وبلاگ

Most Heterocycles تاثیر گذار در جهان

Most Heterocycles تاثیر گذار در جهان

ترکیبات heterocyclic

ترکیب هتروسیکلیک، همچنین به عنوان یک ساختار حلقه شناخته می شود، اساسا یک ترکیب است که شامل اتم های دو عنصر مجزا به عنوان اعضای حلقه / حلقه آن است. ترکیبات heterocyclic احتمالا بیشترین و متنوع تر از خانواده ترکیبات ارگانیک را تشکیل می دهند.

صرف نظر از قابلیت و ساختار، هر یک از ترکیبات کاربوکسیلیک ممکن است با یک جایگزین کردن یک یا چند اتم حلقه کربن با یک عنصر مختلف به آنالوگ های هتروسیکلیک مختلف تبدیل شود. در نتیجه، هتروسیکل ها یک پلت فرم برای مبادله تحقیقات در زمینه های مختلفی از جمله داروهای شیمیایی دارویی، داروئی، تحلیلی و شیمیایی ترکیبات هتروسیکلیکی را ارائه می دهند.

نمونه های اصلی ترکیبات هتروسیکلیک بیشتر مواد مخدر، اسیدهای نوکلئیک، اکثریت رنگ های مصنوعی و طبیعی و اکثریت زیست توده از قبیل سلولز و مواد مرتبط است.

طبقه بندی

اگرچه ترکیبات هتروسیکلی ممکن است ترکیبات آلی یا معدنی باشند، اکثر آنها حداقل یک کربن دارند. این ترکیبات می تواند بر اساس ساختار الکترونیکی آنها طبقه بندی شود. ترکیبات هتروسیکلیک اشباع شده به همان شیوه ای که مشتقات آسیکلیک است، رفتار می کنند. در نتیجه، تتراهیدروفوران و پیپریدین، اترها و آمین های معمولی با پروفیل های استریک اصلاح شده هستند.

بنابراین مطالعه شیمی هتروسیکلیک به طور عمده بر مشتقات غیر اشباع متمرکز شده و برنامه های کاربردی شامل پنج و همچنین شمع های شش عضو است. این شامل فوران، پیررول، تیفن و پیریدین است. کلاس بعدی ترکیبات هتروسیکلیک با حلقه های بنزن ترکیب شده است که برای فوران، پیررول، تیفن و پیریدین به ترتیب بنزوفوران، اندول، بنزو تیوفن و کینولین است. اگر دو حلقه بنزن با هم مخلوط شوند، این نتیجه به یک خانواده بزرگ دیگر از ترکیبات، که شامل dibenzofuran، کربازول، dibenzothiophene، و aridine است. حلقه های غیر اشباع ممکن است بر اساس مشارکت یک هتروتوم در سیستم Pi، سیستم کنجد، طبقه بندی شوند.

تهیه و واکنش

حلقه 3 عضو

ترکیبات heterocyclic با سه اتم در یک حلقه، حساسیت بیشتری نسبت به حلقه حلقه دارند. Heterocycles حاوی یک heteroatom به طور کلی پایدار است. آنهایی که حاوی دو heteroatoms رخ می دهد، به طور کلی به عنوان واسطه های واکنشی.

Oxiranes، همچنین به عنوان اپوکسیدها شناخته می شوند، شایع ترین heterocycles عضو 3 هستند. اکسیرین ها با واکنش پرکسی ها با الکل ها، با استریو اختصاصی خوب تهیه می شوند. Oxiranes بیشتر از اترهای اشباع شده واکنش پذیری نسبت به زاویه بالا حلقه 3 عضو است. واکنش های تکمیلی که با باز کردن نوکلئوفیلیک و الکتروفیلر حلقه انجام می شوند، واجد شرایط کلی ترین واکنش هستند.

واکنش این نوع درگیر در اقدامات دارویی نودوژایر خردل است که یکی از اولین داروهای ضد سرطان است. بسته شدن حلقه داخل رحم مانند در مورد عامل ضد سرطان مکلرتامین یک یون آزیریدیم متوسط ​​را تشکیل می دهد. عامل تشکیل دهنده زیستی فعال، سلول های تکثیر شده از جمله سلول های سرطانی را از طریق مهار تکثیر DNA خود، حمل می کند. خردل نیتروژن نیز به عنوان عوامل ضد سرطان استفاده می شود.

آزریدین و اکسیران تجاری تجاری مواد شیمیایی صنعتی هستند. در مقیاس وسیع تولید اکسیدان، اتیلن به طور مستقیم با اکسیژن واکنش نشان می دهد. واکنش شیمیایی که بیشترین مشخصه این حلقه های 3 است، این است که آنها به واکنش های نوکلئوفیلی حمله می کنند تا حلقه را باز کنند، همانطور که در زیر نشان داده شده است:

رایج ترین سه عضو ترکیبات هتروزیکلی با یک heteroatom شامل:

اشباع شده اشباع نشده
تیران (اپسیوفیلد) تیرین
فسفریان فسفریئن
اپوکسیدها (اکسیدان، اتیلن اکسید) اکسیرن
آزیریدین آزیرین
بوریران بوریرن

شایعترین ترکیبات هتروسیکلیک سه عضو با دو heteroatoms شامل دیازیریدین به عنوان یک مشتق اشباع و دیازیرین به عنوان یک مشتق از اشباع نشده و همچنین دیوکسیران و اکسازیریدین.

حلقه چهار عضو

روش های مختلف آماده سازی حلقه های 4 عضو در نمودار زیر نشان داده شده است. فرآیند واکنش آمین، تیئول یا 3-هالو با یک پایه عموما مؤثر است، اما با تولید متوسط ​​می شود. اندازه گیری و حذف واکنش های جانبی معمولی است. سایر توابع ممکن است در واکنش نیز رقابت کنند.

در مثال اول، سیکلیسیدن به اکسیران همیشه با شکل گیری دژنراتیو رقابت می کند، اما نوکلئوفیت بالاتر، به ویژه اگر یکی از پایه های ضعیف استفاده می کند، غالب می شود.

در مثال دوم، تشکیل آسئاتیدین و آزیریدین هر دو امکان پذیر است، اما تنها در نهایت دیده می شود. مثال چهارم نشان می دهد که این رویکرد به تشکیل آستیدین به خوبی عمل می کند اگر هیچ رقابتی وجود ندارد.

در مثال سوم، پیکربندی سفت و محکم بستر از تشکیل اکسستان کمک می کند و از سیکلیس اکسیران جلوگیری می کند. در نمونه های 5 و 6، فتوکسیازی های Paterno-Buchi مخصوصا برای تشکیل oxetane مناسب هستند.

روشهای تولید هتروسیکلهای حلقه 4 عضو

واکنش

واکنش 4 عضو ترکیبات هتروزیکلی همچنین نشان می دهد تاثیر کرنش حلقه. نمودار زیر بعضی از نمونه ها را نشان می دهد. اسید کاتالیزیک یک ویژگی معمول از واکنش های مختلف حلقه باز است که در نمونه های 1,2 و 3a نشان داده شده است. در واکنش 2 از thietane، گوگرد تحت chlorination الکتروفیلی منجر به تشکیل کلراسولفونیوم متوسط ​​و جایگزینی باز شدن حلقه یون کلرید. در واکنش 3b، نوروفیلهای قوی نیز برای باز کردن اتر تحت فشار قرار می گیرند. واکنش های شکسته شدن بتا-لاکتون ها ممکن است به واسطه تبادل اتیل کاتالیز شده اسید رخ دهد که در 4a دیده می شود. این همچنین می تواند توسط آلکالین-O بوجود آید که توسط نوکلئوفیل هایی مانند 4b اتفاق می افتد.

مثال شماره 6 یک پدیده جالب از بازسازی داخل سلول اورتوستر را نشان می دهد. واکنش 6 نشان می دهد اختلال بتا-لاکتام پنی سیلین G که واکنش آسییل سازی افزایش یافته سیستم حلقوی شده را توضیح می دهد.

نمونه هایی از واکنش های ترکیبات هتروسیکلیک 4 عضو

مفید ترین ترکیبات هتروزیکلی با حلقه های 4 عضو دو سری از آنتی بیوتیک ها، سفالوسپورین ها و پنی سیلین ها هستند. این دو سری شامل حلقه آسئیدهیدون است که همچنین به عنوان حلقه بتا لاکتام شناخته می شود.
بسیاری از اگزته ها به عنوان داروهای ضد ویروسی، ضد سرطان، ضد التهابی و ضد قارچی مورد بررسی قرار می گیرند. Oxetanones، از سوی دیگر، عمدتا در کشاورزی به عنوان باکتری اسید، قارچ کش، و علف کش و در تولید پلیمر استفاده می شود.
مرغ مادر در روغن شیل یافت می شود در حالیکه مشتقات بوی آن به عنوان نشانگرهای عطر برای خلبانان اروپایی، حشرات و کرم ها کار می کنند. Thietanes به عنوان مهار کننده های خوردگی آهن و در تولید پلیمر ها به عنوان قارچ کش ها و ضد باکتری ها در رنگ استفاده می شود.

حلقه های چهارگانه با یک هترو اتم ترکیب می شوند

Heteroatom اشباع نشده اشباع نشده

Heteroatom اشباع شده اشباع نشده
گوگرد تایتانی Azete
اکسیژن اکسستین اکسکه
نیتروژن آسئیدین Azete

حلقه های چهار عضو با دو هتروتوم ترکیب می شوند

Heteroatom اشباع شده اشباع نشده
گوگرد دیستانه Dithiete
اکسیژن دیوکسانات دیوکساید
نیتروژن دیاژیدین دیازتی

حلقه های عضو 5 با یک هترو اتم واحد

تيوفن، فوران و پيرول، تركيبات آروماتيك والدين هتروسيكولهاي حلقه 5 هستند. در اینجا ساختار آنها است:

مشتقات اشباع تيوفن، فوران و پيرول به ترتيب تيوفان، تتراهيدروفوران و پيروليدين هستند. ترکیبات دوقطبی ساخته شده از حلقه تيوفن، فوران يا پيرول با حلقه بنزن، به ترتيب بنزوثوفن، بنزوفوران، ايسويدول (يا اندول) شناخته مي شوند.
هتروسیکل نیتروژن پیرول به طور معمول در روغن استخوان رخ می دهد که با تجزیه پروتئین ها از طریق گرمای شدید ایجاد می شود. حلقه های پیرول در اسیدهای آمینه مانند هیدروکسی پرولین و پرولین یافت می شوند که مولکول های مختلف پروتئین موجود در غلظت های بالا در پروتئین ساختاری لیگامان، تاندون ها، پوست و استخوان و کلاژن هستند.
مشتقات Pyrrole در آلکالوئید یافت می شود. نیکوتین رایج ترین پیرول است که حاوی آلکالوئید است. هموگلوبین، میوگلوبین، ویتامین B12 و کلروفیل، از طریق پیوستن به چهار واحد پیرول در یک سیستم حلقه بزرگ به نام پورفیرین، مانند کلروفیل B نشان داده شده است.

رنگدانه های صفراوی از طریق تجزیه حلقه پورفیرین تشکیل شده و زنجیره ای از حلقه های Pyrrole 4 تشکیل شده است.
آماده سازی هتروسیکلهای حلقه 5 عضو
آماده سازی صنعتی فوران از طریق روش آلدئیدها، فورفورال، که از پنتوز ساخته شده است و حاوی مواد خام مانند ذرت است، تولید می شود. آماده سازی های مشابه از تيوفن و پيرول در رديف دوم معادلات نشان داده شده است.
ردیف سوم معادله ی 1 نشان دهنده آماده سازی عمومی تيوفن ها، پيرول ها، فوران ها از ترکیبات 1,4-dicarbonyl است. بسیاری از واکنشهای دیگر منجر به تشکیل هتروسیکلهای جایگزین این نوع شده است. دو مورد از این روش ها در واکنش دوم و سوم نشان داده شده است. فوران با هیدروژنه شدن کاتالیزور پالادیم به تتراهیدروفوران کاهش می یابد. این اتر cyclic یک حلال ارزشمند است که نه تنها می تواند به 4-haloalkylsulfonates تبدیل شود بلکه 1,4-dihalobutanes که می تواند برای تهیه تیولان و پیرولیدین استفاده شود.

حلقه های پنج عضو با یک هترو اتم واحد ترکیب می شوند

Heteroatom اشباع نشده اشباع شده
سنگ سرمه Stibole استبولانا
آرسنیک آرولا ارسلان
بیسموت بیسمول بیسمولان
بور بورل بورلان
نیتروژن پیرول پیرولیدین
اکسیژن فوران تتراهیدروفوران

حلقه 5 عضو با هتروتوم 2

ترکیبات حلقه پنج عضو شامل هتروتوم های 2 و حداقل یکی از هتروتروم های نیتروژن، به عنوان آئول شناخته می شوند. ایزوتائیزولها و تیازولها در حلقه یک اتم نیتروژن و گوگرد دارند. ترکیبات با دو اتم گوگرد به عنوان Dithiolanes شناخته می شود.

Heteroatom اشباع نشده (و بخشی از اشباع نشده) اشباع شده
نیتروژن

/نیتروژن

پریازول (پریازولین)

ايميدازول (ايميدازولين)

پیازولیدین

ایمیدازولیدین

نیتروژن / اکسیژن ایسوکازول

اکسازولین (اکسازول)

ایزوکسازولیدین

اکسازولیدین

نیتروژن / گوگرد ایزوتیزول

تیازولین (تیازول)

ایزوتیازولیدین

تیازولیدین

اکسیژن / اکسیژن دیوکسولان
گوگرد / گوگرد دیسیولن

برخی از پریآزولها به طور طبیعی ظاهر می شوند. ترکیبات این کلاس با واکنش 1,3-diketones با هیدرازین آماده می شوند. بیشتر ترکیبات پریآزول مصنوعی به عنوان دارو و رنگ استفاده می شود. آنها شامل آمینوپیرین ضددرد کاهش دهنده تب، فنبیتازون مورد استفاده در درمان آرتریت، رنگ فیبر و تارتازین رنگ غذایی زرد و اکثر رنگ های مورد استفاده در عکاسی رنگی به عنوان عوامل حساس کننده است.

حلقه 5 عضو با هتروتوم 3

همچنین یک گروه بزرگ از ترکیبات حلقه پنج عضو با حداقل 3 وجود دارد. یک مثال از این ترکیبات، دیتیاازول است که شامل یک اتم نیتروژن و دو گوگرد است.

حلقه 6 عضو با هتروآنتوم 1

نامگذاری مورد استفاده در ترکیبات حلقه ای 6 حاوی نیتروژن مونوسیلیک در اینجا زیر است. نشانگرهای روی حلقه برای پیریدین نشان داده شده است، حتی اگر هر دو سیستم از آنها استفاده شود، عددهای عربی برای نامههای یونان ترجیح داده میشوند. پیریدون، ترکیبات معطر است که از کمک به هیبرید رزونانس از فرمهای رزونانس شارژ به عنوان 4-pyridone نشان داده شده است.

دو Coenzymes عمده ای که در واکنش های مختلف متابولیکی حیاتی در سلول ها وجود دارد، NAD (همچنین به عنوان Coenzyme1 شناخته می شود) و NADP (همچنین به عنوان Coenyme II)، از نیکوتین آمید مشتق می شوند.
اکثریت آلکالوئیدها حاوی ساختار حلقه پیپریدین یا پییرین هستند، از جمله piperine (یکی از مواد مغذی تیز و فلفل سیاه و سفید) و نیکوتین است. ساختار آنها در زیر نشان داده شده است.

پیریدین که یک بار از خاکستر زغال سنگ استخراج شده و اکنون از آمونیاک و تتراهیدروفوفوریل الکل تهیه شده است، یک واسطه مهم و حلال برای تولید ترکیبات دیگر است. وینیل پرییدین ها از بلوک های ساختمانی مونومر پلاستیک هستند و پیپریدین کاملا اشباع شده، پیریدین به عنوان مواد شیمیایی خام و پردازش لاستیک استفاده می شود.

داروی مزمن پییرین

داروهای پرییدین دارویی شامل اسید هیدرازید ایزونیکوتیین (tuberculostat isoniazid)، داروهای ضد ویروس ایدز شناخته شده به عنوان nevirapine، nicorandil - avasodilator استفاده می شود برای کنترل آنژین، phenazopyridine - مخدر ادراری و همچنین دارو ضد التهاب سولفا. Diflufenican، clopyralid، parakvat و dquat مشتقات پییرید محبوب است که به عنوان علف کش استفاده می شود.

حلقه 6 عضو با 2 یا بیشتر از هتروآنها

هتروسیکلهای حلقوی شش عضو 3 با هتروآنتیک نیتروژن 2 (diazines) شماره گذاری شده و به نام زیر نشان داده شده است.

Maleic hydrazide یک مشتق از پیریدازین است که به عنوان یک علف کش استفاده می شود. برخی از پریزین ها مانند اسید آسپرژیلیک به طور طبیعی ظاهر می شوند. در اینجا ساختار ترکیبات فوق ذکر شده است:

حلقه پیازین جزء ترکیبات چند حلقه ای مختلف اهمیت صنعتی و بیولوژیکی است. اعضای مهم خانواده پریآزین عبارتند از phenazines، alloxazines و pteridines. از مهمترین داروهای گیاهی و زیست شناختی، دیازین های مهم پرییمیدین هستند. سیتوزین، تیمین و اوراسیل، 3 هسته های نوکلئوتید 5 هستند که کد ژنتیکی RNA و DNA را تشکیل می دهند. زیر ساختار آنها است:

ویتامین تیامین یک حلقه پیریمیدین دارد و علاوه بر باردرایتورات های مصنوعی از جمله آموباربیتال، داروهایی هستند که معمولا استفاده می شوند. مورفولین (پدر تتراهیدرو-1,4-اکسازین) در مقیاس بزرگ برای استفاده به عنوان یک قارچ کش، مهار کننده خوردگی و یک حلال تولید می شود. حلقه مورفولین نیز در داروهای آرام بخش و هیپنوتیزم تری متیووزین و بعضی از قارچ کش ها مانند فنگ پپیمورف و تریدمورف یافت می شود. در اینجا فرمول ساختاری برای مورفولین است:

حلقه 7 عضو

همانطور که اندازه حلقه افزایش می یابد، انواع ترکیبات که ممکن است با تغییر محل، نوع و تعداد هتروتوم ها به میزان قابل توجهی افزایش یابد. با این حال، شیمی هتروسیکل ها با حلقه های 7 یا بیشتر توسعه یافته کمتر از ترکیبات heterocyclic حلقه 6 و 5 است.
حلقه های Oxexine و Azepine اجزای حیاتی محصولات متنوعی از محصولات متابولیک گیاهان دریایی و آلکالوئیدها هستند. مشتقات azepine به نام کاپرولاکتام تجاری به صورت فله ای برای استفاده در ساخت نایلون-6 به عنوان یک واسطه و در تولید چرم مصنوعی، پوشش ها و فیلم ها استفاده می شود.
ترکیبات هتروسیکلیک 7 با دو یا یک اتم نیتروژن در حلقه آنها، واحدهای ساختاری داروهای پرفیوژن پراپپین (داروهای ضدافسردگی سه حلقه ای) و دیازپام آرام بخش است که همچنین به عنوان والیوم شناخته می شود.

حلقه 8 عضو

نمونه هایی از ترکیبات هتروسیکلی در این طبقه عبارتند از: آزوکان، اکسوکان و تيوکان با نيتروژن، اکسیژن و گوگرد، که هتروتوم های مربوطه است. مشتقات غیر اشباع مربوط به آنها عبارتند از آسوزین، اکسوسین و تيوسين.

حلقه 9 عضو

نمونه هایی از ترکیبات هتروسیکلی در این کلاس عبارتند از: آزونون، اکسونان و تیونان با نیتروژن، اکسیژن و گوگرد، که هتروتوم های مربوطه است. مشتقات غیر اشباع مربوطه به ترتیب آیزونین، اکسونین و تیونین هستند.

استفاده از ترکیبات هتروسیکلی

Heterocycles در زمینه های مختلف علوم انسانی و تکنولوژی مفید هستند. همانطور که قبلا در بحث ما دیده شده است، بسیاری از داروها ترکیبات هتروزیکلی هستند.

منابع

کتاب طلائی IUPAC، ترکیبات هتروزیکلی. ارتباط دادن:

WH Powell: بازبینی سیستم گسترده Hantzsch-Widman نامتقارن برای Heteromonocycles، که در: کاربرد خالص شیمی1983, 55، 409-416؛

A. Hantzsch، JH Weber: Ueber Verbindungen des Thiazols (Pyridins der Thiophenreihe)، که در: ببر Dtsch شیمی گیس 1887, 20، 3118-3132

O. Widman: Zur Nomenclatur der Verbindungen، welche Stickstoffkerne enthalten، که در: J. Prakt. شیمی 1888, 38، 185-201؛