Blog

Dünyadaki En Etkili Heterocycles

Dünyadaki En Etkili Heterocycles

Heterosiklik bileşikler

Bir halka yapısı olarak da bilinen bir heterosiklik bileşik, temel olarak, halka / halkalarının üyeleri olarak iki farklı elemanın atomlarını içeren bir bileşiktir. Heterosiklik bileşikler muhtemelen organik bileşiklerin ailesinin en çeşitli ve en önemli sayısını oluşturur.

İşlev ve yapıdan bağımsız olarak, her bir karbosiklik bileşik, bir veya daha fazla karbon halka atomunu farklı bir elemanla değiştirerek çeşitli heterosiklik analoglara dönüştürülebilir. Sonuç olarak, heterosikller, sınırlı olmamakla birlikte farmasötik, tıbbi, analitik ve heterosiklik bileşiklerin organik kimyası dahil olmak üzere çeşitli alanlarda araştırma alışverişi için bir platform önermiştir.

Heterosiklik bileşiklerin başlıca örnekleri, çoğu ilaç, nükleik asit, sentetik ve doğal boyaların çoğunluğu ve selüloz ve ilgili materyaller gibi biyokütlenin çoğunluğudur.

Sınıflandırma

Heterosiklik bileşikler organik veya inorganik bileşikler olsa da, çoğu en az bir karbon içerir. Bu bileşikler elektronik yapılarına göre sınıflandırılabilir. Doymuş heterosiklik bileşikler, asiklik türevlerle aynı şekilde davranır. Sonuç olarak, tetrahidrofuran ve piperidin, değiştirilmiş sterik profillere sahip geleneksel eterler ve aminlerdir.

Bu nedenle heterosiklik kimya çalışması, esas olarak doymamış türevlere ve uygulamalara, beş-altı halkalı halkaların yanı sıra düzleştirilmemiş beşleri de içerir. Bu furan, pirol, tiyofen ve piridin içerir. heterosiklik bileşiklerin yanında büyük bir sınıf, sırasıyla, benzen Furan, pirol, tiyofen, piridin ve benzofuran, halkalar, indol, benzotiyofen, ve kuinolin kaynaştırılır. İki benzen halkası kaynaşmışsa, bu, dibenzofuran, karbazol, dibenzotiofen ve aridin olan başka bir büyük bileşik ailesi ile sonuçlanır. Doymamış halkalar, pi sistemindeki bir heteroatomun, konjuge sisteme katılımına göre sınıflandırılabilir.

Hazırlık ve reaksiyonlar

3 üyesi halkalar

Bir halkada üç atomlu heterosiklik bileşikler, halka suşunun daha reaktif nezaketidir. Bir heteroatom içeren heterosikller genellikle stabildir. İki heteroatom içerenler genelde reaktif ara ürünler olarak ortaya çıkar.

Epoksitler olarak da bilinen oksiranlar en yaygın 3 üyesi heterosikledir. Oksiranlar, perasitlerin alkenlerle reaksiyona girmesiyle, iyi bir stereospesifıklikle hazırlanır. Oksiranlar, 3 üyeli halkanın yüksek açılı suşunun doymamış eterler nezdinden daha reaktiftir. Halkanın nükleofilik ve elektrofilik bir açıklığı ile ilerleyen ekleme reaksiyonları en genel reaksiyon sınıfıdır.

Bu türden bir reaksiyon, geliştirilen ilk antikanser ilaçlar arasında bulunan nitrojen mustard'ların farmakolojik etkisine katılır. Antikanser ajan mechlorethamine durumunda olduğu gibi intramoleküler halkanın kapatılması bir ara aziridium iyonu oluşturur. Oluşan biyolojik olarak aktif madde, DNA çoğalmasının engellenmesiyle kanser hücreleri de dahil olmak üzere çoğalan hücreleri atar. Azot hardalları da antikanser ajanlar olarak kullanılmıştır.

Ticari olarak aziridin ve oksiran, temel endüstriyel kimyasallardır. Büyük ölçekli oksiran üretimi üzerine, etilen doğrudan oksijen ile reaksiyona girer. Bu 3 üyesi halkaların en karakteristik olan kimyasal reaksiyonu, aşağıda gösterildiği gibi halkayı açmak için nükleofilik reaktifler tarafından saldırıya duyarlı olmalarıdır:

En yaygın üç üyeli heterosiklik bileşikler bir heteroatom ile şunları içerir:

Doymuş Doymamış
Thiirane (episulfides) Thiirene
Phosphirane Phosphirene
Epoksitler (oksiran, etilen oksit) oksiren
Azirıdin azirin
Borirane Borirene

İki heteroatom içeren en yaygın üç üyeli heterosiklik bileşikler, doymuş bir türev olarak Diaziridin ve Dioksiran ve Oksaziridin gibi doymamış bir türev olarak Diazirini içerir.

Dört Üyeli Halkalar

Aşağıdaki diyagramda, 4-üyeli halka heterosikllerin çeşitli usulleri gösterilmektedir. Bir baz ile bir amin, tiyol veya 3-halo reaksiyonu işlemi tipik olarak etkilidir fakat vasat verimlerle birlikte. Dimerizasyon ve eliminasyon tipik yan reaksiyonlardır. Diğer fonksiyonlar da reaksiyonda yarışabilir.

İlk örnekte, bir oksirana siklizasyon her zaman tietanın oluşumu ile rekabet eder, ancak özellikle zayıf bir taban kullanıldığında daha yüksek nükleofiliklik hakimdir.

İkinci örnekte, hem azetidin hem aziridin oluşumu mümkündür, ancak sadece ikincisi görülür. Dört numaralı örnek, azetidinin oluşumuna yönelik bu yaklaşımın, rekabet yoksa iyi işlev gösterdiğini göstermektedir.

Üçüncü örnekte, substratın sert konfigürasyonu, oksetanın oluşumunu desteklemektedir ve oksiranın siklizasyonunu önler. 5 ve 6 örneklerinde Paterno-Buchi fotosifikasyonları özellikle oksetanın oluşumu için uygundur.

4 üyesi halkaların heterosikllerini hazırlama yöntemleri

Tepkiler

4 üyesi olan tepkimeler heterosiklik bileşikler ayrıca halka gerginlik etkisini gösterir. Aşağıdaki şemada bazı örnekler gösterilmektedir. Asit-kataliz, 1,2 ve 3a örneklerinde gösterilen çeşitli halka açma reaksiyonlarının tipik bir özelliğidir. Thietanın 2 reaksiyonunda, kükürt klorosülfonium ara maddesinin oluşumuna ve halka açıcı klorür iyonunun ikamesine yol açan elektrofilik klorinasyona uğrar. 3b reaksiyonunda, güçlü nükleofiller de gerilmeli eteri açmak için görülür. Beta-laktonların yarılma reaksiyonları ya 4a'da görüldüğü gibi asit katalizli asil değişimi ile gerçekleşebilir. Aynı zamanda 4b'de olduğu gibi nükleofiller ile alkil-O rüptürü ile de gerçekleşebilir.

Örnek numarası 6, orto-esterin moleküler olarak yeniden düzenlenmesinin ilginç bir fenomenini göstermektedir. Reaksiyon 6, erimiş halka sisteminin geliştirilmiş asilasyon reaksiyonunu açıklayan penisilin G'nin beta-laktam yarılmasını göstermektedir.

4 üyeli heterosiklik bileşiklerin reaksiyon örnekleri

En kullanışlı heterosiklik bileşikler 4 üyeli halkalar iki dizi antibiyotik, sefalosporinler ve penisilindir. İki seri, Beta-laktam halkası olarak da bilinen azetidinon halkasını içerir.
Birçok oksetan, antiviral, antikanser, anti-enflamatuar ve antifungal ajanlar olarak araştırılmaktadır. Öte yandan, oksetanonlar çoğunlukla tarımda bakteri öldürücüler, fungisitler ve herbisitler olarak ve polimer imalatında uygulanır.
Parent tietan şeyl petrolü içinde bulunurken, kokulu türevleri Avrupa polecatları, gelincikler ve minikler için koku belirteçleri olarak çalışmaktadır. Thietanlar boyada mantar önleyici ve bakterisit olarak, demir korozyon inhibitörleri olarak ve polimer imalatında kullanılırlar.

Tek heteroatomlu dört üyeli halkalar

Heteroatom Doymamış Doymamış

Heteroatomlu Doymuş Doymamış
Kükürt Thietan Azete
Oksijen Okzetan Oxete
Azot Azetidin Azete

İki heteroatomlu dört üyeli halkalar

Heteroatomlu Doymuş Doymamış
Kükürt Dithietane Dithiete
Oksijen dioksetan Dioxete
Azot diazetidin Diazete

Tek bir heteroatom ile 5 üyesi halkalar

Tiyofen, furan ve pirol, 5 üyesi halkaların heterosikliklerinin ana aromatik bileşikleridir. İşte yapıları:

Tiyofen, furan ve pirolün doymuş türevleri, sırasıyla, tiofan, tetrahidrofuran ve pirolidin'dir. Bir benzen halkasına kaynaşmış tiyofen, furan veya pirol halkasından yapılmış bisiklik bileşikler sırasıyla benzotiofen, benzofuran, izoindol (veya indol) olarak bilinir.
Nitrojen heterosikl pirol, tipik olarak güçlü ısınma yoluyla proteinlerin ayrışmasıyla oluşan kemik yağında ortaya çıkar. Pirol halkaları, bağların, tendonların, deri ve kemiklerin ve kolajenin yapısal proteininde yüksek konsantrasyonlarda bulunan çeşitli proteinlerin bileşenleri olan hidroksiprolin ve prolin gibi amino asitlerde bulunur.
Pirol türevleri alkaloidlerde bulunur. Nikotin, alkaloid içeren en yaygın bilinen piroldur. Hemoglobin, miyoglobin, Vitamin B12 ve klorofillerin hepsi, aşağıda gösterilen klorofil B'ninki gibi, porfirin adı verilen büyük bir halka sisteminde dört pirol ünitesine katılarak oluşturulur.

Safra pigmentleri porfirin halkasının ayrışmasıyla oluşturulur ve bir 4 pirol halkası zincirine sahiptir.
5 üyeli halka heterosikllerin hazırlanması
Furanın endüstriyel preparasyonu, mısır koçanı gibi ham maddeleri içeren pentozdan üretilen aldehid, furfural yolu ile aşağıda gösterildiği gibi ilerler. Tiyofen ve pirolün benzer preparatları ikinci denklem dizisinde gösterilmiştir.
Üçüncü denklem dizisi, 1,4-dikarbonil bileşiklerinden ikame edilmiş tiyofenlerin, pirollerin ve furanların genel preparasyonunu göstermektedir. Bu tip ikame edilmiş heterosikllerin oluşumuna yol açan birçok başka reaksiyon başlatılmıştır. Bu prosedürlerin ikisi ikinci ve üçüncü reaksiyonda gösterilmiştir. Furan, paladyum katalizli hidrojenasyon ile tetrahidrofurana indirgenir. Bu siklik eter, sadece 4-haloalkilsülfonatlara dönüştürülemeyen, aynı zamanda tiyolan ve pirolidin hazırlamak için kullanılabilen 1,4-dihalobutanlara dönüştürülebilen değerli bir çözücüdür.

Tek heteroatomlu beş üyeli halkalar

Heteroatomlu Doymamış Doymuş
Antimon Stibole Stibolane
Arsenik Arsole Arsolane
bizmut Bismol® Bismolane
Bor Borole Borolane
Azot pirol pirolidin
Oksijen Furan Tetrahidrofuran

5 heteroatomlu 2 üyesi halkalar

2 heteroatomlarını ve heteroatomlardan en az birini içeren beş üyeli halka bileşikleri azottur, azoller olarak bilinir. İzotiazoller ve tiazoller, halkada bir azot ve sülfür atomuna sahiptir. İki sülfür atomuna sahip bileşikler Dithiolanes olarak bilinir.

Heteroatomlu Doymamış (ve kısmen doymamış) Doymuş
Azot

/azot

Pirazol (Pirazolin)

İmidazol (İmidazolin)

pırazolıdin

imidazolidin

Azot / oksijen İsoksazot

Oksazolin (oksazol)

Izoksazolıdin

oksazolidin

Azot / sülfür İzotivazol

Tiazolin (Thiazole)

izotiazolidin

tiyazolidin

Oksijen / oksijen diokzolane
Kükürt / sülfür ditiolane

Bazı pirazoller doğal olarak oluşur. Bu sınıftaki bileşikler, 1,3-diketonları hidrazinler ile reaksiyona sokmak suretiyle hazırlanır. Sentetik pirazol bileşiklerinin çoğu ilaç ve boya olarak kullanılır. Bunlar arasında ateş düşürücü analjezik aminoprin, artrit tedavisinde kullanılan lifibütazon, lif boyası ve sarı renkli gıda kremi tartrazin ve renk fotografında kullanılan boyaların çoğunluğu duyarlılaştırıcı ajanlar olarak bulunur.

5 heteroatomlu 3 üyesi halkalar

Ayrıca en az 3 heteroatomu olan beş üyeli halka bileşikleri içeren büyük bir grup var. Bu bileşiklerin bir örneği, bir nitrojen atomu ve iki sülfür içeren ditiyazollerdir.

6 heteroatomlu 1 üyesi halkalar

Monosiklik nitrojen içeren 6 üyesi halka bileşiklerinde kullanılan isimlendirme burada aşağıdadır. Piridin için halka üzerindeki konumlar gösterilir, her iki sistem kullanılsa bile, Arap rakamları Yunan harflerine daha çok tercih edilir. Piridonlar, 4-piridon için gösterildiği gibi yüklü rezonans formlarından rezonans hibridine katkı sağlayan nezaket bileşikleridir.

Hücrelerdeki çeşitli önemli metabolik reaksiyonlarda yer alan iki ana koenzim, NAD (aynı zamanda koenzim 1 olarak da bilinir) ve NADP (aynı zamanda ksenme II olarak da bilinir), nikotinamitten elde edilir.
Alkaloidlerin çoğunluğu piperidin veya piridin halka yapısı içerir, bunların arasında piperin (siyah-beyaz biberin keskin tada sahip içeriklerinden birini oluşturur) ve nikotin bulunur. Yapıları aşağıda gösterilmiştir.

Bir zamanlar kömür katranından çıkarılan ancak şimdi amonyak ve tetrahidrofurfuril alkolden katalitik olarak hazırlanan piridin, başka bileşikler üretmek için kullanılan önemli bir ara ve çözücüdür. Vinilpiridinler, plastiklerin çok önemli monomer yapı taşlarıdır ve kimyasal hammadde ve kauçuk işleme olarak tamamen doymuş piperidin, piridin kullanılır.

Farmasötik olarak kullanışlı piridinler

Farmakolojik olarak yararlı piridinler arasında, isinikotinik asit hidrazid (tuberculostat isoniazid), anjina, feniazopiridin-idrar yolu-analjezikinin yanı sıra anti-enflamatuar sülfa ilacının kontrolü için kullanılan nevirapin, nicorandil - avasodilatör olarak bilinen anti-AIDS virüsü ilacı yer alır. Diflufenikan, klopiralkil, parakuat ve diquat, herbisit olarak kullanılan popüler piridin türevleridir.

6 veya daha fazla heteroatom içeren 2 üyesi halkalar

3 nitrojen heteroatomları (diazinler) ile 2 monosiklik altı üyeli halka heterosikller numaralandırılmıştır ve aşağıda gösterildiği gibi adlandırılmıştır.

Maleik hidrazit, bir herbisit olarak kullanılan bir piridazin türevidir. Aspergillic asit gibi bazı pirazinler doğal olarak oluşur. Yukarıda adı geçen bileşiklerin yapıları şunlardır:

Pirazin halkası, çeşitli endüstriyel ve biyolojik öneme sahip polisiklik bileşiklerin bir bileşenidir. Pirazin ailesinin önemli üyeleri, fenazinler, alloksazinler ve pteridinlerdir. Farmakolojik ve biyolojik olarak en önemli diazinler pirimidinlerdir. Sitozin, timin ve urasil, RNA ve DNA'daki genetik kodu oluşturan 3 nükleotid bazlarının 5'idir. Aşağıda onların yapıları:

Vitamin tiyamin bir pirimidin halkasına sahiptir ve amobarbital içeren sentetik barbitüratlara ek olarak yaygın olarak kullanılan ilaçlar da kullanılır. Morfolin (ana tetrahidro-1,4-oksazin), bir fungisit, korozyon inhibitörü ve bir çözücü olarak kullanılmak üzere büyük ölçekte üretilir. Morfolin halkası ayrıca sedatif-hipnotik ilaç trimetozinde ve fenpropimorf ve tridemorf gibi bazı fungisitlerde de bulunur. İşte morfolin için yapısal formül:

7 üyesi halkalar

Halka boyutu arttıkça, yerini, türünü ve heteroatom sayısını değiştirerek elde edilebilen bileşiklerin çeşitliliği muazzam ölçüde artar. Bununla birlikte, 7-üyeli halkalar veya daha fazla olan heterosikllerin kimyası, 6 ve 5-üyeli halka heterosiklik bileşiklerinden daha az gelişmiştir.
Oksepin ve Azepin halkaları, deniz organizmaları ve alkaloidlerin doğal olarak oluşan çeşitli metabolik ürünlerinin önemli bileşenleridir. Kaprolaktam olarak bilinen azepin türevi, bir ara ürün olarak naylon-6 imalatında ve sentetik deri, kaplamalar ve filmlerin üretiminde kullanılmak üzere ticari olarak üretilmektedir.
Halkalarında iki veya bir nitrojen atomuna sahip 7 üyesi heterosiklik bileşikler, yaygın olarak kullanılan psikofarmasötik Prazepin (trisiklik antidepresan) ve valium olarak da bilinen trankilizör diazepamın yapısal birimleridir.

8 üyesi halkalar

Bu sınıftaki heterosiklik bileşiklerin örnekleri arasında azosan, oksokan ve Nitrojen, oksijen ve tiyol ile ilgili heteroatomlar olan tiyoksan bulunur. Onların ilgili doymamış türevleri sırasıyla azosin, oksokin ve tiyosindir.

9 üyesi halkalar

Bu sınıftaki heterosiklik bileşiklerin örnekleri arasında azonan, oksonan ve Nitrojen, oksijen ve ilgili heteroatomlar olan sülfür içeren tionan bulunmaktadır. İlgili doymamış türevleri sırasıyla azonin, oksonin ve tionindir.

Heterosiklik bileşiklerin kullanımı

Heterosiklikler yaşam bilimleri ve teknolojinin çeşitli alanlarında faydalıdır. Tartışmamızda gördüğümüz gibi, birçok ilaç heterosiklik bileşiklerdir.

Referanslar

IUPAC Altın Kitabı, heterosiklik bileşikler. Bağlantı:

WH Powell: Uzamış Hantzsch-Widman Heteromonocycles için Nomenklatür Sisteminin Revizyonu, içinde: Pure Appl. Chem.1983, 55409 – 416;

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

O. Widman: Zur Nomenclatur der Verbindungen, welche Stickstoffkerne enthalten, içinde: J. Prakt. Chem. 1888, 38185 – 201;