Eterocicli: funzioni, classificazione

Gli eterocicli o composti eterociclici sono caratterizzati dal fatto che contengono un atomo diverso dal carbonio detto eteroatomo in un composto ciclico. Negli eterocicli vi è quindi la  presenza di atomi quali ossigeno, azoto, o zolfo nell’anello al posto di una atomo di carbonio.

Poiché gli eteroatomi devono far parte del ciclo è necessario che abbiamo almeno due elettroni di legame e pertanto gli alogeni che hanno un solo elettroni di legame non possono essere inseriti in una struttura ciclica.

Gli eterocicli costituiscono circa la metà dei composti organici essendo presenti in molti farmaci, vitamine, prodotti naturali, biomolecole e composti biologicamente attivi quali:

• antitumorali
• antibiotici
• antinfiammatori
• antidepressivi
• antimalarici
• anti HIV
• antibatterici
• antivirali
• antidiabetici
• insetticidi.

Gli eterocicli possono essere sia non-aromatici che aromatici che devono rispettare la regola di Hückel. L’eteroatomo contenuto nel composto ciclico può presentare un doppietto elettronico solitario all’interno dell’anello che va conteggiato ai fini di valutare se il composto presenta 4n + 2 elettroni π.

Un esempio tipico di eterociclo aromatico è costituito dal furano:

in cui tutti gli atomi di carbonio sono ibridati sp². Uno dei due doppietti elettronici solitari dell’ossigeno è delocalizzato all’interno dell’anello e quindi il furano ha 6 elettroni π e rispetta la regola di Hückel. A causa della sua aromaticità non dà reazioni simili a quelle degli eteri eterociclici saturi quali i tetraidrofurano. L’energia di coniugazione del furano è stata stimata essere solo 16 kal/mol ed è quindi considerevolmente minore rispetto a quella del benzene che è di 36 kcal/mol.

Ciò è dovuto al fatto che il furano ha il suo sestetto di elettroni π delocalizzato solo parzialmente. Di conseguenza il furano ha proprietà intermedie fra quelle di un sistema altamente delocalizzato come il benzene e quelle di un semplice diene ciclico.

Eterocicli a tre termini

Gli eterocicli costituiti da un anello a tre atomi sono i più reattivi a causa della deformazione dell’anello; gli eterocicli contenenti un solo eteroatomo sono più stabili di quelli che ne contengono due.

I più comuni eterocicli di tal genere sono l’aziridina contenente un gruppo amminico e due gruppi metilenici

e l’ossido di etilene che è il più semplice degli epossidi

Eterocicli a quattro termini

Tra quelli costituiti da un anello a quattro atomi vi è la trimetilen immina e l’1,3-epossipropano

Eterocicli a cinque termini

Di gran lunga più importanti sono quelli costituiti da un anello a cinque e a sei atomi, molti dei quali sono aromatici. Questi ultimi sono più stabili a causa dell’aromaticità.

Tra i più importanti a cinque atomi ricordiamo quelli aromatici pirrolo contenente azoto, furano contenente ossigeno e tiofene contenente zolfo. Nel pirrolo il doppietto elettronico solitario dell’azoto fa parte del sistema aromatico. Tuttavia, rispetto al furano e al tiofene in cui la carica negativa è localizzata sull’ossigeno e sullo zolfo rispettivamente, il pirrolo presenta una carica positiva localizzata sull’azoto.

Eterocicli a sei termini

1)      la piridina contente azoto che è aromatica ed è importante nel ramo industriale, sia come reagente fondamentale che come un solvente per reazioni di sintesi organica:

2)      il pirano composto non aromatico in cui l’unico eteroatomo è rappresentato dall’ossigeno ed è un importante precursore di biomolecole tra cui i flavonoidi

Vi sono anche eterocicli a sei termini che presentano due eteroatomi quali la pirimidina che ha due atomi di azoto, la morfolina che ha un atomo di azoto e uno di ossigeno e la tiazina che ha un atomo di azoto e uno di ossigeno.
La pirimidina è un eterociclo aromatico e fa parte, insieme alla piridazina e alla pirazina, delle diazine

che costituiscono infatti un gruppo di composti, isomeri tra loro, costituiti da un anello a sei termini in cui sono presenti 2 atomi di azoto in sostituzione di due atomi di carbonio. La pirimidina, nella fattispecie, presenta i due atomi di carbonio in posizione 1 e 3 ed è infatti detta 1,3 diazina. E’ una base azotata e negli acidi nucleici sono presenti tre basi azotate di tipo pirimidinico ovvero citosina, timina e uracile.