雜環(huán)化學(xué)研究進(jìn)展課程論文

雜環(huán)化學(xué)研究進(jìn)展課程論文專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：雜環(huán)化合物的分類、合成以及未來(lái)開展方向簡(jiǎn)述摘要雜環(huán)化學(xué)是有機(jī)化學(xué)的一個(gè)主要組成局部。在現(xiàn)今的有機(jī)化合物中，雜環(huán)化合物的數(shù)量約占總數(shù)的三分之一。作為醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料和其他精細(xì)化工產(chǎn)品的中間體，雜環(huán)化合物及其衍生物的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，本文就該類化合物的分類、合成以及未來(lái)開展方向做一簡(jiǎn)單綜述。關(guān)鍵詞雜環(huán)化學(xué)；咪唑；噻唑；四氮唑；糖苷1引言雜環(huán)化合物是由兩種或多種原子所構(gòu)成的環(huán)狀化合物。在構(gòu)成環(huán)的原子中，所含有的一個(gè)或多個(gè)非碳原子稱為雜原子。當(dāng)雜原子為金屬原子時(shí)，此時(shí)的雜環(huán)化合物為無(wú)機(jī)雜環(huán)化合物，除此之外的為有機(jī)雜環(huán)化合物。有機(jī)雜環(huán)化合物又可分為廣義和狹義兩種。廣義的只從字面上考慮，那就要將許多一般認(rèn)為非雜環(huán)也歸入雜環(huán)類，諸如環(huán)形二酸酐和環(huán)形酰亞胺等等。由于它們通常是由同一分子中的兩個(gè)官能團(tuán)環(huán)合而成的，環(huán)合方法又是一個(gè)可逆的、脫水或脫氨之類的反響，故很容易水解成原來(lái)的非雜環(huán)化合物。所以這些環(huán)形二酸酐、環(huán)形酰亞胺、內(nèi)酯、內(nèi)酰胺等等[1-5]，一般不歸入雜環(huán)化合物，這是通行的準(zhǔn)那么。在雜環(huán)化合物中，一局部不飽和的環(huán)系往往具有芳香性，當(dāng)不飽和局部飽和之后，環(huán)的芳香性就消失，其性質(zhì)就近于脂環(huán)化合物。無(wú)芳香性的雜環(huán)，其化學(xué)性質(zhì)原那么上與脂環(huán)化合物差異不大，然而有芳香性的雜環(huán)，因雜原子存在之故，較一般純碳環(huán)芳香族化合物有較多的區(qū)別。到目前為止，在合成的成千上萬(wàn)個(gè)有機(jī)化合物中，只有少數(shù)的有機(jī)化合物具有生理活性，而在這些具有生理活性的有機(jī)化合物中，大多數(shù)含有雜環(huán)。因此，設(shè)計(jì)與合成具有生理活性的雜環(huán)化合物引起了合成化學(xué)家和藥物學(xué)家的重視[6,7]。雜環(huán)化學(xué)目前己成為有機(jī)合成領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，WeissBerger等在其主編的“TheChemistryofHeterocyelicCompounds”里對(duì)雜環(huán)化學(xué)的最新概況進(jìn)行了詳細(xì)的報(bào)道。雜環(huán)化學(xué)的開展必然將對(duì)有機(jī)化學(xué)的開展起到巨大的推動(dòng)作用[8]。雜環(huán)化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[9-11]，特別是含氮的單雜環(huán)化合物或具有特殊結(jié)構(gòu)的稠雜環(huán)化合物具有很強(qiáng)的生理活性。其在功能化合物中，扮演著重要角色[12,13]。本文在文獻(xiàn)調(diào)研的根底之上，就重要雜環(huán)化合物的分類、合成方法以及未來(lái)開展方向做一簡(jiǎn)單的綜述。2.重要雜環(huán)化合物2.1咪唑雜環(huán)體系含咪唑環(huán)的化合物廣泛存在于自然界中，具有各種生理活性。咪唑具有質(zhì)子授-受性能、絡(luò)合配位性能、共軛酸堿性能，享有“生物催化劑”、“生物配體”之美譽(yù)。在自然界，咪唑作為許多酶的活性中心功能基，參與了重要的生物化學(xué)反響，對(duì)生命活動(dòng)起著十分重要的作用。許多藥物、酶抑制劑等含有咪唑中心功能基。例如咪唑-2-硫酮衍生物可作為多巴胺β-羥化酶抑制劑的培養(yǎng)[14]。2.2噻唑雜環(huán)體系許多天然化合物分子中含有噻唑環(huán)，如具有抗癌作用的LyngbyabellinA，Dollabellin等。噻唑可以作為雌性激素受體蛋白的配體，是一類新的腺嘌呤核苷拮抗劑。作為治療糖尿病的噻唑類藥物，可以抑制或破壞人體內(nèi)糖基化終產(chǎn)物的交聯(lián)作用。很多噻唑類衍生物被開發(fā)研制成廣泛使用的抗菌素、抗癌藥、除草劑、染料、顯色劑以及電鍍用的光亮劑等產(chǎn)品。合成含有噻唑環(huán)的小分子化合物庫(kù)，從中篩選出具有生理活性的藥物，是近年來(lái)藥物化學(xué)中的一大熱點(diǎn)。通常合成噻唑環(huán)有Hantzsch合成法，醛與胺縮合成噻唑啉后氧化法，異硫氰酸酯化合物合成法，二羰基化合物合成法等。2.3四氮唑體系四氮唑常被稱為四氮唑酸，它有兩種可能的異構(gòu)體，文獻(xiàn)報(bào)道通常以N2-H為穩(wěn)定構(gòu)型：四氮唑與羧酸有相似的物理化學(xué)性質(zhì)，在藥物化學(xué)中，常被看做是羧酸的替換物。用四氮唑環(huán)代替藥物分子中的羧基會(huì)有更好的藥效。正因?yàn)槿绱?，四氮唑化合物的合成越?lái)越引起人們的注意。常見5．取代四氮唑的合成方法如下：2.3.1用疊氮酸來(lái)合成[15]它的缺點(diǎn)是疊氮酸在加熱的條件下容易發(fā)生爆炸。2.3.2用疊氮化鈉和金屬鹽來(lái)合成[16]這種方法防止了疊氮酸的產(chǎn)生，但是產(chǎn)率往往較低。2.3.3用有機(jī)錫或硅試劑來(lái)合成此外，文獻(xiàn)還報(bào)道了利用芳腈以外的化合物來(lái)合成2.4糖苷糖苷是糖的半縮醛羥基與配基縮合失去一分了水或其他小分子化合物而形成的一類具有廣泛生理活性的化合物。糖苷中糖的局部稱為糖基，非糖局部稱為配基。糖苷是糖在自然界存在的重要形式，幾乎各類生物都具有，以植物界分布最為廣泛?；瘜W(xué)家已經(jīng)合成了氧糖苷和氮糖苷，并確證他們具有抗癌、抗腫瘤活性。特別是氮苷類化合物分子中引四氮唑環(huán)后具有很好的抗腫瘤和抗病毒等生理活性。據(jù)報(bào)道，四氮唑氮苷類藥物在肝腸中可以進(jìn)行二次循環(huán)，半衰期很長(zhǎng)，因而有很好的藥效。一些四氮唑氮苷化合物作為候選藥物已有報(bào)道，如：硫糖苷、碳糖苷是近二十年開展起來(lái)的一類新的化合物，特別是碳糖苷，由于碳碳鍵取代了原來(lái)的半縮醛。使穩(wěn)定性大大提高，具有很好的抗酶解活性。糖酯是廣泛存在于自然界中的一類具有生理活性的物質(zhì)，主要從植物中進(jìn)行提取而得到。由于糖酯可以對(duì)某些藥物進(jìn)行修飾，以降低藥物的毒副作用，因此糖酯的合成也引起了人們的重視。下面就各類糖苷的合成方法做一些歸納：2.4.1相轉(zhuǎn)移催化合成[17,18]2.4.2Lewis酸催化合成[19]2.4.3自由基反響合成(碳糖苷)2.4.4酶催化的生物合成3雜環(huán)化合物的開展方向隨著科學(xué)技術(shù)的開展，人們不再滿足于單純提取和利用活性天然化合物，而是在模擬、改造活性天然雜環(huán)化合物的同時(shí)，根據(jù)需要設(shè)計(jì)一些具有特別功能和用途的雜環(huán)化合物，這方面的研究大致可以分為以下諸類：3.1藥物合成的雜環(huán)藥物幾乎涉及到各種結(jié)構(gòu)類型的雜環(huán)化合物，應(yīng)用于各種疾病和醫(yī)療領(lǐng)域。其數(shù)量之大種類之多這里無(wú)法一一列舉。需要指出的是，這些藥物的合成大多數(shù)是從模擬活性天然雜環(huán)化合物開始的，然后根據(jù)活性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系在結(jié)構(gòu)上加以改造，從而生產(chǎn)出許多更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的藥物。3.2生物模擬材料通過(guò)對(duì)糜蛋白酶中羥基和咪唑基等多功能基團(tuán)協(xié)同作用的研究，人們合成了相應(yīng)的模擬酶，它是在聚乙烯鏈上相間地接上咪唑基和r-羥基丁酸，其活性比天然糜蛋白酶大十倍。在第四代模擬生物膜技術(shù)——液膜中，擔(dān)負(fù)流動(dòng)載體生物功能的分子，大多數(shù)都是冠醚或氮穴化合物，它們是含氧或含氮的多雜原子大環(huán)化合物3.3有機(jī)導(dǎo)體和超導(dǎo)材料在目前發(fā)現(xiàn)的有機(jī)導(dǎo)體中，絕大多數(shù)都是雜環(huán)化合物。第一個(gè)有機(jī)導(dǎo)體就是四硫代富瓦烯，第一個(gè)有機(jī)超導(dǎo)材料是四硒化合物。3.4儲(chǔ)能材料通過(guò)某些雜環(huán)分子的擴(kuò)環(huán)和縮環(huán)反響，將太陽(yáng)能貯存起來(lái)，這是近代發(fā)現(xiàn)的雜環(huán)化合物的一個(gè)重要新用途。如吡唑衍生物在光照下發(fā)生縮環(huán)反響，生成環(huán)丙烷取代的重氮化合物，后者可貯能832J/g。最近發(fā)現(xiàn)的有機(jī)太陽(yáng)能電池所用的貯能材料，大多數(shù)都是含雜環(huán)的大共軛體系，例如酞菁環(huán)系和部花菁體系等。3.5工程高分子材料從60年代開始，人們從聚亞酰胺得到啟發(fā)，相繼合成了各種各樣的雜環(huán)高分子材料，其中多數(shù)都具有優(yōu)良的耐高溫、耐酸堿、耐氟化物和電絕緣性能，可以廣泛用作工程材料。3.6雜環(huán)染料最普通的含雜環(huán)染料是陰丹士林RSN，它是由兩分子的葸醌和一分子的二氫吡嗪駢合而成的。常用染料靛藍(lán)是兩分子盧一羰基吲哚通過(guò)雙鍵連接起來(lái)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。展望綜上所述，雜環(huán)化合物不但類型多、數(shù)量大，而且在自然界分布也十分廣泛。特別是具有生物活性的天然雜環(huán)化合物大多在生物的生長(zhǎng)發(fā)育、遺傳和衰亡過(guò)程中起到關(guān)鍵作用[21,22]。因此，在分子水平上系統(tǒng)的研究各類雜環(huán)化合物的分子結(jié)構(gòu)、在生物體中的存在形式和它們的生理作用機(jī)制對(duì)于人類的開展具有深遠(yuǎn)的意義。References1 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