blog

Heterocycles Paling Berpengaruh Di Dunia

Heterocycles Paling Berpengaruh Di Dunia

Senyawa heterosiklik

Senyawa heterosiklik, juga dikenal sebagai struktur cincin pada dasarnya adalah senyawa yang mengandung atom dari dua unsur berbeda sebagai anggota cincin / cincinnya. Senyawa heterosiklik mungkin merupakan yang paling bervariasi dan paling banyak jumlah keluarga senyawa organik.

Terlepas dari fungsi dan struktur, setiap senyawa karbosiklik dapat diubah menjadi berbagai analog heterosiklik dengan hanya mengganti satu atau lebih atom cincin karbon dengan elemen yang berbeda. Akibatnya, heterocycles telah menawarkan platform untuk pertukaran penelitian di berbagai bidang termasuk tetapi tidak terbatas pada farmasi, obat, analitik, dan kimia organik dari senyawa heterosiklik.

Contoh utama senyawa heterosiklik adalah sebagian besar obat, asam nukleat, mayoritas pewarna sintetis dan alami, dan mayoritas biomassa seperti selulosa dan bahan terkait.

Klasifikasi

Meskipun senyawa heterosiklik dapat berupa senyawa organik atau anorganik, sebagian besar memiliki setidaknya satu karbon. Senyawa ini dapat diklasifikasikan menurut struktur elektroniknya. Senyawa heterosiklik jenuh berperilaku dengan cara yang sama seperti derivatif asiklik. Akibatnya, tetrahidrofuran dan piperidin adalah eter dan amina konvensional dengan profil sterik yang dimodifikasi.

Studi tentang kimia heterosiklik, oleh karena itu, berfokus terutama pada turunan tak jenuh dan aplikasi melibatkan lima tanpa tegang serta cincin beranggota enam. Ini termasuk furan, pirol, tiofen, dan piridin. Senyawa heterosiklik golongan besar selanjutnya menyatu dengan cincin benzen, yang untuk furan, pirola, tiofena, dan piridina masing-masing adalah benzofuran, indole, benzothiophene, dan quinoline. Jika dua cincin benzen menyatu, ini menghasilkan senyawa keluarga besar lainnya, yang dibenzofuran, carbazole, dibenzothiophene, dan aridine. Cincin tidak jenuh dapat diklasifikasikan berdasarkan partisipasi heteroatom dalam sistem pi, sistem terkonjugasi.

Persiapan dan reaksi

Cincin beranggota 3

Senyawa heterosiklik dengan tiga atom dalam cincin adalah cara yang lebih reaktif dari strain cincin. Heterocycles mengandung satu heteroatom umumnya stabil. Yang mengandung dua heteroatom terjadi, secara umum sebagai intermediet reaktif.

Oxiranes, juga dikenal sebagai epoksida adalah heterosiklik beranggota 3 yang paling umum. Oxiranes disiapkan dengan mereaksikan peracid dengan alkena, dengan stereospecificity yang baik. Oxiran lebih reaktif daripada eter tak jenuh karena strain sudut tinggi cincin beranggota 3. Reaksi tambahan yang dilakukan oleh pembukaan nukleofilik dan elektrofilik cincin adalah kelas reaksi yang paling umum.

Reaksi semacam ini terlibat dalam aksi farmakologi nitrogen yang merupakan salah satu obat antikanker pertama yang dikembangkan. Penutupan cincin intramolekul seperti dalam kasus agen antikanker mechlorethamine membentuk ion aziridium menengah. Agen biologis aktif yang terbentuk menyerang sel yang berproliferasi termasuk sel-sel kanker melalui penghambatan replikasi DNA mereka. Nitrogen mustard juga telah digunakan sebagai agen antikanker.

Secara komersial aziridine dan oxirane adalah bahan kimia industri besar yang penting. Pada produksi skala besar oksirana, etilena langsung bereaksi dengan oksigen. Reaksi kimia, yang paling khas dari cincin beranggota 3 ini, adalah bahwa mereka rentan terhadap serangan oleh reagen nukleofilik untuk membuka cincin seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Tiga anggota paling umum senyawa heterosiklik dengan satu heteroatom termasuk:

Jenuh tak jenuh
Thiirane (episulfides) Thiirene
Phosphirane Phosphirene
Epoksida (oksirana, etilen oksida) Oxirene
Aziridine Azirine
Borirane Borirene

Senyawa heterosiklik tiga anggota yang paling umum dengan dua heteroatom termasuk Diaziridine sebagai turunan jenuh dan Diazirine sebagai derivatif tak jenuh serta Dioxirane dan Oxaziridine.

Cincin Empat Anggota

Berbagai metode persiapan cincin heterocycles beranggota 4 ditunjukkan dalam diagram di bawah ini. Proses bereaksi amina, tiol atau 3-halo dengan basa biasanya efektif tetapi dengan hasil yang biasa-biasa saja. Dimerisasi dan eliminasi adalah reaksi samping yang khas. Fungsi lain juga dapat bersaing dalam reaksi.

Dalam contoh pertama, siklisasi ke oxirane selalu bersaing dengan pembentukan thietane, tetapi nukleofilitas yang lebih tinggi mendominasi terutama jika seseorang menggunakan basis yang lemah.

Pada contoh kedua, pembentukan kedua azetidine dan aziridine dimungkinkan, tetapi hanya yang terakhir yang terlihat. Contoh nomor empat menunjukkan bahwa pendekatan ini untuk pembentukan fungsi azetidine dengan baik jika tidak ada persaingan.

Pada contoh ketiga, konfigurasi kaku dari substrat mendukung pembentukan oxetane dan mencegah siklisasi oxirane. Dalam contoh 5 dan 6, photocyclizations Paterno-Buchi sangat cocok untuk pembentukan oxetane.

Metode mempersiapkan heterocycles cincin beranggota 4

Reaksi

Reaksi anggota 4 senyawa heterosiklik juga menunjukkan pengaruh strain cincin. Diagram berikut menunjukkan beberapa contoh. Asam-katalisis adalah fitur khas dari berbagai reaksi pembukaan cincin yang ditunjukkan dalam contoh 1,2, dan 3a. Dalam reaksi 2 thietane, sulfur mengalami klorinasi elektrofilik yang mengarah pada pembentukan klorosulfonium antara dan substitusi ion klorida pembukaan cincin. Dalam reaksi 3b, nukleofil yang kuat juga terlihat membuka tegang eter. Reaksi pembelahan beta-lakton dapat terjadi baik dengan pertukaran asil yang dikatalisis asam seperti yang terlihat pada 4a. Ini juga dapat terjadi oleh ruptur alkil-O oleh nukleofil seperti pada 4b.

Contoh nomor 6 menunjukkan fenomena menarik penataan ulang intramolekul dari orto-ester. Reaksi 6 menunjukkan pembelahan Beta-laktam penisilin G yang menjelaskan reaksi asilasi yang ditingkatkan dari sistem cincin leburan.

Contoh reaksi senyawa heterosiklik beranggota 4

Paling berguna senyawa heterosiklik dengan cincin beranggota 4 adalah dua seri antibiotik, sefalosporin, dan penisilin. Kedua seri mengandung cincin azetidinone yang juga dikenal sebagai cincin Beta-laktam.
Banyak oxetanes sedang diselidiki sebagai antiviral, antikanker, anti-inflamasi, dan agen antijamur. Oxetanones, di sisi lain, sebagian besar diterapkan dalam pertanian sebagai bakterisida, fungisida, dan herbisida dan dalam pembuatan polimer.
Induk thietane ditemukan dalam minyak serpih, sementara turunannya yang berbau busuk bekerja sebagai penanda aroma untuk polecats Eropa, musang, dan cerpelai. Thietanes digunakan sebagai fungisida dan bakterisida dalam cat, sebagai inhibitor korosi besi, dan dalam pembuatan polimer.

Senyawa beranggota empat bercampur dengan satu heteroatom

Heteroatom Jenuh Tidak Jenuh

Heteroatom Jenuh tak jenuh
Belerang Thietane Azete
Oksigen Oxetane Oxete
Nitrogen Azetidine Azete

Senyawa beranggota empat bercampur dengan dua heteroatom

Heteroatom Jenuh tak jenuh
Belerang Dithietane Dithiete
Oksigen Dioxetane Dioxete
Nitrogen Diazetidine Diazete

Cincin beranggota 5 dengan satu heteroatom

Tiofena, furan, dan pirola adalah senyawa aromatik induk dari heterocycles cincin beranggota 5. Inilah strukturnya:

Turunan jenuh tiofena, furan, dan pirola adalah tiopan, tetrahidrofuran, dan pirolidin. Senyawa bisiklik yang terbuat dari cincin tiofena, furan, atau pirola yang menyatu dengan cincin benzena dikenal sebagai benzothiophene, benzofuran, isoindole (atau indole) masing-masing.
Nitrogen heterosycle pirolis biasanya terjadi pada minyak tulang yang dibentuk oleh dekomposisi protein melalui pemanasan yang kuat. Cincin pirolis ditemukan dalam asam amino seperti hidroksiprolin dan prolin yang merupakan komponen dari berbagai protein yang terdapat dalam konsentrasi tinggi dalam protein struktural ligamen, tendon, kulit, dan tulang dan kolagen.
Turunan Pyrrole ditemukan dalam alkaloid. Nikotin adalah pirol paling dikenal yang mengandung alkaloid. Hemoglobin, myoglobin, Vitamin B12, dan klorofil, semuanya terbentuk dengan menggabungkan empat unit pirol dalam sistem cincin besar yang disebut porphyrin, seperti yang ditunjukkan oleh klorofil B di bawah ini.

Pigmen empedu terbentuk melalui dekomposisi cincin porfirin dan memiliki rantai cincin pirola 4.
Persiapan heterocycles cincin beranggota 5
Persiapan industri hasil furan seperti yang ditunjukkan di bawah ini dengan cara aldehid, furfural, yang dihasilkan dari pentosa yang mengandung bahan baku seperti tongkol jagung. Persiapan serupa tiofena dan pirol ditampilkan pada baris kedua persamaan.
Baris ketiga persamaan yang menunjukkan persiapan umum tiofena tersubtitusi, pirolon, furan dari senyawa 1,4-dicarbonyl. Banyak reaksi lain yang mengarah pada pembentukan heterosiklik tersubstitusi dari jenis ini telah dimulai. Dua dari prosedur ini telah ditunjukkan pada reaksi kedua dan ketiga. Furan dikurangi dengan hidrogenasi yang dikatalisasi palladium menjadi tetrahidrofuran. Ini siklik eter adalah pelarut berharga yang tidak hanya dapat dikonversi ke 4-haloalkilsulfonat tetapi juga 1,4-dihalobutanes yang dapat digunakan untuk menyiapkan tiolana dan pirolidin.

Cincin beranggota lima berpadu dengan satu heteroatom

Heteroatom tak jenuh Jenuh
antimony Stibole Stibolane
Arsenik Arsole Arsolane
bismut Bismole Bismolane
Boron Borole Borolane
Nitrogen pirol Pyrrolidine
Oksigen Furan Tetrahidrofuran

Cincin beranggota 5 dengan heteroatom 2

Senyawa cincin beranggota lima yang mengandung heteroatom 2 dan setidaknya satu dari heteroatom adalah Nitrogen, dikenal sebagai azoles. Isothiazoles dan tiazoles memiliki atom nitrogen dan belerang di dalam cincin. Senyawa dengan dua atom belerang dikenal sebagai Dithiolanes.

Heteroatom Tidak jenuh (dan sebagian tidak jenuh) Jenuh
Nitrogen

/nitrogen

Pyrazole (Pyrazoline)

Imidazole (Imidazoline)

Pyrazolidine

Imidazolidine

Nitrogen / oksigen Isoxazole

Oxazoline (oxazole)

Isoxazolidine

oxazolidine

Nitrogen / sulfur Isothiazole

Thiazoline (Thiazole)

Isothiazolidine

Thiazolidine

Oksigen / oksigen Dioxolane
Sulfur / belerang Dithiolane

Beberapa pyrazoles terjadi secara alami. Senyawa kelas ini disiapkan dengan mereaksikan 1,3-diketones dengan hidrazin. Senyawa pirazol sintetis paling banyak digunakan sebagai obat dan pewarna. Mereka termasuk analgesic aminopyrine, phenybutazone yang digunakan dalam pengobatan arthritis, pewarna serat dan tartrazine warna makanan kuning, dan mayoritas pewarna yang digunakan dalam fotografi warna sebagai agen sensitisasi.

Cincin beranggota 5 dengan heteroatom 3

Ada juga kelompok besar senyawa cincin beranggota lima dengan setidaknya 3 heteroatom. Salah satu contoh senyawa tersebut adalah dithiazoles yang mengandung atom nitrogen dan dua sulfur.

Cincin beranggota 6 dengan 1 heteroatom

Nomenklatur yang digunakan dalam senyawa-senyawa cincin beranggota-monosiklik mengandung monosiklik di sini di bawah ini. Posisi pada cincin untuk piridina ditunjukkan, angka Arab lebih disukai daripada huruf Yunani, meskipun kedua sistem digunakan. Pyridones adalah senyawa aromatik yang berasal dari kontribusi resonansi hibrida dari bentuk resonansi bermuatan seperti yang ditunjukkan untuk 6-pyridone.

Dua koenzim utama yang terlibat dalam berbagai reaksi metabolik penting dalam sel, NAD (juga dikenal sebagai coenzyme1) dan NADP (juga dikenal sebagai coenyme II), berasal dari nicotinamide.
Mayoritas alkaloid mengandung struktur cincin piperidin atau piridin, di antaranya adalah piperin (merupakan salah satu dari lada hitam dan putih yang tajam) dan nikotin. Struktur mereka ditunjukkan di bawah ini.

Pyridine yang pernah diekstraksi dari tar batubara tetapi sekarang disiapkan secara katalitis dari amonia dan tetrahidrofurfuril alkohol adalah intermediet penting dan pelarut yang digunakan untuk memproduksi senyawa lain. Vinylpyridines adalah blok bangunan monomer yang penting dari plastik, dan piperidin yang jenuh penuh, piridina digunakan sebagai bahan baku kimia dan pengolahan karet.

Piridin bermanfaat secara farmasi

Piridina yang berguna secara farmasi termasuk asam hidrazida isonikotinat (tuberculostat isoniazid), obat anti-AIDS-virus yang dikenal sebagai nevirapine, nicorandil-avasodilator yang digunakan untuk mengontrol angina, phenazopyridine-analgesik saluran kemih serta obat sulfa anti-inflamasi. Diflufenika, clopyralid, paraquat, dan diquat adalah turunan piridina populer yang digunakan sebagai herbisida.

Cincin beranggota 6 dengan 2 atau lebih heteroatom

The 3 monosiklik heterocycles cincin beranggota enam dengan 2 nitrogen heteroatoms (diazines) diberi nomor dan dinamai seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Hidrazida maleat adalah turunan pyridazine yang digunakan sebagai herbisida. Beberapa pirazin seperti asam aspergillic terjadi secara alami. Berikut adalah struktur dari senyawa yang disebutkan sebelumnya:

Cincin pirazin adalah komponen dari berbagai senyawa polisiklik penting industri dan biologis. Anggota penting dari keluarga pyrazine adalah phenazines, alloxazines, dan pteridine. Secara farmakologis dan biologis, diazin yang paling penting adalah pirimidin. Cytosine, thymine, dan uracil adalah 3 dari basis nukleotida 5 yang merupakan kode genetik dalam RNA dan DNA. Di bawah ini adalah struktur mereka:

Vitamin tiamin memiliki cincin pirimidin dan selain barbiturat sintetis termasuk amobarbital adalah obat yang biasa digunakan. Morpholine (induk tetrahidro-1,4-oxazine) diproduksi dalam skala besar untuk digunakan sebagai fungisida, inhibitor korosi, dan pelarut. Cincin morpholine juga ditemukan dalam obat sedatif-hipnotik trimetozine dan beberapa fungisida seperti fenpropimorph dan tridemorph. Inilah rumus struktural untuk morpholine:

Cincin beranggota 7

Ketika ukuran cincin meningkat, berbagai senyawa yang dapat diperoleh dengan memvariasikan lokasi, jenis, dan jumlah heteroatom meningkat sangat besar. Namun, kimia heterosiklik dengan cincin beranggota 7 atau lebih kurang berkembang dibandingkan dengan senyawa heterosiklik cincin 6 dan 5-membered.
Cincin oksepine dan Azepine merupakan konstituen penting dari berbagai produk metabolisme organisme laut dan alkaloid yang terjadi secara alami. Turunan azepine yang dikenal sebagai kaprolaktam diproduksi secara komersial dalam jumlah besar untuk digunakan dalam pembuatan nilon-6 sebagai bahan antara dan dalam produksi kulit sintetis, pelapis, dan film.
Senyawa heterosiklik beranggota 7 dengan dua atau satu atom nitrogen dalam cincin mereka adalah unit struktural psikofarmaka yang digunakan secara luas Prazepine (antidepresan trisiklik) dan obat penenang diazepam juga dikenal sebagai valium.

Cincin beranggota 8

Contoh senyawa heterosiklik di kelas ini termasuk azocane, oxocane, dan thiocane dengan Nitrogen, oksigen, dan sulfur menjadi heteroatom masing-masing. Turunan unsaturated masing-masing adalah azocine, oxocine, dan thiocine.

Cincin beranggota 9

Contoh senyawa heterosiklik di kelas ini termasuk azonane, oxonane, dan thionane dengan Nitrogen, oksigen, dan sulfur menjadi heteroatom masing-masing. Turunan unsaturated masing-masing adalah azonine, oxonine, dan thionine.

Penggunaan senyawa heterosiklik

Heterosiklik berguna dalam beberapa bidang ilmu kehidupan dan teknologi. Seperti yang telah kita lihat dalam diskusi kami, banyak obat adalah senyawa heterosiklik.

Referensi

Buku Emas IUPAC, senyawa heterosiklik. Link:

WH Powell: Revisi Sistem Hantzsch-Widman dari Nomenklatur untuk Heteromonocycles, di: Pure Appl. Chem.1983, 55, 409 – 416;

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

O. Widman: Zur Nomenclatur der Verbindungen, welche Stickstoffkerne enthalten, di: J. Prakt. Chem. 1888, 38, 185 – 201;