Гетероциклическое соединение
Гетероциклическое соединение или кольцевая структура представляет собой циклическое соединение , которое имеет атомы по меньшей мере двух разных элементов в качестве членов своего кольца(й). [1] Гетероциклическая органическая химия — раздел органической химии, занимающийся синтезом, свойствами и применением органических гетероциклов . [2]
Примеры гетероциклических соединений включают все нуклеиновые кислоты , большинство лекарств, большую часть биомассы ( целлюлозу и родственные материалы) и многие природные и синтетические красители. Более половины известных соединений являются гетероциклами. [3] 59% лекарств, одобренных FDA США , содержат азотистые гетероциклы. [4]
Классификация
[ редактировать ]При изучении химии органических гетероциклов основное внимание уделяется органическим ненасыщенным производным, а преобладание работ и приложений связано с ненапряженными органическими 5- и 6-членными кольцами. Включены пиридин , тиофен , пиррол и фуран . Другой большой класс органических гетероциклов относится к конденсированным с бензольными кольцами . Например, конденсированные бензольные производные пиридина, тиофена, пиррола и фурана представляют собой хинолин , бензотиофен , индол и бензофуран соответственно. Слияние двух бензольных колец приводит к образованию третьего большого семейства органических соединений. Аналогами ранее упомянутых гетероциклов для этого третьего семейства соединений являются акридин , дибензотиофен , карбазол и дибензофуран соответственно.
Гетероциклические органические соединения можно классифицировать на основе их электронной структуры. Насыщенные органические гетероциклы ведут себя как ациклические производные. Таким образом, пиперидин и тетрагидрофуран представляют собой обычные амины и простые эфиры с модифицированными стерическими профилями. Поэтому изучение химии органических гетероциклов фокусируется на органических ненасыщенных кольцах.
Неорганические кольца
[ редактировать ]Некоторые гетероциклы не содержат углерода. Примерами являются боразин B 3 N 3 ( кольцо ), гексахлорфосфазены (кольца P 3 N 3 ) и тетранитрид тетрасеры S 4 N 4 . По сравнению с органическими гетероциклами, имеющими многочисленные коммерческие применения, неорганические кольцевые системы представляют преимущественно теоретический интерес. ИЮПАК рекомендует номенклатуру Ханча-Видмана для обозначения гетероциклических соединений. [5]
Примечания к спискам
[ редактировать ]- «Гетероатомы» представляют собой атомы в кольце, отличные от атомов углерода .
- Имена, выделенные курсивом, сохраняются ИЮПАК и не соответствуют номенклатуре Ханча-Видмана.
- Некоторые названия относятся к классам соединений, а не к отдельным соединениям.
- Также не делается попыток перечислить изомеры .
3-членные кольца
[ редактировать ]подвержены деформации кольца , они хорошо охарактеризованы. Несмотря на то, что 3-членные гетероциклические кольца [6]
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Бор | Бориран | Борирен |
| Азот | Азиридин | Азирин |
| Кислород | Оксиран ( оксид этилена , эпоксиды ) | оксирен |
| Фосфор | Фосфиран | Фосфирен |
| сера | Тииран ( эписульфиды ) | Тирен |
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| 2× Азот | Диазиридин | Диазирин |
| Азот + кислород | Оксазиридин | Оксазирин |
| 2× Кислород | диоксиран (крайне нестабильный) |
4-членные кольца
[ редактировать ]| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Азот | Азетидин | Азете |
| Кислород | оксетан | Оксете |
| Фосфор | фосфетан | Фосфет |
| сера | Тиетане | Тиете |
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| 2× Азот | Диазетидин | Диазета |
| 2× Кислород | Диоксетан | Диоксет |
| 2× Сера | дитиэтан | Дититы |
5-членные кольца
[ редактировать ]5-членные кольцевые соединения, содержащие два гетероатома, по крайней мере один из которых представляет собой азот, называются азолами . Тиазолы и изотиазолы содержат серы в кольце атом и азота. Дитиоланы имеют два атома серы.
Также существует большая группа 5-членных кольцевых соединений с тремя и более гетероатомами. Одним из примеров является класс дитиазолов , которые содержат два атома серы и один атом азота.
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Сурьма | Стоболан | Стиболе |
| Мышьяк | Арсолан | Арсоль |
| Висмут | Бисмолан | Бисмол |
| Бор | Боролан | Бороле |
| Азот | Пирролидин («Азолидин» не используется) | Пиррол («Азол» не используется) |
| Кислород | Тетрагидрофуран | Открыть |
| Фосфор | фосфолан | фосфол |
| Селен | Селенолан | Селенофен |
| Кремний | Силациклопентан | Силоле |
| сера | Тетрагидротиофен | Тиофен |
| Теллур | Теллурофен | |
| Полагать | Станолан | Станоле |
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенные (и частично ненасыщенные) |
|---|---|---|
| 2× азот | имидазолидин Пиразолидин |
Имидазол ( Имидазолин ) Пиразол ( Пиразолин ) |
| Кислород + сера | 1,3-оксатиолан 1,2-оксатиолан |
Оксатиол ( Оксатиолин ) изоксатиол |
| Азот + Кислород | Оксазолидин Изоксазолидин |
Оксазол ( Оксазолин ) Изоксазол |
| Азот + сера | Тиазолидин Изотиазолидин |
Тиазол ( Тиазолин ) Изотиазол |
| 2× кислород | Диоксолан | |
| 2× сера | Дитиолан | Дитиол |
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| ННН | Триазолы | |
| ННО | Фуразан Оксадиазол | |
| ННС | Тиадиазол | |
| НЕТ | Диоксазол | |
| НСС | Дитиазол | |
| НННН | Тетразол | |
| ННННО | Оксатетразол | |
| ННННС | Тиатетразол | |
| ННННН | Пентазол |
6-членные кольца
[ редактировать ]| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный | Ионы |
|---|---|---|---|
| Сурьма | стибинин [7] | ||
| Мышьяк | Арсинан | арсин | |
| Висмут | Бисмин [8] | ||
| Бор | Боринан | Боринин | Боратабензол анион |
| германий | Жерминан | зародыш | |
| Азот | Пиперидин (Азинан не используется) |
Пиридин ( Азин не используется) |
пиридиния Катион |
| Кислород | Оксана | Пиран (2 H – оксин не используется) |
пирилия Катион |
| Фосфор | фосфинан | фосфинин | |
| Селен | Селенане | Селенопиран [9] | селенопирилия Катион |
| Кремний | Силинан | Силы | |
| сера | Тиана | Тиопиран (2 H -Тиин не используется) |
тиопирилия Катион |
| Теллур | Теллуран | Теллуропиран | теллуропирилия катион |
| Полагать | Станнинан | Станнин |
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Азот / азот | Диазинан | Диазин |
| Кислород / азот | Морфолин | Оксазин |
| Сера/азот | Тиоморфолин | Тиазин |
| Кислород / Сера | Оксатиан | Скажи мне |
| Кислород / кислород | Диоксан | Диоксин |
| Сера / сера | Дитиана | Дитиин |
| Бор/азот | 1,2-Дигидро-1,2-азаборин |
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Азот | Триазинан | Триазин |
| Кислород | Триоксан | |
| сера | Тритиан |
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Азот | Тетразин | |
| 2 азота, 2 бора | Карборазин |
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Азот | Пентазины |
Шестичленные кольца с шестью гетероатомами
[ редактировать ]Гипотетическим химическим соединением с шестью гетероатомами азота будет гексазин . Боразин представляет собой шестичленное кольцо с тремя гетероатомами азота и тремя гетероатомами бора.
7-членные кольца
[ редактировать ]В 7-членном кольце гетероатом должен быть способен обеспечить пустую π-орбиталь (например, бор) для того, чтобы была доступна «нормальная» ароматическая стабилизация; в противном случае гомоароматика возможна .
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Бор | Борепин | |
| Азот | Азепан | Азепин |
| Кислород | оксепан | оксепин |
| сера | Типане | Тиепин |
| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Азот | Диазепан | Диазепин |
| Азот/сера | Тиазепин |
8-членные кольца
[ редактировать ]| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Азот | Азокан | Азоцин |
| Кислород | оксокан | Оксоцин |
| сера | Тиокан | Тиоцин |
| 4 азота, 4 бора | Боразоцин |
9-членные кольца
[ редактировать ]| Гетероатом | Насыщенный | Ненасыщенный |
|---|---|---|
| Азот | Вы понимаете | Азонин |
| Кислород | Оксонан | Оксонин |
| сера | Тионан | Тионин |
Изображения колец с одним гетероатомом
[ редактировать ]| Насыщенный | Ненасыщенный | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Гетероатом | Азот | Кислород | сера | Азот | Кислород | сера | |
| 3-атомное кольцо | Азиридин | оксираны | Тиране | Азирин | оксирен | Тирен | |
 |
 |
 |
 |
 |
| ||
| 4-атомное кольцо | Азетидин | оксетан | Тиетане | Азете | Оксете | Тиете | |
 |
 |
 |
 |
 |
| ||
| 5-атомное кольцо | Пирролидин | Оксолан | Тиолан | Пиррол | Открыть | Тиофен | |
 |
 |
|
 |
 |
| ||
| 6-атомное кольцо | Пиперидин | Оксана | Тиана | Пиридин | Пиран | Тиопиран | |
 |
 |
|
 |
 |
| ||
| 7-атомное кольцо | Азепан | оксепан | Типане | Азепин | оксепин | Тиепин | |
 |
 |
 |
 |
 |
| ||
| 8-атомное кольцо | Азокан | оксокан | Тиокан | Азоцин | Оксоцин | Тиоцин | |
 |
 |
 |
 |
 |
| ||
| 9-атомное кольцо | Вы понимаете | Оксонан | Тионан | Азонин | Оксонин | Тионин | |
 |
 |
 |
 |
 |
| ||
Сплавленные/конденсированные кольца
[ редактировать ]Системы гетероциклических колец, которые формально образуются путем слияния с другими кольцами, карбоциклическими или гетероциклическими, имеют множество общих и систематических названий. Например, с бензоконденсированными ненасыщенными азотистыми гетероциклами пиррол образует индол или изоиндол в зависимости от ориентации. Аналогом пиридина является хинолин или изохинолин . Для азепина бензазепин предпочтительным названием является . Аналогично, соединениями с двумя бензольными кольцами, конденсированными с центральным гетероциклом, являются карбазол , акридин и дибензоазепин. Тиенотиофен представляет собой слияние двух тиофеновых колец. Фосфафеналены представляют собой трициклическую фосфорсодержащую гетероциклическую систему, производную карбоцикла феналена .
История гетероциклической химии
[ редактировать ]История гетероциклической химии началась в 1800-х годах, одновременно с развитием органической химии . Некоторые примечательные события: [10]
- 1818: Бруньятелли производит аллоксан из мочевой кислоты.
- 1832: Доберейнер производит фурфурол (фуран) путем обработки крахмала . серной кислотой
- 1834: Рунге получает пиррол («огненное масло») путем сухой перегонки костей.
- 1906: Фридлендер синтезирует краситель индиго , что позволяет синтетической химии вытеснить крупную сельскохозяйственную промышленность.
- 1936: Трейбс выделяет производные хлорофилла из сырой нефти, объясняя биологическое происхождение нефти.
- 1951: правила Чаргаффа Описаны , подчеркивающие роль гетероциклических соединений ( пуринов и пиримидинов ) в генетическом коде.
Использование
[ редактировать ]Гетероциклические соединения широко распространены во многих областях наук о жизни и технологий. [2] Многие лекарства представляют собой гетероциклические соединения. [11]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Золотой книги ИЮПАК Гетероциклические соединения
- ^ Jump up to: а б Томас Л. Гилкрист «Гетероциклическая химия» 3-е изд. Эддисон Уэсли: Эссекс, Англия, 1997. 414 с. ISBN 0-582-27843-0 .
- ^ Рис, Чарльз В. (1992). «Полисера-азот гетероциклическая химия». Журнал гетероциклической химии . 29 (3): 639–651. дои : 10.1002/jhet.5570290306 .
- ^ Эдон Витаку, Дэвид Т. Смит, Джон Т. Ньярдарсон (2014). «Анализ структурного разнообразия, закономерностей замещения и частоты азотных гетероциклов среди фармацевтических препаратов, одобренных FDA США». Дж. Мед. Хим . 57 (24): 10257–10274. дои : 10.1021/jm501100b . ПМИД 25255204 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Имя Ханча – Видмана ». дои : 10.1351/goldbook.H02737
- ^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
- ^ «Стибинин» . химпаук . Королевское химическое общество . Проверено 11 июня 2018 г.
- ^ «Бисмин» . Химический Паук . Королевское химическое общество . Проверено 11 июня 2018 г.
- ^ «Селенопираниум» . Химический Паук . Королевское химическое общество . Проверено 11 июня 2018 г.
- ^ Кампейн, Э. (1986). «Адриен Альберт и рационализация гетероциклической химии». Журнал химического образования . 63 (10): 860. Бибкод : 1986ЖЧЭд..63..860С . дои : 10.1021/ed063p860 .
- ^ «Многоязычный патентный поиск IPEXL.com, рейтинг патентов» . www.ipexl.com . Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 8 сентября 2010 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Номенклатура Ханча-Видмана, ИЮПАК
- Гетероциклические амины в приготовленном мясе, Центр по контролю и профилактике заболеваний США.
- Список известных и вероятных канцерогенов, Американское онкологическое общество. Архивировано 13 декабря 2003 г. в Wayback Machine.
- Список известных канцерогенов штата Калифорния , Предложение 65 (более полный)
