LES HETEROCYCLES

caféine Théobromine
 HO O
O
O
OH

simvastatine
Hypocholestérolimiant

O H H O O
O
S N Cl
H2N
O O
N N
CF3
O

Proxitine. HCl Rof écoxib

Antidépresseur Antiarthritique SO2CH3
F
Etat Naturel

acides nucléiques

Le groupement Base pyrimidine

phosphate (Adénine)

Sucre
ribose

Nucléotide (Adénosine MonoPhosphate AMP)

4
L’ADN et l’ARN contiennent 5 bases hétérocycliques.

Les bases sont des pyrimidines monocyclique ou des purines

bicycliques et sont tous aromatiques.

noyau purique noyau pyrimidique

5
Noyau purique

Adénine (A) Guanine (G)

Noyau pyrimidique

Uracile (U) Thymine (T) Cytosine (C)

6
Les 4 bases de l’ADN

Adénine (A) Guanine (G) Cytosine (C) Thymine (T)

Les 4 bases de l’ARN

Adénine (A) Guanine (G) Cytosine (C) Uracile (U)

7
 N
OH
H
O

N
Quinine
O
N N
O O HN
N N
S
HN N
O

O N O
Viagra
O

HO N3
Zidovudine
(AZT)
Les alcaloïdes
HO
N
H

H
O H
H H
N O N
HO
O

Strychnine Morphine

N
OH
H

Nicotine Cocaïne Cinchonine

 OEt
P
OEt
O
N
O

Les herbicide fongicide insecticide

Colorant Conducteur organique

N
H
Coniine - le poison de
la ciguë qui a tué socrate
 CARACTERES GENERAUX des HETEROCYCLES
I DEFINITION- CLASSIFICATION

• Molécules cycliques dont un sommet au moins est occupé par un

hétéroatome : O, S, N…
• Classement en fonction

¾ de la nature de l’hétéroatome

¾ de la taille du cycle

¾ de l’insaturation de celui-ci
II NOMENCLATURE

1) Nomenclature systématique

Hétérocycles monocycliques

¾ Nature de l’hétéroatome (en préfixe)

Azote aza si plusieurs hétéroatomes :

Oxygène oxa identiques di, tri…

Soufre thia différents O>S>N

NH
S O
thiacyclobutane 1-oxa-3-azacyclopentane
Taille du cycle (syllabe)

cycle à 3 sommets ir (de tri)

" 4 " ét (de tétra)

" 5 " ol

" 6 " in

" 7 " ép (de hepta)

" 8 " oc (de octa)

 ¾ Degré d’insaturation (en suffixe)

Cycles azotés Cycles non azotés

Nombre de
chaînons du nbr maximal nbr maximal
cycle de doubles Saturation de doubles Saturation
liaisons liaisons

3 irine iridine irène irane

4 ète étidine ète étane

5 ole olane ole olane

6 ine inane ine ane

7 épine épane épine épane

8 ocine ocane ocine ocane

Lorsque l’insaturation est partielle : préfixe désignant le nombre

d’hydrogènes fixés pour saturer les doubles liaisons : dihydro…
 Numérotation des sommets

¾ hétéroatome : indice le plus bas : O > S > N

[ 2H] azirine Azète 2,3-dihydroazole pyridine thiépane

azine

Oxole
[1H] azirine Dihydroazète 1,3,5-triazine 1,3-oxazole
furane

1,3-thiazole [1H]-azépine 1,2-diazocine 2,3-dihydrooxépine

 Hétéroatomes à dénomination triviale

furanne pyrrole pyrrolidine

(oxole) (azole) (azolidine)

pipéridine pyridine pyrimidine pyrazine

(azinane) (azine) (1,3-diazine) (1,4-diazine)
2,3-dihydrofuranne furanne tétrahydrofuranne

5-bromo-3-méthyl-2,3-dihydrofuranne
et non
2-bromo-4-méthyl-4,5-dihydrofuranne
1,3,4-oxadiazole 1,3-thiazole

1,3,5-triazine 1,4,3-oxathiazine

6-méthyl-2,3-dihydro-1,4-oxathiine
Exemples de monocycles où il faut spécifier la position d’un hydrogène.

2H-1,2,4-thiadiazine 4H-1,2,4-thiadiazine 6H-1,2,4-thiadiazine

2H-1,5,2-dithiazine pyrimidin-4(5H)-one
 Hétérocycles condensés
(hétérocycle accolé à 1 ou plusieurs cycles)

Désignation du nouveau système hétérocyclique

¾ 2 cycles dont 1 hétérocycle
hétérocycle = cycle fondamental

benzothiophène benzopyrrole benzopyrane

benzofurane
( indole )

Dans la plupart des cas, ces

composés possèdent des noms
triviaux (quinoléine, isoquinoléine,
benzopyridines indole...,
quinoléine isoquinoléine
hétérocycle accolé à un cycle benzénique.

Chaque liaison de l'hétérocycle est alors désignée par une lettre en

partant de «a» pour la liaison hétéroatome-carbone la plus proche du
cycle benzénique. Le nom de l'hétérocycle est précédé du préfixe
«benzo» suivi d'une lettre entre crochet qui désigne la liaison commune
aux deux cycles définie à partir de l'hétérocycle

benzo[b]pyridine
( quinoléine )

benzo[c]pyridine
( isoquinoléine )
 ¾ 2 hétérocycles

N > O > S = cycle fondamental

furopyrrole thiénofurane
et non pyrrolofurane et non furothiophène
Pour un système bicyclique comportant un hétérocycle à plusieurs
hétéroatomes, on nomme d’abord l’hétérocycle suivant les règles décrites
pour les monocycles. On attribue ensuite les lettres a, b, c…aux liaisons de
l’hétérocycle en partant de l’hétéroatome à préséance supérieure. L’endroit où le
cycle benzénique est attaché à l’hétérocycle est désigné par cette lettre.

benzo[d][1,3]diazine benzo[d][1,2,3]oxadithiole
(nom trivial: quinazoline)
Numérotation du composé bicyclique

Pour numéroter le composé bicyclique, on dessine le composé avec

les cycles à l’horizontale puis on trace une croix sur le cycle benzénique.
On identifie le quadrant principal où se situe l’hétérocycle à préséance
supérieure et contenant le maximum d’hétéroatomes. On débute la
numérotation par l’hétérocycle, en attribuant la position 1 à l’atome
attaché à la jonction de cycle dans le quadrant principal. On continue la
numérotation de tous les atomes de l’hétérocycle puis du cycle
benzénique de façon continue, en sautant les atomes des jonctions de
cycle s’ils sont des carbones. Un carbone à la jonction de cycle porte le
numéro de l’atome qui le précède, suivi de la lettre a.
 Identification des sommets
¾ le plus grand nombre de cycles alignés horizontalement

correct incorrect

¾ les autres dans la partie supérieure droite

correct incorrect

¾ On numérote ensuite dans le sens des aiguilles d’une montre

l’origine = cycle le plus haut à droite
les carbones de jonction ne sont pas pris en compte

quinoléine isoquinoléine ptéridine phénanthridine

 8 1
8a 2
7 S S1
d a
6 N3 N2
4a
5 4

1H-benzo[d][1,2]thiazine 6H-1,2-thiazine

O
2
a
c NH
1

2,3-dihydrobenz[c]azol-1-one 1,5-dihydroazol-2-one
Plusieurs hétérocycles accolés.

Préfixes correspondant à certains hétérocycles.

Hétérocycle Préfixe
Pyrrole Pyrrolo

furane Furo

thiophène Thiéno

imidazole Imidazo

pyridine Pyrido

quinoléine Quino

Isoquinoléine isoquino
Les côtés de l’hétérocycle principal lettre

Les côtés de l’hétérocycle substituant chiffre

et furo[2,3-b]pyrrole

et thiéno[2,3-b]furane
 ¾ Jonction de plus de 2 systèmes
2 types de chiffres : on affecte des primes au nouveau substituant

5 N1 6'
N a 1' N 5'
b 2
4 2' 4'
N c N 3'
3
quinoxaline imidazole pyridine

N N

N N

pyrido[1 ’,2 ’ : 1,2]imidazo[4,5-b]quinoxaline

Hétérocycles identiques liés entre eux.

2" 1"
S
3'
2 2' 3 3"
1S 2' 4'
N1 1' N
2
1' S

2,2'-bipyridine 3,2':4',3''-terthiophène
 O S NH
oxetane thietane azetidine
oxacyclobutane thiacyclobutane azacyclobutane

N N
azete 1-azetine
azacyclobutadiene 1-azacyclobutene
III STRUCTURE
Fonction de la taille et du degré d’insaturation

™ les systèmes aromatiques sont plans

Pyridine Furanne Thiophène Pyrrole

™ les systèmes non aromatiques ont une structure voisine de celle des
cyclanes

Pipéridine « chaise »
 Caractère aromatique des hétérocycles
Règle de Hückel (4n + 2 électrons)
¾ Hétérocycles à 6 sommets

X = N, P, As, Sb, O+ , S+ ...

aromatiques
pauvres en électrons

sommet de plus grande e.M.

Hétéroatome polarisation du système aromatique
propriétés basiques atténuées

Dérive du benzène par remplacement d’un CH par N (sp2)

N garde son doublet
système à 6 électrons Π

pyridine
Hétérocycles à 5 sommets

X = NH, PH, AsH, SbH, O, S...

aromatiques
riches en électrons

Système aromatique du à la participation du doublet de l’hétéroatome

aromaticité Furanne < Pyrrole < Thiophène

pyrrole
IV REACTIVITE
Hétérocycles non aromatiques

L’hétéroatome conserve sa réactivité propre

Le squelette carboné présente un comportement banal

Hétérocycles aromatiques

L’hétéroatome peut participer à la mésomérie selon les cas :

- Cycle à 6 sommets : hétéroatome , plus grande

électronégativité, polarise le système aromatique (faible
basicité)
 - Cycles à 5 sommets le doublet de l’hétéroatome participe à la
mésomérie, et conduit au système aromatique à 6 électron. Les
propriétés liées au doublet libre de l’hétéroatome sont inexistantes (le
pyrrole n’est pas basique)

Comportement d’amine L’azote polarise le noyau L’azote perd sa basicité

secondaire Et le noyau se polarise
3 caractéristiques différencient les hétérocycles saturés et les
hétérocycles aromatiques :

Dans les hétérocycles aromatiques

- Les propriétés de l’hétéroatome sont atténuées ou supprimées

- Grandes stabilité (énergie de résonance)
- SEAR
Méthodes générales de synthèse d’hétérocycles aromatiques

Les méthodes générales de synthèse d’hétérocycles aromatiques

reposent souvent sur la chimie des carbonyles et de ses dérivés (imine,
énamine, éther d’énol).
Exemple des rétro synthèses du pyrrole et de la pyridine.

Composé 1,4-dicarbonyle

Composé 1,5-dicarbonyle
 2

La liaison imine présente dans divers hétérocycles peut s’obtenir par

cyclisation de composés contenant les fonctionnalités carbonyle et
amine.
Exemple de réaction de condensation

2 2
‰ NH3

Thermodynamiquement plus stable

‰
hydrolyse
‰

‰
 Stratégie de déconnection pour la synthèse du pyrrole.

Les hétérocycles aromatiques sont formés par condensation d’un bis-

nucléophile avec un bis-électrophile.

Dans la synthèse du pyrrole, la dicétone peut être considérée comme un

fragment bis-électrophile de 4 C, et l’ammoniac, comme un fragment
azoté bis-nucléophile.
1,5-dicétones dihydropyridines
Condensation entre deux fragments, qu’ils soient bis-nucléophiles,
bis-électrophiles, ou qu’ils comportent chacun une portion nucléophile
et une portion électrophile

Méthodes classiques de préparation d’hétérocycles aromatiques.

Exemple de synthèse de benzimidazole

benzimidazole
Cyclisation des amides

1
2 1
1 2

2
2
2

Oxazolidinones

Préparation de la coumarine
 Fragments nucléophiles
NH3 , H2O , H2S

Synthèse des pyrazoles

H2N NH2 , H2N OH
et isoxazole
NH2 NH2 NH2 NH2
Synthèse des thiazoles
et des pyrimidine S NH2 S R HN R O NH2

Synthèse des quinoléines

NH2

NH2
Synthèse des benzimidazoles

NH2

Synthèse des isoquinoléines

NH2
Fragments électrophiles
O
X = groupe sortant, synthèse des
R X benzimidazoles et des isoquinoléines

O O

R OR Synthèse des thiazoles

X X
O
O O
R
R1 R2 Synthèse des quinoléines

Synthèse des pyrazoles, des isoxazoles et

et des pyrimidines

Synthèse des pyrroles, thiophène et furanne

Fragments nucléophiles / électrophiles

Synthèse des oxazoles

Synthèse des coumarines

Synthèse des oxazoles et des pyrroles

2