blogo

Plej Influaj Heterocikloj En La Mondo

Plej Influaj Heterocikloj En La Mondo

Komponaĵoj heterocíclicos

Heterocíclica komponaĵo, ankaŭ konata kiel ringo-strukturo, estas esence komponaĵo, kiu enhavas atomojn de du malsamaj elementoj kiel membroj de ĝiaj ringoj / ringoj. Hetrokiĉaj komponaĵoj probable konsistigas la plej diversan kaj plej grandan nombro de la familio de organikaj komponaĵoj.

Ĉiuokaze de funkcieco kaj strukturo, ĉiu karbikla komponaĵo povas esti konvertita en diversaj heterociklaj analogoj per nur anstataŭigo de unu aŭ pli da karbona ringo-atomoj kun malsama elemento. Kiel rezulto, heterocikuloj proponis platformon por interŝanĝo de esplorado en diversaj areoj, inkluzive de farmaciaj, kuracaj, analizaj kaj organikaj kemioj de heterociklaj komponaĵoj.

La plej gravaj ekzemploj de heterociklaj kombinaĵoj estas plej multaj drogoj, nukleaj acidoj, la plimulto de sintezaj kaj naturaj tinkturoj, kaj plimulto de biomasa kiel celulozo kaj rilataj materialoj.

Klasifikado

Eĉ kvankam heterociĉaj komponaĵoj povas esti organikaj aŭ neorganikaj komponaĵoj, plej multaj havas almenaŭ unu karbonon. Ĉi tiuj komponaĵoj povas esti klasifikitaj laŭ sia elektronika strukturo. Saturitaj heterociĉaj komponaĵoj kondutas same kiel akiklajn derivatojn. Kiel rezulto, tetrahidrofurano kaj piperidina estas konvenciaj etheroj kaj aminoj kun modifitaj sterilaj profiloj.

La studo de heterokiĉa kemio, sekve, fokusas ĉefe sur unsaturated derivativoj kaj aplikoj implikas senĉese kvin kaj ankaŭ ses-membrojn. Ĉi tio inkluzivas furan, pirronon, tiofenon kaj piridinon. La sekva granda klaso de heterocikaj kombinaĵoj estas kunfandita al benzeno-ringoj, kiuj por furano, pirolo, tiofeno kaj piridino estas benzofurano, indole, benzotiopeno kaj kinolino respektive. Se du benzenelaj ringoj estas kunfanditaj, tio rezultas al alia granda familio de komponaĵoj, kiuj estas dibenzofuran, karbazole, dibenzotiophene kaj aridine. Senŝatataj ringoj povas esti klasifikitaj laŭ la partopreno de heteroatomo en la sistemo pi, sistemo konjugaciita.

Preparado kaj reagoj

3-membraj ringoj

Heterocíclicaj komponaĵoj kun tri atomoj en ringo estas pli reagaj ĝentileco de la ringo. Heterocikloj enhavantaj unu heteroatomon ĝenerale estas stabilaj. Kiuj enhavas du heteroatomojn okazas, ĝenerale kiel reakciaj intermedioj.

Oksranoj, ankaŭ konataj kiel epoxidoj, estas la plej komunaj heterocikloj de 3-membroj. Oksranoj estas pretaj reagante peracidojn kun alkenoj, kun bona stereospecifikeco. Oksranoj estas pli reactivaj ol unsaturated ethers ĝentileco de la alta angula streĉiĝo de la 3-membro-ringo. Aldona (reagoj, reagas) (tiu, ke, kiu) okazas per nucleofilika kaj elektrofilika malfermo de la ringo estas la plej ĝenerala reakla klaso.

Reago de ĉi tiu speco estas implikita en la apotekologia agado de nitrogeno, kiu estis inter la unuaj antikancaj drogoj evoluintaj. Fermo de intramolekula ringo kiel en la kazo de kontraŭkancero-agento mechlorethamino formas intera aziridio-jono. La formita biologie aktiva agento proliferas ĉelojn inkluzive de kancero-ĉeloj per inhibado de sia repliko de ADN. Nitrogenaj buŝoj ankaŭ estis uzataj kiel kontraŭkancaj agentoj.

Komerce aziridina kaj oksrano estas esencaj grandegaj industriaj kemiaĵoj. Sur masiva skala produktado de oksrano, etileno rekte reagas kun oksigeno. La kemia reago, kiu estas la plej karakterizaĵo de ĉi tiuj 3-membroj-ringoj, estas ke ili estas kapablaj ataki per nucleofilaj reactivoj por malfermi la ringon kiel montriĝas sube:

La plej oftaj tri-membroj komponaĵoj heterocíclicos Kun unu heteroatomo inkluzivas:

Saturita Senatenebla
Thiirane (epifidoj) Thiirene
Phosphirane Phosphirene
Epoksidoj (oxirano, etileno-oksido) Oxireno
Aziridine Azirine
Borirane Borirene

La komponaĵoj heterocíclicos de tri membroj pli komunaj kun du heteroátomos inkludas la diaziridina kiel derivita saturita kaj la diazirina kiel derivita insaturada tiel kiel la dioxirano kaj la oxaziridina.

Ringoj de kvar membroj

Diversaj metodoj de preparo de 4-membraj ringaj heterocikloj estas montritaj en la diagramo pli sube. La procezo de reagado de amino, thiol aŭ 3-halo kun bazo estas tipe efika sed kun rimedoj mediocres. Dimerigo kaj elimini estas tipaj flankaj reagoj. Aliaj funkcioj ankaŭ povas konkurenci en la reago.

En la unua ekzemplo, biciklado al oksrano ĉiam konkurencas kun formado de tietano, sed la pli alta nucleofilikeco regas precipe se oni uzas malfortan bazon.

En la dua ekzemplo, la formado de ambaŭ azetidina kaj aziridina estas ebla, sed nur la lasta estas vidita. Ekzemplo numero kvar specimeno, ke ĉi tiu aliro al la formado de azetidina funkcias bone se ne ekzistas konkurenco.

En la tria ekzemplo, la rigida agordo de la substrato favoras formadon de oxetano kaj malhelpas bicikligon de okseno. En ekzemploj 5 kaj 6, la Patro-Buchi-fotokalkuloj estas speciale konvenaj al la formado de oxetano.

Metodoj por prepari 4-membrojn ringojn heterocikulojn

reagoj

Reagoj de 4-membroj komponaĵoj heterocíclicos Ankaŭ pruvi ringo influo. La sekva diagramo montras iujn ekzemplojn. Acida-katalizo estas tipa trajto de diversaj ringo-malfermaj reagoj montritaj en ekzemploj 1,2, kaj 3a. En reago 2 de tietano, sulfuro spertas elektrofilikan clorigon kondukante al la formado de klorosulfonio intera kaj anstataŭigo de ringo-malferma kloruro. En reago 3b, fortaj nucleófilos ankaŭ estas viditaj por malfermi la streĉitan eteron. La reagoj de beta-lactonoj povas okazi per acida-kataligita acila interŝanĝo, kiel oni vidas en 4a. Ĝi ankaŭ povas okazi per alkyl-O-rompo per nucleófilos kiel en 4b.

Ekzemplo nombro 6 montras interesan fenomenon de intramolekula reordigo de la ortho-ester. Reago 6 montras beta-laktaman diskon de penicilino G kiu klarigas la plibonigitan acilacion reago de la fandita ringo sistemo.

Ekzemploj de reagoj de 4-membraj heterocikaj komponaĵoj

La plej utila komponaĵoj heterocíclicos Kun 4-membraj ringoj estas du serioj de antibióticos, la cefalosporins kaj penicilinoj. La du serioj enhavas azetidinan ringon, kiu ankaŭ estas konata kiel Beta-laktam-ringo.
Multaj oxetanoj estas sub esploro kiel antiviralaj, kontraŭkancaj, antiinflamatoriaj kaj antifikaj agentoj. Oxetanones, aliflanke, estas plejparte aplikataj en agrikulturo kiel bactericidoj, fungikidoj kaj herbicidoj kaj en la fabrikado de polimeroj.
Patro-tietano estis trovita en ĥela oleo, kaj ĝiaj odoriferaj derivoj funkciis kiel odoro markitaj por eŭropaj polekatoj, huronoj kaj ministoj. Thietanes estas aplikitaj kiel fungikidoj kaj bactericidoj en la farbo, kiel ferokoraj inhibidores kaj en la fabrikado de polimeroj.

Kvar-membraj ringoj kunmetas al unu heteroatomo

Heteroatom Saturata Senatenebla

Heteroatom Saturita Senatenebla
sulfuro Thietane Azete
Oksigeno Oxetane Boksisto
nitrogenon Azetidino Azete

Kvar-membraj ringoj kunmetitaj kun du heteroatomoj

Heteroatom Saturita Senatenebla
sulfuro Ditietano Dithieto
Oksigeno Dioxetano Dioxete
nitrogenon Diazetidino Diazeto

5-membrojn kun sola heteroatomo

Tiofeno, furano kaj pirroleo estas la gepatraj aromaj komponaĵoj de 5-membraj ringoj heterocikuloj. Jen iliaj strukturoj:

La saturitaj derivaĵoj de tofeno, furano kaj pirrolo estas tiofano, tetrahidrofurano kaj pirrolidina respektive. Biciklaj komponaĵoj faritaj el tiofeno, furano aŭ pirrola ringo kunfanditaj al benzena ringo estas konataj kiel benzotiopeno, benzofurano, isoindolo (aŭ indole) respektive.
Nitrogeno de heterociclo-pirolo kutime okazas en osta oleo, kiu estas formita per malkomponaĵo de proteinoj per forta hejtado. La ringoj de pirroleo estas trovitaj en la aminoácidos kiel ekzemple hidroxipolina kaj prolineo, kiuj estas komponantoj de diversaj proteinoj ĉe altaj koncentriĝoj en struktura proteino de ligamentoj, tendenoj, haŭto kaj ostoj kaj kolageno.
Pirrolaj derivaĵoj estas trovitaj en la alcaloidoj. Nikotino estas la plej ofte konata pirroleo kiu enhavas alcaloidon. Hemoglobino, myoglobino, Vitamino B12 kaj klorofiloj estas ĉiuj formitaj per aliĝado de kvar pirrolaj unuoj en granda ringo-sistemo nomata perfirino, kiel la de klorofilo B montrita sube.

La pigmentaj biletoj estas formitaj per malkomponaĵo de porfirina ringo kaj havas ĉenon de 4-piroralaj ringoj.
Preparado de 5-membro-ringaj heterocikloj
Industria preparado de furanaj progresoj kiel montrita sube per la maniero de aldehid, furfural, kiu estas generita de pentoseo kiu enhavas krudajn materialojn kiel ekzemple maŝinoj. Similaj preparoj de tofeno kaj pirolo estas montritaj en la dua vico de ekvacioj.
La tria vico de ekvacio montras la ĝeneralan preparadon de anstataŭaj tiofenoj, piroloj, furans de 1,4-dicarbonilo-komponaĵoj. Multaj aliaj reagoj kondukas al formado de anstataŭaj heterocikloj de ĉi tiu tipo komenciĝis. Du el ĉi tiuj proceduroj estis montritaj en la dua kaj tria reago. Furan estas reduktita per paladio-katalizita hidrogenado al tetrahidrofurano. Ĉi tiu cikla etro estas valora solvento, kiu ne nur povas esti konvertita al 4-haloalkylsulfonates sed ankaŭ 1,4-dihalobutanes, kiuj povas esti uzataj por prepari tiolanon kaj pirrolidinon.

Kvin-membraj ringoj kunmetas al unu heteroatomo

Heteroatom Senatenebla Saturita
Antimonio Stibole Stibolo
Arsenic Arsole Arsolane
Bismuto Bismole Bismolano
boro Borole Borolane
nitrogenon Pirolo Pirrolidina
Oksigeno Furan tetrahydrofuran

5-membraj ringoj kun 2-heteroatomoj

La kvin-membraj ringo-komponaĵoj kun 2-heteroatomoj kaj almenaŭ unu el la heteroatomoj estas nitrogeno, estas nomataj azoles. Isotiazoles kaj thiazooloj havas nitrogenon kaj sulfuron-atomon en la ringo. Kombinaĵoj kun du sulfuro-atomoj estas konataj kiel Diliolanoj.

Heteroatom Senatenebla (kaj parte nesaturata) Saturita
nitrogenon

/ nitrogeno

Pirazol (pirazolino)

Imidazole (imidazolino)

Pirazolidina

Imidazolidina

Nitrogeno / oksigeno Isoxazol

Oxazolino (oxazole)

Isoxazolidine

oxazolidina

Nitrogeno / sulfuro Isotiazol

Thiazoline (Thiazole)

Izotiazolidina

Thiazolidine

Oksigeno / oksigeno Dioxolane
Sulfuro / sulfuro Dilidhlano

Iuj pyrazoloj okazas nature. Kombinaĵoj de ĉi tiu klaso pretas reagante 1,3-diketojn kun hidrazinoj. La plej multaj sintezaj pirazoluloj estas uzataj kiel medicino kaj tinkturoj. Ili inkluzivas febron-reduktanta analgesikan aminopirinon, fenybutazon uzitan en artrito, tibro kaj flava manĝaĵo tartrazino, kaj plimulto de tinkturas uzataj en kolora foto kiel sentivaj agentoj.

5-membraj ringoj kun 3-heteroatomoj

Ekzistas ankaŭ granda grupo de kvin-membraj ringo-komponaĵoj kun almenaŭ 3-heteroatomoj. Unu ekzemplo de tiaj komponaĵoj estas dithiazoles, kiuj enhavas nitrogenomon kaj du sulfuron.

6-membraj ringoj kun 1-heteroatomo

La nomenclaturo uzita en monociklicaj nitrogenoj kun 6-membraj ringo-komponaĵoj estas ĉi tie sube. Posicioj sur la ringo por piridina estas montritaj, la arábaj numeraloj estas pli preferitaj al grekaj literoj, kvankam ambaŭ sistemoj estas uzataj. Piridonoj estas aromaj komponaĵoj ĝentileco de kontribuoj al resona hibrido de akuzitaj resonoj formitaj kiel pruvis por la 4-piridono.

Du ĉefaj koenzimoj implikitaj en diversaj krozaj metabolaj reagoj en ĉeloj, NAD (ankaŭ konataj kiel coenzyme1) kaj NADP (ankaŭ nomata coenyme II), estas derivitaj de nicotinamido.
La plimulto de alkaloidoj enhavas piperidine aŭ piridine ring structure, inter ili piperine (konstituas unu el la akraj-gustaj enhavo de nigra kaj blanka pipro) kaj nikotino. Iliaj strukturoj estas montritaj sube.

Piridine, kiu iam estis eltirita el karba tar, sed nun estas preparita kalie de amoniako kaj tetrahidrofurfurila alkoholo, estas kerna intera kaj solventa uzita por fabriki aliajn komponaĵojn. Vinilpiridinoj estas fundamentaj monomeroj konstruantaj blokoj de plastoj, kaj plene saturitaj piperidinoj, piridinoj estas uzataj kiel kemia unua materio kaj kaŭĉuko.

Piridinoj farmacéuticamente utilaj

La piridinoj farmacéuticamente utilaj inkludas la hidracidon isonicotínico (la tuberculostat isoniazida), la drogo anti-AIDOS-virus konita kiel nevirapina, nicorandil-avasodilator uzita por kontroli angina, phenazopiridina-la urina traktado analgesico tiel kiel kontraŭinflamatorio sulfa drogo. Diflufenaj, clopyralidoj, parakatoj kaj diquatoj estas popularaj piridina derivaĵoj, kiuj estas uzataj kiel herbicidoj.

6-membraj ringoj kun 2 aŭ pli heteroatomoj

La 3 monocíclica ses-membra ringo heterocikuloj kun 2-nitrogenaj heteroatomoj (diazinoj) estas numeritaj kaj nomitaj kiel montritaj sube.

La hidrazida maleica estas derivita de piridazina uzita kiel herbicida. Iuj pirazinoj kiel ekzemple aspergila acido okazas nature. Jen la strukturoj de la menciitaj komponaĵoj:

Pirazina ringo estas komponanto de diversaj plurkíciaj komponaĵoj de industria kaj biologia graveco. Gravaj membroj de pirazina familio estas phenazinoj, alloxazinoj kaj pteridinoj. Farmacologie kaj biologie, la plej gravaj diazinoj estas pirimidinoj. Citozo, timino kaj uracilo estas la 3 de la 5-nucleotidaj bazoj, kiuj konstituas la genetikan kodon en RNA kaj DNA. Malsupre estas iliaj strukturoj:

Vitaminamio havas pirimidinan ringon kaj krom sintezaj barbitituracioj inkluzive de amobarbitaĵoj estas ofte uzitaj drogoj. Morfolo (gepatra tetrahidro-1,4-oxazino) estas produktita grandskale por uzo kiel fungikido, korodo-inhibilo kaj solvento. Morfolina ringo ankaŭ troviĝas en la sedativa-hipnota drogo trimetozine kaj kelkaj fungicidoj kiel fenpropimorph kaj tridemorph. Jen la struktura formulo por morfolo:

7-membraj ringoj

Ĉar la grandeco de la ringo pliigas, la vario de la komponaĵoj, kiujn oni povas akiri variante la lokon, tipon, kaj la nombro da heteroatomoj pliigas ege. Tamen, la kemio de heterocikloj kun 7-membraj ringoj aŭ pli estas malpli evoluinta ol tiu de 6 kaj 5-membro-ringaj heterocikaj komponaĵoj.
Oxepine kaj Azepine-ringoj estas fundamentaj komponantoj de diversaj naturaj produktantaj metabolaj produktoj de maraj organismoj kaj alkaloidoj. La azepina derivaĵo, konata kiel kaprolaktamo, estas komerce produktita en plejparto por uzo en la fabrikado de nilono-6 kiel intera kaj en produktado de sinteza ledo, revestaĵoj kaj filmoj.
XHUMX-membraj heterocikaj kombinaĵoj kun du aŭ unu nitrogenomo en ilia ringo estas strukturaj unuoj de vaste uzataj psikofarmacioj Prazepine (tricíclico antidepresivo) kaj trankviligilo diazepam ankaŭ konata kiel valio.

8-membraj ringoj

Ekzemploj de heterociklaj komponaĵoj en ĉi tiu klaso inkluzivas azocaneon, oxocanon, kaj thiocaneon kun nitrogeno, oksigeno kaj sulfuro estas la respektivaj heteroatomoj. Iliaj respektivaj nesaturaj derivaĵoj estas azocino, oksokino kaj tiocino respektive.

9-membraj ringoj

Ekzemploj de heterociklaj komponaĵoj en ĉi tiu klaso inkluzivas azonane, oxonane, kaj thionane kun nitrogeno, oksigeno kaj sulfuro estas la respektivaj heteroatomoj. Iliaj respektivaj insaturaj derivaĵoj estas azonina, oxonino, kaj thionine respektive.

Uzoj de komponaĵoj heterocíclicos

Heterocikloj estas utilaj en pluraj areoj de vivaj sciencoj kaj teknologio. Kiel ni jam vidis en nia diskuto, multaj drogoj estas heterociklaj komponaĵoj.

Referencoj

IUPAC Gold Book, heterocyclic komponaĵoj. Ligilo:

WH Powell: Revizio de la etendita Hantzsch-Widman-sistemo de nomenclaturo por Heteromonocycles, en: Pura Apliko. Kem.1983, 55, 409-416;

A. Hantzsch, JH Weber: Ueber Verbindungen des Thiazols (Pyridins der Thiophenreihe), en: Ber. Dtsch. Kem. Ges. 1887, 20, 3118-3132

O. Widman: Zur Nomenclatur der Verbindungen, welche Stickstoffkerne enthalten, en: J. Prakt. Kem. 1888, 38, 185-201;