Blog

Heterocikletat me influencë në botë

Heterocikletat me influencë në botë

Përbërjet heterociklike

Një përbërje heterociklike, e njohur gjithashtu si një strukturë unazore është në thelb një përbërje që përmban atome të dy elementeve të dallueshme si anëtarë të unazës / unazave të tij. Komponimet Heterociklike ndoshta përbëjnë numrin më të larmishëm dhe më të konsiderueshëm të familjes së përbërjeve organike.

Pavarësisht nga funksionaliteti dhe struktura, çdo përbërje karbociklike mund të konvertohet në analoge të ndryshme heterociklike duke zëvendësuar vetëm një ose më shumë atome unazorë të karbonit me një element të ndryshëm. Si rezultat, heterocikulat kanë ofruar një platformë për shkëmbimin e hulumtimeve në fusha të ndryshme, duke përfshirë, por pa u kufizuar në, kimikën farmaceutike, medicinale, analitike dhe organike të përbërjeve heterociklike.

Shembuj kryesorë të përbërjeve heterociklike janë shumica e barnave, acideve nukleike, shumica e ngjyrave sintetike dhe natyrore dhe një shumicë e biomases si celuloza dhe materialet e lidhura me to.

Klasifikim

Edhe pse komponimet heterociklike mund të jenë komponime organike ose inorganike, shumica kanë të paktën një karbon. Këto komponime mund të klasifikohen sipas strukturës së tyre elektronike. Komponimet heterociklike të ngopura sillen në të njëjtën mënyrë si derivatet aciklike. Si rezultat, tetrahidrofurani dhe piperidina janë etera dhe amina konvencionale me profilet e sterikuar të modifikuar.

Studimi i kimisë heterociklike, për këtë arsye, fokusohet kryesisht në derivatet e pangopura dhe aplikimet përfshijnë unstrained pesë unaza, si dhe unaza gjashtë-anëtarëshe. Kjo përfshin furanin, pirolin, tiofenën dhe piridinën. Klasa e ardhshme e madhe e komponimeve heterociklike është e shkrirë në unazat e benzenit, të cilat për furanë, pirol, tiofen dhe piridin janë përkatësisht benzofurani, indoli, benzotiofeni dhe kinolin. Nëse dy unaza benzeni janë shkrirë, kjo rezulton në një tjetër familje të madhe të përbërjeve, të cilat janë dibenzofuran, karbazol, dibenzotiofen dhe aridinë. Unazat e pangopura mund të klasifikohen në bazë të pjesëmarrjes së një heteroatom në sistemin pi, sistemi i konjuguar.

Përgatitja dhe reagimet

Unaza me element 3

Komponimet Heterociklike me tre atome në një unazë janë mënyrë më korrekte reaktive të llojit të unazës. Heterocikletat që përmbajnë një heteroatom përgjithësisht janë të qëndrueshme. Ato që përmbajnë dy heteroatome, ndodhin në përgjithësi si ndërmjetëse reaktive.

Oxiranes, të njohur edhe si epokside janë heterogjenet më të zakonshme me 3. Oksigjenet janë përgatitur duke reaguar peracids me alkene, me stereospecificitet të mirë. Oxiranes janë më reaktive se ethers pangopur mirësjellje të tendosje kënd të lartë të unazës 3-anëtare. Reaksionet e shtimit që dalin nga një hapje nukleofil dhe elektrofilik i unazës janë klasa më e përgjithshme e reagimit.

Një reagim i këtij lloji është i përfshirë në veprimin farmakologjik të mustardëve të azotit që ishte ndër barnat e para antikancerike të zhvilluara. Mbyllja e unazës intramolekulare si në rastin e agjentit antikancerik mechlorethamine formon një jon të ndërmjetëm aziridium. Agjensia formuar biologjikisht aktive sulmon qelizat proliferuese, duke përfshirë qelizat e kancerit, nëpërmjet ndalimit të replikimit të ADN-së së tyre. Mustikat e azotit janë përdorur gjithashtu si agjentë anticancer.

Komercialisht, aziridine dhe oksirane janë thelbësore kimike industriale. Në prodhimin masiv të oksiranit, etileni reagon direkt me oksigjenin. Reaksioni kimik, i cili është më karakteristikën e këtyre unazave me element 3, është se ata janë të ndjeshëm ndaj sulmeve nga reagentët nukleofilikë për të hapur rrjetin siç tregohet më poshtë:

Më të trejat me tre anëtarë komponimet heterociklike me një heteroatom përfshijnë:

I ngopur unsaturated
Thiirane (episulfide) Thiirene
Phosphirane Phosphirene
Epokside (oksirane, okside etileni) Oxirene
aziridin Azirine
Borirane Borirene

Komponimet më të zakonshme me tre elemente heterociklike me dy heteroatome përfshijnë Diaziridin si një derivat të ngopur dhe Diazirinë si një derivat i pangopur si dhe Dioxirane dhe Oxaziridine.

Unaza me katër anëtarë

Metoda të ndryshme të përgatitjes së heterociklikave të unazave me element 4 janë treguar në diagramin më poshtë. Procesi i reagimit të një amine, tioli ose 3-halo me një bazë është zakonisht efektiv por me rendiment mediokër. Dimerizimi dhe eliminimi janë reagime tipike anësore. Funksione të tjera gjithashtu mund të garojnë në reagim.

Në shembullin e parë, ciklizimi në një oksirane gjithmonë konkurron me formimin e dendurisë, por nukleofiliteti më i lartë dominon sidomos nëse përdoret një bazë e dobët.

Në shembullin e dytë, formimi i azetidinës dhe i aziridines janë të mundshëm, por vetëm kjo e fundit shihet. Shembulli numër katër tregon se kjo qasje në formimin e azetidinës funksionon mirë nëse nuk ka konkurrencë.

Në shembullin e tretë, konfigurimi i ngurtë i substratit favorizon formimin e oksetanit dhe parandalon ciklizimin e oksiranës. Në shembujt 5 dhe 6, photocyclizations Paterno-Buchi janë veçanërisht të përshtatshme për formimin e oxetane.

Metodat e përgatitjes së heterocikletave të unazave 4

Reagimet

Reagimet e anëtarësimit me 4 komponimet heterociklike gjithashtu tregojnë ndikimin e tendosjes së unazës. Diagrami i mëposhtëm tregon disa shembuj. Kataliza e acidit është një tipar tipik i reagimeve të ndryshme të hapjes së unazës të demonstruar në shembujt 1,2 dhe 3a. Në reaksionin 2 të thietane, squfuri i nënshtrohet klorizimit elektrofilik që çon në formimin e ndërmjetësimit të klorosulfoniumit dhe zëvendësimit të jonit klorur të hapjes së unazës. Në reaksionin 3b, gjithashtu duken nukleofile të forta për të hapur eterin e tendosur. Reaksionet e zbërthimit të Beta-laktoneve mund të ndodhin ose me shkëmbimin e acidit të katalizuar të acidit siç shihet në 4a. Ajo mund të ndodhë edhe nga shpërthimi i alkil-O nga nukleofile si në 4b.

Shembulli numër 6 tregon një fenomen interesant të riorganizimit intramolekular të orto-esterit. Reaksioni 6 tregon shkrirjen beta-lactam të penicilinës G e cila shpjegon reagimin e zgjerimit të acilimit të sistemit të unazës së bashkuar.

Shembuj të reagimeve të përbërjeve heterociklike me elemente 4

Më e dobishme komponimet heterociklike me unaza me elemente 4 janë dy seri antibiotikësh, cefalosporina dhe penicilina. Të dy seritë përmbajnë unaza azetidinone e cila njihet edhe si unazë Beta-lactam.
Shumë oxetan janë nën hetim si agjentë antiviral, anticancer, anti-inflamator, dhe antifungal. Oksetanonet, nga ana tjetër, aplikohen kryesisht në bujqësi si baktericide, fungicide dhe herbicide dhe në prodhimin e polimerit.
Dreka e prindërve u gjet në vajin e shist argjilës ndërsa derivatet e saj odorifere punonin si shënues të parfumeve për polakët, ferretët dhe minksat e Evropës. Thietanes janë aplikuar si fungicides dhe bactericides në bojë, si frenuesit korrozioni hekuri, dhe në prodhimin e polimere.

Unazat me katër anë përbëhen me një heteroatom të vetëm

Heteroatom Saturated Unsaturated

heteroatom I ngopur unsaturated
Squfur Thietane Azete
Oksigjen Oxetane Oxete
Azot azetidin Azete

Unaza me katër anë përbërës me dy heteroatome

heteroatom I ngopur unsaturated
Squfur Dithietane Dithiete
Oksigjen Dioxetane Dioxete
Azot Diazetidine Diazete

Unaza 5-anetare me nje heteroatom te vetem

Tiofeni, furani dhe pirroli janë përbërësit aromatikë të prindërve të heterociklikave të unazave 5. Këtu janë strukturat e tyre:

Derivatet e ngopura të tiofenit, furanit dhe pirrolit janë përkatësisht thiofan, tetrahidrofuran dhe pirolidinë. Komponimet biciklike të bëra nga unaza tiofene, furane ose pirrole të shkrirë në unazën e benzenit njihen përkatësisht si benzotiofeni, benzofurani, izoindoli (ose indoli).
Heterocikli i azotit pirol zakonisht ndodh në vajin e kockave që formohet nga dekompozimi i proteinave përmes ngrohjes së fortë. Unazat e pirrolit gjenden në aminoacidet si hidroksiprolina dhe prolina që janë përbërës të proteinave të ndryshme të pranishme në përqëndrime të larta në proteina strukturore të ligamenteve, tendonave, lëkurës dhe eshtrave dhe kolagjenit.
Derivatet e pirrolit gjenden në alkaloide. Nikotina është piroli më i njohur që përmban alkaloid. Hemoglobina, mioglobina, Vitamina B12 dhe klorofila, të gjitha formohen duke u bashkuar me katër njësi pyrrole në një sistem unazë të quajtur porfirinë, si ajo e klorofilit B e treguar më poshtë.

Bimët janë formuar përmes dekompozimit të unazës së porfirines dhe kanë një zinxhir të unazave të pirolit 4.
Përgatitja e heterociklave me unazë 5
Përgatitja industriale e të ardhurave furane siç tregohet më poshtë nga mënyra e aldehyd, furfural, që është prodhuar nga pentose që përmban lëndë të para si corncobs. Përgatitjet e ngjashme të tiofenës dhe pirolit tregohen në radhën e dytë të ekuacioneve.
Rreshti i tretë i ekuacionit një demonstron përgatitjen e përgjithshme të tiofenit të zëvendësueshëm, pyrroles, furans nga komponimet 1,4-dicarbonyl. Shumë reagime të tjera që çojnë në formimin e heterogjeneve të zëvendësuara të këtij lloji, kanë filluar. Dy nga këto procedura janë treguar në reagimin e dytë dhe të tretë. Furani reduktohet me hidrogjenizim katalizator me palladium në tetrahidrofuran. Ky eter ciklik është një tretës i vlefshëm i cili jo vetëm që mund të konvertohet në haloalkilsulfonate 4, por edhe 1,4-dihalobutane që mund të përdoren për të përgatitur tiolanin dhe pirolidinën.

Unaza me pesë anëtarë përbëjnë një heteroatom të vetëm

heteroatom unsaturated I ngopur
antinom Stibole Stibolane
arsenik Arsole Arsolane
bismut Bismole Bismolane
Bor Borole Borolane
Azot pirrole pirrolidine
Oksigjen Furan Tetrahydrofuran

Unaza 5-anetare me heteroatome 2

Komponimet unazore prej pesë anëtarësh që përmbajnë heteroatome 2 dhe të paktën një nga heteroatomat janë azot, njihen si azole. Isothiazoles dhe tiazoles kanë një atom azot dhe sulfur në rrjet. Komponimet me dy atome squfuri njihen si Dithiolanes.

heteroatom I pangopur (dhe pjesërisht i pangopur) I ngopur
Azot

/ azot

Pirazole (Pyrazoline)

Imidazol (imidazolin)

Pyrazolidine

imidazolidin

Azot / oksigjen izoksazol

Oxazoline (oksazole)

Isoxazolidine

oksazolidine

Azot / sulfur isotiazol

Tiazolini (tiazol)

Isothiazolidine

tiazolidine

Oksigjen / oksigjen dioksolane
Squfuri / sulfur Dithiolane

Disa pirazole ndodhin natyrshëm. Komponimet e kësaj klase përgatiten duke reaguar me dikatet 1,3 me hidrazina. Shumica e komponimeve sintetike pirazole përdoren si ilaç dhe ngjyra. Ato përfshijnë aminopyrinë analgjezike të reduktimit të etheve, phenybutazonën e përdorur në trajtimin e artritit, ngjyrën e fibrave dhe ngjyrën e ushqimit të verdhë tartrazine dhe shumicën e ngjyrave të përdorura në fotografinë me ngjyra si agjentë sensibilizues.

Unaza 5-anetare me heteroatome 3

Ekzistojnë gjithashtu një grup i madh i përbërjeve unazore me pesë elementë me të paktën heteroatome 3. Një shembull i përbërjeve të tilla janë dithiazoles të cilat përmbajnë një atom azoti dhe dy squfur.

Unaza 6-anetare me heteroatom 1

Nomenklatura e përdorur në komponimet unazore 6 që përmbajnë azot me monociklike është më poshtë. Shfaqen pozicionet në unazë për piridin, numrat arabë janë më të preferuara për letrat greke, edhe pse përdoren të dy sistemet. Pyridones janë komponimet aromatike mirësjellje e kontributeve në rezonancë hibride nga format e rezonancës të ngarkuar siç tregohet për 4-pyridone.

Dy koenzime të mëdha të përfshira në reaksione të ndryshme metabolike të rëndësishme në qeliza, NAD (i njohur edhe si coenzyme1) dhe NADP (i njohur gjithashtu si coenyme II), rrjedhin nga nikotinamid.
Shumica e alkaloideve përmbajnë një strukturë unaze piperidine ose piridine, në mesin e tyre piperina (përbën një nga përmbajtjet e provës së mpiksur të piperit të zi dhe të bardhë) dhe nikotina. Strukturat e tyre janë treguar më poshtë.

Piridin i cili ishte nxjerrë një herë nga katrani i qymyrit, por tani është i përgatitur katalitikisht nga amoniaku dhe alkooli tetrahidrofurfuril është një ndërmjetës dhe tretës i rëndësishëm që përdoret për të prodhuar komponime të tjera. Vinylpyridines janë blloqe themelore të ndërtimit të monomerit të plastikës, dhe piperidine plotësisht e ngopur, piridin përdoren si lëndë e parë kimike dhe përpunimi i gomës.

Pyridine farmaceutikisht të dobishme

Pyridine farmaceutikisht të dobishme përfshijnë acid hidroklorik izonikotinik (tuberkulozi isoniazid), ilaçi anti-AIDS-it i njohur si nevirapin, nicorandil-avasodilator që përdoret për kontrollin e anginës, fenazopiridinë-analgjezik i traktit urinar dhe sulfa anti-inflamatore. Diflufenikani, klopiralidi, parakvatet dhe diquat janë derivate popullore të piridines të cilat përdoren si herbicide.

Unaza me 6-anëtarë me 2 ose më shumë heteroatome

Unaza heterociklike monociklike me gjashtë anëtarë 3 me heteroatome të azotit 2 (diazines) numërohen dhe emërohen siç tregohet më poshtë.

Hydrazide mashkullore është një derivat i piridazinës që përdoret si herbicid. Disa pirazina të tilla si acid aspergillik ndodhin natyrshëm. Këtu janë strukturat e përbërjeve të lartpërmendura:

Unaza pirazine është një komponent i përbërjeve të ndryshme policiklike me rëndësi industriale dhe biologjike. Anëtarët e rëndësishëm të familjes pirazinë janë phenazines, alloxazines, dhe pteridines. Farmakologjikisht dhe biologjikisht, diazinat më të rëndësishme janë pirimidina. Citozina, timina dhe urapi janë 3 e bazave nukleotide 5 të cilat përbëjnë kodin gjenetik në ARN dhe ADN. Më poshtë janë strukturat e tyre:

Vitamina tiamina ka një unazë pirimidine dhe përveç barbiturates sintetike duke përfshirë amobarbital janë droga të përdorura zakonisht. Morfolina (prindi tetrahidro-1,4-oksazine) prodhohet në shkallë të gjerë për përdorim si fungicid, inhibitor korrozioni dhe një tretës. Unaza e morfolinës gjendet gjithashtu në trimetozinë qetësuese-hipnotike të drogës dhe disa fungicide si fenpropimorph dhe tridemorph. Këtu është formula strukturore për morfolinë:

Unaza me element 7

Me rritjen e madhësisë së unazës, shumëllojshmëria e përbërësve që mund të arrihet duke ndryshuar vendndodhjen, llojin dhe numrin e heteroatoms rritet jashtëzakonisht. Sidoqoftë, kimia e heterocikletave me unaza me elemente 7 ose më shumë është më pak e zhvilluar se ajo e komponimeve heterociklike të unazës 6 dhe 5.
Unaza Oksepine dhe Azepine janë përbërës thelbësorë të produkteve të ndryshme metabolike të organizmave detare dhe alkaloide. Derivati ​​i azepines i njohur si kaprolaktam prodhohet komercialisht në masë për t'u përdorur në prodhimin e najloni-6 si një ndërmjetës dhe në prodhimin e lëkurës, veshjeve dhe filmave sintetikë.
Komponimet heterociklike 7 me dy ose një atom azoti në unazën e tyre janë njësi strukturore të psikofarmaceutikëve të përdorur gjerësisht Prazepine (antidepresant triciklik) dhe diazepam qetësues gjithashtu i njohur si valium.

Unaza me element 8

Shembuj të përbërjeve heterociklike në këtë klasë përfshijnë azokan, oksokanë dhe tiokanë me azot, oksigjen dhe squfur që janë heteroatet përkatëse. Derivatet e tyre përkatëse të pangopura janë përkatësisht azocine, oxocine dhe thiocine.

Unaza me element 9

Shembuj të përbërjeve heterociklike në këtë klasë përfshijnë ato të azanit, oksonanit dhe tionionit me azot, oksigjen dhe squfur që janë heteroatet përkatëse. Derivatet përkatëse të pangopura janë përkatësisht ato, oksoninë dhe tionionin.

Përdorimet e komponimeve heterociklike

Heterocikletat janë të dobishme në disa fusha të shkencave të jetës dhe teknologjisë. Siç e kemi parë tashmë në diskutimin tonë, shumë ilaçe janë komponime heterociklike.

Referencat

Libri Gold IUPAC, komponimet heterociklike. Link:

WH Powell: Rishikimi i Sistemit të zgjeruar të Hantzsch-Widman të Nomenklaturës për Heteromonocycles, në: Pure Appl. Chem.1983, 55, 409-416;

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

O Widman: Zur Nomenclatur der Verbindungen, në të gjitha formatet e ngjyrosura, në: J. Prakt. Chem. 1888, 38, 185-201;