المدوَّنة

معظم غير التخصيب غير المتكافئ في العالم

معظم غير التخصيب غير المتكافئ في العالم

المركبات غير المتجانسة

المركب الحلقية غير المتجانسة ، والمعروف أيضًا باسم هيكل الحلقة هو في الأساس مركب يحتوي على ذرات من عنصرين متميزين كأعضاء في الحلقة / الحلقات. ربما تشكل المركبات الحلقية غير العضوية الأكثر تنوعا وأكبر عدد من عائلة المركبات العضوية.

بغض النظر عن الوظائف والهيكل ، يمكن تحويل كل مركّب كربوكسيلي إلى نظائر مختلفة غير متجانسة عن طريق استبدال ذرة حلقة كربونية واحدة أو أكثر بعنصر مختلف. ونتيجة لذلك ، قدمت الدورات غير المتجانسة منصة لتبادل الأبحاث في مجالات مختلفة بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الكيمياء الصيدلانية والطبية والتحليلية والعضوية للمركبات غير المتجانسة.

الأمثلة الرئيسية للمركبات الحلقية غير المتجانسة هي معظم الأدوية ، الأحماض النووية ، غالبية الأصباغ الاصطناعية والطبيعية ، وغالبية الكتلة الحيوية مثل السليولوز والمواد ذات الصلة.

تصنيف

على الرغم من أن المركبات الحلقية غير المتجانسة قد تكون مركبات عضوية أو غير عضوية ، إلا أن معظمها يحتوي على كربون واحد على الأقل. يمكن تصنيف هذه المركبات وفقًا لهيكلها الإلكتروني. المركبات غير المتجانسة الحلقية المشبعة تتصرف بنفس الطريقة التي تتصرف بها مشتقات الحلقات اللا حلقية. ونتيجة لذلك ، فإن رباعي هيدروفيوران والبيبيريدين هما إثيرات وأمينات تقليدية ذات ملفات استاتيكا معدلة.

ولذلك ، فإن دراسة الكيمياء غير المتجانسة ، تركز بشكل رئيسي على المشتقات غير المشبعة والتطبيقات التي تشتمل على حلقات غير ملزمة بخمسة وكذلك حلقات سداسية. وهذا يشمل الفوران ، البيرول ، ثيوفين ، وبيريدين. يتم دمج الفئة الكبيرة التالية من المركبات الحلقية غير المتجانسة في حلقات بنزين ، والتي لفيوران ، بيرول ، ثيوفين ، وبيريدين هي benzofuran ، indole ، benzothiophene ، و quinoline ، على التوالي. إذا تم دمج حلقتين للبنزين ، فإن ذلك يؤدي إلى عائلة كبيرة أخرى من المركبات ، وهي ديبنزوفيوران ، كاربازول ، ديبنزوثيوفين ، وأريدين. يمكن تصنيف الحلقات غير المشبّعة بناءً على مشاركة ذرات مغايرة في نظام pi ، نظام مترافق.

التحضير وردود الفعل

حلقات 3-membered

المركبات الحلقية غير المتجانسة بثلاث ذرات في الحلقة هي طريقة أكثر تفاعلية من إجهاد الحلقة. تكون الدورات غير المتجانسة المحتوية على ذرة واحدة مستقرة بشكل عام. تلك التي تحتوي على اثنين من heteroatoms تحدث ، بصفة عامة وسيطة رد الفعل.

Oxiranes ، والمعروف أيضًا باسم epoxides هي أكثر الدورات غير المتجانسة ذات الصلة بـ 3. يتم تحضير Oxiranes عن طريق تفاعل peracids مع الألكينات ، مع درجة انحراف نوعي جيد. Oxiranes أكثر تفاعلاً من إثير غير مشبع من المجاملة ذات السلالة العالية من الحلقة ذات العضو 3. تفاعلات الإضافة التي تمضي من خلال فتح nucleophilic و electrophilic للحلقة هي فئة التفاعل الأكثر عمومية.

ويشارك تفاعل من هذا النوع في العمل الدوائي لخرز النيتروجين الذي كان من بين أول الأدوية المضادة للسرطان المتقدمة. إغلاق حلقة داخل جزيئية كما في حالة عامل مضاد للسرطان ميكلورثامين يشكل أيزيريون الأيوني وسيطة. ويهاجم العامل النشط المكون بيولوجيا الخلايا المتكاثرة بما في ذلك الخلايا السرطانية من خلال تثبيط تضاعف الحمض النووي. كما تم استخدام خردل النيتروجين كعوامل مضادة للسرطان.

الأزيريدين والأكسيراني تجاريا هي المواد الكيميائية الصناعية السائبة الأساسية. على إنتاج واسع النطاق من oxirane ، يتفاعل الإيثيلين مباشرة مع الأكسجين. إن التفاعل الكيميائي ، الذي يعتبر أكثر الخصائص المميزة لهذه الحلقات ذات الصلة بـ 3 ، هو أنها عرضة للهجوم بواسطة الكواشف النووية وذلك لفتح الحلقة كما هو موضح أدناه:

الأكثر شيوعا ثلاثة أعضاء مركبات غير متجانسة مع واحد heteroatom تشمل:

مشبع غير المشبعة
ثيريان (episulfides) Thiirene
Phosphirane Phosphirene
الإيبوكسيدات (أوكسيراني ، أكسيد الإثيلين) Oxirene
Aziridine Azirine
Borirane Borirene

وتشمل المركبات الحلقية غير المتجانسة الثلاثة الأكثر شيوعًا مع ذروتين مختلفتين ديازيريدين كمشتق مشبع و Diazirine كمشتق غير مشبع بالإضافة إلى الديوكسيراين و Oxaziridine.

خواتم أربعة أعضاء

يتم عرض الطرق المختلفة لإعداد الحلقات غير المتجانسة ذات الحلقات 4 في الرسم البياني أدناه. عادة ما تكون عملية تفاعل أمين أو ثيول أو 3-halo مع قاعدة فعالة ولكن مع عوائد متوسطة. Dimerization والقضاء هي ردود فعل جانبية نموذجية. وظائف أخرى قد تتنافس أيضا في رد الفعل.

في المثال الأول ، يتنافس التأكسد مع أوكسيراني دائمًا مع تكوين الثايتين ، لكن النوكليوفيليتي الأعلى يسيطر بشكل خاص إذا استخدم أحد القاعدة الضعيفة.

في المثال الثاني ، يمكن تكوين كل من الأزيتيدين والأزيريدين ، ولكن يمكن رؤية هذا الأخير فقط. يوضح المثال رقم 4 أن هذا النهج لتشكيل azetidine يعمل بشكل جيد إذا لم تكن هناك منافسة.

في المثال الثالث ، فإن التكوين الصلب للركيزة يؤيد تكوين الأوكسيتاني ويمنع إفراز أوكسيرياني. في الأمثلة 5 و 6 ، تكون تركيبات Paterno-Buchi مناسبة بشكل خاص لتشكيل oxetane.

طرق تحضير حلقات غير مترابطة من حلقات 4

ردود الفعل

ردود الفعل من 4-membered مركبات غير متجانسة أيضا إثبات تأثير سلالة عصابة. يوضح الرسم البياني التالي بعض الأمثلة. يعتبر التحفيز الحمضي سمة نموذجية للعديد من ردود الفعل على فتح الخواتم كما هو موضح في أمثلة 1,2 و 3a. في رد فعل 2 من thietane ، يخضع الكبريت للكلور electrophilic مما يؤدي إلى تشكيل chlorosulfonium وسيطة واستبدال أيون كلوريد فتح الدائري. في رد فعل 3b ، ينظر أيضا إلى nucleophiles قوية لفتح الأثير توتر. يمكن أن تحدث تفاعلات انشقاقات بيتا لاكتونيس إما عن طريق تبادل أسيل محفز حمضي كما رأينا في 4a. يمكن أن يحدث أيضًا عن طريق التمزق alkyl-O بواسطة nucleophiles مثل 4b.

يظهر رقم المثال 6 ظاهرة مثيرة للاهتمام لإعادة ترتيب الجزيء من استر الفطر. يظهر تفاعل 6 انقسام بيتا لاكتام للبنسلين G الذي يفسر تفاعل الأسيلة المحسّن لنظام الحلبة المصهور.

أمثلة من ردود الفعل من المركبات غير المتجانسة الحلقية 4

الأكثر فائدة مركبات غير متجانسة مع الحلقات الأعضاء 4 هي سلسلة من المضادات الحيوية ، والسيفالوسبورين ، والبنسيلين. تحتوي السلسلتان على حلقة azetidinone والتي تعرف أيضاً بحلقة Beta-lactam.
يخضع العديد من الأوكسيتانات للتحقيق كعوامل مضادة للفيروسات ، مضادة للسرطان ، مضادة للالتهاب ، ومضاد للفطريات. من ناحية أخرى ، تُطبَّق الأوكسيتانيون في الغالب في الزراعة كمبيدات للبكتريا ومبيدات فطريات ومبيدات أعشاب وفي صناعة البوليمر.
تم العثور على ثيتان الأم في زيت الصخر الزيتي في حين أن مشتقاته المستخرجة من العطور تعمل كمؤشرات للعلامات القطبية الأوروبية والقوارض والمنك. يتم تطبيق Thietanes كمبيدات للفطريات والجراثيم في الطلاء ، ومثبطات التآكل الحديد ، وفي تصنيع البوليمرات.

الحلقات ذات الأربعة أرباع تتجمع مع ذرة واحدة غير متجانسة

Heteroatom المشبعة غير المشبعة

متجانسة مشبع غير المشبعة
كبريت Thietane Azete
أكسجين Oxetane Oxete
نتروجين Azetidine Azete

الحلقات ذات الأربعة أعضاء تتجمع مع اثنين من الذرات غير المتجانسة

متجانسة مشبع غير المشبعة
كبريت Dithietane Dithiete
أكسجين Dioxetane Dioxete
نتروجين Diazetidine Diazete

5-membered rings with an heteroatom single

Thiophene ، furan ، و pyrrole هي المركبات الأروماتية الأصلية من الحلقات غير المتجانسة الحلقية ذات الحلقات 5. وهنا هياكلها:

والمشتقات المشبعة من ثيوفين وفوران وبيرول هي ثيوفان ، رباعي هيدروفوران ، بيروليدين على التوالي. وتعرف المركبات ثنائية الحلقات المصنوعة من ثيوفين ، أو فوران ، أو حلقة بيرول الممزوجة إلى حلقة بنزين باسم البنزوثيوفين ، والبنزوفوران ، والإيزيندول (أو الإنبول) على التوالي.
يحدث البيرول غير المتجانسة غير المتجانسة عادة في زيت العظم الذي يتكون من تحلل البروتينات من خلال التسخين القوي. توجد حلقات البيرول في الأحماض الأمينية مثل hydroxyproline و proline التي هي مكونات بروتينات مختلفة موجودة في تركيزات عالية في البروتين الهيكلي للأربطة والأوتار والجلد والعظام والكولاجين.
توجد مشتقات البايرول في القلويدات. النيكوتين هو البيرول الأكثر شيوعًا والذي يحتوي على قلويد. يتم تشكيل كل من الهيموجلوبين ، الميوغلوبين ، فيتامين B12 ، والكلوروفيل ، من خلال الانضمام إلى أربع وحدات بيرول في نظام حلقة كبيرة تسمى البورفيرين ، مثل ذلك من الكلوروفيل B موضح أدناه.

تتشكل الصبغات الصفراوية من خلال تحلل حلقة البورفيرين ولها سلسلة من حلقات بيرول 4.
إعداد الحلقة غير المتجانسة ذات الحلقة العقدية 5
التحضير الصناعي لعائدات فوران كما هو مبين أدناه من خلال طريقة الألدهيد ، فورفورال ، التي يتم إنشاؤها من البنتوز الذي يحتوي على المواد الخام مثل حبات الذرة. وتظهر التحضيرات المماثلة للثيوفين والبيرول في الصف الثاني من المعادلات.
يوضح الصف الثالث من المعادلة الأولى التحضير العام للثيوفين ، والبيرول ، والفيوران من مركبات 1,4-dicarbonyl. وقد بدأت العديد من ردود الفعل الأخرى التي تؤدي إلى تشكيل دورات غير متجانسة من هذا النوع. وقد أظهرت اثنين من هذه الإجراءات في رد فعل الثاني والثالث. يتم تقليل Furan بواسطة الهدرجة المحفزة بالاديوم إلى رباعي هيدروفوران. هذه الأثير الحلقية هي مذيب قيم لا يمكن تحويله إلى 4-haloalkylsulfonates فحسب ، بل أيضًا 1,4-dihalobutanes التي يمكن استخدامها لتحضير thiolane و pyrolidine.

الحلقات الخماسية يتجمع مع ذرة واحدة غير متجانسة

متجانسة غير المشبعة مشبع
الأنتيمون Stibole Stibolane
زرنيخ Arsole Arsolane
البزموت عنصر فلزي Bismole Bismolane
البورون Borole Borolane
نتروجين بيرول بيروليدين
أكسجين فوران رباعي هيدرو الفوران

5-membered rings with 2 heteroatoms

إن المركبات الحلزونية المكونة من خمسة أعضاء والتي تحتوي على 2 heteroatoms وواحدة على الأقل من الذرات غير المتجانسة هي Nitrogen ، وتعرف باسم azoles. تحتوي الأيزوثيازولات والثيولاز على ذرة نيتروجين وكبريت في الحلقة. تُعرف المركبات التي تحتوي على ذرتي كبريت بـ Dithiolanes.

متجانسة غير مشبعة (وغير مشبعة جزئيًا) مشبع
نتروجين

/نتروجين

بيرازول (Pyrazoline)

ايميدازول (Imidazoline)

Pyrazolidine

Imidazolidine

النيتروجين / الأكسجين Isoxazole

Oxazoline (oxazole)

Isoxazolidine

oxazolidine

النيتروجين / الكبريت Isothiazole

ثازولين (ثيازول)

Isothiazolidine

Thiazolidine

الأوكسجين / الأكسجين Dioxolane
الكبريت / الكبريت Dithiolane

بعض pyrazoles تحدث بشكل طبيعي. يتم تحضير مركبات هذه الطبقة عن طريق تفاعل 1,3-diketones مع hydrazines. تستخدم معظم مركبات البيرازول الاصطناعية كطب وصبغات. وهي تشمل أمينورينات مسكن لخفض الحمى ، وفينيبوتازون يستخدم في علاج التهاب المفاصل ، وصبغة الألياف والطباشير الصفراء اللون الغذائي ، وغالبية الصبغات المستخدمة في التصوير الفوتوغرافي الملون كعوامل حساسة.

5-membered rings with 3 heteroatoms

توجد أيضًا مجموعة كبيرة من المركبات الحلزونية المكونة من خمسة أعضاء مع ذرات 3 غيرية على الأقل. أحد الأمثلة على هذه المركبات هو dithiazoles التي تحتوي على ذرة النيتروجين واثنين من الكبريت.

6-membered rings with 1 heteroatom

وفيما يلي التسميات المستخدمة في مركبات الحلقة المكونة من أحادي أكسيد النيتروجين المحتوية على النيتروجين. تظهر المواضع على الحلقة الخاصة بالبيريدين ، والأرقام العربية أكثر تفضيلاً للحروف اليونانية ، على الرغم من استخدام كلا النظامين. Pyridones هي مركبات عطرية مجاملة من المساهمات في الهجين الرنين من أشكال الرنين تهمة كما هو موضح لـ 6-pyridone.

مشتقة من اثنين من الإنزيمات الرئيسية المشاركة في مختلف التفاعلات الأيضية الحاسمة في الخلايا ، NAD (المعروف أيضا باسم coenzyme1) و NADP (المعروف أيضا باسم coenyme II) ، من نيكوتيناميد.
تحتوي معظم القلويدات على بنية البيبيريدين أو حلقة البيريدين ، ومن بينها بيبيرين (التي تشكل واحدة من المحتويات ذات المذاق الحاد للفلفل الأسود والأبيض) والنيكوتين. هياكلهم مبينة أدناه.

البيريدين الذي تم استخراجه مرة واحدة من قطران الفحم ولكن تم تحضيره الآن بشكل تحفيزي من الأمونيا والكحول رباعي هيدروفورفيوريل هو وسيط حرج ومذيب يستخدم لتصنيع مركبات أخرى. Vinylpyridines هي لبنات حاسمة مونومر من البلاستيك ، و piperidine مشبعة بالكامل ، وتستخدم بيريدين والمواد الخام الكيميائية ومعالجة المطاط.

بيريدينات مفيدة صيدلياً

وتشمل pyridines مفيدة صيدلياً hydrazide حمض isonicotinic (tuberculostat isoniazid) ، والعقاقير المضادة لفيروس الإيدز المعروف باسم nevirapine ، nicorandil - avasodilator المستخدمة للسيطرة على الذبحة الصدرية ، phenazopyridine - المسكن المسالك البولية وكذلك المخدرات السلفا المضادة للالتهابات. و Diflufenican ، clopyralid ، و parquat ، و diquat هي مشتقات بيريدين الشعبية التي تستخدم كمبيدات.

6-membered rings with 2 or more heteroatoms

يتم ترقيم الحلقات غير المتجانسة الحلقية الأحادية الحلقة ذات الستة أضلاع مع 3 nterrogen heteroatoms (diazines) وتسميتها كما هو موضح أدناه.

هيدرازيد المالئيك هو مشتق بيريازين يستخدم كمبيد للأعشاب. بعض pyrazines مثل حامض aspergillic تحدث بشكل طبيعي. هنا هي هياكل المركبات المذكورة أعلاه:

حلقة Pyrazine هي أحد مكونات المركبات متعددة الحلقات المتعددة ذات الأهمية الصناعية والبيولوجية. أعضاء مهمين من عائلة بيرازين هي الفينازينات ، alloxazines ، و pteridines. من الناحية الدوائية والبيولوجية ، فإن أشد أنواع الديازينات هي البيريميدينات. السيتوزين ، الثايمين ، واليوراسيل هي 3 لقواعد نيوكليوتيد 5 التي تشكل الشفرة الوراثية في الحمض النووي الريبي والحمض النووي. أدناه هي هياكلها:

فيتامين ثيامين لديها حلقة بيريميدين وبالإضافة إلى الباربيتورات الاصطناعية بما في ذلك أموباربيتال هي الأدوية المستخدمة عادة. يتم إنتاج المورفالين (الأم تتراهدرو- 1,4-oxazine) على نطاق واسع لاستخدامه كمبيد للفطريات ، ومانع للتآكل ، ومذيب. تم العثور أيضا على عصابة مورفوليني في تريميثوزين المخدرات مهدئ والمنومة وبعض مبيدات الفطريات مثل fenpropimorph و tridemorph. وهنا الصيغة الهيكلية للمورفالين:

حلقات 7-membered

مع زيادة حجم الحلقة ، يزيد تنوع المكونات التي يمكن الحصول عليها من خلال تغيير الموقع والنوع وعدد الذرات غير المتجانسة بشكل كبير. ومع ذلك ، فإن كيمياء الدورات غير المتجانسة مع الحلقات ذات العضو 7 أو أكثر تكون أقل تطوراً من تلك الخاصة بالمركبات الحلقية غير المتجانسة 6 و 5.
الحلقات الأوكسبينية والأزيبية هي مكونات حاسمة لمختلف المنتجات الأيضية التي تحدث بشكل طبيعي في الكائنات البحرية والقلويات. ينتج المشتق الأزبيني المعروف باسم كابرولاكتام تجاريا بكميات كبيرة لاستخدامه في تصنيع النايلون 6 كمتوسط ​​وفي إنتاج الجلود الاصطناعية والطلاء والأفلام.
إن المركبات الحلقية غير المتجانسة الحاملة لعضو 7 مع ذرتين أو ذرة نيتروجين في الحلقة هي وحدات هيكلية من الأدوية النفسية المستخدمة على نطاق واسع برازيبين (مضاد للاكتئاب ثلاثية الحلقات) وديازيبام مهدئ يعرف أيضا باسم الفاليوم.

حلقات 8-membered

تتضمن أمثلة المركبات غير المتجانسة في هذه الفئة أزوكين وأوكسيكان وثايوكان مع النيتروجين والأكسجين والكبريت كونها ذرات متباينة. المشتقات غير المشبعة الخاصة بهم هي الأوزوكسين ، الأوكوسين ، والثيوكين على التوالي.

حلقات 9-membered

وتشمل أمثلة المركبات غير المتجانسة في هذه الفئة الأوزونين ، والثورون ، والثيونان مع النيتروجين والأكسجين والكبريت كونها ذرات متباينة. المشتقات غير المشبعة الخاصة بهم هي الأوزونين ، oxonine ، والثايونين على التوالي.

استخدامات المركبات غير المتجانسة

تعتبر دورات غير متجانسة مفيدة في العديد من مجالات علوم وتكنولوجيا الحياة. كما رأينا بالفعل في مناقشتنا ، العديد من الأدوية هي مركبات حلقية غير متجانسة.

المراجع

IUPAC Gold Book ، مركبات حلقية غير متجانسة. حلقة الوصل:

WH Powell: مراجعة نظام Hantzsch-Widman الموسع لتسمية التكرارات التناسلية، في: تطبيق نقي. علم.1983, 55، 409 – 416 ،

A. Hantzsch، JH Weber: Ueber Verbindungen des Thiazols (Pyridins der Thiophenreihe)، في: البر. Dtsch. علم. غيس. 1887, 20، شنومكس-شنومكس

يا. Zur Nomenclatur der Verbindungen، welche Stickstoffkerne enthalten، في: ج. براكت. علم. 1888, 38، 185 – 201 ،