杂环化学研究进展课程论文

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论

杂环化合物的分类、合成以及未来发展方向简述

摘要 杂环化学是有机化学的一个主要组成部分。在现今的有机化合物中，杂环化合物的数量约占总数的三分之一。作为医药、农药、染料和其他精细化工产品的中间体，杂环化合物及其衍生物的应用越来越广泛，本文就该类化合物的分类、合成以及未来发展方向做一简单综述。

关键词 杂环化学；咪唑；噻唑；四氮唑；糖苷

1引言

杂环化合物是由两种或多种原子所构成的环状化合物。在构成环的原子中，所含有的一个或多个非碳原子称为杂原子。当杂原子为金属原子时，此时的杂环化合物为无机杂环化合物，除此之外的为有机杂环化合物。有机杂环化合物又可分为广义和狭义两种。广义的只从字面上考虑，那就要将许多一般认为非杂环也归入杂环类，诸如环形二酸酐和环形酰亚胺等等。由于它们通常是由同一分子中的两个官能团环合而成的，环合方法又是一个可逆的、脱水或脱氨之类的反应，故很容易水解成原来的非杂环化合物。所以这些环形二酸酐、环形酰亚胺、内酯、内酰胺等等[1-5]，一般不归入杂环化合物，这是通行的准则。

在杂环化合物中，一部分不饱和的环系往往具有芳香性，当不饱和部分饱和之后，环的芳香性就消失，其性质就近于脂环化合物。无芳香性的杂环，其化学性质原则上与脂环化合物差别不大，然而有芳香性的杂环，因杂原子存在之故，较一般纯碳环芳香族化合物有较多的区别。

到目前为止，在合成的成千上万个有机化合物中，只有少数的有机化合物具有生理活性，而在这些具有生理活性的有机化合物中，大多数含有杂环。因此，设计与合成具有生理活性的杂环化合物引起了合成化学家和药物学家的重视

[6,7]

。杂环化学目前己成为有机合成领域的研究热点之一，Weiss Berger等在其

主编的“The Chemistry of Heterocyelic Compounds”里对杂环化学的最新概况进行了详细的报道。杂环化学的发展必然将对有机化学的发展起到巨大的推动作用[8]。

杂环化合物在医药、农药、染料、材料等领域有着广泛的应用[9-11]，特别是含氮的单杂环化合物或具有特殊结构的稠杂环化合物具有很强的生理活性。其在功能化合物中，扮演着重要角色[12,13]。本文在文献调研的基础之上，就重要杂环化合物的分类、合成方法以及未来发展方向做一简单的综述。

2.重要杂环化合物

2.1咪唑杂环体系

含咪唑环的化合物广泛存在于自然界中，具有各种生理活性。咪唑具有质子授-受性能、络合配位性能、共轭酸碱性能，享有“生物催化剂”、“生物配体”之美誉。在自然界，咪唑作为许多酶的活性中心功能基，参与了重要的生物化学反应，对生命活动起着十分重要的作用。许多药物、酶抑制剂等含有咪唑中心功能基。例如咪唑-2-硫酮衍生物可作为多巴胺β-羟化酶抑制剂的培养[14]。

2.2噻唑杂环体系

许多天然化合物分子中含有噻唑环，如具有抗癌作用的Lyngbyabellin A，Dollabellin等。噻唑可以作为雌性激素受体蛋白的配体，是一类新的腺嘌呤核苷拮抗剂。作为治疗糖尿病的噻唑类药物，可以抑制或破坏人体内糖基化终产物的交联作用。很多噻唑类衍生物被开发研制成广泛使用的抗菌素、抗癌药、除草剂、染料、显色剂以及电镀用的光亮剂等产品。合成含有噻唑环的小分子化合物库，从中筛选出具有生理活性的药物，是近年来药物化学中的一大热点。通常合成噻唑环有Hantzsch合成法，醛与胺缩合成噻唑啉后氧化法，异硫氰酸酯化合物合成法，二羰基化合物合成法等。

2.3四氮唑体系

四氮唑常被称为四氮唑酸，它有两种可能的异构体，文献报道通常以N2-H

为稳定构型：

四氮唑与羧酸有相似的物理化学性质，在药物化学中，常被看做是羧酸的替换物。用四氮唑环代替药物分子中的羧基会有更好的药效。正因为如此，四氮唑化合物的合成越来越引起人们的注意。常见5．取代四氮唑的合成方法如下：

2.3.1用叠氮酸来合成[15]

它的缺点是叠氮酸在加热的条件下容易发生爆炸。

2.3.2用叠氮化钠和金属盐来合成[16]

这种方法避免了叠氮酸的产生，但是产率往往较低。

2.3.3用有机锡或硅试剂来合成

此外，文献还报道了利用芳腈以外的化合物来合成

2.4糖苷

糖苷是糖的半缩醛羟基与配基缩合失去一分了水或其他小分子化合物而形成的一类具有广泛生理活性的化合物。

糖苷中糖的部分称为糖基，非糖部分称为配基。糖苷是糖在自然界存在的重要形式，几乎各类生物都具有，以植物界分布最为广泛。化学家已经合成了氧糖苷和氮糖苷，并确证他们具有抗癌、抗肿瘤活性。特别是氮苷类化合物分子中引四氮唑环后具有很好的抗肿瘤和抗病毒等生理活性。据报道，四氮唑氮苷类药物在肝肠中可以进行二次循环，半衰期很长，因而有很好的药效。一些四氮唑氮苷化合物作为候选药物已有报道，如：

硫糖苷、碳糖苷是近二十年发展起来的一类新的化合物，特别是碳糖苷，由于碳碳键取代了原来的半缩醛。使稳定性大大提高，具有很好的抗酶解活性。糖酯是广泛存在于自然界中的一类具有生理活性的物质，主要从植物中进行提取而得到。由于糖酯可以对某些药物进行修饰，以降低药物的毒副作用，因此糖酯的合

成也引起了人们的重视。

下面就各类糖苷的合成方法做一些归纳：

2.4.1相转移催化合成[17,18]

2.4.2Lewis酸催化合成[19]

2.4.3自由基反应合成(碳糖苷)

2.4.4酶催化的生物合成

3杂环化合物的发展方向

随着科学技术的发展，人们不再满足于单纯提取和利用活性天然化合物，而是在模拟、改造活性天然杂环化合物的同时，根据需要设计一些具有特别功能和用途的杂环化合物，这方面的研究大致可以分为下列诸类：

3.1药物

合成的杂环药物几乎涉及到各种结构类型的杂环化合物，应用于各种疾病和医疗领域。其数量之大种类之多这里无法一一列举。需要指出的是，这些药物的

合成大多数是从模拟活性天然杂环化合物开始的，然后根据活性与结构的关系在结构上加以改造，从而生产出许多更经济实用的药物。

3.2生物模拟材料

通过对糜蛋白酶中羟基和咪唑基等多功能基团协同作用的研究，人们合成了相应的模拟酶，它是在聚乙烯链上相间地接上咪唑基和r-羟基丁酸，其活性比天然糜蛋白酶大十倍。在第四代模拟生物膜技术——液膜中，担负流动载体生物功能的分子，大多数都是冠醚或氮穴化合物，它们是含氧或含氮的多杂原子大环化合物

3.3有机导体和超导材料

在目前发现的有机导体中，绝大多数都是杂环化合物。第一个有机导体就是四硫代富瓦烯，第一个有机超导材料是四硒化合物。

3.4储能材料

通过某些杂环分子的扩环和缩环反应，将太阳能贮存起来，这是近代发现的杂环化合物的一个重要新用途。如吡唑衍生物在光照下发生缩环反应，生成环丙烷取代的重氮化合物，后者可贮能832 J/g。最近发现的有机太阳能电池所用的贮能材料，大多数都是含杂环的大共轭体系，例如酞菁环系和部花菁体系等。

3.5工程高分子材料

从60年代开始，人们从聚亚酰胺得到启发，相继合成了各种各样的杂环高分子材料，其中多数都具有优良的耐高温、耐酸碱、耐氟化物和电绝缘性能，可以广泛用作工程材料。

3.6杂环染料

最普通的含杂环染料是阴丹士林RSN，它是由两分子的葸醌和一分子的二氢吡嗪骈合而成的。常用染料靛蓝是两分子卢一羰基吲哚通过双键连接起来的对称结构。

展望

综上所述，杂环化合物不但类型多、数量大，而且在自然界分布也十分广泛。特别是具有生物活性的天然杂环化合物大多在生物的生长发育、遗传和衰亡过程中起到关键作用[21,22]。因此，在分子水平上系统的研究各类杂环化合物的分子结构、在生物体中的存在形式和它们的生理作用机制对于人类的发展具有深远的意义。

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