Heterocykliczne bloki konstrukcyjne

Azaindoles mają strukturę bicykliczną, która składa się z pierścienia pirydynowego połączonego z pierścieniem pirolowym. Związki te wykazują znaczną aktywność biologiczną i ułatwiają generowanie nowych tropów terapeutycznych. Cząsteczka azaindolu wykazuje doskonały potencjał jako bioizostera układu pierścienia indolowego, różniąc się od indolu jedynie obecnością dodatkowego pierścienia azotu.  7-Azaindole są szczególnie interesujące ze względu na ich zdolność do naśladowania puryn w ich roli jako partnerów wiążących wodór.

Benzimidazol jest heterocyklicznym aromatycznym związkiem organicznym składającym się z połączenia benzenu i imidazolu. Benzimidazole są stosowane jako rozszerzenie dobrze opracowanego układu imidazoliowego, jako szkielet węglowy dla N-heterocyklicznych karbenów oraz jako ligand dla kompleksów metali przejściowych. Związki farmakologiczne pochodnych benzimidazolu są silnymi inhibitorami różnych enzymów. Benzimidazole mają wiele zastosowań terapeutycznych, w tym działanie przeciwnowotworowe, przeciwgrzybicze, przeciwpasożytnicze, przeciwbólowe, przeciwwirusowe i przeciwhistaminowe, a także w chorobach układu krążenia, neurologii, endokrynologii i okulistyce.

Pochodne benzodioksanu, bicykliczne układy heterocykliczne składające się z pierścienia benzenowego połączonego z heterocyklicznym pierścieniem dioksanowym, reprezentują serię syntetycznych i naturalnych związków o dużym znaczeniu leczniczym. Związki zawierające grupę dioksanową lub 1,4-benzodioksanową wykazują różne aktywności biologiczne, takie jak działanie antyhepatotoksyczne (hepatoprotekcyjne), blokowanie α-adrenergiczne, przeciwzapalne, przeciwżołądkowe, spazmolityczne, przeciwpsychotyczne, anksjolityczne i częściowe działanie antagonistyczne D2/5-HT1A.

Benzofuran, znany również jako kumaron, jest związkiem heterocyklicznym składającym się z połączonych pierścieni benzenu i furanu. Pochodne benzofuranu wykazały aktywność biologiczną, począwszy od właściwości przeciwgrzybiczych i przeciwdrobnoustrojowych, a skończywszy na działaniu jako antagoniści receptora H3 i angiotensyny II.

Benzopirany, zwane również chromenami, to bicykliczne układy heterocykliczne składające się z pierścienia benzenowego połączonego z heterocyklicznym pierścieniem piranowym. Pochodne benzopiranu (chromony i flawony) są potencjalnie użytecznymi środkami przeciwzapalnymi ze względu na ich zdolność do hamowania szlaków transdukcji sygnału zależnych od kinazy białkowej. Ponadto, niektóre naturalne pochodne benzopiranu wykazują działanie hamujące produkcję prostaglandyny E2 (PGE2). Pochodne benzopiranu są również atrakcyjnym szablonem do identyfikacji potencjalnych środków przeciwnowotworowych.

Benzotiofeny, składające się z pierścienia benzenowego połączonego z pierścieniem tiofenowym, są ważną klasą heterocykli o uprzywilejowanej strukturze. Są one stosowane jako materiały wyjściowe do syntezy bioaktywnych struktur i są obecne w farmaceutykach, takich jak selektywne modulatory receptora estrogenowego, inhibitory syntezy leukotrienów i leki przeciwgrzybicze oraz wiele produktów naturalnych. Różne wzory podstawień w tych heterocyklach zapewniają nowe możliwości odkrywania leków i innych zastosowań w materiałoznawstwie.

Benzotriazoles, bicykliczne układy heterocykliczne zawierające trzy atomy azotu i połączony pierścień benzenowy, wykazują szeroki zakres aktywności biologicznych i farmakologicznych, a także zastosowań w materiałoznawstwie. Są one stosowane w przemyśle jako środki utrwalające w emulsjach fotograficznych, jako środki zapobiegające matowieniu miedzi i jej stopów, inhibitory korozji oraz w systemach przeciw zamarzaniu i chłodziwach wodnych. Niektóre metody syntetyczne benzotriazolu obejmują N-alkilowanie benzotriazolu w warunkach bezrozpuszczalnikowych i bezmiedziowe metody "click", wytwarzanie α-nitro ketonów, oksazolin i tiazolin pod wpływem promieniowania mikrofalowego oraz różne zastosowania z N-acylobenzotriazolami.

Pochodne benzotriazolu były powszechnie stosowane jako grupa opuszczająca i szeroko stosowane jako nowy syntetyczny środek pomocniczy. Wiele z ich atrakcyjności wynika z tego, że pozwalają na łatwe wprowadzanie i usuwanie podczas syntezy oraz że są w stanie aktywować inne części cząsteczki.

Zgłoszono wiele metod tworzenia wiązania peptydowego. Najbardziej udane znane obecnie podejścia obejmują aktywne tworzenie estrów za pomocą soli uronu/guanidyny. Najpopularniejszymi członkami tej rodziny są odczynniki do syntezy peptydów oparte na pochodnych benzotriazolu, takich jak HOBt lub HOAt, z których oba są również powszechnie stosowane jako dodatki w sprzęganiu peptydów za pośrednictwem karbodiimidów.

Pochodne karbazolu to trójcykliczne aromatyczne heterocykle składające się z dwóch pierścieni benzenowych połączonych po obu stronach pięcioczłonowego pierścienia zawierającego azot. Intrygujące cechy strukturalne i obiecująca aktywność farmakologiczna tych naturalnych produktów doprowadziły do ogromnego rozwoju chemii karbazolu. Pochodne alkaloidów karbazolowych są dobrze znane ze swojej różnorodnej aktywności farmakologicznej, w tym przeciw HIV, przeciwnowotworowej, przeciwbakteryjnej i przeciwgrzybiczej. Pochodne karbazolu, takie jak N-winylokarbazol i poli(winylokarbazol), mają również zastosowanie w przemyśle i materiałoznawstwie jako materiały optoelektroniczne.

Kumaryny to grupa związków polifenolowych pochodzenia roślinnego. Należą one do rodziny benzopironów i mają szeroki zakres zastosowań farmaceutycznych, w tym funkcje cytoprotekcyjne i modulujące, które mogą przekładać się na potencjał terapeutyczny w przypadku wielu chorób. Pochodne kumaryny można znaleźć w antybiotykach, środkach przeciwmitotycznych, immunomodulujących, przeciwwirusowych, przeciwnowotworowych, przeciwzapalnych, przeciwzakrzepowych, przeciwgrzybiczych, przeciwutleniających i cytotoksycznych, a także w niektórych testach biologicznych.

Kumaryny mają dodatkowe zastosowania przemysłowe. Fluorescencja kumaryn, takich jak 7-hydroksykumaryna, jest szeroko stosowana jako narzędzie badawcze w nauce o polimerach. Kumaryny są stosowane jako fotoinicjatory uczulone barwnikiem laserowym, do włączania do łańcuchów polimerowych poprzez kopolimeryzację, do oceny efektów rozpuszczalników polimerowych, do różnych charakterystyk strukturalnych, do monitorowania właściwości uwalniania nanosfer poli(metylometakrylanu) oraz do polimerowych fluorescencyjnych kolektorów słonecznych.

Furany, składające się z pięcioczłonowego pierścienia aromatycznego z jednym atomem tlenu, są ważną klasą związków heterocyklicznych, które posiadają istotne właściwości biologiczne. System pierścieni furanowych jest podstawowym szkieletem wielu związków posiadających aktywność sercowo-naczyniową. Jodowana lipofilowa pochodna furanu jest szeroko stosowana w leczeniu migotania komór i tętnic. Te ugrupowania są szeroko stosowane w środkach przeciwbakteryjnych, przeciwwirusowych, przeciwzapalnych, przeciwgrzybiczych, przeciwnowotworowych, przeciwhiperglikemicznych, przeciwbólowych, przeciwdrgawkowych i innych. Niewielkie zmiany we wzorach podstawienia w jądrze furanu powodują rozróżnialne różnice w ich aktywności biologicznej. Stwierdzono, że pochodne furanu są inhibitorami tworzenia biofilmu dla kilku gatunków bakterii, a także posiadają aktywność hamującą quorum-sensing. Oprócz bycia syntetycznymi blokami budulcowymi, pochodne są obiecującymi biopaliwami lignocelulozowymi.

Homopiperydyny, znane również jako azepany, to nasycone heterocykle zawierające azot w siedmioczłonowym pierścieniu i są prekursorami kilku leków i pestycydów. Zostały one zbadane jako małocząsteczkowe modulatory kanałów potasowych aktywowanych wapniem.

Imidazol to planarny pięcioczłonowy pierścień zawierający dwa nitrogeny (C3N2H4). Podczas gdy inne heterocykle azolowe są powszechne w szerokim zakresie bioaktywnych produktów naturalnych, pierścień imidazolowy występuje głównie w kontekście naturalnego aminokwasu histydyny. Ponadto pierścień imidazolowy pojawia się jako składnik nienaturalnych cyklicznych peptydów i jest stosowany jako izostery estrowe w badaniach peptydomimetycznych. Jednak zastosowania imidazolu nie ograniczają się do peptydów i peptydomimetyków. Imidazole są obecne w dużej rodzinie alkaloidów bromopirolo-imidazolowych wyizolowanych z gąbek morskich zawierających wspólny metabolit oroidynę, które charakteryzują się znaczącą aktywnością biologiczną. Pierścień imidazolowy jest również obecny w alkaloidach pilokarpiny, które są potencjalnymi środkami terapeutycznymi w leczeniu zakrzepicy, raka i chorób zapalnych.

Imidazoliny i imidazolidyny to ważne heterocykle występujące w wielu biologicznie aktywnych związkach. Imidazoliny są stosowane jako chiralne katalizatory, chiralne substancje pomocnicze i ligandy do asymetrycznej katalizy. Wykazują szereg aktywności biologicznych, w tym działanie przeciwhiperglikemiczne, przeciwzapalne, przeciwnadciśnieniowe, przeciwnowotworowe i przeciwhipercholesterolemiczne, a także przeciwwrzodowe, przeciwwirusowe, przeciwgrzybicze, przeciwbakteryjne, przeciwgruźlicze, przeciwastmatyczne, przeciwcukrzycowe i przeciwpierwotniakowe. Imidazoliny, takie jak imidazoliny kwasów tłuszczowych, mają zastosowania przemysłowe jako inhibitory korozji.

Cząsteczki indazolu to heterocykliczne związki aromatyczne z benzenem połączonym z pirazolem. Różnią się one od indolu jedynie obecnością dodatkowego pierścienia azotu, a zatem wykazują doskonały potencjał jako bioizostery układu pierścienia indolowego. Różne indazole wykazują znaczną aktywność jako środki przeciwgrzybicze, przeciwzapalne, przeciwarytmiczne, przeciwbólowe i inhibitory syntazy tlenku azotu.

Indole to pierścienie benzenowe połączone z pierścieniem pirolowym. Podjednostka indolowa jest niemal powszechnym składnikiem biologicznie aktywnych produktów naturalnych, a jej badanie jest głównym przedmiotem badań od pokoleń. Są one zdolne do wiązania się z wieloma receptorami z wysokim powinowactwem, a zatem mają zastosowanie w szerokim zakresie obszarów terapeutycznych. Ze względu na tę aktywność nie jest zaskakujące, że system pierścieni indolowych stał się ważnym blokiem konstrukcyjnym lub półproduktem w syntezie heterocyklicznej.

Indoliny to aromatyczne bicykliczne heterocykle składające się z pierścienia benzenowego połączonego z pięcioczłonowym pierścieniem zawierającym azot. Alkaloidy indolowe są szeroko badane pod kątem ich aktywności biologicznej w kilku obszarach farmaceutycznych, takich jak leki przeciwnowotworowe i przeciwnowotworowe. Wśród tej rodziny chemicznej indolinon wykazuje bardzo obiecujące właściwości przeciwnowotworowe poprzez hamowanie różnych rodzin kinaz. Te małe cząsteczki mają niską masę cząsteczkową i większość z nich wiąże się z kinazami białkowymi, konkurując z ATP o miejsce wiążące ATP. Oprócz bycia budulcem w syntezie heterocyklicznej, indoliny mają również zastosowania przemysłowe jako sensybilizatory w ogniwach słonecznych.

Isochinoliny, strukturalne izomery chinolin, są benzopirydynami, składającymi się z pierścienia benzenowego połączonego z pierścieniem pirydynowym. Ze względu na ich szeroki zakres aktywności, synteza izochinolin cieszy się dużym zainteresowaniem, a wiele podejść syntetycznych umożliwia dostęp do tych struktur.

Izoksazol, azol z tlenem, pochodne znajdują się w niektórych produktach naturalnych, takich jak kwas ibotenowy, a także w kilku lekach, w tym w inhibitorze COX-2 i furoksanie, donorze tlenku azotu. Izoksazole są użytecznymi izosterami pirydyny i stwierdzono, że hamują bramkowane napięciem kanały sodowe w celu kontrolowania bólu, umożliwiają budowę pochodnych antybiotyków tetracyklinowych i są stosowane w leczeniu depresji.

Morfoliny to sześcioczłonowe heterocykle zawierające zarówno aminowe, jak i eterowe grupy funkcyjne. Podstawione pochodne morfoliny są rdzeniem różnych produktów naturalnych i związków biologicznie czynnych. Ta klasa związków znalazła ważne zastosowania w farmacji i rolnictwie. Chiralne pochodne morfoliny znalazły liczne zastosowania w syntezie asymetrycznej jako chiralne substancje pomocnicze oraz chiralne ligandy. Pochodne morfoliny pochodzące z syntezy i produktów naturalnych wykazały aktywność jako leki przeciwdepresyjne, środki zmniejszające apetyt, środki przeciwnowotworowe, przeciwutleniacze, antybiotyki, selektywni α1-agoniści w leczeniu demencji i innych zaburzeń ośrodkowego układu nerwowego (OUN) charakteryzujących się objawami niewydolności noradrenergicznej, a także silnie działający długo działający antagoniści receptora ludzkiej neurokininy-1 (hNK-1). Morfoliny mają kilka zastosowań przemysłowych, takich jak hamowanie korozji, wybielanie optyczne, przygotowanie tekstyliów do farbowania i konserwowanie owoców.

Oksadiazole to pięcioczłonowe heterocykliczne związki aromatyczne składające się z jednego atomu tlenu, dwóch atomów azotu i dwóch atomów węgla. W zależności od umiejscowienia nitrogenów w pierścieniu, istnieje kilka izomerów, takich jak 1,2,4-; 1,2,5-; i 1,3,4-oksadiazol. Oksadiazole stanowią główną klasę związków z jądrem heterocyklicznym do opracowywania leków i były jednymi z pierwszych skutecznych środków chemioterapeutycznych i antybiotyków. Zainteresowanie oksadiazolami obejmuje zarówno chemię medyczną, jak i przemysł polimerowy. Oksadiazole mają między innymi działanie przeciwbakteryjne, przeciwzapalne, przeciwdrgawkowe, przeciwnowotworowe, przeciwgruźlicze, przeciwcukrzycowe, przeciwrobacze i przeciwbólowe. Ze względu na ich szeroki potencjał aktywności biologicznej, synteza pochodnych oksadiazolu jest interesująca dla chemików medycznych pracujących nad rozwojem leków.

Oksazole to heterocykliczne związki aromatyczne zawierające atom tlenu i atom azotu oddzielone jednym atomem węgla. Pochodne oksazolu stają się coraz ważniejsze ze względu na ich zastosowanie jako półproduktów do przygotowania nowych materiałów biologicznych. Pierścień oksazolowy jest obecny w wielu farmakologicznie ważnych związkach, w tym tych stosowanych jako antybiotyki i środki antyproliferacyjne. Szeroki zakres aktywności biologicznej oksazoli obejmuje działanie przeciwzapalne, przeciwbólowe, przeciwbakteryjne, przeciwgrzybicze, hipoglikemiczne, antyproliferacyjne, przeciwgruźlicze, zwiotczające mięśnie i hamujące HIV. Ponadto pochodne oksazolu są użytecznymi syntetycznymi półproduktami i mogą być stosowane jako różnorodne rusztowania w chemii kombinatorycznej oraz jako peptydomimetyki.

Oksazolidyny składają się z pięcioczłonowego pierścienia heterocyklicznego zawierającego jeden atom tlenu i jeden atom azotu, a oksazolidyny (zwane również 1,3-oksazolidynami) są zredukowaną formą oksazolin. Izoksazolidyny są izomerami oksazolidyn, w których atomy azotu i tlenu sąsiadują ze sobą. Oksazolidyny są atrakcyjnymi związkami heterocyklicznymi nie tylko ze względu na ich unikalne struktury i różnorodne zastosowania, ale także dlatego, że służą jako elementy strukturalne w różnych produktach naturalnych i farmaceutykach. Przykłady tych związków obejmują alkaloid zawierający oksazol o działaniu przeciwgrzybiczym, inhibitor polimeryzacji tubuliny i środki przeciwnowotworowe zawierające 2,5-dipodstawione elementy oksazoliny. Co więcej, pochodne oksazoliny mogą być również stosowane jako inhibitory korozji w warunkach przemysłowych oraz jako chiralne ligandy w syntezie asymetrycznej. Polimery 2-oksazoliny są uważane za pseudopeptydowe polimery inspirowane biologią. Ze względu na ważne zastosowania pochodnych oksazoliny, opracowano różne metodologie syntetyczne do produkcji tych związków. Ogólnie rzecz biorąc, pochodne oksazoliny są syntetyzowane za pomocą trzech typowych metod: cyklizacji acyklicznych prekursorów, utleniania oksazolin i sprzęgania wstępnie sfunkcjonalizowanych oksazolin z innymi odczynnikami metaloorganicznymi. Chiralne ligandy bis(oksazolinowe) (BOX) są stosowane w asymetrycznej katalizie różnych reakcji.

Oksetany, czteroczłonowe pierścienie z trzema atomami węgla i jednym atomem tlenu, są bliskimi homologami epoksydów i stanowią atrakcyjne moduły do odkrywania leków. Rogers-Evans, Carreira i współpracownicy donieśli, że zastąpienie jednostki gem-dimetylowej jednostką oksetanową wykazało lepsze właściwości fizyko- i biochemiczne rusztowania molekularnego. Wykazali również zastosowanie 1,6-podstawionych azaspiro[3.3]heptanów zawierających pierścień oksetanowy jako alternatywy dla niestabilnych cykloheksanów podstawionych 1,3-heteroatomem. Pierścień oksetanowy może również funkcjonować jako substytut grupy karbonylowej. W większości przypadków 3-oksetanon był głównym budulcem wykorzystywanym przez autorów do instalacji jednostki oksetanowej.

Obecność grupy oksetanowej w cząsteczkach podobnych do leków i biologicznie aktywnych nie jest niczym nowym dla chemików syntetycznych i medycznych. Być może najbardziej znanymi przykładami leków zawierających oksetan są naturalny produkt paklitaksel (Taxol®) i jego syntetyczny analog docetaksel. Joëlle Dubois i współpracownicy badali wpływ usunięcia pierścienia oksetanowego w analogach docetakselu i stwierdzili, że analogi te są mniej aktywne niż docetaksel w testach biologicznych. Merrilakton A wykazuje obiecujące właściwości jako niepeptydowy środek neurotropowy, a β-aminokwas oksetyna wykazuje zarówno działanie chwastobójcze, jak i antybiotyczne.

Rusztowanie piperazyny jest sześcioczłonowym pierścieniem z dwoma nitrogenami w przeciwnych pozycjach i jest często spotykane w biologicznie aktywnych związkach w różnych obszarach terapeutycznych. Niektóre z tych obszarów terapeutycznych obejmują leki przeciwgrzybicze, przeciwdepresyjne, przeciwwirusowe i antagonistów/agonistów receptora serotoninowego (5-HT). Proste N-podstawione piperazyny występują w wielu cząsteczkach leków. Przemysłowe zastosowania piperazyn obejmują produkcję tworzyw sztucznych, żywic, pestycydów i płynów hamulcowych.

Piperydyny i ich pochodne stają się coraz bardziej popularnym budulcem w szerokiej gamie protokołów syntetycznych. Pierścień piperydynowy, sześcioczłonowy pierścień zawierający jeden atom azotu, można rozpoznać nie tylko w strukturze ponad połowy znanych obecnie alkaloidów, ale także w wielu naturalnych lub syntetycznych związkach o interesującej aktywności biologicznej. 1-Boc-2-(aminometylo)piperydyna została wykorzystana w podejściu post-Ugi karbonylacji/amidacji wewnątrzcząsteczkowej do serii ośmioczłonowych makrolaktamów z wieloma punktami różnorodności. Dodatkowo, niezabezpieczony analog został wykorzystany w syntezie antagonistów receptora melanokortyny 4. Antagoniści ci są potencjalnie użyteczni w terapeutycznym leczeniu mimowolnej utraty wagi. Fluorowane piperydyny są również przedmiotem ciągłego zainteresowania w chemii medycznej, np. w syntezie selektywnych inhibitorów peptydazy dipeptydylowej II (DPP II). Pochodne piperydyny są również wykorzystywane w syntezie peptydów w fazie stałej (SPPS) i licznych reakcjach degradacji.

Apteka piperydon, zawierający azot heterocykl z grupą karbonylową, wykazuje większe powinowactwo do tioli komórkowych niż do grup aminowych i hydroksylowych. W związku z tym związki tego rodzaju mogą być pozbawione genotoksycznych skutków ubocznych związanych z wieloma środkami alkilującymi. Jako α,β-nienasycone ketony, związki te mogą ulegać addycji Michaela, powodując alkilację nukleofili komórkowych. Piperydony wykazują aktywność przeciwnowotworową, przeciwzapalną i przeciwdrobnoustrojową, a także hamują szlak sygnałowy NF-κB. 2-piperydon i 4-piperydon są ważnymi półproduktami w syntezie alkaloidów i przygotowywaniu środków leczniczych. Do syntezy pochodnych piperydyny zastosowano reakcje Mannicha-Michaela i aza-Dielsa-Aldera z udziałem iminodienu i sprzężonego dienu i enonów.

Zasady pirymidynowe i purynowe są niezbędne do życia, jakie znamy - wchodzą w skład struktur DNA i RNA. Puryna to heterocykliczny aromatyczny związek organiczny, składający się z pierścienia pirymidynowego połączonego z pierścieniem imidazolowym. Puryny, w tym podstawione puryny i ich tautomery, są najbardziej rozpowszechnionym rodzajem heterocyklu zawierającego azot występującym w przyrodzie.

Pyran to sześcioczłonowy heterocykliczny, niearomatyczny pierścień, składający się z pięciu atomów węgla i jednego atomu tlenu i zawierający dwa podwójne wiązania. Pochodne piranu, takie jak piranoflawonoidy, mają znaczenie biologiczne. Monosacharydy zawierające sześcioczłonowy pierścień znane są jako piranozy.

Pirazyny (paradiazyny) to heterocykliczne sześcioczłonowe związki aromatyczne zawierające para atomy azotu. Pochodne pirazyny są znane z działania przeciwnowotworowego, antybiotykowego, przeciwdrgawkowego, przeciwgruźliczego i moczopędnego, a także kinazowego, enzymatycznego i silnego hamowania polimeryzacji tubuliny i FtsZ. Pirazyny są związkami lotnymi, które są również interesujące dla przemysłu kosmetycznego, spożywczego, smakowego i zapachowego.

Pirazol, pięcioczłonowy heterocykliczny alkaloid diazolowy składający się z trzech atomów węgla i dwóch atomów azotu w sąsiadujących pozycjach, jest dominującym rusztowaniem w programach odkrywania leków. Pochodne pirazolu są stosowane ze względu na ich działanie przeciwbólowe, przeciwzapalne, przeciwgorączkowe, przeciwarytmiczne, uspokajające, rozluźniające mięśnie, psychoanaleptyczne, przeciwdrgawkowe, hamujące oksydazę monoaminową, przeciwcukrzycowe i przeciwbakteryjne. Pierścień pirazolowy jest obecny jako rdzeń w wielu wiodących niesteroidowych lekach przeciwzapalnych (NLPZ) i lekach przeciwnadciśnieniowych. Znalazły one również zastosowanie jako dwufunkcyjne ligandy do katalizy metali.

Pirydazyna, czasami nazywana 1,2-diazyną, jest sześcioczłonowym pierścieniem zawierającym dwa sąsiadujące atomy azotu. Pirydazyna może być stosowana jako izosteryczny zamiennik pierścieni fenylowych lub heteroaromatycznych. Pirydazyny mogą poprawiać właściwości fizykochemiczne cząsteczek leków, zwiększając ich rozpuszczalność w wodzie, uczestnicząc jako akceptory wiązań wodorowych i mając wysoką zdolność do kompleksowania z celami ze względu na ich moment dipolowy. Pirydazyna zwiększa biodostępność, zwłaszcza w OUN, i może zmniejszać toksyczność. Pirydazyna jest częścią kilku cząsteczek leków, a farmakofor pirydazyny doprowadził do powstania wielu farmakologicznie aktywnych związków.

Pirydyny to heterocykliczne sześcioczłonowe związki aromatyczne zawierające pojedynczy atom azotu. Pirydyny są klasą ważnych heterocykli i pojawiają się w wielu naturalnie występujących związkach bioaktywnych, cząsteczkach farmaceutycznych i chiralnych ligandach w formach polipodstawionych. Cząsteczka pirydyny jest obecna w niezliczonych cząsteczkach o tak różnorodnych zastosowaniach, jak kataliza, projektowanie leków, rozpoznawanie molekularne i synteza produktów naturalnych. Przykłady pirydyn obejmują dobrze znane alkaloidy likodynę, antagonistę receptora adenozyny A3 oraz analog N,N-dimetyloaminopirydyny (DMAP) powszechnie stosowany w syntezie organicznej. Pochodne pirydyny są również wykorzystywane jako małocząsteczkowe α-helikalne mimetyki w hamowaniu interakcji białko-białko oraz funkcjonalnie selektywne ligandy GABAA. Halogenowane pirydyny są szczególnie atrakcyjnymi blokami budulcowymi dla różnych metod sprzęgania krzyżowego, w tym reakcji sprzęgania krzyżowego Suzuki-Miyaura.

Pirymidyny to heterocykliczne aromatyczne związki organiczne podobne do pirydyny, ale zawierające dwa atomy azotu w pozycjach 1 i 3 sześcioczłonowego pierścienia. Pierścień jest izomeryczny z dwiema innymi formami diazyny: pirydazyną, z atomami azotu w pozycjach 1 i 2; oraz pirazyną, z atomami azotu w pozycjach 1 i 4. Jako nukleotydy w DNA i RNA, pochodne nukleotydów pirymidynowych mają szerokie zastosowania biologiczne. Na przykład pochodne pirymidyny są wykorzystywane w badaniach nad naprawą DNA, co ma wpływ na raka i epigenetykę.

Pirole (1H-pirole) to heterocykliczne związki aromatyczne składające się z pięcioczłonowego pierścienia zawierającego atom azotu. Pirole są ważnymi syntonami w syntezie produktów naturalnych. Wykazują niezwykłe właściwości biologiczne, takie jak działanie hipolipidemiczne, przeciwdrobnoustrojowe, przeciwzapalne i przeciwnowotworowe oraz mogą hamować odwrotną transkryptazę retrowirusową [tj. ludzki wirus niedoboru odporności typu 1 (HIV-1)], komórkowe polimerazy DNA i kinazy białkowe. Ponadto, niektóre z tych związków są użytecznymi półproduktami w syntezie biologicznie ważnych naturalnie występujących alkaloidów i nienaturalnych pochodnych heterocyklicznych. Fosfinopodstawione N-arylowe pirole, nowa klasa sterycznie wymagających i bogatych w elektrony biarylowych ligandów fosfinowych, wykazują wysokie szybkości obrotu i niskie obciążenie katalizatora.

Pirolidyny to cykliczne aminy drugorzędowe z pięcioczłonowym pierścieniem, zawierającym cztery atomy węgla i jeden atom azotu. Pierścień pirolidyny jest centralną strukturą aminokwasu proliny i jego pochodnych. Chiralne pirolidyny odgrywają ważną rolę zarówno jako chiralne bloki budulcowe dla substancji pomocniczych, jak i kluczowe struktury istotne dla substancji biologicznie czynnych. Pochodne fragmentu metylopirolidynylowego są powszechnymi motywami strukturalnymi obecnymi w kilku inhibitorach i antagonistach, w tym w serii inhibitorów odwrotnej transkryptazy HIV-1 oraz antagonistów receptora histaminowego H3 i dopaminy D4. Większość oferowanych przez nas pirolidyn jest dostępna jako racematy lub w obu postaciach enancjomerycznych.

Pyroliny, zawierające azot pięcioczłonowe heterocykle, są powszechnymi rusztowaniami strukturalnymi w produktach naturalnych i środkach farmaceutycznych. Pochodne piroliny obejmują naturalne i syntetyczne związki o znaczących właściwościach biologicznych i farmakologicznych. Piroliny są półproduktami w syntezie biologicznie aktywnych piroli i pirolidyn. Przykłady ważnych z medycznego punktu widzenia związków opartych na pirolinach obejmują inhibitor kinazy białkowej staurosporynę i inhibitor geranylgeranylotransferazy.

Chinazolina, 1,3-diazanaftalen, składa się z połączonych pierścieni benzenu i pirymidyny. Ze względu na przewidywalną reaktywność pierścieni w substytucji elektrofilowej i nukleofilowej, są one doskonałym rusztowaniem do manipulacji syntetycznych o ogromnej aktywności farmakologicznej. Pochodne chinazoliny znalazły zastosowanie jako środki przeciwmalaryczne i w leczeniu nowotworów.

Pochodne chinoliny, składające się z pierścienia benzenowego połączonego z pierścieniem pirydynowym, mają właściwości antyseptyczne, przeciwgorączkowe i przeciwmigrenowe i są stosowane jako leki przeciwmalaryczne oraz do przygotowywania innych leków przeciwmalarycznych. Odkrycie chlorochiny, najsłynniejszego leku zawierającego to rusztowanie, zaowocowało kontrolą i leczeniem malarii przez dziesięciolecia. Chinolina i jej pochodne są szeroko stosowane jako fungicydy, biocydy, antybiotyki, alkaloidy, barwniki, chemikalia gumowe i środki aromatyzujące. Dodatkowe zastosowania przemysłowe obejmują ich wykorzystanie jako inhibitorów korozji, konserwantów i rozpuszczalników do żywic i terpenów, a także w katalizie kompleksów metali przejściowych do jednolitej polimeryzacji i chemii luminescencji. Są one również wykorzystywane w produkcji barwników rozpuszczalnych w oleju, barwników spożywczych, farmaceutyków, wskaźników pH i innych związków organicznych. Chinolina jest katabolitem tryptofanu, podstawowej struktury niektórych leków przeciwnadciśnieniowych, takich jak leki rozszerzające naczynia obwodowe prazosyna i doksazosyna.

Chinoksaliny (zwane także 1,4-diazanaftalenami lub benzopirenami) to bicykliczne heterocykle zawierające pierścień benzenowy połączony z pierścieniem pirazynowym. Pochodne chinoksaliny są ważnymi składnikami związków farmakologicznie czynnych, w tym środków przeciwbakteryjnych, antybiotykowych i przeciwnowotworowych, przeciwgrzybiczych, przeciwzapalnych i przeciwbólowych, a także stosowanych w hamowaniu syntezy RNA, reaktywnych barwnikach i pigmentach, barwnikach azowych, barwnikach flurosceinowych, hamowaniu korozji i polimerach fotowoltaicznych.

Quinuclidine, bicykliczna amina, znalazła liczne zastosowania, przede wszystkim jako ligand wykorzystywany w badaniach nad katalizowaną przez OsO4 dihydroksylacją olefin. Te heterocykle zawierające azot zostały również wykorzystane do utworzenia soli onium do testowania aktywności antagonistów PAC. 3-Quinuclidinol jest synthonem do przygotowywania ligandów receptorów cholinergicznych i środków znieczulających, a także katalizatorem kondensacji ketonu metylowo-winylowego z aldehydami.

Tetrazole, składające się z pięcioczłonowego pierścienia zawierającego cztery azoty, mają zastosowanie zarówno w materiałoznawstwie, jak i farmaceutyce. Tetrazole mogą tolerować szeroki zakres środowisk chemicznych, od silnie kwaśnych do zasadowych, a także warunki utleniające i redukujące. Tetrazole są metabolicznie stabilnymi bioizosterami grupy kwasu karboksylowego i mogą służyć jako prekursory różnych heterocykli zawierających azot poprzez rearanżację Huisgena. Działają również jako proste lipofilowe przekładki wyświetlające dwa podstawniki w odpowiedni sposób, gdzie wzory połączeń osadzonych jednostek tetrazolowych są uderzająco podobne do tych z ich 1,2,3-triazolowych analogów.

Pochodne tiadiazoli, pięcioczłonowych pierścieni zawierających dwa nitrogeny i siarkę, były badane pod kątem aktywności przeciwdrgawkowej i przeciwdrobnoustrojowej. Pochodne 1,3,4-tiadiazoli wykazują aktywność przeciwbakteryjną i przeciwgrzybiczą.

Tiazyny (zwane również 1,4-tiazynami) składają się z sześcioczłonowego pierścienia zawierającego atom siarki i azotu względem siebie. Wykazują one różnorodne działania farmakologiczne i biologiczne, takie jak działanie przeciwnowotworowe, przeciwdrobnoustrojowe, przeciwzapalne i przeciwgorączkowe, a także działają depresyjnie na ośrodkowy układ nerwowy. Dodatkowo, pochodne tiazyny są również stosowane jako barwniki, środki uspokajające i insektycydy.

Tiazole, pięcioczłonowe pierścienie zawierające azot i siarkę, wykazują wyjątkowy zakres aktywności przeciwnowotworowej, przeciwwirusowej i antybiotycznej. Ich obecność w peptydach lub ich zdolność do wiązania się z białkami, DNA i RNA spowodowały liczne badania syntetyczne i nowe zastosowania. Pierścień tiazolowy został zidentyfikowany jako centralna cecha niezliczonych produktów naturalnych, z których być może najbardziej znanymi są epotilony. Dodatkowo, tiazole często pojawiają się w badaniach nad peptydami. Tiazole mogą również służyć jako chroniona grupa formylowa, która może zostać uwolniona na późnych etapach syntezy złożonego produktu naturalnego.

Tiazoliny to pięcioczłonowe związki heterocykliczne zawierające atom siarki i atom azotu. Tiazolidyna jest zredukowaną formą tiazoliny. Reszty cysteiny są powszechnie modyfikowane potranskrypcyjnie w tiazoliny. Pochodne tiazoliny są aktywatorami PPARγ, który poprawia insulinooporność i obniża poziom glukozy we krwi w cukrzycy typu 2, a także środkami przeciwnowotworowymi poprzez hamowanie kaskad sygnalizacyjnych Raf/MEK/kinazy regulowanej sygnałem zewnątrzkomórkowym (ERK) i kinazy fosfatydyloinozytolu 3 (PI3K)/Akt.

Tiofeny (tiofurany) to ważne związki heterocykliczne zawierające siarkę, które funkcjonują jako analogi furanów i piroli i są szeroko stosowane jako bloki budulcowe w wielu agrochemikaliach i farmaceutykach, a także w materiałoznawstwie. Benzotiofen i dibenzotiofen zawierają pierścień tiofenowy połączony odpowiednio z jednym i dwoma pierścieniami benzenowymi. Ze względu na swoją aromatyczność, tiofen nie wykazuje takich samych właściwości jak konwencjonalne tioetery. Na przykład atom siarki w tiofenie jest odporny na alkilowanie i utlenianie. Tiofen może również służyć jako bioizostery pierścienia benzenowego, na przykład w NLPZ lornoksykamie, tiofenowym analogu piroksykamu.

Pochodne triazyny składają się z sześcioczłonowego pierścienia aromatycznego zawierającego trzy atomy azotu. Formy izomeryczne obejmują 1,2,3-; 1,2,4-; i 1,3,5-triazynę. Trójpodstawione 1,3,5-triazyny są jedną z najstarszych klas związków organicznych, które są nadal stosowane jako ważne struktury rdzeniowe w wielu środkach farmaceutycznych ze względu na ich skuteczne właściwości farmakologiczne, w tym działanie przeciwnowotworowe, przeciwangiogenne, przeciw HIV, przeciwmalaryczne, przeciwbakteryjne i przeciwdrobnoustrojowe. Związki te zostały również wykorzystane jako podjednostki w tworzeniu struktur supramolekularnych, ponieważ posiadają dobre właściwości optyczne i elektroniczne oraz są zdolne do tworzenia wielu wiązań wodorowych. Stwierdzono również, że pochodne triazyny są inhibitorami PI3K i mTOR, a także skutecznymi inhibitorami korozji stali miękkiej w roztworach kwaśnych.

Triazole, składają się z pięcioczłonowego pierścienia zawierającego trzy atomy azotu, wykazują aktywność biologiczną, zwłaszcza jako środki przeciwgrzybicze, przeciwdrobnoustrojowe i inhibitory enzymatyczne. Cykloaddycja azydkowo-alkilowa Huisgena jest łagodną i selektywną reakcją, która wytwarza 1,2,3-triazole jako produkty. Reakcja ta jest szeroko stosowana w chemii bio-ortogonalnej i syntezie organicznej. Pierścienie triazolowe są stosunkowo stabilnymi grupami funkcyjnymi, a wiązania triazolowe mogą być wykorzystywane w różnych zastosowaniach, takich jak zastąpienie szkieletu fosforanowego DNA.