Blog

Kebanyakan Heterosik Berpengaruh Di Dunia

Kebanyakan Heterosik Berpengaruh Di Dunia

Sebatian heterosiklik

Kompaun heterosiklik, yang juga dikenali sebagai struktur cincin pada dasarnya merupakan sebatian yang mengandungi atom-atom dari dua elemen yang berbeza sebagai anggota cincin / cincinnya. Sebatian heterosiklik mungkin merupakan jumlah yang paling banyak dan bilangan keluarga sebatian organik yang paling banyak.

Terlepas dari fungsi dan struktur, setiap sebatian karboklikik boleh ditukar kepada pelbagai analog heterosiklik dengan hanya menggantikan satu atau lebih atom cincin karbon dengan unsur yang berbeza. Akibatnya, heterosiklik telah menawarkan platform untuk pertukaran penyelidikan dalam pelbagai bidang termasuk tetapi tidak terhad kepada sebatian heterosiklik farmaseutikal, perubatan, analitik, dan kimia organik.

Contoh utama sebatian heterosiklik adalah ubat-ubatan, asid nukleik, sebahagian besar pewarna sintetik dan semulajadi, dan majoriti biomas seperti selulosa dan bahan-bahan yang berkaitan.

klasifikasi

Walaupun sebatian heterosiklik mungkin sebatian organik atau bukan organik, kebanyakannya mempunyai sekurang-kurangnya satu karbon. Sebatian ini boleh dikelaskan mengikut struktur elektronik mereka. Sebatian heterosiklik tepu bertindak dengan cara yang sama seperti derivatif asiklik. Akibatnya, tetrahydrofuran dan piperidine adalah eter dan amina konvensional dengan profil sterik yang diubahsuai.

Oleh itu, kajian kimia heterosiklik memfokuskan pada derivatif tak jenuh dan aplikasi melibatkan lima cincin yang tidak tersekat dan enam cincin. Ini termasuk furan, pyrrole, thiophene, dan piridin. Kelas-kelas sebatian heterosiklik yang lebih besar bersatu dengan cincin benzena, yang untuk furan, pirol, thiophena, dan piridine adalah benzofuran, indole, benzothiophene, dan quinoline. Sekiranya dua cincin benzena bersatu, ini menghasilkan satu lagi keluarga sebatian besar, iaitu dibenzofuran, carbazole, dibenzothiophene, dan aridine. Cincin tak tepu mungkin dikelaskan berdasarkan penyertaan heteroatom dalam sistem pi, sistem konjugat.

Penyediaan dan tindak balas

Cincin 3

Sebatian heterosiklik dengan tiga atom dalam cincin adalah cara yang lebih reaktif ihsan dari ketegangan cincin. Heterosik yang mengandungi satu heteroatom biasanya stabil. Yang mengandungi dua heteroatom terjadi, secara umumnya sebagai perantara reaktif.

Oxiranes, juga dikenali sebagai epoksida adalah heterocycle yang paling biasa 3. Oxiranes disediakan dengan bertindak balas dengan peracids dengan alkenes, dengan stereospecificity yang baik. Oxiranes adalah lebih reaktif daripada eter yang tidak tepu etika dari ketegangan sudut tinggi cincin 3. Reaksi tambahan yang diteruskan oleh pembukaan nukleofilik dan elektrofilik cincin adalah kelas tindak balas yang paling umum.

Reaksi sejenis ini terlibat dalam tindakan farmakologi nitrogen mustard yang merupakan antara ubat antikanker pertama yang dihasilkan. Penutup cincin intramolekul seperti dalam hal agen antikanser mechlorethamine membentuk ion aziridium perantaraan. Agen aktif biologi yang terbentuk menyerang sel-sel proliferasi termasuk sel-sel kanser melalui perencatan replikasi DNA mereka. Mati Nitrogen juga telah digunakan sebagai agen antikanker.

Aziridine dan oksirana secara komersial adalah bahan kimia perindustrian penting. Pada pengeluaran skala besar oksirane, etilena secara langsung bertindak balas dengan oksigen. Reaksi kimia, yang merupakan ciri khas cincin 3 ini, adalah mereka mudah terserang oleh reagen nukleofilik untuk membuka cincin seperti yang ditunjukkan di bawah:

Tiga yang paling biasa sebatian heterosiklik dengan satu heteroatom termasuk:

Tepu Tak tepu
Thiirane (episulfides) Thiirene
Phosphirane Phosphirene
Epoksida (oxirane, etilena oksida) Oxirene
Aziridine Azirine
Borirane Borirene

Sebatian heterosiklik tiga yang paling biasa dengan dua heteroatoms termasuk Diaziridine sebagai derivatif tepu dan Diazirine sebagai derivatif tak tepu serta Dioxirane dan Oxaziridine.

Cincin Berkembar Empat

Pelbagai kaedah penyediaan heteroklas cincin 4 yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Proses tindak balas amina, thiol atau 3-halo dengan pangkal biasanya berkesan tetapi dengan hasil yang biasa-biasa saja. Dimanalisasi dan penghapusan adalah tindak balas sampingan yang biasa. Fungsi lain juga boleh bersaing dalam tindak balas.

Dalam contoh pertama, siklisasi kepada oksirana sentiasa bersaing dengan pembentukan thietane, tetapi nukleofiliti lebih tinggi mendominasi terutama jika seseorang menggunakan asas yang lemah.

Dalam contoh kedua, terbentuknya azetidine dan aziridin adalah mungkin, tetapi hanya yang terakhir dilihat. Contoh nombor empat menunjukkan bahawa pendekatan ini untuk pembentukan fungsi azetidin dengan baik jika tiada persaingan.

Dalam contoh ketiga, konfigurasi tegar substrat nikmat pembentukan oxetane dan menghalang cyclization oxirane. Dalam contoh-contoh 5 dan 6, photocyclizations Paterno-Buchi sangat sesuai untuk pembentukan oxetane.

Kaedah menyediakan heteroklas cincin 4

Reaksi

Reaksi anggota 4 sebatian heterosiklik juga menunjukkan pengaruh ketegangan cincin. Rajah berikut menunjukkan beberapa contoh. Asid-catalysis adalah ciri khas pelbagai reaksi pembukaan cincin yang ditunjukkan dalam contoh-contoh 1,2, dan 3a. Dalam tindak balas 2 daripada thietane, sulfur mengalami pengklorinan elektrofilik yang menyebabkan pembentukan chlorosulfonium perantaraan dan penggantian ion klorida pembukaan cincin. Dalam tindak balas 3b, nukleofil yang kuat juga dilihat untuk membuka eter yang tegang. Reaksi belahan beta-laktosa boleh berlaku sama ada oleh pertukaran asid catalyzed seperti yang dilihat dalam 4a. Ia juga boleh berlaku oleh pecah alkyl-O oleh nukleofil seperti 4b.

Contoh nombor 6 menunjukkan fenomena menarik penyusunan semula intramolekul orto-ester. Reaksi 6 menunjukkan perpecahan beta-laktam penisilin G yang menerangkan tindak balas acylation yang dipertingkatkan daripada sistem cincin bersatu.

Contoh tindak balas sebatian heterosiklik yang dipunyai oleh 4

Yang paling berguna sebatian heterosiklik dengan cincin yang mempunyai 4 adalah dua siri antibiotik, cephalosporin, dan penisilin. Kedua-dua ini mengandungi cincin azetidinone yang juga dikenali sebagai cincin Beta-lactam.
Banyak oxetanes sedang disiasat sebagai ejen antivirus, antikanker, anti-radang, dan antijamur. Sebaliknya, Oxetanones kebanyakannya digunakan dalam pertanian sebagai bakterisida, racun kulat, dan herbisida dan dalam pembuatan polimer.
Ibu bapa thietane ditemui dalam minyak syal sementara derivatifnya yang harum berfungsi sebagai penanda aroma untuk polecats, ferret, dan cerpelai Eropah. Thietanes digunakan sebagai racun kulat dan bakterisida dalam cat, sebagai penghambat kakisan besi, dan dalam pembuatan polimer.

Cincin berkepala empat terdiri daripada heteroatom tunggal

Heteroatom menenun tak tepu

Heteroatom Tepu Tak tepu
Sulfur Thietane Azete
Oksigen Oxetane Oxete
Nitrogen Azetidine Azete

Cincin berkepala empat terdiri daripada dua heteroatoms

Heteroatom Tepu Tak tepu
Sulfur Dithietane Dithiete
Oksigen Dioxetane Dioxete
Nitrogen Diazetidine Diazete

Cincin 5 yang mempunyai heteroatom tunggal

Thiophene, furan, dan pirol adalah sebatian aromatik induk heterocycle cincin 5. Berikut adalah struktur mereka:

Derivat tepu thiophene, furan, dan pirol adalah thiophane, tetrahydrofuran, dan pyrrolidine masing-masing. Sebatian bicyclic yang diperbuat daripada cincin thiophene, furan, atau pyrrole yang bersatu dengan cincin benzena dikenali sebagai benzothiophene, benzofuran, isoindole (atau indole).
Pyrrole heterosikal nitrogen biasanya berlaku dalam minyak tulang yang terbentuk oleh penguraian protein melalui pemanasan yang kuat. Cincin pirol terdapat dalam asid amino seperti hidroksiproline dan proline yang terdiri daripada pelbagai protein yang terdapat dalam kepekatan tinggi dalam protein struktur ligamen, tendon, kulit, dan tulang dan kolagen.
Derivat piror terdapat dalam alkaloid. Nikotin adalah pyrrole yang paling biasa yang mengandungi alkaloid. Hemoglobin, myoglobin, Vitamin B12, dan klorofil, semuanya terbentuk dengan bergabung dengan empat unit pirol dalam sistem cincin besar yang dipanggil porphyrin, seperti klorofil B ditunjukkan di bawah.

Pigilan hempedu dibentuk melalui penguraian cincin porphyrine dan mempunyai rantai cincin pirol 4.
Penyediaan heterokluterik cincin 5
Penyediaan industri hasil furan seperti yang ditunjukkan di bawah dengan cara aldehyd, furfural, yang dihasilkan dari pentose yang mengandungi bahan mentah seperti corncobs. Persediaan thiophene dan pirola yang serupa ditunjukkan dalam baris kedua persamaan.
Baris persamaan ketiga menunjukkan persediaan umum thiophenes, pyrroles, furans yang diganti daripada sebatian 1,4-dicarbonyl. Banyak tindak balas lain yang membawa kepada pembentukan heterosiklik pengganti jenis ini telah dimulakan. Dua daripada prosedur ini telah ditunjukkan dalam reaksi kedua dan ketiga. Furan dikurangkan oleh hidrogenasi palladium-catalyzed ke tetrahydrofuran. Ini eter kitaran adalah pelarut yang berharga yang tidak hanya boleh ditukar kepada 4-haloalkylsulfonates tetapi juga 1,4-dihalobutanes yang boleh digunakan untuk menyediakan thiolane dan pyrrolidine.

Cincin berkembar lima bersamaan dengan satu heteroatom tunggal

Heteroatom Tak tepu Tepu
antimoni Stibole Stibolane
arsenik Arsole Arsolane
bismut Bismole Bismolane
Boron Borole Borolane
Nitrogen Pyrrole Pyrrolidine
Oksigen Furan Tetrahydrofuran

Cincin 5 dengan 2 heteroatoms

Sebatian cincin berkepala lima yang mengandungi heteroatoms 2 dan sekurang-kurangnya salah satu heteroat adalah Nitrogen, dikenali sebagai azusa. Isothiazoles dan thiazoles mempunyai atom nitrogen dan sulfur di dalam cincin. Sebatian dengan dua atom sulfur dikenali sebagai Dithiolanes.

Heteroatom Tidak tepu (dan sebahagiannya tidak tepu) Tepu
Nitrogen

/nitrogen

Pyrazole (Pyrazoline)

Imidazole (Imidazoline)

Pyrazolidine

Imidazolidine

Nitrogen / oksigen Isoxazole

Oxazoline (oxazole)

Isoxazolidine

oxazolidine

Nitrogen / sulfur Isothiazole

Thiazoline (Thiazole)

Isothiazolidine

Thiazolidine

Oksigen / oksigen Dioxolane
Sulfur / sulfur Dithiolane

Sesetengah pyrazoles berlaku secara semulajadi. Sebatian kelas ini disediakan dengan bertindak balas terhadap 1,3-diketones dengan hidrazin. Sebatian pyrazole sintetik digunakan sebagai ubat dan pewarna. Mereka termasuk aminopyrine analgesik yang mengurangkan demam, phenybutazone yang digunakan dalam rawatan arthritis, pewarna serat dan tartrazine warna makanan kuning, dan kebanyakan pewarna yang digunakan dalam fotografi warna sebagai ejen sensitif.

Cincin 5 dengan 3 heteroatoms

Terdapat juga sebilangan besar sebatian cincin berkepala lima dengan sekurang-kurangnya 3 heteroatoms. Salah satu contoh sebatian ini adalah dithiazoles yang mengandungi atom nitrogen dan dua belerang.

Cincin 6 yang mempunyai heteroatom 1

Tata nama yang digunakan dalam sebatian cincin 6 yang mengandungi nitrogen monocyclic yang terdapat di bawah ini. Kedudukan pada cincin untuk piridin ditunjukkan, angka Arab lebih disukai untuk huruf Yunani, walaupun kedua-dua sistem digunakan. Pyridones adalah sebatian aromatik ihsan sumbangan untuk resonans hibrid dari bentuk resonans yang dikenakan seperti yang ditunjukkan untuk 4-piridon.

Dua koenzim utama yang terlibat dalam pelbagai reaksi metabolik penting dalam sel, NAD (juga dikenali sebagai coenzyme1) dan NADP (juga dikenali sebagai coenyme II), berasal dari nikotinamide.
Sebilangan besar alkaloid mengandungi piperidine atau struktur cincin piridin, di antaranya piperine (merupakan salah satu kandungan lada tajam hitam dan putih) dan nikotin. Struktur mereka ditunjukkan di bawah.

Pyridine yang dahulunya diekstrak dari tar arang batu tetapi kini disiapkan secara catalytic dari ammonia dan tetrahydrofurfuryl alkohol adalah perantaraan penting dan pelarut yang digunakan untuk menghasilkan sebatian lain. Vinylpyridines adalah blok bangunan monomer penting plastik, dan piperidine tepu sepenuhnya, pyridine digunakan sebagai bahan mentah kimia dan pemprosesan getah.

Pyridines berguna farmaceutically

Farmaseutikal pyridines berguna termasuk hydrazide yang isonicotinic asid (tuberculostat isoniazid), ubat anti-AIDS-virus yang dikenali sebagai nevirapine, nicorandil - avasodilator digunakan untuk mengawal angina, phenazopyridine-kencing-saluran analgesik serta dadah sulfa anti-radang. Diflufenican, clopyralid, paraquat, dan diquat adalah derivatif piridine yang popular yang digunakan sebagai herbisida.

Cincin 6 yang mempunyai 2 atau lebih heteroatoms

Heterocycle cincin monocyclic enam-member 3 dengan heteroatom nitrogen 2 (diazines) bernombor dan bernama seperti ditunjukkan di bawah.

Hydrazide Maleic merupakan derivatif pyridazine yang digunakan sebagai herbisida. Sesetengah pyrazine seperti aspergillic acid berlaku secara semula jadi. Berikut adalah struktur sebatian yang disebutkan di atas:

Cincin Pyrazine adalah komponen pelbagai sebatian polisiklik kepentingan industri dan biologi. Ahli penting keluarga pyrazine adalah phenazines, alloxazines, dan pteridine. Secara farmakologi dan biologi, majalah yang paling penting adalah pyrimidine. Cytosine, thymine, dan uracil adalah 3 asas nukleotida 5 yang membentuk kod genetik dalam RNA dan DNA. Berikut adalah struktur mereka:

Vitamin thiamin mempunyai cincin pyrimidine dan sebagai tambahan kepada barbiturat sintetik termasuk amobarbital yang biasa digunakan dadah. Morpholine (ibu bapa tetrahydro-1,4-oxazine) dihasilkan secara besar-besaran untuk digunakan sebagai fungisida, perencat kakisan, dan pelarut. Cincin Morpholine juga terdapat dalam trimetozine ubat-ubatan hipnosis dan beberapa racun kulat seperti fenpropimorph dan tridemorph. Inilah formula struktur untuk morpholine:

Cincin 7

Apabila saiz cincin meningkat, pelbagai sebatian yang boleh diperolehi dengan memvariasikan lokasi, jenis, dan bilangan heteroatoms meningkat dengan ketara. Bagaimanapun, kimia heterosik dengan cincin 7 yang lebih atau lebih kurang dibangun daripada sebatian heterosiklik cincin 6 dan 5.
Cincin Oxepine dan Azepine adalah unsur-unsur penting dalam pelbagai produk metabolik alamiah organisma marin dan alkaloid. Derivatif azepina yang dikenali sebagai caprolactam dihasilkan secara komersil secara besar-besaran untuk digunakan dalam pembuatan nilon-6 sebagai perantaraan dan pengeluaran kulit sintetik, pelapis, dan filem.
Sebatian heterosiklik yang mempunyai 7 dengan dua atau satu atom nitrogen dalam cincin mereka adalah unit struktur psikofarmaseutikal yang digunakan secara luas Prazepine (antidepresan tricyclic) dan diazepam penenang juga dikenali sebagai valium.

Cincin 8

Contoh-contoh sebatian heterosiklik dalam kelas ini termasuk azocane, oxocane, dan thiocane dengan Nitrogen, oksigen, dan sulfur sebagai heteroatom masing-masing. Derivatif tak tepu masing-masing adalah azosen, oxocine, dan thiocine masing-masing.

Cincin 9

Contoh-contoh sebatian heterosiklik dalam kelas ini termasuk azonane, oxonane, dan thionane dengan Nitrogen, oksigen, dan sulfur sebagai heteroatom masing-masing. Derivatif tak tepu masing-masing adalah azonine, oxonine, dan thionine masing-masing.

Penggunaan sebatian heterosiklik

Heteroskopi berguna dalam beberapa bidang sains hayat dan teknologi. Seperti yang telah kita lihat dalam perbincangan kita, banyak ubat adalah sebatian heterosiklik.

Rujukan

Buku Emas IUPAC, sebatian heterosiklik. Pautan:

WH Powell: Penyemakan semula Sistem Tantangan Nama Hantzsch-Widman untuk Heteromonocycles, dalam: Applik Murni. Chem.1983, 55, 409-416;

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

O. Widman: Zur Nomenclatur der Verbindungen, welcom Stickstoffkerne enthalten, dalam: J. Prakt. Chem. 1888, 38, 185-201;