Blog

Karamihan sa mga Impluwensiyang Heterocycle Sa Mundo

Karamihan sa mga Impluwensiyang Heterocycle Sa Mundo

Heterocyclic compounds

Isang heterocyclic compound, na kilala rin bilang isang singsing na istraktura ay karaniwang isang compound na naglalaman ng atoms ng dalawang natatanging mga elemento bilang mga miyembro ng kanyang singsing / singsing. Ang mga heterocyclic compound ay malamang na bumubuo sa mga pinaka-iba't-ibang at ang pinaka-matibay na bilang ng mga pamilya ng mga organic compounds.

Anuman ang pag-andar at istraktura, ang bawat carbocyclic compound ay maaaring iko-convert sa iba't ibang heterocyclic analogs sa pamamagitan lamang ng pagpapalit ng isa o higit pang mga atoms ng carbon ring na may ibang elemento. Bilang resulta, ang mga heterocycle ay nag-aalok ng isang plataporma para sa pagpapalitan ng pananaliksik sa iba't ibang mga lugar kabilang ang ngunit hindi limitado sa pharmaceutical, nakapagpapagaling, analytical, at organic na chemistry ng mga heterocyclic compound.

Ang mga pangunahing halimbawa ng heterocyclic compounds ay ang pinaka-gamot, nucleic acids, ang karamihan ng sintetiko at likas na tina, at ang karamihan ng biomass tulad ng cellulose at mga kaugnay na materyales.

Pag-uuri

Kahit na ang heterocyclic compounds ay maaaring organic o inorganic compounds, karamihan ay may hindi bababa sa isang carbon. Ang mga compound na ito ay maaaring mauri ayon sa kanilang elektronikong istraktura. Ang mga saturated heterocyclic compounds ay kumikilos sa parehong paraan tulad ng acyclic derivatives. Bilang isang resulta, ang tetrahydrofuran at piperidine ay mga maginoo na eters at mga amine na may binagong mga steric profile.

Samakatuwid, ang pag-aaral ng heterocyclic na kimika ay naka-focus sa mga unsaturated derivatives at mga aplikasyon na may kinalaman sa mga di-nasugatan na limang pati na rin ang mga singsing na may anim na miyembro. Kabilang dito ang furan, pyrrole, thiophene, at pyridine. Ang susunod na malaking uri ng mga heterocyclic compound ay pinagsama sa mga singsing ng benzene, na para sa furan, pyrrole, thiophene, at pyridine ay ayon sa pagkakabanggit, benzofuran, indole, benzothiophene, at quinoline. Kung ang dalawang singsing ng bensina ay pinagsama, nagreresulta ito sa isa pang malalaking pamilya ng mga compound, na dibenzofuran, carbazole, dibenzothiophene, at aridine. Ang mga unsaturated na singsing ay maaaring iuri batay sa paglahok ng isang heteroatom sa pi system, conjugated system.

Paghahanda at mga reaksiyon

3-membered rings

Ang mga heterocyclic compound na may tatlong atoms sa isang singsing ay higit na reaktibo ang kagandahang-loob ng singsing na singsing. Ang mga heterocycle na naglalaman ng isang heteroatom ay karaniwang matatag. Ang mga naglalaman ng dalawang heteroatoms mangyari, sa pangkalahatan bilang reaktibo intermediates.

Ang mga Oxiranes, na kilala rin bilang mga epoxide ay ang pinaka-karaniwan na mga heterocycle na 3. Ang mga Oxiranes ay inihanda sa pamamagitan ng pagtugon ng mga peracid sa mga alkenes, na may mahusay na stereospecificity. Ang mga Oxiranes ay mas reaktibo kaysa sa unsaturated ethers sa kagandahang-loob ng mataas na anggulo ng 3 na singsing. Ang mga reaksyon ng pagdaragdag na nagpapatuloy sa pamamagitan ng isang nucleophilic at electrophilic na pagbubukas ng ring ay ang pinaka pangkalahatang uri ng reaksyon.

Ang isang reaksyon ng ganitong uri ay kasangkot sa pharmacological action ng nitrogen mustards na kabilang sa mga unang gamot na anticancer na binuo. Ang pagsara ng intramolecular ring tulad ng sa kaso ng anticancer agent na mechlorethamine ay bumubuo ng intermediate aziridium ion. Ang nabuo na biologically active agent ay nag-atake ng mga proliferating cell kabilang ang mga selula ng kanser sa pamamagitan ng pagbabawal ng kanilang pagtitiklop ng DNA. Ginamit din ang mga mustasa ng nitrogen bilang mga ahente ng anticancer.

Ang komersyal na aziridine at oxirane ay mahahalagang bulkong pang-kemikal na pang-industriya. Sa napakalaking produksyon ng oxirane, ang ethylene ay direktang tumutugon sa oxygen. Ang kemikal na reaksyon, na kung saan ay ang pinaka-katangian ng mga ring na ito na may 3, ay ang mga ito ay madaling kapitan sa pag-atake ng mga nucleophilic reagents upang buksan ang ring tulad ng ipinapakita sa ibaba:

Ang pinaka-karaniwang tatlong miyembro heterocyclic compounds Kasama sa isang heteroatom ang:

Puspos Unsaturated
Thiirane (episulfides) Thiirene
Phosphirane Phosphirene
Epoxides (oxirane, ethylene oxide) Oxirene
Aziridine Azirine
Borirane Borirene

Ang pinaka-karaniwang tatlong heterocyclic compounds na may dalawang heteroatoms ay kinabibilangan ng Diaziridine bilang isang saturated derivative at Diazirine bilang isang unsaturated derivative pati na rin ang Dioxirane at Oxaziridine.

Apat na Miyembro na Singsing

Ang iba't ibang mga paraan ng paghahanda ng mga heterocycle ng mga 4 na may singsing ay ipinapakita sa diagram sa ibaba. Ang proseso ng pagtugon sa isang amine, thiol o 3-halo na may base ay karaniwang epektibo ngunit may mga pangkaraniwang ani. Ang dimerization at eliminasyon ay karaniwang mga reaksiyon sa panig. Ang iba pang mga function ay maaaring makipagkumpetensya sa reaksyon.

Sa unang halimbawa, ang cyclization sa isang oxirane ay palaging nakikipagkumpitensya sa pagbuo ng thietane, ngunit ang mas mataas na nucleophilicity ay dominado lalo na kung gumagamit ang isang mahina base.

Sa ikalawang halimbawa, ang pagbuo ng parehong azetidine at aziridine ay posible, ngunit tanging ang huli ay nakikita. Halimbawa ng numero ng apat na nagpapakita na ito diskarte sa pagbuo ng azetidine function na rin kung walang kumpetisyon.

Sa pangatlong halimbawa, ang matibay na configuration ng substrate ay pinapaboran ang pagbuo ng oxetane at pinipigilan ang cyclization ng oxirane. Sa mga halimbawa 5 at 6, ang photocyclization ng Paterno-Buchi ay lalong angkop sa pagbuo ng oxetane.

Paraan ng paghahanda ng mga heterocycle ng mga 4 na miyembro ng singsing

Reaksyon

Ang mga reaksyon ng 4-membered heterocyclic compounds nagpapakita din ng singsing na strain influence. Ang sumusunod na diagram ay nagpapakita ng ilang mga halimbawa. Ang acid-catalysis ay isang tipikal na katangian ng iba't ibang mga reaksiyong pagbubukas ng ring na ipinakita sa mga halimbawa 1,2, at 3a. Sa reaksyon 2 ng thietane, ang asupre ay sumasailalim sa electrophilic chlorination na humahantong sa pagbuo ng chlorosulfonium intermediate at pagpapalit ng ring-opening chloride ion. Sa reaksyon 3b, ang mga strong nucleophiles ay nakita din upang buksan ang strained eter. Ang mga reaksyon ng cleavage ng Beta-lactones ay maaaring mangyari sa pamamagitan ng acid-catalyzed acyl exchange gaya ng nakikita sa 4a. Maaari rin itong maganap sa pamamagitan ng alkyl -O pagkasira ng nucleophiles tulad ng sa 4b.

Ang halimbawa ng numero 6 ay nagpapakita ng isang kagiliw-giliw na kababalaghan ng intramolecular rearrangement ng ortho-ester. Ang Reaction 6 ay nagpapakita ng Beta-lactam cleavage ng penicillin G na nagpapaliwanag ng pinahusay na reaksiyong acylation ng fused ring system.

Mga halimbawa ng mga reaksiyon ng mga heterocyclic na compound na 4

Ang pinaka-kapaki-pakinabang heterocyclic compounds na may mga singsing na 4 na may dalawang serye ng antibiotics, cephalosporins, at penicillins. Ang dalawang serye ay naglalaman ng azetidinone ring na kilala rin bilang Beta-lactam ring.
Maraming mga oxetanes ang sinisiyasat bilang antiviral, anticancer, anti-inflammatory, at antifungal agent. Sa kabilang banda, ang mga Oxetanones ay karaniwang ginagamit sa agrikultura bilang bactericides, fungicides, at herbicides at sa paggawa ng polimer.
Ang magulang na thietane ay natagpuan sa langis ng shale habang ang mga luntiang damo ay nagtatrabaho bilang mga marker ng pabango para sa European polecats, ferrets, at minks. Ang mga thietanes ay inilalapat bilang fungicides at bactericides sa pintura, tulad ng iron corrosion inhibitors, at sa paggawa ng polymers.

Ang apat na miyembro ng singsing ay may isang solong heteroatom

Heteroatom Saturated Unsaturated

Heteroatom Puspos Unsaturated
Sulphur Thietane Azete
Oksiheno Oxetane Oxete
Nitroheno Azetidine Azete

Ang apat na singsing ay may compound na may dalawang heteroatoms

Heteroatom Puspos Unsaturated
Sulphur Dithietane Dithiete
Oksiheno Dioxetane Dioxete
Nitroheno Diazetidine Diazete

Ang 5 na mga singsing na may isang solong heteroatom

Ang Thiophene, furan, at pyrrole ay ang mga magulang na aromatic compounds ng mga heterocycle na may 5 na mga singsing. Narito ang kanilang mga istruktura:

Ang saturated derivatives ng thiophene, furan, at pyrrole ay thiophane, tetrahydrofuran, at pyrrolidine ayon sa pagkakabanggit. Ang mga bicyclic compound na gawa sa thiophene, furan, o pyrrole ring na fused sa isang ring ng benzene ay kilala bilang benzothiophene, benzofuran, isoindole (o indole) ayon sa pagkakabanggit.
Ang nitrogen heterocycle pyrrole ay kadalasang nangyayari sa langis ng buto na nabuo sa pamamagitan ng agnas ng mga protina sa pamamagitan ng malakas na pag-init. Ang mga pyrrole ring ay matatagpuan sa mga amino acid tulad ng hydroxyproline at proline na mga bahagi ng iba't ibang mga protina na nasa mataas na konsentrasyon sa estruktural protina ng ligaments, tendons, balat, at mga buto at collagen.
Ang mga derivatibo ng pyrrole ay matatagpuan sa mga alkaloid. Ang nikotina ay ang pinaka-karaniwang kilalang pyrrole na naglalaman ng alkaloid. Ang hemoglobin, myoglobin, Bitamina B12, at chlorophylls, ay nabuo sa pamamagitan ng pagsali sa apat na mga yunit ng pyrrole sa isang malaking sistema ng singsing na tinatawag na porphyrin, katulad ng ipinakita sa chlorophyll B sa ibaba.

Ang mga pigment ng apdo ay nabuo sa pamamagitan ng agnas ng porphyrine ring at may isang chain of 4 pyrrole rings.
Paghahanda ng mga heterocycle ng 5 na miyembro
Ang pang-industriya na paghahanda ng mga furan proceeds tulad ng ipinapakita sa ibaba ng paraan ng aldehyd, furfural, na nabuo mula sa pentose na naglalaman ng mga hilaw na materyales tulad ng corncobs. Ang mga katulad na paghahanda ng thiophene at pyrrole ay ipinapakita sa ikalawang hanay ng mga equation.
Ang ikatlong hanay ng equation ay nagpapakita ng pangkalahatang paghahanda ng mga substituted thiophenes, pyrroles, furans mula sa 1,4-dicarbonyl compounds. Maraming mga iba pang mga reaksyon na humahantong sa pagbuo ng mga pinalitan heterocycles ng ganitong uri ay sinimulan. Dalawa sa mga pamamaraan na ito ang ipinapakita sa pangalawa at pangatlong reaksyon. Ang Furan ay nabawasan ng palladium-catalyzed hydrogenation sa tetrahydrofuran. Ang cyclic ether na ito ay isang mahalagang pantunaw na hindi lamang ma-convert sa 4-haloalkylsulfonates ngunit din 1,4-dihalobutanes na maaaring magamit upang maghanda thiolane at pyrrolidine.

Ang limang-miyembro na singsing ay may isang solong heteroatom

Heteroatom Unsaturated Puspos
antimonyo Stibole Stibolane
arsenic Arsole Arsolane
Bismuth Bismole Bismolane
Boron Borole Borolane
Nitroheno Pyrrole Pyrrolidine
Oksiheno Furan Tetrahydrofuran

5-membered rings na may 2 heteroatoms

Ang limang-miyembro na ring compound na naglalaman ng 2 heteroatoms at hindi bababa sa isa sa heteroatoms ay Nitrogen, ay kilala bilang azoles. Ang mga Isothiazoles at thiazoles ay may nitrogen at sulfur atom sa singsing. Ang mga compounds na may dalawang atom ng sulfur ay kilala bilang Dithiolanes.

Heteroatom Unsaturated (at bahagyang unsaturated) Puspos
Nitroheno

/ nitrogen

Pyrazole (Pyrazoline)

Imidazole (Imidazoline)

Pyrazolidine

Imidazolidine

Nitrogen / oxygen Isoxazole

Oxazoline (oxazole)

Isoxazolidine

oxazolidine

Nitrogen / asupre Isothiazole

Thiazoline (Thiazole)

Isothiazolidine

Thiazolidine

Oxygen / oxygen Dioxolane
Sulphur / sulfur Dithiolane

Ang ilang mga pyrazoles nangyari natural. Ang mga compound ng klase na ito ay inihanda sa pamamagitan ng pagtugon sa 1,3-diketones na may hydrazines. Ang karamihan ng mga sintetikong pyrazole compound ay ginagamit bilang gamot at dyes. Kabilang dito ang lagnat na pagbabawas ng analgesic aminopyrine, phenybutazone na ginagamit sa paggamot sa arthritis, ang dye ng hibla at kulay ng nuwes na tartrazine ng pagkain, at ang karamihan sa mga tina na ginagamit sa photography na kulay bilang mga sensitizing agent.

5-membered rings na may 3 heteroatoms

Mayroon ding isang malaking grupo ng mga limang-miyembro na singsing na may hindi bababa sa 3 heteroatoms. Ang isang halimbawa ng mga naturang compound ay dithiazoles na naglalaman ng nitrogen atom at dalawang sulfur.

6-membered rings na may 1 heteroatom

Ang nomenclature na ginagamit sa monocyclic nitrogen na naglalaman ng 6 na may singsing compound ring ay narito sa ibaba. Ang mga posisyon sa ring para sa pyridine ay ipinapakita, ang Arabic numerals ay mas ginusto sa mga Griyego na titik, kahit na ang parehong mga sistema ay ginagamit. Ang mga pyridones ay mga aromatic compounds sa kagandahang-loob ng mga kontribusyon sa resonance hybrid mula sa mga nabagong form ng resonance tulad ng ipinakita para sa 4-pyridone.

Dalawang pangunahing coenzymes na kasangkot sa iba't ibang mahahalagang metabolic reaksyon sa mga selula, NAD (kilala rin bilang coenzyme1) at NADP (kilala rin bilang coenyme II), ay nagmula sa nicotinamide.
Ang karamihan ng mga alkaloid ay naglalaman ng isang piperidine o pyridine ring structure, kabilang sa mga ito piperine (bumubuo sa isa sa mga sharp-tasting nilalaman ng itim at puting paminta) at nikotina. Ang kanilang mga istraktura ay ipinapakita sa ibaba.

Pyridine na kung saan ay isang beses nakuha mula sa alkitran alkitran ngunit ngayon ay handa catalytically mula sa ammonia at tetrahydrofurfuryl alkohol ay isang mahalaga intermediate at may kakayahang makabayad ng utang na ginagamit sa paggawa ng iba pang mga compounds. Ang vinylpyridines ay mga kritikal na monomer ng mga bloke ng plastik, at ganap na puspos na piperidine, ang pyridine ay ginagamit bilang kemikal na materyal at pagproseso ng goma.

Pharmaceutically kapaki-pakinabang pyridines

Kabilang sa mga kapaki-pakinabang na pyridine na parmasyutiko ang isonicotinic acid hydrazide (tuberculostat isoniazid), ang anti-AIDS na gamot na kilala bilang nevirapine, nicorandil - avasodilator na ginagamit para sa pagkontrol sa angina, phenazopyridine-ang analgesic ng ihi at pati na rin ang anti-inflammatory sulfa drug. Ang Diflufenican, clopyralid, paraquat, at diquat ay popular na pyridine derivatives na ginagamit bilang herbicides.

6 na may singsing na may 2 o higit pang heteroatoms

Ang 3 monocyclic na anim na miyembro na ring heterocycle na may 2 nitrogen heteroatoms (diazines) ay binilang at ipinangalan gaya ng ipinapakita sa ibaba.

Ang Maleic hydrazide ay isang pyridazine derivative na ginamit bilang herbicide. Ang ilang mga pyrazines tulad ng aspergillic acid mangyari natural. Narito ang mga istruktura ng mga nabanggit na compound:

Ang singsing ng Pyrazine ay isang sangkap ng iba't ibang polycyclic compounds ng pang-industriya at biological na kahalagahan. Ang mahahalagang miyembro ng pamilya ng pyrazine ay phenazines, alloxazines, at pteridines. Sa pharmacologically at biologically, ang mga pinakamahalagang diurnal ay mga pyrimidine. Ang Cytosine, thymine, at uracil ay ang 3 ng 5 nucleotide base na bumubuo sa genetic code sa RNA at DNA. Nasa ibaba ang kanilang mga istraktura:

Ang bitamina thiamin ay may pyrimidine ring at bukod sa sintetikong barbiturates kabilang ang amobarbital ay karaniwang ginagamit na mga gamot. Ang Morpholine (magulang tetrahydro-1,4-oxazine) ay ginawa sa malaking sukat para gamitin bilang fungicide, kaagnasan inhibitor, at isang solvent. Ang morpholine ring ay matatagpuan din sa sedative-hypnotic na trimetozine na gamot at ilang mga fungicide tulad ng fenpropimorph at tridemorph. Narito ang formula ng istruktura para sa morpholine:

7-membered rings

Habang lumalaki ang laki ng singsing, ang iba't ibang mga compound na maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng lokasyon, uri, at bilang ng heteroatoms ay tumataas nang sobra. Gayunpaman, ang kimika ng mga heterocycle na may 7 na may singsing o higit pa ay mas mababa kaysa sa mga 6 at 5 na may singsing na heterocyclic ring.
Ang mga Oxepine and Azepine rings ay mahalaga sa mga elemento ng iba't ibang natural na mga produktong metabolic ng mga organismo ng dagat at mga alkaloid. Ang derivative ng azepine na kilala bilang caprolactam ay komersyal na ginawa sa bulk para magamit sa paggawa ng naylon-6 bilang isang intermediate at sa produksyon ng gawa ng tao na katad, coatings, at mga pelikula.
Ang mga heterocyclic compound na may 7 na may dalawa o isang nitrogen atom sa kanilang singsing ay mga yunit ng estruktura ng malawakang ginagamit na psychopharmaceuticals Prazepine (tricyclic antidepressant) at pawis na diazepam na kilala rin bilang valium.

8-membered rings

Ang mga halimbawa ng mga heterocyclic compound sa klase na ito ay kinabibilangan ng azocane, oxocane, at thiocane na may nitroheno, oksiheno, at sulfur bilang mga heteroatom. Ang kani-kanilang mga unsaturated derivatives ay azocine, oxocine, at thiocine ayon sa pagkakabanggit.

9-membered rings

Ang mga halimbawa ng mga heterocyclic compound sa klase na ito ay kinabibilangan ng azonane, oxonane, at thionane na may Nitrogen, oxygen, at sulfur bilang kani-heteroatoms. Ang kani-kanilang mga unsaturated derivatives ay azonine, oxonine, at thionine ayon sa pagkakabanggit.

Mga paggamit ng heterocyclic compounds

Ang mga heterocycle ay kapaki-pakinabang sa maraming lugar ng agham at teknolohiya sa buhay. Tulad ng nakita natin sa ating talakayan, maraming droga ang mga heterocyclic compound.

Mga sanggunian

IUPAC Gold Book, heterocyclic compounds. Link:

WH Powell: Pagbabago ng pinalawak na Hantzsch-Widman System ng Nomenclature para sa Heteromonocycles, sa: Purong Appl. Chem.1983, 55, 409-416;

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

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