Blog

Ang Labing Maimpluwensya nga mga Heterocycle sa Kalibutan

Ang Labing Maimpluwensya nga mga Heterocycle sa Kalibutan

Heterocyclic compounds

Ang usa ka heterocyclic compound, nailhan usab nga usa ka singsing nga estruktura usa ka compound nga adunay mga atomo nga adunay duha ka managlahi nga elemento isip mga miyembro sa singsing / singsing niini. Ang mga heterocyclic compound lagmit naglangkob sa labing nagkalainlain ug pinakadako nga gidaghanon sa pamilya sa mga organic compounds.

Dili igsapayan ang katuyoan ug istruktura, ang matag carbocyclic compound mahimo nga ibalik ngadto sa nagkalain-lain nga heterocyclic analogs pinaagi lamang sa pag-ilis sa usa o labaw pa nga mga atomo sa singsing sa carbon nga adunay laing elemento. Tungod niini, ang mga heterocycle naghatag og plataporma alang sa pagbinayloay sa panukiduki sa nagkalain-laing mga lugar lakip na apan dili limitado sa pharmaceutical, medisina, analitiko, ug organic chemistry sa mga heterocyclic compound.

Ang mga dagkong pananglitan sa heterocyclic compounds mao ang kadaghanan sa mga droga, mga nucleic acid, ang kadaghanan sa sintetiko ug natural nga tina, ug ang kadaghanan sa biomass sama sa cellulose ug mga materyales nga may kalabutan.

nga klasipikasyon

Bisan pa ang mga compound nga heterocyclic mahimo nga organic o inorganic nga mga compound, kadaghanan adunay labing menos usa ka carbon. Kini nga mga compound mahimong ma-classified sumala sa ilang electronic nga estraktura. Ang mga saturated heterocyclic nga mga compound nagagawi sa sama nga paagi sama sa mga acyclic derivatives. Ingon nga resulta, ang tetrahydrofuran ug piperidine mga conventional ethers ug mga amine nga adunay giusab nga steric profiles.

Busa, ang pagtuon sa heterocyclic chemistry nag-focus sa mga unsaturated derivatives ug mga aplikasyon nga naglakip sa wala mapugngan nga lima ingon man sa unom ka mga singsing. Kini naglakip sa furan, pyrrole, thiophene, ug pyridine. Ang sunod nga dagkong klase sa mga heterocyclic nga kombinasyon nahugpong sa mga singsing nga benzene, nga alang sa furan, pyrrole, thiophene, ug pyridine mao ang benzofuran, indole, benzothiophene, ug quinoline, matag usa. Kon ang duha ka singsing sa benzene nahugpong, kini moresulta ngadto sa laing dako nga pamilya sa mga compound, nga dibenzofuran, carbazole, dibenzothiophene, ug aridine. Ang unsaturated nga mga singsing mahilakip base sa pag-apil sa usa ka heteroatom sa sistema sa pi, nga gi-conjugated nga sistema.

Pagpangandam ug mga reaksiyon

3 nga mga singsing

Ang mga heterocyclic compound nga adunay tulo ka mga atomo sa usa ka singsing mao ang labaw nga reaktibo nga pagtahud sa singsing nga palabihan. Ang mga heterocycle nga adunay usa ka heteroatom sa kasagaran lig-on. Ang mga adunay duha ka heteroatoms mahitabo, sa kinatibuk-an ingon nga reactive intermediates.

Ang mga oxiranes, nailhan usab nga mga epoxide mao ang labing komon nga mga heterocycle nga 3. Giandam ang mga pormag oksihura pinaagi sa pagtubag sa mga peracid nga adunay mga alkenes, nga adunay maayo nga stereospecificity. Ang mga oxiranes mas reactive kay sa unsaturated ethers tungod sa taas nga anggulo sa 3-membered ring. Ang mga reaksiyon sa pagdugang nga gipadayon sa usa ka nucleophilic ug electrophilic opening sa singsing mao ang labing kinatibuk-ang klase sa reaksyon.

Ang usa ka reaksyon niini nga matang nga nalambigit sa pharmacological action sa nitrogen mustard nga usa sa mga unang gidaghanon sa mga tambal nga anticancer naugmad. Ang pagsira sa intramolecular ring sama sa kaso sa antikanser nga ahente mechlorethamine naglangkob sa usa ka intermediate aziridium ion. Ang porma nga gi-atake sa biologically active nga ahente nag-atake sa mga selula nga naglangkob sa mga selula sa kanser pinaagi sa pagdugta sa ilang pagkopya sa DNA. Ang mga mustasa nga nitrous gigamit usab isip mga anticancer agent.

Ang komersyal nga aziridine ug oxirane mao ang gikinahanglan nga kadaghanan nga kemikal nga pang-industriya. Sa daghan kaayong produksyon sa oxirane, ang ethylene direktang gi-react sa oksiheno. Ang kemikal nga reaksyon, nga mao ang labing kinaiya niining mga 3 nga mga singsing, mao nga sila dali nga maatake sa mga reaksiyong nucleophilic aron ablihan ang singsing sama sa gipakita sa ubos:

Ang labing komon nga tulo nga miembro heterocyclic compounds uban sa usa ka heteroatom naglakip:

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

Ang labing komon nga tulo ka mga miyembro nga heterocyclic compounds nga adunay duha ka heteroatoms naglakip sa Diaziridine ingon nga saturated derivative ug Diazirine isip unsaturated derivative ingon man usab Dioxirane ug Oxaziridine.

Upat ka-Gipadayag nga Singsing

Ang nagkalainlaing pamaagi sa pag-andam sa mga heterocycle sa mga 4 nga mga singsing gipakita sa diagram sa ubos. Ang proseso sa pagtubag sa usa ka amine, thiol o 3-halo nga adunay basehan kasagaran epektibo apan uban ang dili kasagarang abot. Ang pag-ubos ug pagwagtang mao ang kasagaran nga mga reaksyon sa kilid. Ang uban nga mga gimbuhaton mahimo usab nga makigkompetensya sa reaksyon.

Sa unang pananglitan, ang cyclization sa usa ka oxirane kanunay nga nakigkompetensiya sa pagtukod sa thietane, apan ang mas taas nga nucleophilicity nag-una ilabina kon ang usa mogamit sa huyang nga base.

Sa ikaduha nga pananglitan, posible ang pagporma sa azetidine ug aziridine, apan ang ulahi makita lamang. Ang panig-ingnan numero upat nga nagpakita nga kini nga pamaagi sa pagtukod sa azetidine nga mga gimbuhaton pag-ayo kung wala'y kompetisyon.

Sa ikatulong pananglitan, ang estrikto nga pagsumpo sa substrate nagpasiugda sa pagporma sa oxetane ug magpugong sa cyclization sa oxirane. Sa mga pananglitan 5 ug 6, ang photocyclization sa Paterno-Buchi ilabi na nga haum sa pagporma sa oxetane.

Mga pamaagi sa pag-andam sa mga heterocycle sa 4 nga mga singsing

Mga reaksiyon

Mga reaksiyon sa 4-nga miembro heterocyclic compounds usab pagpakita sa singsing nga palabihan impluwensya. Ang mosunod nga diagram nagpakita sa pipila ka mga pananglitan. Ang acid-catalysis usa ka tipikal nga bahin sa nagkalain-lain nga mga reaksiyon sa singsing nga gipakita sa mga pananglitan 1,2, ug 3a. Sa reaksiyon sa 2 sa thiethane, ang sulfur miagi sa electrophilic chlorination nga paingon ngadto sa pagtukod sa chlorosulfonium intermediate ug pagpuli sa ring-opening chloride ion. Sa reaksiyon 3b, ang lig-on nga mga nucleophile nakita usab nga gibuksan ang strained ether. Ang mga reaksyon sa cleavage sa Beta-lactones mahimo nga mahitabo pinaagi sa acid-catalyzed acyl exchange sama sa makita sa 4a. Mahimo usab kini mahitabo sa alkyl-O nga pagkasamad sa mga nucleophile nga sama sa 4b.

Ang pananglitan nga numero 6 nagpakita sa usa ka makapaikag nga panghitabo sa intramolecular rearrangement sa ortho-ester. Ang Reaction 6 nagpakita sa Beta-lactam cleavage sa penicillin G nga nagpatin-aw sa gipaayo nga reaksyon sa acylation sa fused ring system.

Mga pananglitan sa mga reaksiyon sa 4 nga gipanag-iya nga heterocyclic compounds

Ang labing mapuslanon heterocyclic compounds nga adunay mga singsing nga 4 ang duha ka serye sa antibiotics, ang cephalosporins, ug mga penicillins. Ang duha ka serye adunay azetidinone ring nga nailhan usab nga Beta-lactam ring.
Daghang mga oxetanes ang giimbestigahan ingon antiviral, anticancer, anti-inflammatory, ug antifungal agent. Sa pihak nga bahin, ang mga higante nga Oxetanones ginagamit sa agrikultura bilang mga bactericide, fungicide, kag herbicide kag sa pagmugna sang polimer.
Ang ginikanan nga thietane nakit-an sa lana sa shale samtang ang mga mahumot nga mga gigikanan niini nagsilbing mga marka sa baho alang sa European polecats, ferrets, ug minks. Ang mga thietanes gigamit isip mga fungicide ug bactericide sa pintal, sama sa iron corrosion inhibitors, ug sa pagmugna sa mga polymers.

Ang upat ka mga singsing nga singsing nga adunay usa ka heteroatom

Heteroatom Saturated Unsaturated

Heteroatom Nagtubo Unsaturated
Sulphur Thietane Azete
Oxygen Oxetane Oxete
Nitroheno Azetidine Azete

Ang upat ka singsing nga singsing nga adunay duha ka heteroatoms

Heteroatom Nagtubo Unsaturated
Sulphur Dithietane Dithiete
Oxygen Dioxetane Dioxete
Nitroheno Diazetidine Diazete

Ang mga 5 nga mga singsing nga adunay usa ka heteroatom

Ang thiophene, furan, ug pyrrole mao ang mga ginikanan nga mga aromatic compounds sa mga heterocycle nga 5 nga mga singsing. Ania ang ilang mga istruktura:

Ang saturated derivatives sa thiophene, furan, ug pyrrole mao ang thiophane, tetrahydrofuran, ug pyrrolidine. Ang mga bicyclic compound nga ginama sa thiophene, furan, o pyrrole ring nga gigamit sa usa ka benzene ring gitawag nga benzothiophene, benzofuran, isoindole (o indole).
Ang nitroheno heterocycle nga pyrrole kasagaran mahitabo sa lana sa bukog nga naporma pinaagi sa pagkadunot sa mga protina pinaagi sa kusog nga pagpainit. Ang mga pyrrole singsing makita sa mga amino acids sama sa hydroxyproline ug proline nga mga sangkap sa nagkalain-laing mga protina nga anaa sa taas nga konsentrasyon sa structural protina sa mga ligaments, tendon, panit, ug mga bukog ug collagen.
Ang mga derivatives sa pyrrole makita sa alkaloids. Ang nikotina mao ang labing nailhan nga pyrrole nga adunay alkaloid. Ang hemoglobin, myoglobin, Vitamin B12, ug chlorophylls, naporma pinaagi sa pag-apil sa upat ka mga yunit sa pyrrole sa usa ka dako nga sistema sa singsing nga gitawag porphyrin, sama sa gipakita sa chlorophyll B sa ubos.

Ang mga pigmental sa bile nahulma pinaagi sa pagkadunot sa porphyrine ring ug adunay kadena nga 4 pyrrole rings.
Pag-andam sa mga heterocycle nga 5 nga miyembro nga singsing
Pag-andam sa industriya sa furan proceeds sama sa gipakita sa ubos pinaagi sa aldehyd, furfural, nga gigama gikan sa pentose nga adunay mga hilaw nga materyales sama sa corncobs. Ang susamang pagpangandam sa thiophene ug pyrrole gipakita sa ikaduha nga laray sa mga equation.
Ang ikatulong laray sa equation usa nga nagpakita sa kinatibuk-ang pagpangandam sa gipuli nga thiophenes, pyrroles, furans gikan sa 1,4-dicarbonyl compounds. Daghang mga reaksiyon nga mitultol ngadto sa pagporma sa gipuli nga mga heterocycle sa niini nga matang gisugdan. Ang duha sa mga pamaagi gipakita sa ikaduha ug ikatulo nga reaksyon. Ang Furan gikunhoran pinaagi sa palladium-catalyzed hydrogenation sa tetrahydrofuran. Kini nga cyclic ether usa ka bililhon nga sulud nga dili lamang makomberte ngadto sa 4-haloalkylsulfonates kondili usab 1,4-dihalobutanes nga magamit sa pag-andam sa thiolane ug pyrrolidine.

Lima ka sangkap nga singsing nga adunay usa ka heteroatom

Heteroatom Unsaturated Nagtubo
Antimony Stibole Stibolane
arsenic Arsole Arsolane
Bismuth Bismole Bismolane
boron Borole Borolane
Nitroheno Pyrrole Pyrrolidine
Oxygen Furan Tetrahydrofuran

Ang 5 nga mga singsing nga adunay 2 heteroatoms

Ang lima ka miyembro nga ring compounds nga adunay 2 heteroatoms ug labing menos usa sa heteroatoms mao ang Nitrogen, nailhan nga azoles. Ang Isothiazoles ug thiazoles adunay nitroheno ug sulfur atom sa singsing. Ang mga kombinasyon nga adunay duha ka sulfur atoms nailhan nga Dithiolanes.

Heteroatom Unsaturated (ug dili partially unsaturated) Nagtubo
Nitroheno

/ nitroheno

Pyrazole (Pyrazoline)

Imidazole (Imidazoline)

Pyrazolidine

Imidazolidine

Nitrogen / oxygen Isoxazole

Oxazoline (oxazole)

Isoxazolidine

oxazolidine

Nitrogen / sulfur Isothiazole

Ang Thiazoline (Thiazole)

Isothiazolidine

Thiazolidine

Oxygen / oxygen Dioxolane
Sulphur / sulfur Dithiolane

Ang uban nga mga pyrazole nahitabo natural. Ang mga kombinasyon niini nga klase giandam pinaagi sa pagtubag sa 1,3-diketones nga adunay hydrazine. Ang kadaghanan sa mga sintetikong pyrazole compound gigamit isip tambal ug mga tina. Naglakip kini sa pagkunhod sa hilanat nga analgesic aminopyrine, phenybutazone nga gigamit sa pagtambal sa arthritis, ang tina nga tina ug yellow nga tartrazine nga kolor sa pagkaon, ug kadaghanan sa mga tina nga gigamit sa kolor nga litrato isip mga sensitizing agent.

Ang 5 nga mga singsing nga adunay 3 heteroatoms

Adunay usab adunay usa ka dako nga pundok sa lima ka miyembro nga mga singsing nga adunay labing menos 3 heteroatoms. Ang usa ka pananglitan sa maong mga compound mao ang dithiazoles nga adunay nitroheno nga atomo ug duha ka sulfur.

Ang 6 nga mga singsing nga adunay 1 heteroatom

Ang nomenclature nga gigamit sa monocyclic nitrogen-nga naglangkob sa 6 nga miyembro nga ring compounds anaa sa ubos. Ang mga posisyon sa singsing alang sa pyridine gipakita, ang Arabic nga mga numero mas gipalabi sa mga Griyego nga mga letra, bisan ang duha ka mga sistema gigamit. Ang pyridones mga aromatic compounds sa pagtampo sa mga kontribusyon sa resonance hybrid gikan sa mga porma nga resonance nga gipakita sa 4-pyridone.

Duha ka mga mayor nga mga coenzyme nga nalambigit sa nagkalain-hinungdan nga mga reaksiyon sa metaboliko sa mga selula, ang NAD (nailhan usab nga coenzyme1) ug NADP (nailhan usab nga coenyme II), gikuha gikan sa nicotinamide.
Ang kadaghanan sa alkaloids adunay usa ka piperidine o pyridine ring nga istraktura, lakip kanila ang piperine (naglangkob sa usa sa makahahadlok nga mga sulod sa itom ug puti nga pepper) ug nikotina. Ang ilang mga istraktura gipakita sa ubos.

Pyridine nga kaniadto gikuha gikan sa coal tar apan karon giandam nga catalytically gikan sa ammonia ug tetrahydrofurfuryl nga alkohol mao ang usa ka importante nga intermediate ug solvent nga gigamit sa paghimo sa ubang mga compounds. Ang vinylpyridines mao ang mga krusyal nga monomer nga mga bloke sa plastik, ug ang bug-os nga saturated piperidine, ang pyridine gigamit isip kemikal nga hilaw nga materyal ug pagproseso sa goma.

Parmasiya nga mapuslanong pyridines

Ang mapuslanon nga mga pyridine naglakip sa isonicotinic acid hydrazide (tuberculostat isoniazid), ang anti-AIDS nga tambal nga tambal nga gitawag nga nevirapine, nicorandil - avasodilator nga gigamit sa pagpugong sa angina, phenazopyridine-ang analgesic sa urinary-tract ingon man ang anti-inflammatory sulfa drug. Ang Diflufenican, clopyralid, paraquat, ug diquat maoy popular nga pyridine derivatives nga gigamit isip herbicides.

Ang 6 nga mga singsing nga adunay 2 o daghang heteroatoms

Ang 3 monocyclic nga unom ka miyembro nga singsing heterocycles nga adunay 2 nitrogen heteroatoms (diazines) giihap ug ginganlan ingon gipakita sa ubos.

Ang Maleic hydrazide usa ka derivative nga pyridazine nga gigamit isip herbicide. Ang natural nga mga pyrazines sama sa aspergillic acid. Ania ang mga istruktura sa nahisgutan nga mga compound:

Ang singsing sa Pyrazine usa ka bahin sa nagkalain-laing mga polycyclic compound sa industriya ug biological nga importansya. Ang importante nga mga membro sa pamilya nga pyrazine mao ang phenazines, alloxazines, ug mga pteridine. Sa pharmacologically ug biologically, ang labing importante nga mga divisila mao ang mga pyrimidine. Ang Cytosine, thymine, ug uracil mao ang 3 sa mga base sa 5 nucleotide nga naglangkob sa genetic code sa RNA ug DNA. Sa ubos mao ang ilang mga istruktura:

Ang bitamina thiamin adunay pyrimidine ring ug dugang sa artipisyal nga mga barbiturate lakip na ang amobarbital kasagarang gigamit nga mga droga. Ang Morpholine (ginikanan tetrahydro-1,4-oxazine) gihimo sa dako nga sukdanan aron gamiton isip fungicide, corrosion inhibitor, ug usa ka solvent. Makita usab ang morpholine ring sa sedative-hypnotic drug trimetozine ug pipila ka mga fungicide sama sa phenpropimorph ug tridemorph. Ania ang structural formula alang sa morpholine:

7 nga mga singsing

Samtang nagkadako ang singsing sa singsing, ang nagkadaiyang mga compound nga mahimo nga makuha pinaagi sa pag-usab-usab sa nahimutangan, tipo, ug gidaghanon sa mga heteroatoms nagkadaghan. Bisan pa, ang chemistry sa mga heterocycle nga adunay mga 7 nga adunay mga singsing o labaw pa nga wala kaayo napalambo kay sa 6 ug 5 nga adunay singsing nga heterocyclic compounds.
Ang mga sapi nga Oxepine ug Azepine mga krusyal nga mga elemento sa nagkalainlain nga natural nga mga produkto sa metaboliko sa mga organismo sa dagat ug mga alkaloid. Ang azepine derivative nga nailhan nga caprolactam komersyal nga gimugna aron gamiton sa paghimo sa nylon-6 isip usa ka intermediate ug sa produksyon sa sintetikong panit, coatings, ug mga pelikula.
Ang mga heterocyclic nga 7 nga adunay duha o usa ka nitroheno nga atomo sa ilang singsing mao ang mga yunit sa estruktura sa lapad nga gigamit nga psychopharmaceuticals Prazepine (tricyclic antidepressant) ug tranquilizer diazepam nga nailhan usab nga valium.

8 nga mga singsing

Ang mga pananglitan sa mga heterocyclic compound sa niini nga klase naglakip sa azocane, oxocane, ug thiocane nga adunay nitroheno, oksiheno, ug sulfur nga ang tagsatagsa ka heteroatoms. Ang ilang tagsa ka unsaturated derivatives mao ang azocine, oxocine, ug thiocine.

9 nga mga singsing

Ang mga pananglitan sa mga heterocyclic compound sa niini nga klase naglakip sa azonane, oxonane, ug thionane nga adunay nitroheno, oksiheno, ug sulfur nga ang tagsatagsa ka heteroatoms. Ang ilang mga unsaturated derivatives mao ang azonine, oxonine, ug thionine.

Paggamit sa mga heterocyclic compound

Ang mga heterocycle mapuslanon sa daghang bahin sa mga siyensiya sa kinabuhi ug teknolohiya. Sumala sa nakita na nato sa atong panaghisgot, daghang mga tambal ang mga heterocyclic compounds.

mga pakisayran

IUPAC Gold Book, heterocyclic compounds. Link:

WH Powell: Pag-usab sa dugay nga Hantzsch-Widman System sa Nomenclature alang sa Heteromonocycles, sa: Putli nga 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;