בלוג

Heterocycles המשפיעים ביותר בעולם

Heterocycles המשפיעים ביותר בעולם

תרכובות הטרוציקליות

תרכובת הטרוציקלית, הידועה גם בשם מבנה הטבעת, היא ביסודה תרכובת המכילה אטומים של שני מרכיבים נפרדים כחברים בטבעת / טבעות. תרכובות הטרוציקליות הן כנראה המספר המגוון והמספר המשמעותי ביותר של משפחת המרכיבים האורגניים.

ללא קשר לפונקציונליות ומבנה, כל תרכובת carbocyclic ניתן להמיר אנלוגים heterocyclic שונים רק על ידי החלפת אחד או יותר אטומי טבעת פחמן עם אלמנט אחר. כתוצאה מכך, heterocycles הציעו פלטפורמה לחילופי מחקר בתחומים שונים, כולל אך לא רק, כימיה, תרופות, אנליטי, כימיה אורגנית של תרכובות הטרוציקליות.

הדוגמאות העיקריות של תרכובות הטרוציקליות הן רוב התרופות, חומצות גרעין, רוב צבעי סינתטי וטבעי, וכן רוב של ביומסה כגון תאית וחומרים קשורים.

מִיוּן

למרות תרכובות הטרוציקלי עשוי להיות תרכובות אורגניות או אורגניים, רוב יש לפחות פחמן אחד. תרכובות אלה ניתן לסווג על פי המבנה האלקטרוני שלהם. תרכובות הטרוציקליות רוויות מתנהגות באותו אופן כמו נגזרות acyclic. כתוצאה מכך, tetrahydrofuran ו piperidine הם ethers קונבנציונאלי אמינים עם פרופילים סטריים שונה.

המחקר של הכימיה הטרוציקלית, אם כן, מתמקד בעיקר בנגזרות בלתי רוויות ויישומים כרוך בחמישה טבעות לא מאופקות, כמו גם בשישה טבעות. זה כולל furan, pyrrole, thiophene, ו pyridine. המעמד הגדול הבא של תרכובות הטרוציקליות הוא התמזגו טבעות בנזן, אשר עבור פוראן, pyrrole, thiophene, ו pyridine הם benzofuran, אינדול, benzothiophene, ו quinoline, בהתאמה. אם שתי טבעות בנזין הם התמזגו, זה תוצאות למשפחה גדולה נוספת של תרכובות, אשר dibenzofuran, carbazole, dibenzothiophene, ו aridine. טבעות לא רוויות עשוי להיות מסווג על בסיס השתתפות של heteroatom במערכת pi, מערכת מצומדות.

הכנה ותגובות

3- טבעות שנרשמו

תרכובות הטרוציקליות עם שלושה אטומים בטבעת הם בדרך כלל יותר תגובתי תגובתי של זן הטבעת. הטרוציקלים המכילים הטרואטום אחד בדרך כלל יציבים. אלה המכילים שני heteroatoms להתרחש, באופן כללי כמו intermediates תגובתי.

Oxiranes, הידוע גם בשם epoxides הם הנפוץ ביותר 3-heterocycles החברות. Oxiranes מוכנים על ידי תגובה peracids עם alkenes, עם stereospecificity טובה. Oxiranes הם יותר תגובתי מאשר ethersated באדיבות זן גבוה זן של טבעת 3- חבר. תגובות נוספות הממשיכות על ידי פתיחת נוקלאופילי ו electrophilic של הטבעת הם המעמד התגובה הכללית ביותר.

תגובה מסוג זה מעורבת בפעילות הפרמקולוגית של חרדל חנקן, שהיתה בין התרופות האנטי-סרטניות הראשונות שהתפתחו. סגירה של טבעת intramolecular כמו במקרה של סוכן antilamancer mchlorethamine יוצר יון אזרידיום ביניים. סוכן פעיל ביולוגי פעיל תוקף תאים מתרבים כולל תאים סרטניים באמצעות עיכוב של שכפול הדנ"א שלהם. חרדל חנקן שימשו גם סוכנים אנטי סרטניים.

מסחרי aziridine ו oxirane הם כימיקלים תעשייתיים בתפזורת. על ייצור בקנה מידה מסיבי של oxirane, אתילן הוא הגיב ישירות עם חמצן. התגובה הכימית, שהיא המאפיין האופייני ביותר של טבעות אלה של 3, היא שהם רגישים להתקפה על ידי ריאגנטים נוקלאופיליים כדי לפתוח את הטבעת כפי שמוצג להלן:

הנפוצים ביותר שלושה חברים תרכובות הטרוציקליות עם הטרואטום אחד כוללים:

רווי לא רוויות
Thiirane (episulfides) תירן
פוספירן פוספירן
אפוקסידים (oxirane, oxirane) אוקסירין
אזרידין אזרינית
בוריאן בורירן

תרכובות הטרוציקליות הנפוצות ביותר של שלושה חברים עם שתי הטרואטומים כוללות דיאזירידין כנגזרת רוויה ודיאזירין כנגזרת בלתי רוויטית, כמו גם דיאוקסירן ואוקזירידין.

ארבעה טבעות

שיטות שונות של הכנת XTUMX-heterocycles טבעות מוצגים בתרשים להלן. תהליך התגובה של amine, thiol או 4- הילה עם בסיס יעיל בדרך כלל, אבל עם תשואות בינוניות. דימיזציה וחיסול הן תופעות לוואי אופייניות. פונקציות אחרות עשויות להתחרות גם בתגובה.

בדוגמה הראשונה, cyclization כדי oxirane תמיד להתחרות עם היווצרות של thietane, אבל נוקלאופיליסיטי גבוה שולט במיוחד אם אחד משתמש בסיס חלש.

בדוגמה השנייה, היווצרות של אזטידין ואזירידין אפשריים, אבל רק האחרון נראה. דוגמה מספר ארבע מראה כי גישה זו להיווצרות של פונקציות azetidine גם אם אין תחרות.

בדוגמה השלישית, את תצורה נוקשה של המצע לטובת היווצרות של oxetane ומונע cyclization של oxirane. בדוגמאות 5 ו 6, photocyclizations Paterno-Buchi מתאימים במיוחד להיווצרות של oxetane.

שיטות הכנת heterocycles טבעות 4 שנרשמו

תגובות

התגובות של 4-membered תרכובות הטרוציקליות גם להדגים טבעת זן השפעה. התרשים הבא מציג כמה דוגמאות. חומצה-קטליזה היא תכונה אופיינית של תגובות שונות טבעת טבעת שהודגם בדוגמאות 1,2, ו 3a. בתגובה 2 של thietane, גופרית עובר כלור electrophilic המוביל להיווצרות של chlorosulfonium ביניים החלפה של יון כלור טבעת פתיחת. בתגובה 3b, נוקליאופילים חזקים נראים גם לפתוח את האתר מתוח. תגובות מחיצת בטא-לקטונים עשויות להתרחש על-ידי החלפת אצטיל חומצית-חומצה, כפי שניתן לראות ב- 4a. זה יכול להתרחש גם על ידי קרע alkyl-O על ידי נוקלאופילים כמו 4b.

דוגמה מספר 6 מראה תופעה מעניינת של reramrangement intramolecular של אורתו אסתר. תגובה 6 מראה בטא lactam cleavage של פניצילין G אשר מסביר את התגובה acylation משופרת של טבעת טבעת התמזגו.

דוגמאות לתגובות של תרכובות הטרוציקליות של 4

הכי שימושי תרכובות הטרוציקליות עם 4- טבעות חבר הם שתי סדרות של אנטיביוטיקה, cephalosporins, פניצילינים. שתי סדרות להכיל טבעת azetidinone אשר ידוע גם טבעת בטא Lactam.
אוקסיטנים רבים נמצאים תחת חקירה כמו antiviral, antancer, אנטי דלקתיים, ו antifungal סוכנים. Oxetanones, לעומת זאת, מיושמים בעיקר בחקלאות כמו bactericides, קוטלי פטריות, קוטלי עשבים בייצור של פולימר.
ההיאטאן ההורה נמצא בשמן הפצלי, ואילו נגזרותיו הריחותיות פועלות כסימני ניחוח של עופות, חרחונים ומיני. Thietanes מוחלים כמו קוטלי פטריות ו bactericides בצבע, כמו מעכבי קורוזיה ברזל, וכן בייצור של פולימרים.

ארבעה טבעות עם compounds אחת heteroatom

הטעם רווי רווי

הטרואטום רווי לא רוויות
גופרית תייטאנה Azete
חמצן אוקסיטן אוקספט
חנקן אזטידין Azete

ארבעה טבעות מתרכבות עם שתי הטרואטומים

הטרואטום רווי לא רוויות
גופרית Dithietane Dithiete
חמצן Dioxetane דיאוקסיט
חנקן דיאזטידין דיאזט

5- טבעות שנרשמו עם heteroatom אחת

Thiophene, furan, ו pyrrole הם ההורה תרכובות ארומטי של 5-heterocycles טבעות. הנה המבנים שלהם:

הנגזרות הרוויות של thiophene, furan ו- pyrrole הן thiophane, tetrahydrofuran ו- pyrrolidine בהתאמה. תרכובות Bicyclic עשויות טבעת thianhene, furan או pyrrole המתמזגות עם טבעת בנזן נקראות benzothiophene, benzofuran, isoindole (או אינדולה) בהתאמה.
חנקן heterocycle pyrrole מתרחשת בדרך כלל בשמן העצם שנוצר על ידי הפירוק של חלבונים באמצעות חימום חזק. הטבעות pyrrole נמצאות חומצות אמינו כגון hydroxyproline ו proline כי הם מרכיבים של חלבונים שונים הנוכחי בריכוז גבוה בחלבון מבניים של מיתרים, גידים, עור, עצמות קולגן.
Pyrrole נגזרים נמצאים אלקלואידים. ניקוטין הוא הידוע ביותר pyrrole המכיל אלקלואיד. המוגלובין, המוגלובין, ויטמין B12, ו chlorophylls, כל נוצרו על ידי הצטרפות ארבע יחידות pyrrole במערכת טבעת גדולה בשם פורפירין, כמו זה של כלורופיל B שהודגם להלן.

פיגמנטים מרה נוצרים באמצעות הפירוק של טבעת פורפירין יש שרשרת של טבעות pyrrole 4.
הכנה של heterocycles טבעת 5- membered
הכנה תעשייתית של furan ההכנסות כפי שמוצג להלן על ידי הדרך של aldehyd, furfural, כי הוא שנוצר מ pentose המכיל חומרי גלם כגון corncobs. הכנות דומות של thiophene ו pyrrole מוצגים בשורה השנייה של משוואות.
השורה השלישית של משוואה אחת מדגימה את ההכנה הכללית של thiophenes תחליף, pyrroles, furans מ 1,4-dicarbonyl תרכובות. תגובות רבות אחרות שהובילו להיווצרות של heterocycles תחליף מסוג זה כבר נכתבו. שני תהליכים אלה הוצגו בתגובה השנייה והשלישית. פוראן מופחת על ידי הידרוגנציה פלדיום-מזוקק כדי tetrahydrofuran. אתר זה מחזורי הוא ממס בעל ערך אשר לא רק ניתן להמיר 4-haloalkylsulfonates אלא גם 1,4-dihalobutanes שניתן להשתמש בהם כדי להכין thiolane ו pyrrolidine.

חמישה חברים טבעות compounds עם heteroatom אחת

הטרואטום לא רוויות רווי
אַנטִימוֹן סטיבול Stibolane
ארסן מסוף ארסולנה
בִּיסמוּט ביסמול ביסמולן
בור בורול בורולין
חנקן פירול פירולידין
חמצן Furan טטרהידרופורן

5- טבעות שנרשמו עם 2 heteroatoms

חמש תרכובות טבעת חבר המכיל 2 heteroatoms ולפחות אחד heteroatoms הוא חנקן, ידועים כמו azoles. Isothiazoles ו thiazoles יש אטום וגופרית אטום בזירה. תרכובות עם שני אטומי גופרית ידועים בשם Dithiolanes.

הטרואטום לא רוויות (ולא רוויות חלקית) רווי
חנקן

/חַנקָן

Pyrazole (Pyrazoline)

Imidazole (Imidazoline)

Pyrazolidine

Imidazolidine

חנקן / חמצן Isoxazole

Oxazoline (oxazole)

Isoxazolidine

חמצן

חנקן / גופרית Isothiazole

תיאזולין (תיאזולה)

Isothiazolidine

תיאזולידין

חמצן / חמצן Dioxolane
גופרית / גופרית Dithiolane

כמה pyrazoles להתרחש באופן טבעי. תרכובות של מחלקה זו מוכנים על ידי תגובה 1,3-diketones עם hydrazines. רוב תרכובות pyrazole סינתטי משמשים רפואה וצבעים. הם כוללים צמצום חום aminopyic aminrine, phenybutazone המשמש לטיפול בדלקת פרקים, צבע סיבים צהוב צבע מזון tartrazine, ואת רוב הצבעים המשמשים בצילום צבע כמו סוכני רגיש.

5- טבעות שנרשמו עם 3 heteroatoms

יש גם קבוצה גדולה של חמישה חבר תרכובות טבעת עם לפחות 3 heteroatoms. דוגמה אחת של תרכובות כאלה הוא dithiazoles המכילים אטום חנקן ושני גופרית.

6- טבעות שנרשמו עם 1 heteroatom

המינוח המשמש מונוציקלי המכיל חנק 6-comped תרכובות טבעת כאן למטה. עמדות על הטבעת עבור פירידין מוצגים, ספרות ערביות עדיפות יותר אותיות יווניות, למרות שתי מערכות משמשים. Pyridones הם תרכובות ארומטיות באדיבות תרומות תהודה היברידית טפסים תהודה טעונה כפי שהוכח עבור 4-pyridone.

שני קואנזימים עיקריים המעורבים בתגובות מטבוליות חיוניות שונות בתאים, NAD (הידוע גם בשם coenzyme1) ו NADP (הידוע גם בשם coenyme II), נגזרים nicotinamide.
רוב אלקלואידים מכילים מבנה piperidine או pyridine טבעת, ביניהם piperine (מהווה אחד התוכן טעימות חריף של פלפל שחור ולבן) וניקוטין. המבנים שלהם מוצגים להלן.

Pyridine אשר הופק בעבר זפת פחם אבל הוא מוכן עכשיו קטליטי מאמוניה אלכוהול tetrahydrofurfuryl הוא חיוני ביניים ממס המשמש לייצור תרכובות אחרות. Vinylpyridines הם אבני הבניין מונומר חיוני של פלסטיק, רווי לחלוטין piperidine, pyridine משמשים חומר גלם כימי ועיבוד גומי.

פירידינים שימושיים מבחינה רפואית

פרדינים שימושיים מבחינה רפואית כוללים את הידרוזיד חומצה isonicotinic (tuberculostat isoniazid), התרופה אנטי וירוס איידס הידועה בשם nevirapine, nicorandil - avasodilator המשמש לשליטה אנגינה, phenazopyridine - משככי כאבים בדרכי השתן, כמו גם את התרופה אנטי דלקתיים sulfa. Diflufenican, clopyralid, paraquat, ו diquat הם נגזרות pyridine פופולרי המשמשים קוטלי עשבים.

6- טבעות שנרשמו עם 2 או יותר heteroatoms

3 monocyclic 6-heterocycles טבעת אחת עם 2 חנקן heteroatoms (דיאזין) ממוספרים בשם כפי שמוצג להלן.

Hydrazide מאליק הוא נגזרות pyridazine המשמש קוטל עשבים. כמה pyrazines כגון חומצה aspergillic להתרחש באופן טבעי. להלן המבנים של המרכיבים הנ"ל:

טבעת Pyrazine הוא מרכיב של תרכובות polycyclic שונים של חשיבות תעשייתית וביולוגית. חברים חשובים של משפחת פירזין הם פנאזינים, אלוקסאין ופטרידין. מבחינה פרמקולוגית וביולוגית, הדיאזינים הקריטיים ביותר הם פירימידינים. ציטוזין, תימין, ו uracil הם 3 של 5 בסיסים נוקליאוטידים אשר מהווים את הקוד הגנטי RNA ו- DNA. להלן המבנים שלהם:

ויטמין thiamin יש טבעת pyrimidine ובנוסף barbiturates סינתטי כולל amobarbital הם נפוצים סמים. מורפולין (הורה tetrahydro-1,4-oxazine) מיוצר בקנה מידה גדול לשימוש כמו פטריות, מעכב קורוזיה, ממס. טבעת מורפולינה נמצא גם סם הרגעה היפנוטי trimetozine וכמה פטריות כמו fenpropimorph ו tridemorph. הנה הנוסחה המבנית של מורפולינה:

7- טבעות שנרשמו

ככל שגודל הטבעת עולה, מגוון התרכובות שניתן לקבל על ידי שינוי המיקום, סוג ומספר הטרואטומים גדל במידה ניכרת. עם זאת, הכימיה של heterocycles עם טבעות שנרשם 7 או יותר מפותחת פחות מזו של 6 ו 5, חבר תרכובות הטרוציקלי.
אוקספין וטבעות אזפין הם מרכיבים מכריעים של מוצרים טבעיים שונים המתרחשים באופן טבעי של אורגניזמים ימיים אלקלואידים. נגזרות האספין הידוע בשם caprolactam מיוצר באופן מסחרי בתפזורת לשימוש בייצור ניילון 6 כמו ביניים בייצור של עור סינתטי, ציפויים, וסרטים.
תרכובות הטרוציקליות בעלות 7 עם שניים או יותר אטום חנקן בטבעת הם יחידות מבניות של תרופות פסיכיאטריות בשימוש נרחב פרזפין (נוגדי דיכאון טריציקליים) ודיאספם הרגעה הידוע גם בשם ואליום.

8- טבעות שנרשמו

דוגמאות של תרכובות הטרוציקליות בכיתה זו כוללות אזוקן, oxoxane, ו thiocane עם חנקן, חמצן, גופרית להיות heteroatoms בהתאמה. הנגזרות הבלתי רוויות שלהם הן אזוקין, אוקסינין ותיאוצין בהתאמה.

9- טבעות שנרשמו

דוגמאות של תרכובות הטרוציקליות בכיתה זו כוללות azonane, oxonane, ו thionane עם חנקן, חמצן, גופרית להיות heteroatoms בהתאמה. הנגזרות הבלתי רוויות שלהם הן אזונין, אוקסונין ותיאוני בהתאמה.

שימושים של תרכובות הטרוציקליות

Heterocycles שימושיים במספר תחומים של מדעי החיים והטכנולוגיה. כפי שכבר ראינו בדיון שלנו, תרופות רבות הן תרכובות הטרוציקליות.

הפניות

IUPAC ספר זהב, תרכובות הטרוציקליות. קישור:

פאוול: עדכון מערכת הנטש-ווידמן המורחבת של המינוח עבור הטרומונוסייקל, in Pure Appl. .1983, 55, 409-416;

א 'הנטש, י"ה וובר: Ueber Verbindungen des Thiazols (Pyridins der Thiophenreihe), in בר. דטש. . Ges. 1887, 20, 3118-3132

א. ווידמן: צור Nomenclatur der Verbindungen, מברשת סטקסטופקארן מושכת, in J. Prakt. . 1888, 38, 185-201;