Blogg

De flesta influensiva heterocyklerna i världen

De flesta influensiva heterocyklerna i världen

Heterocykliska föreningar

En heterocyklisk förening, även känd som en ringstruktur är i grunden en förening som innehåller atomer av två distinkta element som medlemmar av sin ring / ringar. Heterocykliska föreningar utgör förmodligen det mest varierade och det största antalet familjer av organiska föreningar.

Oberoende av funktionalitet och struktur, kan varje karbocyklisk förening omvandlas till olika heterocykliska analoger genom att bara ersätta en eller flera karbonringatomer med ett annat element. Som ett resultat har heterocykler erbjudit en plattform för utbyte av forskning inom olika områden inklusive men inte begränsat till farmaceutisk, medicinsk, analytisk och organisk kemi av heterocykliska föreningar.

De viktigaste exemplen på heterocykliska föreningar är de flesta läkemedel, nukleinsyror, majoriteten av syntetiska och naturliga färgämnen och en majoritet av biomassa, såsom cellulosa och besläktade material.

Klassificering

Även om heterocykliska föreningar kan vara organiska eller oorganiska föreningar, har de flesta minst ett kol. Dessa föreningar kan klassificeras enligt deras elektroniska struktur. Mättade heterocykliska föreningar uppför sig på samma sätt som acykliska derivat. Som ett resultat är tetrahydrofuran och piperidin konventionella etrar och aminer med modifierade steriska profiler.

Studien av heterocyklisk kemi fokuserar därför främst på omättade derivat och applikationer involverar ostridade fem såväl som sexlediga ringar. Detta inkluderar furan, pyrrol, tiofen och pyridin. Nästa stora klass av heterocykliska föreningar är fusionerad med bensenringar, vilka för furan, pyrrol, tiofen och pyridin är bensofuran, indol, bensotiofen respektive kinolin. Om två bensenringar är smälta resulterar detta i en annan stor familj av föreningar, som är dibensofuran, karbazol, dibensotiofen och aridin. Omättade ringar kan klassificeras baserat på deltagande av en heteroatom i pi-systemet, konjugerat system.

Beredning och reaktioner

3-ledade ringar

Heterocykliska föreningar med tre atomer i en ring är långt mer reaktiva med tillstånd av ringstammen. Heterocykler innehållande en heteroatom är i allmänhet stabila. De som innehåller två heteroatomer förekommer i allmänhet som reaktiva mellanprodukter.

Oxiraner, även kända som epoxider, är de vanligaste 3-ledade heterocyklama. Oxiraner framställs genom omsättning av persyror med alkener, med god stereospecificitet. Oxiraner är mer reaktiva än omättade etrar med tillstånd av högvinkelstammen hos den 3-ledade ringen. Additionsreaktioner som går vidare genom en nukleofil och elektrofil öppning av ringen är den vanligaste reaktionsklassen.

En reaktion av detta slag är inblandad i kvävehögskallarnas farmakologiska verkan som var bland de första cancerframkallande läkemedlen som utvecklats. Stängning av intramolekylär ring, som i fallet med anticancermedel, mechloretamin bildar en mellanliggande aziridiumjon. Det bildade biologiskt aktiva medlet attackerar prolifererande celler innefattande cancerceller genom inhibering av deras DNA-replikation. Kvävegeneraler har också använts som anticancermedel.

Kommersiellt aziridin och oxiran är viktiga bulkindustriella kemikalier. Vid massiv skala produktion av oxiran, reageras eten direkt med syre. Den kemiska reaktionen, som är den mest karakteristiska för dessa 3-ledade ringar, är att de är mottagliga för attack av nukleofila reagens för att öppna ringen enligt nedan:

Den vanligaste tredelade heterocykliska föreningar med en heteroatom innefattar:

Mättad omättade
Thiiran (episulfider) Thiirene
Phosphirane Phosphirene
Epoxider (oxiran, etylenoxid) oxiren
Aziridine Azirine
Borirane Borirene

De vanligaste tre-ledade heterocykliska föreningarna med två heteroatomer innefattar Diaziridin som ett mättat derivat och Diazirin som ett omättat derivat såväl som Dioxiran och Oxaziridin.

Fyra medlemmar Ringar

Olika metoder för framställning av 4-ledade heterocykler visas i diagrammet nedan. Processen att reagera en amin, tiol eller 3-halo med en bas är vanligen effektiv men med medelmåttiga utbyten. Dimerisering och eliminering är typiska sidreaktioner. Andra funktioner kan också konkurrera i reaktionen.

I det första exemplet konkurrerar cyklisering till en oxiran alltid med bildandet av thietan, men den högre nukleofiliteten dominerar speciellt om man använder en svag bas.

I det andra exemplet är bildningen av både azetidin och aziridin möjlig, men endast den senare ses. Exempel nummer fyra visar att denna inställning till bildandet av azetidin fungerar bra om det inte finns någon konkurrens.

I det tredje exemplet gynnar den styva konfigurationen av substratet bildandet av oxetan och förhindrar cyklisering av oxiran. I exempel 5 och 6 är Paterno-Buchi-fotocykliseringarna speciellt lämpade för bildandet av oxetan.

Metoder för framställning av 4-ledade heterocykler

Reaktioner

Reaktioner av 4-medlemmar heterocykliska föreningar visa också ringspänningspåverkan. Följande diagram visar några exempel. Syrakatalys är en typisk egenskap hos olika ringöppningsreaktioner som visas i exempel 1,2 och 3a. I reaktion 2 av tietan undergår svavel elektrofil klorering som leder till bildandet av klorsulfoniummellan och substitution av ringöppnande kloridjon. I reaktion 3b ses också starka nukleofiler för att öppna den ansträngda etern. Beta-laktonernas klyvningsreaktioner kan ske antingen genom syrakatalyserad acylbyte som ses i 4a. Det kan också ske genom alkyl-O-bristning av nukleofiler som i 4b.

Exempel nummer 6 visar ett intressant fenomen av intramolekylär omplacering av ortoesteren. Reaktion 6 visar beta-laktam klyvning av penicillin G som förklarar den förbättrade acyleringsreaktionen av det smälta ringsystemet.

Exempel på reaktioner av 4-ledade heterocykliska föreningar

Den mest användbara heterocykliska föreningar med 4-ledade ringar är två serier antibiotika, cephalosporiner och penicilliner. De två serierna innehåller azetidinonring som också är känd som Beta-laktamring.
Många oxetaner undersöks som antivirala, anticancer, antiinflammatoriska och antifungala medel. Oxetanoner å andra sidan används mest i jordbruk som baktericider, fungicider och herbicider och vid tillverkning av polymer.
Parent thietane hittades i skifferolja medan dess luktiga derivat fungerar som doftmarkörer för europeiska polecats, illrar och minkar. Thietaner appliceras som fungicider och baktericider i färgen, som järnkorrosionsinhibitorer och vid framställning av polymerer.

Fyra ledade ringar föreningar med en enda heteroatom

Heteroatom Mättad Omättad

hetero Mättad omättade
Svavel tietan Azete
Syre oxetan Oxete
kväve azetidin Azete

Fyra ledade ringar föreningar med två heteroatomer

hetero Mättad omättade
Svavel ditietan Dithiete
Syre dioxetan Dioxete
kväve diazetidin Diazete

5-ledade ringar med en enda heteroatom

Tiofen, furan och pyrrol är de förälder aromatiska föreningarna av 5-ledade heterocykler. Här är deras strukturer:

De mättade derivaten av tiofen, furan och pyrrol är tiofan, tetrahydrofuran respektive pyrrolidin. Bicykliska föreningar framställda av tiofen-, furan- eller pyrrolring fusionerad till en bensenring är kända som bensotiofen, bensofuran, isoindol (respektive indol).
Kväve-heterocykel pyrrol uppträder vanligtvis i benolja som bildas genom sönderdelning av proteiner genom stark upphettning. Pyrrolringarna finns i aminosyrorna, såsom hydroxiprolin och prolin, som är komponenter i olika proteiner närvarande i höga koncentrationer i strukturella proteiner av ledband, senor, hud och ben och kollagen.
Pyrrolderivat finns i alkaloiderna. Nikotin är den vanligast kända pyrrolen som innehåller alkaloid. Hemoglobin, myoglobin, vitamin B12 och klorofyller bildas alla genom att man förenar fyra pyrrolenheter i ett stort ringsystem som kallas porfyrin, liksom den för klorofyll B som demonstreras nedan.

Gallpigment bildas genom sönderdelning av porfyrinring och har en kedja av 4 pyrrolringar.
Framställning av 5-ledade heterocykler
Industriell beredning av furan fortskrider som visas nedan genom aldehyd, furfural, som genereras av pentos som innehåller råmaterial som majsfiskar. Liknande preparat av tiofen och pyrrol visas i andra raden av ekvationer.
Den tredje raden av ekvation 1 visar den allmänna framställning av substituerade tiofener, pyrroler, furaner från 1,4-dikarbonylföreningar. Många andra reaktioner som leder till bildning av substituerade heterocykler av denna typ har startats. Två av dessa förfaranden har visats i den andra och tredje reaktionen. Furan reduceras genom palladiumkatalyserad hydrogenering till tetrahydrofuran. Denna cykliska eter är ett värdefullt lösningsmedel som inte bara kan omvandlas till 4-haloalkylsulfonater utan även 1,4-dihalobutaner som kan användas för att framställa tiolan och pyrrolidin.

Femledade ringar föreningar med en enda heteroatom

hetero omättade Mättad
Antimon Stibole Stibolane
Arsenik arsol Arsolane
vismut Bismole Bismolane
Bor Borole Borolane
kväve pyrrol pyrrolidin
Syre Furan tetrahydrofiiran

5-ledade ringar med 2 heteroatomer

De femledade ringföreningarna som innehåller 2 heteroatomer och minst en av heteroatomerna är kväve, kända som azoler. Isotiazoler och tiazoler har en kväve och svavelatom i ringen. Föreningar med två svavelatomer är kända som ditiolaner.

hetero Omättad (och delvis omättad) Mättad
kväve

/kväve

Pyrazol (pyrazolin)

Imidazol (Imidazolin)

pyrazolidin

imidazolidin

Kväve / syre isoxazol

Oxazolin (oxazol)

isoxazolidin

oxazolidin

Kväve / svavel isotiazol

Tiazolin (tiazol)

isotiazolidin

tiazolidin

Syre / syre dioxolan
Svavel / svavel ditiolan

Vissa pyrazoler förekommer naturligt. Föreningar av denna klass framställs genom att reagera 1,3-diketoner med hydraziner. De flesta syntetiska pyrazolföreningarna används som medicin och färgämnen. De inkluderar feberreducerande analgetisk aminopyrin, fenybutazon som används vid artritbehandling, fiberfärgen och gulmatfärgstartrazin och flertalet färgämnen som används i färgfotografering som sensibiliserande medel.

5-ledade ringar med 3 heteroatomer

Det finns också en stor grupp av femledade ringföreningar med minst 3 heteroatomer. Ett exempel på sådana föreningar är ditiazoler som innehåller en kväveatom och två svavel.

6-ledade ringar med 1 heteroatom

Nomenklaturen som används i monocykliska kväveinnehållande 6-ledade ringföreningar är här nedan. Positioner på ringen för pyridin visas, arabiska siffror är mer föredragna för grekiska bokstäver, även om båda systemen används. Pyridoner är aromatiska föreningar med hänsyn till bidrag till resonanshybrid från laddade resonansformer såsom demonstreras för 4-pyridonen.

Två stora koenzymer involverade i olika viktiga metaboliska reaktioner i celler, NAD (även känd som coenzyme1) och NADP (även känd som coenyme II), härrör från nikotinamid.
Majoriteten av alkaloider innehåller en piperidin- eller pyridinringstruktur, bland dem piperin (utgör ett av skarpprovningsinnehållet i svart och vit peppar) och nikotin. Deras strukturer visas nedan.

Pyridin som en gång extraherades från koltjära men nu är framställd katalytiskt från ammoniak och tetrahydrofurfurylalkohol är en viktig mellanprodukt och lösningsmedel som används för att tillverka andra föreningar. Vinylpyridiner är viktiga monomerbyggnadsblock av plast och fullständigt mättad piperidin, pyridin används som kemiskt råmaterial och gummibehandling.

Farmaceutiskt användbara pyridiner

Farmaceutiskt användbara pyridiner innefattar isonikotinsyrahydraziden (tuberculostatisoniazid), anti-AIDS-virusläkemedlet som är känt som nevirapin, nicorandilavasodilator som används för att kontrollera angina, fenazopyridin-analgetikum i urinvägsområdet liksom det antiinflammatoriska sulfa-läkemedlet. Diflufenican, clopyralid, paraquat och diquat är populära pyridinderivat som används som herbicider.

6-ledade ringar med 2 eller flera heteroatomer

De 3-monocykliska sex-ledade heterocyklerna med 2-kväveheteroatomer (diaziner) är numrerade och benämnda som visas nedan.

Maleinsyrahydrazid är ett pyridazinderivat som används som herbicid. Vissa pyraziner, såsom aspergillinsyra, förekommer naturligt. Här är strukturerna av de ovan nämnda föreningarna:

Pyrazinring är en komponent i olika polycykliska föreningar av industriell och biologisk betydelse. Viktiga medlemmar av pyrazinfamiljen är fenaziner, alloxaziner och pteridiner. Farmakologiskt och biologiskt är de mest avgörande diazinerna pyrimidiner. Cytosin, tymin och uracil är 3 av 5-nukleotidbaserna som utgör den genetiska koden i RNA och DNA. Nedan finns deras strukturer:

Vitamin tiamin har en pyrimidinring och förutom syntetiska barbiturater inklusive amobarbital är vanligen använda läkemedel. Morfolin (parent tetrahydro-1,4-oxazin) framställs i stor skala för användning som en fungicid, korrosionsinhibitor och ett lösningsmedel. Morfolinring finns också i det sedativa hypnotiska läkemedlet trimetozin och vissa fungicider som fenpropimorf och tridemorf. Här är strukturformeln för morfolin:

7-ledade ringar

När ringstorleken ökar, ökar variationen av föreningarna som kan erhållas genom att variera platsen, typen och antalet heteroatomer enormt. Kemin hos heterocykler med 7-ledade ringar eller mer är emellertid mindre utvecklad än den hos 6- och 5-ledade heterocykliska föreningar.
Oxepin- och Azepinringar är viktiga beståndsdelar i olika naturligt förekommande metaboliska produkter av marina organismer och alkaloider. Azepinderivatet, känt som kaprolaktam, tillverkas kommersiellt i bulk för användning vid framställning av nylon-6 som mellanprodukt och vid framställning av syntetiskt läder, beläggningar och filmer.
7-ledade heterocykliska föreningar med två eller en kväveatom i deras ring är strukturella enheter av allmänt använda psykofarmakemedel Prazepine (tricykliska antidepressiva) och tranquilizer diazepam även känt som valium.

8-ledade ringar

Exempel på heterocykliska föreningar i denna klass innefattar azokan, oxokan och tiocan med kväve, syre och svavel är respektive heteroatomer. Deras respektive omättade derivat är respektive azocin, oxocin och tiocin.

9-ledade ringar

Exempel på heterocykliska föreningar i denna klass innefattar azonan, oxonan och tionan med kväve, syre och svavel är respektive heteroatomer. Deras respektive omättade derivat är azonin, oxonin respektive tionin.

Användningar av heterocykliska föreningar

Heterocykler är användbara på flera områden inom biovetenskap och teknik. Som vi redan har sett i vår diskussion är många droger heterocykliska föreningar.

referenser

IUPAC Gold Book, heterocykliska föreningar. Länk:

WH Powell: Revidering av det utvidgade Hantzsch-Widman-systemet för nomenklaturen för heteromonocykler, i: Ren appl. Chem.1983, 55, 409-416;

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

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