блог

Најзначајнији хетероцикли у свету

Најзначајнији хетероцикли у свету

Хетероциклична једињења

Хетероциклично једињење, такође познато и као прстенаста структура, у основи је једињење које садржи атоме од два различита елемента као чланови прстена / прстена. Хетероциклична једињења вероватно представљају најразличитији и најзначајнији број породице органских једињења.

Без обзира на функционалност и структуру, свако карбоциклично једињење може бити претворено у различите хетероцикличне аналоге једноставним заменом једног или више атома угљеничног прстена са различитим елементом. Као резултат, хетероцикли су понудили платформу за размјену истраживања у различитим областима, укључујући, али не ограничавајући се на фармацеутску, медицинску, аналитичку и органску хемију хетероцикличних једињења.

Главни примјери хетероцикличних једињења су већина лекова, нуклеинских киселина, већина синтетичких и природних боја и већина биомасе као што су целулоза и сродни материјали.

Класификација

Иако хетероциклична једињења могу бити органска или неорганска једињења, већина има најмање један угљеник. Ова једињења се могу класификовати према њиховој електронској структури. Засићене хетероцикличне јединице се понашају на исти начин као и ациклични деривати. Као резултат, тетрахидрофуран и пиперидин су конвенционални етри и амини са модификованим стеричким профилима.

Стога се истраживање хетероцикличне хемије фокусира углавном на незасићене деривате и апликације укључују несвучене пет, као и шестчланске прстенове. То укључује фуран, пирол, тиофен и пиридин. Следећа велика класа хетероцикличних једињења спојена је са бензенским прстеновима, што су за фуран, пирол, тиофен и пиридин бензофуран, индол, бензотиофен и кинолин, респективно. Ако су два бензена прстена спојена, ово резултира у другој великој фамилији једињења, која су дибензофуран, карбазол, дибензотиофен и аридин. Незасићени прстенови могу се класификовати на основу учешћа хетероатома у пи систему, коњугованог система.

Припрема и реакције

КСНУМКС-чланови прстенови

Хетероциклична једињења са три атома у прстену су начин реактивније љубазности прстена прстена. Хетероцикли који садрже један хетероатом су углавном стабилни. Они који садрже два хетероатома јављају се, уопште, као реактивни интермедијари.

Окиранес, познати и као епоксиди, су најчешћи хетерогени чланови КСНУМКС-а. Оксирани су припремљени реакцијом перакида са алкенима, са добром стереоспецифичношћу. Оксирани су више реактивни од незасићених етара захваљујући сензору високог угла КСНУМКС-члана прстена. Реакције додавања које се одвијају путем нуклеофилног и електрофилног отвора прстена су најопштија реакциона класа.

Реакција ове врсте укључена је у фармаколошку акцију азотног сенфа која је била међу првим лековима против рака. Затварање интрамолекуларног прстена, као у случају антиканцерогеног агенса, мехорефтамина формира средњи азиридијум јон. Формирани биолошки активни агенс напада пролиферирајуће ћелије укључујући ћелије карцинома путем инхибиције њихове репликације ДНК. Азотни горчади су такође коришћени као средства против рака.

Комерцијално азиридин и оксиране су есенцијалне индустријске хемикалије. У масовној производњи оксиране, етилен се директно реагује са кисеоником. Хемијска реакција, која је најкарактеристична од ових прстенова КСНУМКС-чланова, је да су подложни нападима нуклеофилних реагенаса како би се отворио прстен као што је приказано у наставку:

Најчешће три чланова хетероциклична једињења са једним хетероатомом укључују:

Засићен Незасићено
Тхииране (еписулфиди) Тхиирене
Фосфиране Фосфирен
Епоксиди (оксиран, етилен оксид) Окирене
Азиридине Азирин
Бориране Борирене

Најчешћа трочлана хетероциклична једињења са два хетероатома укључују Диазиридин као засићени дериват и Диазирин као незасићени дериват, као и диоксиран и оксазиридин.

Четири прстенова

Различити методи припреме хетероцикли прстенова КСНУМКС-а су приказани на дијаграму испод. Процес реакције амина, тиола или КСНУМКС-хало са базом је типично ефикасан, али са просечним приносима. Димеризација и елиминација су типичне нежељене реакције. Остале реакције могу такмичити у реакцији.

У првом примеру, циклизација у оксиране увек се надмеће са формирањем тхиетана, али већа нуклеофилност доминира посебно ако се користи слаба база.

У другом примеру, могуће је формирање и азетидина и азиридина, али се види само друго. Пример број четири показује да овај приступ формирању азетидина добро функционише ако нема конкуренције.

У трећем примеру, крута конфигурација супстрата фаворизује стварање оксетана и спречава циклизацију оксираната. У примерима КСНУМКС и КСНУМКС, Пхотоцицлизатионс Патерно-Буцхи су посебно погодни за формирање оксетана.

Методе припреме КСНУМКС-чланих прстенова хетероцикла

Реакције

Реакције КСНУМКС-чланова хетероциклична једињења такође показују утицај звињавања прстена. Следећи дијаграм показује неколико примера. Киселинска катализа је типична карактеристика различитих реакција отварања прстена приказаних у примјерима КСНУМКС и КСНУМКСа. У реакцији КСНУМКС тхиетана, сумпор пролази кроз електрофилну хлоринацију, што доводи до стварања хлоросулфонијумског интермедијера и замене хлоридног иона која отвара прстен. У реакцији КСНУМКСб, снажни нуклеофили се такође виде да отворе напетим етром. Реакције цепања бета-лактона могу се десити било кислинском катализованом ацилном изменом као што се види у КСНУМКСа. То се такође може десити руптуре алкил-О нуклеофилима као у КСНУМКСб.

Пример број КСНУМКС показује занимљив феномен интрамолекуларног преуређивања орто-естера. Реакција КСНУМКС приказује бета-лактамско цепање пеницилина Г који објашњава побољшану реакцију ацилације кондензованог прстенастог система.

Примери реакција хетероникличних једињења КСНУМКС-чланова

Најкорисније хетероциклична једињења са КСНУМКС-чланским прстеновима су две серије антибиотика, цефалоспорини и пеницилини. Две серије садрже азетидинонски прстен који је познат и као бета-лактамски прстен.
Многи оксетани су под истрагом као антивирусни, антиканцер, антиинфламаторни и антифунгални агенси. Оксетанони, с друге стране, углавном се примењују у пољопривреди као бактерициди, фунгициди и хербициди, као иу производњи полимера.
Родитељски тиетан је пронађен у уљу из шкриљаца, док његови деривати мириса раде као маркери за европску полецат, ферменте и минке. Тхиетани се примењују као фунгициди и бактерициди у боју, као инхибитори корозије гвожђа, и у производњи полимера.

Четворочлане прстенове једињења са једним хетероатомом

Хетероатом Засићено Ненасићено

Хетероатом Засићен Незасићено
Сумпор Тхиетане Азете
Кисеоник Оксетан Окете
Азот Азетидин Азете

Четворочлане прстење једињења са два хетероатома

Хетероатом Засићен Незасићено
Сумпор Дијета Дитхиете
Кисеоник Диоксетан Диокете
Азот Диазетидин Диазете

КСНУМКС-чланови прстенови са једним хетероатомом

Тиофен, фуран и пирол су матична ароматична једињења хетероцикла прстенова КСНУМКС-а. Ево њихова структура:

Засићени деривати тиофена, фурана и пирола су тиофан, тетрахидрофуран и пиролидин. Бициклична једињења направљена од тиофенског, фураног или пиролог прстена спојеног са бензенским прстеном познати су као бензотиофен, бензофуран, изоиндол (или индол) респективно.
Нитроген хетероцикел пирол се типично јавља у костном уљу који се формира декомпозицијом протеина кроз јако загревање. Пирол клонови се налазе у амино киселинама као што су хидроксипролин и пролин који су саставни део различитих протеина присутних у високим концентрацијама у структурном протеину лигамената, тетива, коже и костију и колагена.
Деривати пирола налазе се у алкалоидима. Никотин је најчешће познати пирол који садржи алкалоид. Хемоглобин, миоглобин, витамин БКСНУМКС и хлорофили су формирани спајањем четири пиролске јединице у велики прстенасти систем који се зове порфирин, као што је приказано испод хлорофила Б.

Биљни пигменти се формирају разградњом порфиринског прстена и имају ланац КСНУМКС пиролних прстенова.
Припрема хетероцикла прстена КСНУМКС-члана
Индустријска припрема фурана наставља се као што је приказано испод алдехидом, фурфуралом, који се генерише од пентозе која садржи сировине као што су корнкобови. Слични препарати тиофена и пирола су приказани у другом реду једначина.
Трећи ред једначине показује општу припрему супституисаних тиофена, пирола, фурана из КСНУМКС-дикарбонил једињења. Почеле су многе друге реакције које доводе до стварања супституисаних хетероцикла ове врсте. Две ове процедуре су приказане у другој и трећој реакцији. Фуран се смањује хидрогенацијом катализованим паладијумом у тетрахидрофуран. Овај циклични етер је вредан растварач који се не може претворити само у КСНУМКС-халоалкилсулфонате, већ и КСНУМКС-дихалбутане који се могу користити за припрему тиолана и пиролидина.

Петочлане прстенове једињења са једним хетероатомом

Хетероатом Незасићено Засићен
антимон Стиболе Стиболане
арсен Арсоле Арсолане
бизмут Бисмоле Бисмолане
Бор Бороле Боролане
Азот Пирроле Пиролидин
Кисеоник Фуран Тетрахидрофуран

КСНУМКС-чланови прстенови са КСНУМКС хетероатомима

Петочлана једињења прстена која садрже КСНУМКС хетероатоме и најмање један од хетероатома су азот, познати су као азоли. Исотиазоли и тиазоли имају прстен азота и сумпора у прстену. Једињења са два атома сумпора позната су као Дитиолани.

Хетероатом Незасићени (и делимично незасићени) Засићен
Азот

/ азот

Пиразол (Пиразолине)

Имидазол (имидазолин)

Пиразолидине

Имидазолидин

Азот / кисеоник Изоксазол

Оксазолин (оксазол)

Изоксазолидин

оксазолидин

Азот / сумпор Изотиазол

Тиазолин (тиазол)

Изотиазолидин

Тиазолидин

Кисеоник / кисеоник Диоксолан
Сумпор / сумпор Дитиолан

Неки пиразоли се јављају природно. Једињења ове класе припремљена су реакцијом КСНУМКС-дикетона са хидразинима. Већина синтетичких једињења пиразола се користе као лекови и боје. Они укључују аналгезик аминопирим који смањује температуру, фенибутазон који се користи у лечењу артритиса, тартразин у боји влакана и жутом храном, а већина боја која се користи у фотографији у боји као сензибилизујућа средства.

КСНУМКС-чланови прстенови са КСНУМКС хетероатомима

Такође постоји велика група петочланих једињења прстена са најмање КСНУМКС хетероатомима. Један пример таквих једињења су дитииазоли који садрже атом азота и два сумпора.

КСНУМКС-чланови прстенови са КСНУМКС хетероатомом

Номенклатура коришћена у моноцикличним једињењима прстенастог једињења КСНУМКС који садрже азот је овде испод. Позиције на прстену за пиридин су приказане, арапским бројевима је пожељније грчким словима, иако се оба система користе. Пиридони су ароматична једињења захваљујући доприносима резонантном хибриду из наелектрисаних резонантних облика као што је показано за КСНУМКС-пиридон.

Двије главне коензиме укључене у различите кључне метаболичке реакције у ћелијама, НАД (такође познате као коензимКСНУМКС) и НАДП (такође познати као коенима ИИ), потичу из никотинамида.
Већина алкалоида садржи пиперидинску или пиридинску прстенасту структуру, међу њима пиперине (чини један од садржаја оштрих укуса црног и белог бибера) и никотина. Њихове структуре су приказане у наставку.

Пиридин који је некада био екстрахован из катрана угља, али је сада каталитички припремљен од амонијака и тетрахидрофурфурил алкохола је пресудан интермедијер и растварач који се користи за производњу других једињења. Винилпиридини су кључни грађевински блокови мономера од пластике, а потпуно су засићени пиперидин, пиридин се користе као хемијска сировина и прерада гуме.

Фармацеутски корисни пиридини

Фармацеутски корисни пиридини укључују хидразид изоникотинске киселине (туберкулостат изониазид), лек против вируса АИДС-а познат као невирапин, никорандил авасодилатор који се користи за контролу ангине, феназопиридин-аналгетик уринарног тракта као и анти-инфламаторни сулфа лек. Дифлуфеникан, клопиралид, паракват и дикват су популарни деривати пиридина који се користе као хербициди.

КСНУМКС-чланови прстенови са КСНУМКС или више хетероатома

КСНУМКС моноциклични шесточлани хетероцикли прстена са КСНУМКС азотним хетероатомима (диазини) су нумерисани и именовани као што је приказано у наставку.

Малећ хидразид је дериват пиридазина који се користи као хербицид. Неки пиразини, као што је аспергилична киселина, настају природно. Ево структура поменутих једињења:

Пиразински прстен је компонента разних полицикличких једињења индустријског и биолошког значаја. Важни чланови породице пиразина су феназини, алоксазини и птеридини. Фармаколошки и биолошки, најважнији диазини су пиримидини. Цитосин, тимин и урацил су КСНУМКС КСНУМКС нуклеотидних база које чине генетски код у РНК и ДНК. Испод су њихове структуре:

Витамин тиамин има пиримидински прстен и поред синтетичких барбитурата, укључујући амобарбитал, најчешће се користе лекови. Морфолин (матични тетрахидро-КСНУМКС-оксазин) се производи у великој мери за употребу као фунгицид, инхибитор корозије и растварач. Морфолински прстен се такође налази у седативном-хипнотичном триметозину лекова и неким фунгицидима попут фенпропиморфа и тридеморфа. Ево структурне формуле за морфолин:

КСНУМКС-чланови прстенови

Како се величина прстена повећава, разноврсност једињења која се може добити промјеном локације, типа и броја хетероатома значајно се повећава. Међутим, хемија хетероцикла са КСНУМКС-чланским прстеновима или више је мање развијена од оних КСНУМКС и КСНУМКС-чланих хетероцикличних једињења прстена.
Оксепин и азепински прстенови су кључни састојци различитих природних метаболичких производа морских организама и алкалоида. Дериват азепина познат као капролактам се комерцијално производи у расутом стању за употребу у производњи најлон-КСНУМКС као средство за производњу синтетичке коже, премаза и филмова.
КСНУМКС-чланова хетероциклична једињења са два или једним атомом азота у њиховом прстену су структурне јединице широко коришћених психофармацеутика Празепин (трициклични антидепресиви) и транскилајзер диазепам познат и као валиум.

КСНУМКС-чланови прстенови

Примери хетероцикличних једињења у овој класи укључују азокан, оксокан и тиокан са азотом, кисеоником и сумпом који су одговарајући хетероатоми. Њихови незасићени деривати су азокин, оксоцин и тиоцин.

КСНУМКС-чланови прстенови

Примери хетероцикличних једињења у овој класи укључују азонане, оксонане и тионане са азотом, кисеоником и сумпом који су одговарајући хетероатоми. Њихови незасићени деривати су азонин, оксонин и тионин.

Употреба хетероцикличних једињења

Хетероцикли су корисни у неколико области животних наука и технологије. Као што смо већ видели у нашој дискусији, многи лекови су хетероциклична једињења.

Референце

ИУПАЦ Голд Боок, хетероциклична једињења. Линк:

ВХ Повелл: Ревизија проширеног Хантзсцх-Видмана система номенклатуре за хетеромоноцикле, у: Пуре Аппл. Цхем.КСНУМКС, 55, КСНУМКС-КСНУМКС;

А. Хантзсцх, ЈХ Вебер: Убер Вербиндунген дес Тхиазолс (Пиридинс дер Тхиопхенреихе), у: Бер. Дтсцх. Цхем. Гес. КСНУМКС, 20, КСНУМКС-КСНУМКС

О. Видман: Зур Номенцлатур дер Вербиндунген, велцхе Стицкстоффкерне ентхалтен, у: Ј. Практ. Цхем. КСНУМКС, 38, КСНУМКС-КСНУМКС;