Heterocikli

Heterociklične Spojine

• Heterociklične spojine so ciklične organske spojine z najmanj enim heteroatomom v obročnem skeletu.
• Heteroatomi so elementi, ki niso ogljik, npr. dušik (N), kisik (O) ali žveplo (S).
• Heterociklične spojine so številčna skupina organskih spojin.
• Pogosto se uporabljajo kot ligandi v koordinacijskih spojinah.
• Veliko heterocikličnih spojin je biološko aktivnih ali sodeluje v bioloških procesih.
• Veliko heterocikličnih spojin se uporablja v vsakdanjem življenju.
• Pomembne heterociklične spojine so adenin, gvanin, citozin, timin, uracil (piridinski del), riboflavin (heterociklični del), kinin, serotonin, penicilin G, hem in taksol.

Pomembni Heterocikli

• Pomembni so heterocikli, kjer so heteroatomi dušik, kisik in žveplo.
• So sestavljeni iz nearomatskih in aromatskih ciklov.
• Pogosto se pojavljajo v naravnih molekulah.

Nearomatski Heterocikli

• Oksetan (tetrahidrofuran), oksinan (tetrahidropiran), 1,3-dioksalan, 1,4-doksan in morfolin so nearomatski heterocikli.
• Tiiran (etilen sulfid), tietan, tiolan (tetrahidrotiofen) in tiinan (tetrahidrotiopiran) so nearomatski heterocikli, lentinion prispeva k vonju Šitake Gob

Sistematična (Hantzsch-Widman) Nomenklatura Monocikličnih Spojin

• Monociklične spojine imajo elemente, ki imajo valenco in predpono.
• Kisik ima valenco II in predpono oksa.
• Žveplo ima valenco II in predpono tia.
• Selen ima valenco II in predpono selena.
• Telur ima valenco II in predpono telura.
• Dušik ima valenco III in predpono aza.
• Fosfor ima valenco III in predpono fosfa.
• Arzen ima valenco III in predpono arza.
• Antimon ima valenco III in predpono stilba.
• Silicij ima valenco IV in predpono sila.
• Germanij ima valenco IV in predpono germa.
• Kositer ima valenco IV in predpono stana.
• Svinec ima valenco IV in predpono plumba.
• Bor ima valenco III in predpono bora.
• Živo srebro ima valenco II in predpono merkura.

Končnice Monocikličnih Heterociklov

• Končnice za obroče z dušikom in brez dušika se razlikujejo glede na to, ali so nasičene ali nenasičene.
• S predpono perhidro- se izrazi pred imenom ustrezne nenasičene spojine

Aromatski Heterocikli

• Pirol
  • Petčlenski heterociklični amin, ki ima šest delokalizirani elektronov.
  • Vsak od štirih ogljikovih atomov prispeva en π elektron, medtem ko sp² hibridiziran dušikov atom prispeva dva elektrona.
  • Zasedajo p orbitale in so popolnoma delokalizirani.
  • Pirol ni bazičen ker ker je prosti elektronski par na dušikovem atomu delokaliziran.
  • Protonira se na C-2 v prisotnosti močne kisline, pri tem se poruši aromatičnost, vendar je kation resonačno stabiliziran.
  • Pirol je šibka kislina, dosti močnejša kot amini, negativni naboj po odcepu protona je na elektronegativnem dušiku (anion resonačno stabiliziran).
• Furan in Tiofen
  • Furan in tiofen reagirata podobno kot pirol, vendar se lahko pri reakcijah uporabi Lewisove kisline, ker majšo reaktivnost.
  • Furan in tiofen sta na splošno manj reaktivna.
  • Kisla hidroliza furana vodi do 1,4-diketona.
• Azoli
  • Petčlenske dušikove heterocikle imajo določene atomske pozicije, izomeri so pirazol, imidazol, oksazol, tiazol, izoksazol in izotiazol.
  • Histidin in tiamin sta pomembna.
  • Imidazol je močnejša baza kot piridin in močnejša kislina kot pirol, ima dve tavtomerni obliki,
  • Oksazol in tiazol sta šibkejši bazi.
  • Imidazol je manj reaktiven za elektrofilno substitucijo kot pirol, furan in tiofen, alkiliranje in aciliranje poteče na dušiku.
• Piridin
  • Dušikov analog benzena, molekula je planarna in aromatska.
  • Piridin se meša z vodo v vseh razmerjih bendaz pa ne.
  • Je šibek nukleofil, vendar reagira z elektrofili tvorijo stabilne piridinijeve soli (N-alkiliranje).
  • Z acil kloridi tvori N-acilpiridinijeve soli (N-aciliranje), ki so reaktivni napram nukleofilom.
  • Je nereaktiven v elektrofilnih aromatskih substitucijah, razen če so prisotne elektrondonorske skupine.
  • Piridin se lahkotneje pretvori v N-oksid s peroksi kislino (m-kloroperbenzojska kislina (MCPBA)).
  • N-oksid je reaktivejši za elektrofilne substitucije.
  • Nesubstituiran piridin reagira z nukleofili: Chichibabinova reakcija.
  • Substituiran piridin je reaktiven v nukleofilni aromatski substituciji.
  • 2- in 4-piridoni obstajajo v dveh tavtomernih oblikah, pri čemer je piridonska oblika preferenčna, so aromatski,.
  • Pretvorbo v kloropiridine je uporabna reakcija.
• Azini
  • Šestčlenske dušikove heterocikle.
  • So manj bazični od propidina – drugi N atom destabilizira konjugirano kislino (induktivni efekt), ki nastane po protonaciji prvega dušika.
  • Diazini so bolj reaktivni za nukleofilno aromatsko substitucijo kot piridin, pirimidini so najbolj reaktivni.
• Kondenzirani Sistemi: Kinolini
  • Kinolini se raje vežejo elektrofilu in posnemajo reakcijo pirolidine.
  • 2- ali 4-susbstituirani kinolini reagirajo z nukleofili, podobno kot piridinski analogni.
  • Hidroksikinolini obstajajo v keto obliki, aminokinolini pa v aminski.
  • Kinolinski antibiotiki: sintetični antibiotiki.
• Indoli
  • So zelo vežejo elektrofilom in posnemajo reakcijo pri pirolu vendar raje poteče reakcija na c-3.
  • So zelo reaktivni napram elektrofilom, kot so serotonin in triptofan.
• Purini
  • So pomembini v nukleisnkihl kislihah.
  • Kot so adenin, gvanin, kreatinin an kofein.
• Pteridini
  • To je folna kislina in je pomembna za celično delitev.

Sinteze Heterociklov

• Sinteza poteka večinoma adicio in eliminacijo.
• Najenostavne lahk nastanejo laktami in laktoni in tudi laktoni.
• Diketoni so uporabnI za sintezo azo ali pirimidinov.
• Diketnon rabimio za sintezo pirolofuaranof in tiofenov.
• Keton estri se rabijo tudi za sintezo piramidnih zon
• Za sintezo piridinov se uporablja Hantzscheva sinteza, ketoni se uporabljajo kot topila ter kot donator oksidacije.
• A-haloketonikot izhodne spojine z tioamidom kot izhodne snovi
• Z Skraupova sintezo se sintetizirajo kinolini.
• Z Fischerjevo sintezo pa se poveča donos Indolov