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COMPOSTOS HETEROCÍCLICOS 1)Nomenclatura e exemplos

Compostos heterocíclicos são compostos cíclicos contendo, no anel, um ou mais átomos diferentes do carbono. Normalmente, os heteroátomos mais comuns são o nitrogênio, o oxigênio e o enxofre. Na verdade, só consideramos como verdadeiros compostos heterocíclicos aqueles que possuem anéis estáveis. Deste modo, excluímos compostos como, por exemplo, epóxidos e anidridos cíclicos, pois estes compostos sofrem facilmente a ruptura do anel, dando reações que mais se assemelham às reações dos compostos acíclicos.

Não há nenhuma regra rigorosa para a nomenclatura dos heterocíclicos. A maioria deles tem nomes particulares.

Alguns exemplos importantes:

2)A estabilidade dos compostos heterocíclicos

Os heterocíclicos mais interessantes e mais importantes são os que possuem caráter aromático. Os heterocíclicos aromáticos mais simples são o pirrol, o furano e o tiofeno (veja acima), de anéis pentagonais. A estabilidade destes compostos é explicada da mesma forma que no anel benzênico, através das suas estruturas de ressonância, que conferem grande estabilidade química ao composto.

Em geral, os heterocíclicos aromáticos dão preferência a reações de substituição eletrofílica: nitração, sulfonação, halogenação, adições de Friedel-Crafts etc, que mantêm a integridade do anel aromático. Os calores de combustão destes compostos indicam uma energia de estabilização de ressonância de 2-28 kcal/mol, um pouco menor do que a do benzeno (36 kcal/mol), porém, muito maior do que a maioria dos dienos conjugados (3 kcal/mol). A representação dos anéis heterocíclicos aromáticos devem ser representadas, como no benzeno, por um círculo inscrito no anel, indicando a ressonância. Comparativamente, quanto à estabilidade do anel a ao caráter aromático, podemos dizer que: tiofeno >> pirrol >> furano.

3)Principais ocorrências dos compostos heterocíclicos

Os anéis heterocíclicos são importantes, pois aparecem frequentemente em produtos naturais, como açúcares, hemoglobina, clorofila, vitaminas e alcalóides (cafeína, cocaína, estriquinina etc). Anéis heterocíclicos existem também em medicamentos sintéticos, como os antibióticos (penicilina, amicetina, eritromicina etc)

• O furano aparece na no alcatrão de madeira (pinheiro); o tiofeno e o pirrol existem no alcatrão de hulha

• O anel da pirrolidina aparece na cocaína e na atropina

• O anel do indol é o núcleo central do triptofano, um aminoácido essencial, e em certos hormônios

• A estrutura da purina aparece na cafeína, no ácido úrico e na adenosina (uma base nitrogenada existente nos ácidos nucléicos)

• A piridina aparece no alcatrão de hulha e na fumaça de cigarro, em decorrência da decomposição da nicotina

• A piridina, quando reduzida, origina a piperidina, cujo núcleo encontra-se na cocaína e na piperina (alcalóide de pimenta branca)

• O núcleo da pirimidina aparece em bases nitrogenadas existentes nos ácidos nucléicos

• O núcleo do benzopirano aparece em corantes de folhas, flores e frutos

• A quinolina existe no alcatrão de hulha e seu núcleo aparece também na quinina.

4- Algumas aplicações dos compostos heterocíclicos

• A isoquinolina ocorre no alcatrão de hulha e seu núcleo aparece na morfina e na papaverina • O núcleo do imidazol aparece na histamina (substância responsável por muitas reações alérgicas) • O furano, por hidrogenação, produz o tetrahidrofurano, usado como solvente.

• A hidrólise do furano produz o furfural (um aldeído), usado na fabricação de plásticos e também como solvente para remover impurezas de óleos lubrificantes.

• O pirrol é utilizado para fabricação de polímeros de cor vermelha

• O indol tem odor agradável e serve à fabricação de perfumes, mas sua grande importância reside no fato de servir como matéria-prima para a fabricação do índigo blue, um corante azul, utilizado no tingimento de tecidos.

• A piridina tem um baixo caráter básico (devido ao efeito de ressonância do anel, que deslocaliza o par eletrônico do nitrogênio), mais fraco que o das aminas terciárias, e é utilizada como catalisador básico em sínteses orgânicas e para desnaturar o álcool etílico (tornar o etanol industrial impróprio para a fabricação de bebidas)

• A pirimidina é usada na fabricação de certos barbituratos (medicamentos usados em sedativos e soporíficos) e certas sulfas

• Alcalóides são compostos nitrogenados, em geral, heterocíclicos, de caráter básico, que são normalmente produzidos por vegetais e têm ação enérgica sobre os animais - em pequenas quantidades podem servir como medicamentos, e em doses maiores são tóxicos. Quase todos os alcalóides são substâncias sólidas, de sabor amargo. A classificação mais aceita para os alcalóides é aquela que os agrupa de acordo com o núcleo da qual derivam. Os principais grupos de alcalóides são:

Coniina - Encontrada na cicuta, é um dos poucos alcalóides que se apresenta sob a forma líquida. É um veneno fortíssimo.

Piperina - Principal alcalóide da pimenta negra. A toxidez dessa substância é relativamente baixa em relação à dos demais alcalóides.

Nicotina - Principal alcalóide do tabaco, podendo alcançar 4 a 5% da folha seca. O produto puro é um líquido incolor. É um veneno muito violento. Por oxidação pelo dicromato de potássio, dá origem ao ácido nicotínico, que é uma das vitaminas do complexo B.

• Alcalóides relacionados com a quinolina:

Quinina - É um pó branco pouco solúvel em água, mas forma sais solúveis, sendo utilizada sob esta forma.

Cinconina - É muito semelhante à quinina em sua estrutura química. Diferencia-se dela porque, em lugar de um grupamento OCH3, apresenta um átomo de hidrogênio.

Estricnina - Em pequenas doses, a estricnina é utilizada como tônico. Em doses elevadas, porém, pode causar a morte.

• Alcalóides relacionados com a isoquinolina:

Morfina - É um sedativo de grande potência e largamente empregado como tal. Por causar dependência, seu emprego é extremamente controlado.

Codeína e Heroína - São também utilizados como narcóticos analgésicos.

73 4)Nomenclatura

5)Classificação

Os compostos heterocíclicos podem ser classificados como aromáticos e não aromáticos. Para os compostos aromáticos devemos nos lembrar da Regra de Hückel: a aromaticidade é observada em sistemas cíclicos conjugados contendo 4n+2 elétrons pi. A aromaticidade será discutida a seguir de forma mais detalhada para anéis de cinco e seis membros, os mais comuns para os compostos heterocíclicos.

6.a- Heterociclos de cinco átomos

Os compostos heterocíclicos de 5 membros como o pirrol, que parece ter somente 4 elétrons pi, são problemáticos quando se pensa na regra de Hückel.

Comparação com homociclos aromáticos

• Pela aromaticidade: química do benzeno • Pela eletronegatividade: química do benzeno substituído por um doador de elétrons (N, O, S)

• Pela presença do heteroátomo: reações próprias (basicidade, acidez) Comparação com homociclos aromáticos

As estruturas de ressonância:

Devido a maior densidade eletrônica no anel, este tipo de heterocíclico é chamado de rico em elétrons ou pi-excessivo. Seu caráter aromático deriva da participação do par de elétrons não compartilhado do heteroátomo. O sexteto aromático fica completo como podemos ver nos orbitais mostrados a seguir. Orbitais, elétrons e posições reativas:

Influência do tipo de heteroátomo no caráter aromático dos heterociclos de 5 membros Decréscimo da energia de estabilização aromática

As posições reativas: As posições reativas e os respectivos ataques de espécies eletrofílicas ou nucleofílicas:

Lembrando que E+ refere-se a um ataque de uma espécie eletrofílica e Nuao ataque de uma espécie nucleofílica

6)Síntese de pirrol, furano e tiofeno

Síntese de Knorr (Pirrol) Síntese de Paal-Knorr

7)Reações de Pirrol, Furano e Tiofeno

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