Composti Eterociclici

I COMPOSTI ETEROCICLICI rappresentano quella famiglia di composti organici ciclici in cui uno o più atomi di carbonio sono rimpiazzati da eteroatomi, ossia atomi diversi da C e da H, tipo azoto, ossigeno o zolfo.
In un anello possiamo avere più di un eteroatomo, uguali tra loro o diversi. Questi composti sono numerosissimi e possono anche essere aromatici, purchè originino una struttura planare con orbitali ciclici delocalizzati sull’intera struttura.

Il primo composto che andiamo ad osservare è la PIRIDINA. È nella stessa situazione del benzene, ovvero tutti gli orbitali p puri presenti nella molecola sono paralleli tra loro, anche l’azoto è ibridato sp2 ed anch’esso ha un orbitale p puro parallelo agli orbitali p puri del carbonio.

Si forma così un orbitale molecolare ciclico dove si possono muovere i sei elettroni π, al di sopra ed al di sotto del piano della molecola. Con l’acquisto di un protone può formare lo ione piridinio, che si trova in alcuni composti d’interesse biologico come il coenzima NAD, il quale entra in gioco in reazioni di ossidoriduzione con enzimi quali la reduttasi o la deidrogenasi. Il suo ruolo è quello di acquistare una coppia d’idrogeni e di cederli ad una nuova molecola, può dunque esistere in una forma ossidata o in una forma ridotta.

Un anello può anche essere composto da cinque termini ed essere aromatico, come il PIRROLO. In questo caso i carboni rimangono con le caratteristiche che avevano anche nella molecola del benzene, adesso però l’azoto forma tre legami σ sul piano della molecola, rimane da solo l’orbitale puro con il doppietto elettronico, che si combina con gli orbitali p puri dei carboni formando un’unica struttura allungata e delocalizzata dove si muovono 6 elettroni, dunque il sistema è da considerare aromatico. In questo caso l’azoto non lega H+ perchè il doppietto libero è delocalizzato nell’orbitale molecolare allungato π.

Dopo aver visto i composti eterociclici aromatici, proseguiamo con un altro composto avente un anello aromatico a cinque termini con due atomi d’azoto, detto IMIDAZOLO. Uno di questi atomi di azoto ha due elettroni di orbitale nell’orbitale sp2 sul piano dell’anello, mentre l’altro atomo di azoto ha il doppietto elettronico nell’orbitale p puro. Il composto, attraverso il primo atomo di azoto citato precedentemente, può legare uno ione H+. Questo composto risulta dunque essere basico, più basico della piridina perchè l’acquisto dello ione H+ da luogo alla formazione di due forme in risonanza identiche, in cui si ha il massimo risuono della molecola. Questo gruppo funzionale fa parte dell’amminoacido istidina.

Ora vediamo un anello aromatico a sei termini con la presenza di due atomi di azoto, detto PIRIMIDINA. Dal punto di vista biologico sono importanti i derivati di questo composto, le basi azotate pirimidiniche, ovvero quei composti denominati uracile, timosina e citosina, facenti parte degli acidi nucleici. Quando andiamo a numerare questo tipo di composti, gli eteroatomi devono avere il più basso numero possibile.

Gli atomi di carbonio che legano il gruppo OH e sono impegnati in un doppio legame possono andare incontro al fenomeno della tautomeria chetoenolica, possono passare dalla loro forma enolica alla loro forma chetonica. In questi composti bisogna prestare attenzione alle formule di struttura, Indichiamo bene gli atomi di azoto all’interno del composto ed indichiamo bene con il trattino i legami con i sostituenti, per capire chi è parte costituente dell’anello e chi no.

Un anello a 5 termini simile al pirrolo, è il FURANO. In questo caso l’ossigeno possiede un doppietto elettronico sul piano dell’anello ed un doppietto elettronico nell’orbitale p puro facente parte della struttura delocalizzata. La struttura del furano può essere vista come un insieme di cinque forme di risonanza, che aumentano la tensione del carbonio a subire attacchi elettrofili.

Possiamo avere anche composti eterociclici formati da anelli condensati, ad esempio dalla condensazione di un pirrolo con un benzene, che porta alla formazione di un INDOLO. Questo gruppo funzionale fa parte dell’amminoacido triptofano. La condensazione di un anello pirimidinico ed un anello imidazolico porta alla formazione della struttura della PURINA, importante dal punto di vista biologico perchè forma due basi azotate presenti a livello degli acidi nucleici, quali la guanina e l’adenina.