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세계에서 가장 영향력있는 헤테로 사이클

세계에서 가장 영향력있는 헤테로 사이클

헤테로 사이 클릭 화합물

고리 구조로도 알려져있는 헤테로 사이 클릭 화합물은 기본적으로 그 고리 / 고리의 구성원으로서 2 개의 별개의 원소의 원자를 함유하는 화합물이다. 헤테로 사이 클릭 화합물은 아마도 유기 화합물 계열의 가장 다양하고 가장 실질적인 수를 구성 할 것이다.

작용기 및 구조와 관계없이, 모든 카보 사이 클릭 화합물은 하나 이상의 탄소 고리 원자를 다른 원소로 치환함으로써 다양한 헤테로 사이 클릭 유사체로 전환 될 수있다. 결과적으로 헤테로 사이클은 복소 환 화합물의 약학 적, 의약 적, 분석적 및 유기 화학적 성질을 비롯한 다양한 분야에서 연구를 교환 할 수있는 기반을 마련해주었습니다.

복 소환 화합물의 주된 예는 대부분의 약물, 핵산, 대부분의 합성 염료 및 천연 염료 및 셀룰로오스 및 관련 물질과 같은 대부분의 바이오 매스입니다.

분류

헤테로 사이 클릭 화합물은 유기 또는 무기 화합물 일 수 있지만, 대부분은 적어도 하나의 탄소를 갖는다. 이 화합물은 전자 구조에 따라 분류 할 수 있습니다. 포화 헤테로 사이 클릭 화합물은 비 사이 클릭 유도체와 동일한 방식으로 작용한다. 그 결과, 테트라 하이드로 푸란 및 피 페리 딘은 입체 프로파일이 변형 된 통상적 인 에테르 및 아민이다.

따라서 헤테로 사이 클릭 화학의 연구는 주로 불포화 유도체에 중점을 두며 응용 분야는 변형되지 않은 5 개 및 6 개 멤버 링을 포함합니다. 여기에는 푸란, 피롤, 티 오펜 및 피리딘이 포함됩니다. 헤테로시 클릭 화합물의 다음 큰 종류는 푸란, 피롤, 티 오펜 및 피리딘의 경우 각각 벤조 퓨란, 인돌, 벤조 티 오펜 및 퀴놀린 인 벤젠 고리에 융합된다. 2 개의 벤젠 고리가 융합되면, 디 벤조 퓨란, 카바 졸, 디 벤조 티 오펜 및 아리 딘 인 또 다른 큰 화합물 군이 생성된다. 불포화 고리는 π 시스템, 공액 시스템에서의 헤테로 원자의 참여에 기초하여 분류 될 수있다.

준비 및 반응

3- 원환

고리에 3 개의 원자를 갖는 헤테로 고리 화합물은 고리 변형의 반응성이 더욱 호의적이다. 하나의 헤테로 원자를 함유하는 헤테로 사이클은 일반적으로 안정하다. 2 개의 헤테로 원자를 함유하는 것들, 일반적으로 반응성 중간체가 발생한다.

에폭 사이드로도 알려진 옥시 란은 가장 일반적인 3- 원 헤테로 사이클이다. 옥시 란은 과산화물을 알켄과 반응시켜 입체 특이성을 좋게하여 제조됩니다. 옥시 란은 3- 원환의 고각 변형에 의해 불포화 에테르보다 더 반응성이있다. 고리의 친 핵성 및 친 전자 성 개방에 의해 진행되는 부가 반응은 가장 일반적인 반응 부류이다.

이 종류의 반응은 개발 된 최초의 항암제 중 하나 인 질소 겨자의 약리학 적 작용에 관여합니다. 항암제 mechlorethamine의 경우와 같은 분자 내 고리의 폐쇄는 중간 아지 리듐 이온을 형성합니다. 형성된 생물학적 활성제는 DNA 복제의 억제를 통해 암세포를 포함하여 증식하는 세포를 공격한다. 질소 겨자 또한 항암제로 사용되어왔다.

상업적으로 아지리 딘 및 옥시 란은 필수 대량 산업 화학 물질이다. 옥시 란의 대규모 생산에서 에틸렌은 산소와 직접 반응합니다. 이 3- 원환의 가장 특징적인 화학 반응은 친 핵성 시약에 의한 공격을 받기 쉽다는 것입니다.

가장 일반적인 3 요소 헤테로 사이 클릭 화합물 하나의 헤테로 원자를 갖는 화합물은 다음을 포함한다 :

가득한 불포화
티에 란 (에피 설파이드) 티에레네
포스 포란 Phosphirene
에폭시 드 (옥시 란, 에틸렌 옥사이드) 옥시 렌
아지리 딘 아지린
보리 란 보리 렝

2 개의 헤테로 원자를 갖는 가장 보편적 인 3 원 헤테로시 클릭 화합물은 포화 유도체로서 디아 지리 딘을, 불포화 유도체로서 디아 진인뿐만 아니라 디 옥시 란 및 옥사 지리 딘을 포함한다.

4 중 링

4- 원환 복 소환의 다양한 제조 방법이하기도에 도시되어있다. 아민, 티올 또는 3- 할로를 염기와 반응시키는 공정은 일반적으로 효과적이지만 평범한 수율을 갖는다. 이량 체화 및 제거는 전형적인 부반응이다. 다른 기능도 반응에서 경쟁 할 수 있습니다.

첫 번째 예에서, 옥시 란으로의 고리 화는 항상 티에 탄의 형성과 경쟁하지만, 특히 약한 염기를 사용하는 경우 높은 친 핵성이 지배적이다.

두 번째 예에서, 아제 티딘과 아지리 딘 모두의 형성이 가능하지만, 후자 만이 나타날 수있다. 예제 4는 경쟁이 없다면 아제 티딘 형성에 대한이 접근법이 잘 작동 함을 보여줍니다.

세 번째 예에서, 기질의 강성 배치는 옥 세탄의 형성을 선호하고 옥시 란의 고리 화를 방지한다. 실시 예 5 및 6에서, Paterno-Buchi 광화학은 특히 옥 세탄의 형성에 적합하다.

4- 멤버 링 고리 헤테로 사이클의 제조 방법

반응

4- 원자의 반응 헤테로 사이 클릭 화합물 또한 링 변형의 영향을 보여줍니다. 다음 다이어그램은 몇 가지 예를 보여줍니다. 산촉매는 1,2 및 3a에서 입증 된 다양한 개환 반응의 전형적인 특징입니다. 티에 탄의 반응 2에서, 황은 친 전자 성 염소화를 거쳐 클로로 술 포늄 중간체의 형성 및 고리 개방 염소 이온의 치환을 유도한다. 반응 3b에서 강한 친핵체 (nucleophiles)가 변형 된 에테르를 여는 것으로 나타났다. 베타 - 락톤의 절단 반응은 4a에서 볼 수 있듯이 산 촉매가 가해진 아실 교환에 의해 일어날 수 있습니다. 그것은 또한 4b와 같은 친핵체에 의한 알킬 -O 파열에 의해 일어날 수있다.

예제 번호 6는 오르토 에스테르의 분자 내 재 배열의 흥미로운 현상을 보여줍니다. 반응 6는 융합 된 고리 시스템의 향상된 아 실화 반응을 설명하는 페니실린 G의 베타 - 락탐 절단을 보여줍니다.

4- 원 복 소환 화합물의 반응 예

가장 유용한 헤테로 사이 클릭 화합물 4 - membered 반지는 항생제, cephalosporins, 그리고 페니실린의 두 시리즈입니다. 두 시리즈는 베타 - 락탐 고리라고도 알려진 아제 티 디논 고리를 포함하고 있습니다.
많은 옥 세탄은 항 바이러스제, 항암제, 항염증제 및 항진균제로서 연구 중에 있습니다. 반면에 Oxetanones는 주로 bactericides, fungicides, 제초제 및 중합체 제조에 농업에 적용됩니다.
셰릴 오일에서는 부모 thietane이 발견되었는데 냄새가 나는 파생물은 유럽의 족제비, 흰 족제비 및 밍크의 향기 마커로 작용합니다. 티에 탄은 페인트의 살균제 및 살균제, 철 부식 억제제 및 고분자 제조에 사용됩니다.

하나의 헤테로 원자를 갖는 4 원환 화합물

헤테로 원자 포화 불포화

헤테로 원자 가득한 불포화
티에 탄 아제 테
산소 옥 세탄 옥 테트
질소 아제 티딘 아제 테

두 개의 헤테로 원자를 갖는 4- 원환 화합물

헤테로 원자 가득한 불포화
디티에 탄 디티에테
산소 디 옥 세탄 다이옥 세인
질소 디아 세티 딘 디아제트

단일 헤테로 원자를 갖는 5- 멤버 링

티 오펜, 푸란 및 피롤은 5- 멤버 링 고리 헤테로 사이클의 모 향 방향족 화합물이다. 그들의 구조는 다음과 같습니다.

티 오펜, 푸란 및 피롤의 포화 유도체는 각각 티오 판, 테트라 히드로 푸란 및 피 롤리 딘이다. 벤젠 고리에 융합 된 티 오펜, 퓨란 또는 피롤 링으로 이루어진 이륜 화합물은 벤조 티 오펜, 벤조 퓨란, 이소 인돌 (또는 인돌)로서 각각 알려져있다.
질소 헤테로 사이클 피롤은 전형적으로 강한 가열로 단백질 분해에 의해 형성된 뼈 오일에서 발생합니다. 피롤 고리는 인대, 힘줄, 피부 및 뼈와 콜라겐의 구조 단백질에 고농도로 존재하는 다양한 단백질의 성분 인 히드 록시 프롤린 (hydroxyproline) 및 프롤린 (proline)과 같은 아미노산에서 발견됩니다.
피롤 유도체는 알칼로이드에서 발견됩니다. 니코틴은 알칼로이드가 들어있는 가장 일반적으로 알려진 피롤입니다. 헤모글로빈, 미오글로빈, 비타민 B12 및 엽록소는 모두 아래에 설명 된 엽록소 B와 같은 포르피린이라는 대형 고리 시스템에서 4 개의 피롤 단위를 결합하여 형성됩니다.

담즙 안료는 포르피린 고리의 분해를 통해 형성되며 4 피롤 고리의 사슬을 갖는다.
5- 원환 복 소환의 제조
푸란의 산업적 준비는 옥수수 속과 같은 원료를 함유 한 오탄당으로부터 생성되는 알데히드, 푸르 푸랄 (falfural)의 방식으로 아래에 나타낸 바와 같이 진행된다. 티 오펜과 피롤의 유사한 제제가 방정식의 두 번째 행에 표시됩니다.
화학식 1의 세 번째 행은 1,4- 디카 르보 닐 화합물로부터의 치환 된 티 오펜, 피롤, 퓨란의 일반적인 제조를 나타낸다. 이 유형의 치환 된 헤테로 사이클의 형성을 유도하는 많은 다른 반응이 시작되었다. 이 절차 중 두 개는 두 번째 및 세 번째 반응에 표시되었습니다. 푸란은 테트라 하이드로 퓨란으로의 팔라듐 - 촉매 수소화에 의해 환원된다. 이시 클릭 에테르는 4- 할로 알킬 설포 네이트뿐만 아니라 티올 레인 및 피 롤리 딘을 제조하는데 사용될 수있는 1,4- 다이 할로 부탄으로 전환 될 수있는 유용한 용매이다.

하나의 헤테로 원자를 갖는 5 원환 화합물

헤테로 원자 불포화 가득한
안티몬 스티 블 스티 볼란
비소 아르 놀 아르 솔 란
창연 비스몰 비스 몰란
붕소 볼레 보로 레인
질소 피롤 피 롤리 딘
산소 푸란 테트라 히드로 푸란

5- 헤테로 원자를 갖는 2- 멤버 링

2 헤테로 원자 및 헤테로 원자 중 적어도 하나를 함유하는 5- 원 환 화합물은 질소이고, 아 졸로 알려져있다. 이소 티아 졸 및 티아 졸은 고리 내에 질소 및 황 원자를 갖는다. 2 개의 황 원자를 갖는 화합물은 디티 올란 (Dithiolanes)으로 알려져있다.

헤테로 원자 불포화 (부분 불포화) 가득한
질소

/질소

피라 졸 (피라 졸린)

이미 다졸 (이미 다 졸린)

피라 졸리 딘

이미 다 졸리 딘

질소 / 산소 이속 사졸

옥사 졸린 (옥사 졸)

이소 자 졸리 딘

옥사 졸리 딘

질소 / 황 이소 티아 졸

티아 졸린 (티아 졸)

이소 티아 졸리 딘

티아 졸리 딘

산소 / 산소 디옥 솔란
유황 / 유황 디티 올란

일부 피라 졸은 자연적으로 발생합니다. 이 부류의 화합물은 1,3- 디케 톤과 히드라진을 반응시켜 제조한다. 대부분의 합성 피라 졸 화합물은 의약품 및 염료로 사용됩니다. 발열을 감소시키는 진통제 인 아미노 피리딘, 관절염 치료에 사용되는 phenybutazone, 섬유 염료 및 노란색 식품 착색료 인 tartrazine, 감광제로 컬러 사진에 사용되는 염료가 대부분 포함됩니다.

5- 헤테로 원자를 갖는 3- 멤버 링

또한 적어도 3 헤테로 원자를 갖는 5 원 고리 화합물의 큰 그룹이 존재한다. 이러한 화합물의 일 예는 질소 원자 및 2 개의 황을 함유하는 디티 아졸이다.

6- 헤테로 원자를 갖는 1- 멤버 링

단 환식 질소 - 함유 6- 멤버 링 화합물에 사용 된 명명법은하기에있다. 피리딘에 대한 링의 위치가 표시되어 있지만 두 시스템을 모두 사용하더라도 아랍어 숫자가 그리스 문자보다 선호됩니다. 피리 돈은 4- 피리 돈에서 입증 된 바와 같이 하전 공명 형태의 공진 혼성에 기여한 방향족 화합물입니다.

NAD (coenzyme1라고도 함)와 NADP (코엔자임 II라고도 함)의 세포에서 여러 가지 중대한 대사 반응에 관여하는 두 가지 주요 보조 효소는 니코틴 아미드에서 유래합니다.
대부분의 알칼로이드는 피 페리 딘 또는 피리딘 고리 구조를 포함하며, 그 중 피 페린 (흑색과 백색 후추의 날카로운 맛을내는 성분 중 하나를 구성 함)과 니코틴이 있습니다. 그 구조는 다음과 같습니다.

일단 콜타르에서 추출 되었으나 현재 암모니아 및 테트라 하이드로 푸르 푸릴 알코올로부터 촉매 적으로 제조되는 피리딘은 다른 화합물을 제조하는 데 사용되는 중요한 중간체 및 용매이다. 비닐 피리딘은 플라스틱의 중요한 모노머 빌딩 블록이며, 완전히 포화 된 피 페리 딘, 피리딘은 화학 원료 및 고무 가공으로 사용됩니다.

약학 적으로 유용한 피리딘

약리학 적으로 유용한 피리딘으로는 이소 니코틴산 히드라 지드 (tuberculostat isoniazid), 네비 라핀 (nevirapine)으로 알려진 항 에이즈 바이러스 약제, 협심증 조절에 사용되는 니코 란딜 계 효소 제제, 요로 진통제 및 항 염증성 설파제가있다. Diflufenican, clopyralid, paraquat 및 diquat는 제초제로 사용되는 인기있는 피리딘 유도체입니다.

6 또는 그 이상의 헤테로 원자를 갖는 2- 멤버 링

3 질소 헤테로 원자 (디아 진)를 갖는 2 단 일환 6 원 고리 헤테로 사이클은 번호가 매겨지고 아래에 나타낸 바와 같이 명명된다.

말레 산 히드라 지드는 제초제로서 사용되는 피리 다진 유도체이다. 아스 페르 질산과 같은 일부 피라진은 자연적으로 발생합니다. 상기 화합물의 구조는 다음과 같다 :

피라진 고리는 산업 및 생물학적으로 중요한 다양한 다환 화합물의 성분이다. 피라진 계열의 중요한 구성원은 페나 진, 알록 사진 및 프 테리 딘입니다. 약리학 적 및 생물학적으로 가장 중요한 디아민은 피리 미딘입니다. 시토신, 티민 및 우라실은 RNA와 DNA의 유전 암호를 구성하는 3 뉴클레오티드 염기의 5입니다. 아래는 구조입니다.

비타민 티아민에는 피리 미딘 고리가 있으며 아 모바비탈을 비롯한 합성 바르비 투르 레이트 외에 일반적으로 약물이 사용됩니다. Morpholine (parent tetrahydro-1,4-oxazine)은 살균제, 부식 방지제 및 용제로 사용하기 위해 대규모로 생산됩니다. Morpholine ring은 진정제 - 최면제 약물 인 trimetozine과 fenpropimorph와 tridemorph와 같은 일부 살균제에서도 발견됩니다. 다음은 모르 폴린의 구조식입니다.

7- 원환

고리 크기가 증가함에 따라, 위치, 유형, 및 헤테로 원자의 수를 변화시킴으로써 수득 될 수있는 화합물의 다양성이 엄청나게 증가한다. 그러나 7- 원환 또는 그 이상의 복 소환의 화학은 6 및 5- 원환 복 소환 화합물보다 덜 발달한다.
Oxepine과 Azepine 고리는 해양 생물과 알칼로이드의 다양한 자연 발생 대사 산물의 중요한 구성 성분입니다. 카프로 락탐으로 알려진 아제 핀 유도체는 나일론 -6의 중간 제조 및 합성 피혁, 코팅 및 필름의 제조에 사용하기 위해 대량으로 상업적으로 생산됩니다.
그들의 고리에 2 개 또는 1 개의 질소 원자가있는 7- 원 복 소환 화합물은 광범위하게 사용되는 정신 약물의 구조 단위 인 Prazepine (삼환계 항우울제)과 valium으로 알려진 진정제 디아제팜 (diazepam)입니다.

8- 원환

이 클래스의 복 소환 화합물의 예로는 질소, 산소 및 황이 각각의 헤테로 원자 인 아조 칸, 옥소 칸 및 티오 산이 포함된다. 그들의 각각의 불포화 유도체는 각각 azocine, oxocine 및 thiocine입니다.

9- 원환

이 부류의 복 소환 화합물의 예로는 질소, 산소 및 황이 각각의 헤테로 원자 인 아조 난, 옥소 난 및 티 오난이 포함된다. 그들의 각각의 불포화 유도체는 각각 아조 닌, 옥소 닌 및 티오 닌이다.

복소 환 화합물의 용도

헤테로 사이클은 생명 과학 및 기술의 여러 분야에서 유용합니다. 우리가 이미 토론에서 보았 듯이, 많은 약제는 복 소환 화합물입니다.

참조

IUPAC Gold Book, 헤테로 고리 화합물. 링크:

WH 파월 : Heteromonocycles에 대한 명명법의 확장 된 Hantzsch-Widman 시스템의 개정,에서 : Pure Appl. Chem.1983, 55, 409-416;

A. Hantzsch, JH Weber : 티아 졸 (Verdindungen des Thiazols, Pyridins der Thiophenreihe),에서 : 베르. Dtsch. Chem. Ges. 1887, 20, 3118-3132

Widman : ZER Nomenclatur der Verbindungen, welst Stickstoffkerne enthalten,에서 : J. Prakt. Chem. 1888, 38, 185-201;