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

При изучении химии органических гетероциклов особое 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

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

«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

подвержены деформации кольца , они хорошо охарактеризованы. Несмотря на то, что 3-членные гетероциклические кольца ^{[ 6 ]}

Трехчленные кольца; *один* гетероатом
Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
Бор	Бориран	Борирен
Азот	Азиридин	Азирин
Кислород	Оксиран ( оксид этилена , эпоксиды )	оксирен
Фосфор	Фосфиран	Фосфирен
сера	Тииран ( эписульфиды )	Тирен

Трехчленные кольца; *два* гетероатома
Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
2× Азот	Диазиридин	Диазирин
Азот + кислород	Оксазиридин	Оксазирин
2× Кислород	диоксиран (крайне нестабильный)

4-членные кольца

Четырехчленные кольца; *один* гетероатом
Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
Азот	Азетидин	Азете
Кислород	оксетан	Оксете
Фосфор	фосфетан	Фосфет
сера	Тиетане	Тиете

Четырехчленные кольца; *два* гетероатома
Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
2× Азот	Диазетидин	Диазета
2× Кислород	Диоксетан	Диоксет
2× Сера	дитиэтан	Дититы

5-членные кольца

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.

Пятичленные кольца; *один* гетероатом
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

Пятичленные кольца; *два* гетероатома
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

Пятичленные кольца; минимум *три* гетероатома
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

Шестичленные кольца; *один* гетероатом
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

Шестичленные кольца; *два* гетероатома
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

Шестичленные кольца; *три* гетероатома
Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
Азот	Триазинан	Триазин
Кислород	Триоксан
сера	Тритиан

Шестичленные кольца; *четыре* гетероатома
Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
Азот		Тетразин
2 азота, 2 бора		Карборазин

Шестичленные кольца; *пять* гетероатомов
Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
Азот		Пентазины

Шестичленные кольца с шестью гетероатомами

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

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 .

Семичленные кольца; *один* гетероатом
Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
Бор		Борепин
Азот	Азепан	Азепин
Кислород	оксепан	оксепин
сера	Типане	Типин

Семичленные кольца; *два* гетероатома
Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
Азот	Диазепан	Диазепин
Азот/сера		Тиазепин

8-членные кольца

Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
Азот	Азокан	Азоцин
Кислород	оксокан	Оксоцин
сера	Тиокан	Тиоцин
4 азота, 4 бора		Боразоцин

9-членные кольца

Гетероатом	Насыщенный	Ненасыщенный
Азот	Вы понимаете	Азонин
Кислород	Оксонан	Оксонин
сера	Тионан	Тионин

Изображения колец с одним гетероатомом

	Насыщенный			Ненасыщенный
Гетероатом	Азот	Кислород	сера	Азот	Кислород	сера
3-атомное кольцо	Азиридин	оксираны	Тиране	Азирин	оксирен	Тирен
3-атомное кольцо
4-атомное кольцо	Азетидин	оксетан	Тиетане	Азете	Оксете	Тиете
4-атомное кольцо
5-атомное кольцо	Пирролидин	Оксолан	Тиолан	Пиррол	Открыть	Тиофен
5-атомное кольцо
6-атомное кольцо	Пиперидин	Оксана	Тиана	Пиридин	Пиран	Тиопиран
6-атомное кольцо
7-атомное кольцо	Азепан	оксепан	Типане	Азепин	оксепин	Типин
7-атомное кольцо
8-атомное кольцо	Азокан	оксокан	Тиокан	Азоцин	Оксоцин	Тиоцин
8-атомное кольцо
9-атомное кольцо	Вы понимаете	Оксонан	Тионан	Азонин	Оксонин	Тионин
9-атомное кольцо

Сплавленные/конденсированные кольца

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 . Аналогичным образом, 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

История гетероциклической химии началась в 1800-х годах, одновременно с развитием органической химии . Некоторые примечательные события: ^{[ 10 ]}

1818: Бругнателли 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

Гетероциклические соединения широко распространены во многих областях наук о жизни и технологий. ^{[ 2 ]} Многие лекарства представляют собой гетероциклические соединения. ^{[ 11 ]}

См. также

спирокетал

Ссылки

^ Золотой книги ИЮПАК Гетероциклические соединения
^ Перейти обратно: ^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). «Адриан 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

[1] Золотой книги ИЮПАК Гетероциклические соединения

[Gilchrist-2] Перейти обратно: ^а ^б Томас Л. Гилкрист «Гетероциклическая химия» 3-е изд. Эддисон Уэсли: Эссекс, Англия, 1997. 414 с. ISBN 0-582-27843-0 .

[Rees-3] Рис, Чарльз В. (1992). «Полисера-азот гетероциклическая химия». Журнал гетероциклической химии . 29 (3): 639–651. дои : 10.1002/jhet.5570290306 .

[4] 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 )

[5] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Имя Ханча – Видмана ». дои : 10.1351/goldbook.H02737

[6] 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

[C5H5Sb-7] «Стибинин» . химпаук . Королевское химическое общество . Проверено 11 июня 2018 г.

[C5H5Bi-8] «Бисмин» . Химический Паук . Королевское химическое общество . Проверено 11 июня 2018 г.

[C5H5Se+-9] «Селенопираниум» . Химический Паук . Королевское химическое общество . Проверено 11 июня 2018 г.

[10] Кампейн, Э. (1986). «Адриан Альберт и рационализация гетероциклической химии». Журнал химического образования . 63 (10): 860. Бибкод : 1986ЖЧЭд..63..860С . дои : 10.1021/ed063p860 .

[11] «Многоязычный патентный поиск IPEXL.com, рейтинг патентов» . www.ipexl.com . Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 8 сентября 2010 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]