блог

Большасць уплывовых гетероциклы У Міры

Большасць уплывовых гетероциклы У Міры

гетэрацыклічныя злучэння

Гетэрацыклічных злучэнне, таксама вядомае як кальцавая структура ў асноўным злучэнне, якое змяшчае атамы двух розных элементаў у якасці членаў яго кальца / кольцаў. Гетэрацыклічныя злучэння, верагодна, з'яўляюцца самымі разнастайнымі і найбольш значная колькасць сямейства арганічных злучэнняў.

Па-за залежнасці ад функцыянальнасці і структур, кожнае карбоциклическое злучэнне, можа быць ператворана ў розныя гетэрацыклічныя аналагі шляхам замены аднаго ці больш атамаў вугляроду ў коле з іншым элементам. У выніку гетероциклы прапанавалі платформу для абмену даследаванняў у розных галінах, уключаючы, але не абмяжоўваючыся фармацэўтычнай, лекавых, аналітычнай і арганічнай хіміі гетэрацыклічных злучэнняў.

Асноўнымі прыкладамі гетэрацыклічных злучэнняў з'яўляюцца большасць лекавых сродкаў, нуклеінавых кіслот, большасць сінтэтычных і натуральных фарбавальнікаў, і большасць біямасы, такіх як цэлюлоза і адпаведных матэрыялаў.

Класіфікацыя

Нягледзячы на ​​тое, гетэрацыклічныя злучэнні могуць быць арганічнымі або неарганічнымі злучэннямі, большасць з іх, па меншай меры, адну вугляроду. Гэтыя злучэнні могуць быць класіфікаваны ў адпаведнасці з іх электроннай структуры. Насычаныя гетэрацыклічныя злучэння паводзяць сябе гэтак жа, як вытворныя ацыклічных. У выніку, тетрагидрофуран і пиперидин ўяўляе сабой звычайныя простыя эфіры і аміны са змененымі профілямі стэрычных.

Вывучэнне хіміі гетэрацыклічных злучэнняў, такім чынам, арыентавана ў асноўным на ненасычаныя вытворныя і прыкладання ўключаюць ненапружанай пяць, а таксама шестичленные кольца. Гэта ўключае фура, пиррол, тиофен, пиридин і. Наступны вялікі клас гетэрацыклічных злучэнняў, зліць з бензольныя кольцы, якія для фура, пиррол, тиофен, пиридин і з'яўляюцца бензофуран, індол, бензотиофен, і хинолина, адпаведна. Калі два бензольное кольцы зліваюць, гэта прыводзіць да іншага вялікага сямейства злучэнняў, якія з'яўляюцца дибензофуран, карбазол, дибензотиофны і aridine. Ненасычаныя кольцы могуць быць класіфікаваны на аснове ўдзелу гетероатома ў сістэме пі, спалучаная сістэма.

Атрыманне і рэакцыі

3-членные кольцы

Гетэрацыклічныя злучэння з трыма атамамі ў коле з'яўляюцца спосабам больш реакционноспособными ласкава кальцавога напружання. Гетероциклы, якія змяшчаюць адзін гетероатом, як правіла, устойлівыя. Тыя, якія змяшчаюць два гетероатома, адбываюцца, у агульным выпадку ў якасці реакционноспособных прамежкавых злучэнняў.

Оксираны, таксама вядомыя як эпоксидов з'яўляюцца найбольш распаўсюджаным 3-член гетероцикл. Оксиран атрымліваюць ўзаемадзеянне перкислоты з алкена, з добрай стереоспецифичностью. Оксиран з'яўляюцца больш реакционноспособными, чым простымі эфірамі ненасычаных ласкава высокага напружання кута 3-член кольца. Даданне рэакцыі, якія працякаюць з дапамогай нуклеафільнага і электрафільнага адкрыцця кольцаў з'яўляюцца найбольш агульным класам рэакцыі.

Рэакцыя такога роду ўдзельнічае ў фармакалагічнай дзеянні азоту гарчыцы, які быў сярод першых проціпухлінных прэпаратаў, распрацаваных. Закрыццё внутримолекулярного кольцы, як і ў выпадку супрацьракавага агента Мехлорэтамина ўтварае прамежкавы іён aziridium. Адукаваныя атакі біялагічна актыўных агентаў пролиферирующих клетак у тым ліку ракавых клетак шляхам інгібіравання іх рэплікацыі ДНК. гарчыца азоту таксама былі выкарыстаны ў якасці проціпухлінных агентаў.

Камерцыйна азиридин і оксираноэфирный з'яўляюцца важнымі насыпнымі прамысловымі хімічнымі рэчывамі. На масіўным серыйнай вытворчасці оксирано, этылен непасрэдна ўзаемадзейнічае з кіслародам. Хімічная рэакцыя, якая з'яўляецца найбольш характэрным з гэтых 3-член кольцаў, з'яўляецца тое, што яны адчувальныя да ўздзеяння нуклеафільнага рэагентамі, каб адкрыць кольца, як паказана ніжэй:

Найбольш распаўсюджаныя тры-член гетэрацыклічныя злучэння з адным гетероатомом, ўключаюць:

Насычаны ненасычаны
Тиирана (episulfides) Thiirene
Phosphirane Phosphirene
Эпоксиды (оксирано, вокіс этылену) Oxirene
Азиридин азирина
Borirane Borirene

Найбольш распаўсюджаныя тры-членные гетэрацыклічныя злучэння з двума гетероатомами, ўключаюць диазиридиновые ў якасці насычанага вытворнага і Diazirine ў якасці ненасычанага вытворнага, а таксама диоксирана і оксазиридина.

Чатыры-членные кольцы

Розныя спосабы атрымання 4-членные кольцы гетероциклов прыведзены на дыяграме ніжэй. Працэс узаемадзеяння аміна, тиол або 3-галаген з падставай, як правіла, эфектыўны, але з пасрэдным выхадам. Димеризация і ліквідацыю тыповыя пабочныя рэакцыі. Іншыя функцыі могуць таксама ўдзельнічаць у рэакцыі.

У першым прыкладзе, циклизация да оксиран заўсёды канкураваць з адукацыяй thietane, але чым вышэй нуклеафільнага дамінуе, асабліва калі выкарыстоўваць слабое падставу.

У другім прыкладзе, фарміраванне абодвух азетидина і азиридина магчымыя, але толькі апошні відаць. Прыклад нумар чатыры паказвае, што такі падыход да фарміравання азетидина функцый добра, калі няма ніякай канкурэнцыі.

У трэцім прыкладзе, жорсткая канфігурацыя падкладкі спрыяе адукацыі оксетана і прадухіляе циклизации оксирана. У прыкладах 5 і 6, у photocyclizations Пэтерно-Buchi асабліва падыходзяць для фарміравання оксетана.

Спосабы атрымання 4-членные кольцы гетероциклы

рэакцыі

Рэакцыі 4-член гетэрацыклічныя злучэння таксама дэманструюць уплыў дэфармацыі кольца. На наступным дыяграме паказаны некаторыя прыклады. Кіслотна-каталіз з'яўляецца тыповай асаблівасцю розных раскрыцця цыклу рэакцый прадэманстраваны ў прыкладах 1,2 і 3a. У рэакцыі 2 з thietane, сера падвяргаецца электрафільнага хларавання, якая вядзе да адукацыі прамежкавага chlorosulfonium і замяшчэнне хларыд-іёна з раскрыццём кольцы. У рэакцыі 3b, моцныя нуклеофилы таксама бачныя, каб адкрыць нацягнуты эфір. Рэакцыі расшчаплення бэта-лактонов можа адбыцца альбо пры кіслотным каталіз ацильного абмену, як паказана на 4a. Яна таксама можа адбывацца шляхам разрыву Алкіл-O з нуклеофилами, як у 4b.

Прыклад нумар 6 паказвае цікавую з'яву внутримолекулярной перагрупоўкі орта-эфіру. Рэакцыя 6 паказвае бэта-лактамным расшчапленне пеніцыліну G, які тлумачыць павышаную рэакцыю ацилирования кандэнсаванай кальцавой сістэмы.

Прыклады рэакцый 4-членные гетэрацыклічныя злучэння

самы карысны гетэрацыклічныя злучэння з 4-член кольцаў, два рады антыбіётыкаў, цефалоспоринов і пеніцылінам ,. Дзве серыі ўтрымліваюць азетидинон кальцо, якое таксама вядомы як бэта-лактамным кольца.
Многія оксетаны знаходзяцца пад сьледзтвам у якасьці супрацьвіруснага сродку, супрацьракавым, супрацьзапаленчыя і супрацьгрыбковыя сродкі. Оксетаноны, з іншага боку, у асноўным ужываецца ў сельскай гаспадарцы ў якасці бактерицидов, фунгіцыдаў і гербіцыдаў, і ў вытворчасці палімера.
Бацька thietane быў знойдзены ў сланцавай нафты, а яе духмяныя вытворныя працы ў якасці маркераў водару для еўрапейскіх тхароў, тхароў і норак. Thietanes ўжываюцца ў якасці фунгіцыдаў і бактерицидов ў фарбе, у якасці інгібітараў карозіі жалеза, а таксама ў вытворчасці палімераў.

Чатыры-членные кольцы злучэння з адным гетероатомом

Гетероатомов Насычаныя Ненасычаныя

гетероатомов Насычаны ненасычаны
Сера Thietane Azete
Кісларод оксетановые Oxete
Азот азетидин Azete

Чатыры-членные кольцы злучэння з двума гетероатомами

гетероатомов Насычаны ненасычаны
Сера Dithietane Dithiete
Кісларод диоксетана Dioxete
Азот Diazetidine Diazete

5-член кольца з адным гетероатомом

Тиофен, фура, пиррол і з'яўляюцца бацькоўскія араматычныя злучэння 5-членные кольцы гетероциклов. Вось іх структуры:

Насычаныя вытворныя тиофена, фура, пиррола і з'яўляюцца тиофан, тетрагидрофуран і пирролидина, адпаведна. Бициклические злучэння з тиофена, фура, пиррола або кольцы, кандэнсаванага з бензольныя кольцы, вядомыя як бензотиофен, бензофуран, изоиндол (або індол) адпаведна.
Азот гетероцикл пиррол звычайна адбываецца ў касцяным алеі, які ўтвараецца ў выніку раскладання бялкоў праз моцны нагрэў. Пиррольное кольца знаходзіцца ў такіх амінакіслотах, як гидроксипролина і пролин, якія з'яўляюцца кампанентамі розных бялкоў, якія прысутнічаюць у высокіх канцэнтрацыях ў структурных вавёрках звязкаў, сухажылляў, скуры і костак і калагена.
Пиррол вытворныя знойдзены ў алкалоідаў. Нікацін з'яўляецца найбольш шырока вядомым пиррол, які змяшчае алкалоідаў. Гемаглабін, міяглабінам, вітамін B12 і хларафіла, усе сфармаваныя шляхам аб'яднання чатырох пиррольных адзінак у вялікі кальцавой сістэме, званай парфірынаў, як і хларафіл Б паказана ніжэй.

Жоўцевыя пігменты ўтвараюцца пры раскладанні порфиринового кольцы і маюць ланцуг 4 пиррольных кольцаў.
Атрыманне 5-член колцавых гетероциклов
Прамысловае атрыманне фура працякае, як паказана ніжэй па шляху альдэгіды, фурфурола, які генеруецца з пентозы, які змяшчае зыходныя матэрыялы, такія як кукурузныя катахі. Падобныя прэпараты тиофена і пиррола паказаны ў другім шэрагу раўнанняў.
Трэці шэраг ўраўненні аднаго дэманструе агульнае атрыманне замешчаных тиофенов, пирролов, фуранаў з 1,4-дикарбонильных злучэнняў. Пачаты Многія іншыя рэакцыі, якія прыводзяць да адукацыі замешчаных гетэрацыклічных гэтага тыпу. Два з гэтых працэдур, як было паказана ў другой і трэцяй рэакцыі. Фура памяншаецца на паладый-катализируемого гидрирования ў тетрагидрофуране. Гэты цыклічны эфір ўяўляе сабой каштоўны растваральнік, які не можа быць ператвораны толькі 4-haloalkylsulfonates але таксама 1,4-dihalobutanes, якія могуць быць выкарыстаны для падрыхтоўкі тиолана і пирролидина.

Пяць-член кольца злучэння з адным гетероатомом

гетероатомов ненасычаны Насычаны
сурма Stibole Stibolane
мыш'як Arsole Arsolane
вісмут Bismole Bismolane
Бор Borole Borolane
Азот пиррола Пирролидин
Кісларод Фура Tetrahydrofuran

5-член кольца з гетероатомами 2

Пяцічленныя кольцы злучэнняў, якія змяшчаюць гетероатомы 2 і, па меншай меры, адзін з гетероатомов ўяўляе сабой атам азоту, вядомыя як азолов. Isothiazoles і тиазолы маюць азоту і атам серы ў коле. Злучэння з двума атамамі серы, вядомыя як Dithiolanes.

гетероатомов Ненасычаныя (і часткова ненасычаныя) Насычаны
Азот

/ азот

Пиразола (пиразолиновый)

Имидазола (Имидазолиновые)

пиразолидин

имидазолидин

Азот / кісларод изоксазол

Оксазолина (оксазол)

изоксазолидин

оксазолидин

Азот / сера изотиазол

Тиазолин (тиазол)

изотиазолидин

тиазолидин

Кісларод / кісларод Диоксолан
Сера / серы дитиолан

Некаторыя пиразолы сустракаюцца ў прыродзе. Злучэння гэтага класа атрымліваюць узаемадзеяннем 1,3-дикетонов з гідразіны. Большасць сінтэтычнага пиразола злучэнне выкарыстоўваецца ў якасці лекавага сродку і фарбавальнікаў. Яны ўключаюць у сябе гарачкапаніжальных анальгезіруючых аминопирин, phenybutazone, які выкарыстоўваецца ў лячэнні артрыту, фарбавальніка валакна і жоўты харчовай фарбавальнік тартразин, і большасць фарбавальнікаў, якія выкарыстоўваюцца ў каляровай фатаграфіі ў якасці сенсибилизирующих агентаў.

5-член кольца з гетероатомами 3

Там таксама існуе вялікая група пяцічленныя колцавых злучэнняў з, па меншай меры, 3 гетероатомами. Адным з прыкладаў такіх злучэнняў з'яўляюцца dithiazoles, якія ўтрымліваюць атам азоту і два серы.

6-член кольца з 1 гетероатомом

Намэнклятура, выкарыстоўваная ў моноциклических азотазмяшчальныя 6-член колцавых злучэнняў тут ніжэй. Пазіцыі на кальцы для пиридина паказаны, арабскія лічбы з'яўляюцца больш пераважнымі для грэцкіх літар, хоць абодва сістэм выкарыстоўваюцца. Пиридонах з'яўляюцца араматычнымі злучэннямі, ласкава ўкладу ў рэзанансных гібрыд з зараджаных рэзанансных формаў, як прадэманстравана на 4-пиридон.

Два асноўных каферменты, якія ўдзельнічаюць у розных важных метабалічных рэакцый у клетках, NAD (таксама вядомы як coenzyme1) і НАДФ (таксама вядомы як coenyme II) атрымліваюць з никотинамида.
Большасць алкалоідаў ўтрымлівае пиперидин або пиридин кальцавой структуру, сярод іх пиперин (уяўляе сабой адну з вострых дэгустацыі ўтрымання чорнага і белага перцу) і нікаціну. Іх структуры прыведзены ніжэй.

Пиридин, які быў калі-то экстрагирует з каменнавугальнай смалы, але цяпер гатовы каталітычны з аміяку і тетрагидрофурфурилового спірту з'яўляецца важным прамежкавым і растваральнікам, выкарыстоўваным для вырабу іншых злучэнняў. Винилпиридины з'яўляюцца найважнейшым мономером будаўнічых блокаў з пластмас, а таксама цалкам насычанае пиперидин, пиридин выкарыстоўвае ў якасці хімічнай сыравіны і перапрацоўкі гумы.

Фармацэўтычных карысныя пиридины

Фармацэўтычных карысныя пиридины ўключаюць гидразид изоникотиновой кіслаты (изониазид tuberculostat), прэпарат анты-СНІД-вірус, вядомы як невирапины, Никорандил - avasodilator, які выкарыстоўваецца для кіравання анальгетыкаў стэнакардыі, Phenazopyridine-мачавой-кішачнага тракт, а таксама прэпарат супрацьзапаленчага серазмяшчальных. Дифлуфеникано, клопиралиды, параквата, і диквата з'яўляюцца папулярнымі вытворнымі пиридина, якія выкарыстоўваюцца ў якасці гербіцыдаў.

6-член кольца з 2 або некалькі гетероатомов

У 3 моноциклических шестичленные колцавыя гетероцикл з гетероатомами азоту (2 диазинов) пранумараваны і названыя, як паказана ніжэй.

Малеиновый гидразид з'яўляецца вытворным пиридазином выкарыстоўвае ў якасці гербіцыду. Некаторыя пиразины, такія як aspergillic кіслаты сустракаюцца ў прыродзе. Вось структуры вышэйзгаданых злучэнняў:

Пиразиновое кальцо з'яўляецца кампанентам розных поліцыклічныя злучэнняў прамысловага і біялагічнай значэння. Важныя члены пиразина сямейства феназины, alloxazines і Птеридины. Фармакалагічнай і біялагічна, найбольш важнымі з'яўляюцца диазины пиримидинов. Цитозин, тимин, урацил і з'яўляюцца 3 з нуклеотидных падстаў 5, якія складаюць генетычны код у ДНК і РНК. Ніжэй прыведзены іх структуры:

Вітамін тыямін маюць пиримидиновое кольца і ў дадатак да сінтэтычным барбітуратаў, уключаючы амобарбитал звычайна выкарыстоўваюцца наркотыкі. Морфолин (бацька тетрагидро-1,4-оксазин) атрымліваюць у вялікіх маштабах для выкарыстання ў якасці фунгіцыду, інгібітар карозіі, і растваральнік. Морфолин кальцо таксама знаходзяцца ў седатыўны триметозине наркотыкаў і некаторыя фунгіцыды, як фенпропиморф і тридеморф. Вось структурная формула для морфолина:

7-членные кольцы

Па меры павелічэння памеру кольцы, разнастайнасць злучэнняў, якія могуць быць атрыманы шляхам змены месцазнаходжання, тыпу і колькасці гетероатомов ўзрастае надзвычай. Тым не менш, хімія гетероциклов з 7-член кольцаў ці больш меней развіты, чым у 6 і 5-членные кольцы гетэрацыклічных злучэнняў.
Оксепина і азепин кольца з'яўляюцца важнымі складнікамі розных прыродных прадуктаў метабалізму марскіх арганізмаў і алкалоідаў. Вытворны азепин вядомы як капралактам камерцыйна вырабляць у масе для выкарыстання ў вытворчасці нейлону-6 ў якасці прамежкавага прадукту ў вытворчасці і сінтэтычнай скуры, пакрыццяў і плёнак.
7-членные гетэрацыклічныя злучэння з атамам два ці адзін атам азоту ў коле з'яўляюцца іх структурнымі адзінкамі шырока выкарыстоўваюцца психофармакологические сродкі Prazepine (трыціклічэскіх антыдэпрэсантаў) і транквілізатару дыязепама таксама вядомы як валиум.

8-членные кольцы

Прыклады гетэрацыклічных злучэнняў гэтага класа ўключаюць у сябе azocane, oxocane і thiocane з азот, кісларод, серу і адпаведныя гетероатомы. Іх адпаведныя ненасычаныя вытворныя azocine, oxocine і thiocine адпаведна.

9-членные кольцы

Прыклады гетэрацыклічных злучэнняў гэтага класа ўключаюць у сябе azonane, oxonane і thionane з азот, кісларод, серу і адпаведныя гетероатомы. Іх адпаведныя ненасычаныя вытворныя azonine, oxonine і тионин адпаведна.

Прымяненне гетэрацыклічных злучэнняў

Гетероциклов карысныя ў некалькіх галінах навук аб жыцці і тэхналогіі. Як мы ўжо бачылі ў нашай дыскусіі, многія прэпараты з'яўляюцца гетэрацыклічныя злучэння.

Спасылкі

IUPAC Gold Book, гетэрацыклічныя злучэння. спасылка:

WH Паўэл: Перагляд пашыранага Ганча Widman сістэмы наменклатуры HeteromonocyclesУ: Pure Appl. Химреагент1983, 55, 409-416;

А. Ганчаў, JH Вэбер: Ueber Verbindungen дэ Thiazols (Pyridins дэр Thiophenreihe)У: Бер. Dtsch. Химреагент Ges. 1887, 20, 3118-3132

О. Widman: Zur Nomenclatur дэр Verbindungen, Welche Stickstoffkerne enthaltenУ: J. Prakt. Химреагент 1888, 38, 185-201;