Związki heterocykliczne - cz.1

Związki heterocykliczne to  związki pierścieniowe. W skład ich pierścieni wchodzą co najmniej dwa różne pierwiastki. Jeśli interesuje Was chemia organiczna, na pewno o nich słyszeliście. Najczęstszymi heteroatomami – czyli atomami pierwiastków, których obecność w pierścieniu czyni go heterocyklicznym – są tlen, azot, siarka albo fosfor. Heteroaromatyczność to obecność w układzie aromatycznym co najmniej jednego heteroatomu.

W pentazynie za heteroatom możemy uznać atom węgla

Warto nadmienić, że energia aromatyzacji związków heteroaromatycznych jest mniejsza niż analogicznych związków homocyklicznych, np. energia aromatyzacji pirydyny jest nieco mniejsza niż energia aromatyzacji benzenu. Układ aromatyczny nie musi powstać tylko w wyniku delokalizacji wiązań podwójnych – delokalizowane mogą być też wolne pary elektronowe heteroatomów. Np. pirol, homolog pirydyny, ma o wiele słabsze od niej właściwości zasadowe. Dzieje się tak dlatego, że wolna para elektronowa, która determinuje właściwości zasadowe amin, współtworzy w pirolu pierścień aromatyczny. W pirydynie natomiast azot tworzy proste wiązanie podwójne z sąsiadującym atomem węgla, nie angażując przy tym wolnej pary elektronowej. Związkiem izoelektronowym do pirolu jest anion cyklopentadienowy. Podobną sytuację obserwujemy np. w furanie.

od lewej: benzen, pirydyna, pirol, anion cyklopentadienylowy, furan

kation piryliowy

Ciekawą grupę związków heteroaromatycznych stanowią pochodne kationu piryliowego. Niestabilny na pierwszy rzut oka kation, w którego skład wchodzi trójwiązalny atom tlenu o ładunku dodatnim stabilizuje stosunkowo wysoka energia aromatyzacji pierścienia aromatycznego. Jedna z par elektronowych tlenu jest wykorzystana do wytworzenia wiązania podwójnego węgiel – tlen. Ta molekuła jest na tyle stabilna, że może nawet istnieć w zakwaszonym roztworze wodnym.

cyjanidyna

 Tego typu związki występują także w naturze – antocyjany nadają kolor np. kwiatom. Jak może pamiętacie, na lekcjach chemii są czasem prezentowane właściwości soku z czerwonej kapusty jako wskaźnika pH. Właściwości te wynikają z obecności atomu tlenu w nienasyconym układzie cyklicznym barwnika – cyjanidyny, która przy niższym pH odszczepia grupę hydroksylową, tworzy jon oksoniowy i staje się układem aromatycznym.

borazyna

Kolejnym interesującym heterocyklem jest borazyna. Nazywana "nieorganicznym benzenem" wykazuje dość dużą trwałość w stosunku do innych cząsteczek, w których występują wiązania bor – wodór. Azot tworzy wiązanie koordynacyjne z borem, co częściowo aromatyzuje cząsteczkę, nadając jej w ten sposób większą  trwałość.