compuesto heterocíclico

Un compuesto heterocíclico o estructura anular es un compuesto cíclico basado en hidrocarburos que contiene al menos un heteroátomo como miembro(s) de su(s) anillo(s). ^{[ 1 ]} La química orgánica heterocíclica es la rama de la química orgánica que se ocupa de la síntesis, las propiedades y las aplicaciones de los heterociclos orgánicos . ^{[ 2 ]}

Ejemplos de compuestos heterocíclicos incluyen todos los ácidos nucleicos , la mayoría de los fármacos, la mayor parte de la biomasa ( celulosa y materiales relacionados) y muchos colorantes naturales y sintéticos. Más de la mitad de los compuestos conocidos son heterociclos. ^{[ 3 ]} El 59% de los fármacos aprobados por la FDA de EE. UU. contienen heterociclos nitrogenados . ^{[ 4 ]}

El estudio de la química de los heterociclos orgánicos se centra especialmente en los derivados orgánicos insaturados, y la mayor parte del trabajo y las aplicaciones involucran anillos orgánicos de 5 y 6 miembros sin tensión. Se incluyen la piridina , el tiofeno , el pirrol y el furano . Otra gran clase de heterociclos orgánicos se refiere a aquellos fusionados a anillos de benceno . Por ejemplo, los derivados de benceno fusionados de la piridina, el tiofeno, el pirrol y el furano son la quinolina , el benzotiofeno , el indol y el benzofurano , respectivamente. La fusión de dos anillos de benceno da lugar a una tercera gran familia de compuestos orgánicos. Los análogos de los heterociclos mencionados anteriormente para esta tercera familia de compuestos son la acridina , el dibenzotiofeno , el carbazol y el dibenzofurano , respectivamente.

Los compuestos orgánicos heterocíclicos pueden clasificarse según su estructura electrónica. Los heterociclos orgánicos saturados se comportan como los derivados acíclicos. Así, la piperidina y el tetrahidrofurano son aminas y éteres convencionales , con perfiles estéricos modificados. Por lo tanto, el estudio de la química de los heterociclos orgánicos se centra en los anillos orgánicos insaturados.

• Los "heteroátomos" son átomos en el anillo distintos de los átomos de carbono .
• Los nombres en cursiva son propiedad de la IUPAC y no siguen la nomenclatura de Hantzsch-Widman .
• Algunos de los nombres hacen referencia a clases de compuestos en lugar de a compuestos individuales.
• Tampoco se intenta enumerar los isómeros .

Aunque están sujetos a tensión anular , los anillos heterocíclicos de 3 miembros están bien caracterizados. ^{[ 6 ]}

Los compuestos de cinco miembros que contienen dos heteroátomos, al menos uno de los cuales es nitrógeno, se denominan colectivamente azoles . Los tiazoles e isotiazoles contienen un átomo de azufre y uno de nitrógeno en el anillo. Los ditioles tienen dos átomos de azufre.

También existe un amplio grupo de compuestos con anillos de cinco miembros que contienen tres o más heteroátomos. Un ejemplo es la clase de los ditiazoles , que contienen dos átomos de azufre y un átomo de nitrógeno.

Los compuestos de anillo de seis miembros que contienen dos heteroátomos, al menos uno de los cuales es nitrógeno, se denominan colectivamente azinas . Las tiazinas contienen un átomo de azufre y uno de nitrógeno en el anillo. Las ditiinas tienen dos átomos de azufre.

Anillos de seis miembros con cinco heteroátomos El compuesto químico hipotético con cinco heteroátomos de nitrógeno sería la pentazina .

Anillos de seis miembros con seis heteroátomos El compuesto químico hipotético con seis heteroátomos de nitrógeno sería la hexazina . La borazina es un anillo de seis miembros con tres heteroátomos de nitrógeno y tres heteroátomos de boro.

En un anillo de 7 miembros, el heteroátomo debe poder proporcionar un orbital π vacío (por ejemplo, el boro) para que se produzca una estabilización aromática "normal"; de lo contrario, podría ser posible la homoaromaticidad .

La borazocina es un anillo de ocho miembros con cuatro heteroátomos de nitrógeno y cuatro heteroátomos de boro.

Los sistemas de anillos heterocíclicos que se derivan formalmente por fusión con otros anillos, ya sean carbocíclicos o heterocíclicos, tienen una variedad de nombres comunes y sistemáticos. Por ejemplo, con los heterociclos de nitrógeno insaturados fusionados con benceno, el pirrol proporciona indol o isoindol dependiendo de la orientación. El derivado de piridina es quinolina o isoquinolina , y la clase de análogos con dos átomos de nitrógeno se conoce como benzodiazinas . Para el derivado de azepina, benzazepina es el nombre preferido. De manera similar, los compuestos con dos anillos de benceno fusionados al heterociclo central son carbazol , acridina y dibenzoazepina . La heptazina es un sistema heterocíclico tricíclico que contiene nitrógeno derivado por fusión de tres anillos de triazina, y análogo del carbociclo fenaleno .

La historia de la química heterocíclica comenzó en el siglo XIX, en paralelo con el desarrollo de la química orgánica . Algunos desarrollos notables: ^{[ 8 ]}

• 1818: Brugnatelli sintetiza aloxano a partir de ácido úrico .
• 1832: Dobereiner produce furfural (un furano) tratando el almidón con ácido sulfúrico .
• 1834: Runge obtiene pirrol ("aceite ardiente") mediante la destilación seca de huesos.
• 1906: Friedlander sintetiza el tinte índigo , lo que permite que la química sintética desplace a una importante industria agrícola.
• 1936: Treibs aísla derivados de la clorofila del petróleo crudo, explicando así el origen biológico del petróleo.
• 1951: Se describen las reglas de Chargaff , destacando el papel de los compuestos heterocíclicos ( purinas y pirimidinas ) en el código genético.

Los compuestos heterocíclicos son omnipresentes en muchas áreas de las ciencias de la vida y la tecnología. ^{[ 2 ]} Muchos fármacos son compuestos heterocíclicos. ^{[ 9 ]} Entre las modificaciones a la familia de compuestos antitumorales, los compuestos orgánicos heterocíclicos han sido ampliamente aplicados por muchos grupos para modificar el perfil de reactividad. El pirrol, la pirimidina, el indol, la quinolina y la purina son algunas clases de heterociclos que mostraron perfiles de citotoxicidad interesantes, que pueden ser muy beneficiosos en el desarrollo de fármacos contra el cáncer. ^{[ 10 ]} Los compuestos heterocíclicos juegan un papel central en la química medicinal moderna, con una gran mayoría de fármacos recientemente aprobados, que contienen al menos un anillo heterocíclico particularmente sistemas que contienen nitrógeno. Su prevalencia se atribuye a su capacidad para modular propiedades fisicoquímicas tales como la solubilidad, la lipofilicidad y la afinidad de unión a objetivos biológicos ^{[ 11 ]} .

• Espiroketales

• Nomenclatura Hantzsch-Widman, IUPAC
• Aminas heterocíclicas en carne cocida, CDC de EE. UU.
• Lista de carcinógenos conocidos y probables, Sociedad Americana del Cáncer. Archivado el 13 de diciembre de 2003 en Wayback Machine.
• Lista de carcinógenos conocidos según el Estado de California , Proposición 65 (más completa)