura |  |
.svg) |
 |
 |
 |
| |
| 7 atomów | |||||||
| Nazwa | Azepan | Oksepan | Tiepan | Azepina | Oksepina | Tiepina | |
| Struktura |  |
 |
 |
 |
 |
| |
Przypisy[edytuj | edytuj kod]
- ↑ Eicher, T.; Hauptmann, S.: The Chemistry of Heterocycles: Structure, Reactions, Syntheses, and Applications. Wiley-VCH, 2nd ed. 2003. ISBN 3-527-30720-6.