Heterocyklické stavební prvky

Azaindoly mají bicyklickou strukturu, která se skládá z pyridinového kruhu sloučeného s pyrrolovým kruhem. Tyto sloučeniny vykazují významnou biologickou aktivitu a pomáhají usnadnit generování nových terapeutických vodítek. Azaindolová část vykazuje vynikající potenciál jako bioizostera indolového kruhového systému, který se od indolu liší pouze přítomností dalšího dusíkového kruhu. 7-Azaindoly jsou zvláště zajímavé díky své schopnosti napodobovat puriny v roli partnerů vodíkových vazeb.

Benzimidazol je heterocyklická aromatická organická sloučenina tvořená fúzí benzenu a imidazolu. Benzimidazoly se používají jako rozšíření dobře propracovaného imidazolového systému, jako uhlíková kostra pro N-heterocyklické karbeny a jako ligand pro komplexy přechodných kovů. Farmakologické sloučeniny benzimidazolových derivátů jsou silnými inhibitory pro řadu enzymů. Benzimidazoly mají řadu terapeutických využití, včetně protinádorové, antimykotické, antiparazitární, analgetické, antivirové a antihistaminové aktivity, a také využití v kardiovaskulárních onemocněních, neurologii, endokrinologii a oftalmologii.

Benzodioxanové deriváty, bicyklické heterocyklické systémy tvořené benzenovým kruhem sloučeným s heterocyklickým dioxanovým kruhem, představují řadu syntetických a přírodních sloučenin značného medicínského významu. Sloučeniny obsahující dioxanovou nebo 1,4-benzodioxanovou část vykazují různé biologické aktivity, např. antihepatotoxickou (hepatoprotektivní), α-adrenergní blokující, protizánětlivou, antigastrickou, spasmolytickou, antipsychotickou, anxiolytickou a D2 antagonistickou/5-HT1A parciální agonistickou aktivitu.

Benzofuran, známý také jako kumaron, je heterocyklická sloučenina sestávající ze sloučených benzenových a furanových kruhů. Benzofuranové deriváty vykazují biologické aktivity, od antimykotických a antimikrobiálních vlastností až po působení jako antagonisté receptoru H3 a angiotenzinu II.

Benzopyrany, nazývané také chromeny, jsou bicyklické heterocyklické systémy sestávající z benzenového kruhu sloučeného s heterocyklickým pyranovým kruhem. Deriváty benzopyranů (chromony a flavony) jsou potenciálně užitečné protizánětlivé látky díky své schopnosti inhibovat signální přenosové cesty závislé na proteinkinázách. Některé přírodní benzopyranové deriváty navíc vykazují inhibiční aktivitu produkce prostaglandinu E2 (PGE2). Benzopyranové deriváty jsou také atraktivní předlohou pro identifikaci potenciálních protinádorových látek.

Benzothiofeny, tvořené benzenovým kruhem sloučeným s thiofenovým kruhem, jsou významnou třídou heterocyklů s privilegovanou strukturou. Používají se jako výchozí materiály pro syntézu bioaktivních struktur a jsou přítomny ve farmaceutických přípravcích, jako jsou selektivní modulátory estrogenových receptorů, inhibitory syntézy leukotrienů a antimykotika, a v mnoha přírodních produktech. Různé substituční vzorce v těchto heterocyklech poskytují nové možnosti pro objevy léčiv a další aplikace v materiálové vědě.

Benzotriazoly, bicyklické heterocyklické systémy obsahující tři atomy dusíku a sloučený benzenový kruh, vykazují širokou škálu biologických a farmakologických aktivit i aplikací v materiálové vědě. V průmyslu se používají jako fixační činidla ve fotografických emulzích, jako látky proti povlaku mědi a jejích slitin, inhibitory koroze a v nemrznoucích směsích a chladicích systémech vody. Některé syntetické metody benzotriazolu zahrnují N-alkylaci benzotriazolu za podmínek bez rozpouštědel a "click" metody bez mědi, přípravu α-nitroketonů, oxazolinů a thiazolinů za mikrovlnného ozařování a různé aplikace s N-acylbenzotriazoly.

Benzotriazolové deriváty se běžně používají jako opouštějící skupina a hojně se využívají jako nové syntetické pomocné látky. Jejich atraktivita je do značné míry dána tím, že umožňují snadné zavádění a odstraňování během syntézy a že jsou schopny aktivovat další části molekuly.

Bylo popsáno nepřeberné množství metod tvorby peptidové vazby. Nejúspěšnější dnes známé přístupy zahrnují tvorbu aktivních esterů s uroniovými/guanidiniovými solemi. Nejpopulárnějšími členy této skupiny jsou činidla pro syntézu peptidů na bázi derivátů benzotriazolu, jako je HOBt nebo HOAt, které se také běžně používají jako přísady při karbodiimidem zprostředkované peptidové vazbě.

Deriváty karbazolu jsou tricyklické aromatické heterocykly sestávající ze dvou benzenových kruhů sloučených na obou stranách pětičlenného kruhu obsahujícího dusík. Zajímavé strukturní vlastnosti a slibné farmakologické aktivity těchto přírodních produktů vedly k obrovskému rozvoji karbazolové chemie. Karbazolové alkaloidní deriváty jsou dobře známy pro své různé farmakologické aktivity, včetně anti-HIV, protirakovinných, antibakteriálních a antimykotických aktivit. Deriváty karbazolu, jako je N-vinylkarbazol a poly(vinylkarbazol), mají také využití v průmyslu a materiálové vědě jako optoelektronické materiály.

Kumariny jsou skupinou polyfenolických sloučenin rostlinného původu. Patří do skupiny benzopyronů a mají širokou škálu farmaceutických aplikací, včetně cytoprotektivních a modulačních funkcí, které se mohou promítnout do terapeutického potenciálu u řady onemocnění. Deriváty kumarinu se vyskytují v antibiotických, antimitotických, imunomodulačních, antivirových, protinádorových, protizánětlivých, antikoagulačních, antimykotických, antioxidačních a cytotoxických látkách a také v některých biologických testech.

Kumariny mají další průmyslové využití. Fluorescence kumarinů, například 7-hydroxykumarinu, je široce využívána jako výzkumný nástroj ve vědě o polymerech. Kumariny se používají jako fotoiniciátory citlivé na laserové barvivo, pro inkorporaci do polymerních řetězců kopolymerací, při odhadu účinků rozpouštědel na polymery, pro různé strukturní charakterizace, při sledování uvolňovacích vlastností poly(methylmethakrylátových) nanosfér a pro polymerní fluorescenční solární kolektory.

Furany, tvořené pětičlenným aromatickým kruhem s jedním atomem kyslíku, jsou významnou třídou heterocyklických sloučenin, které mají důležité biologické vlastnosti. Furanový kruhový systém je základní kostrou mnoha sloučenin, které mají kardiovaskulární účinky. Jodovaný lipofilní derivát furanu se široce používá při léčbě komorové a arteriální fibrilace. Tyto části se hojně vyskytují v antibakteriálních, antivirových, protizánětlivých, protiplísňových, protinádorových, antihyperglykemických, analgetických, antikonvulzivních a dalších látkách. Nepatrné změny substitučních vzorců ve furanovém jádře způsobují rozlišitelné rozdíly v jejich biologické aktivitě. Bylo zjištěno, že deriváty furanu jsou inhibitory tvorby biofilmu u několika bakteriálních druhů a mají také inhibiční účinky na kvorum-sensing. Kromě toho, že jsou deriváty syntetickými stavebními kameny, jsou slibnými lignocelulózovými biopalivy.

Homopiperidiny, známé také jako azepany, jsou nasycené heterocykly obsahující dusík v sedmičlenném kruhu a jsou prekurzory několika léčiv a pesticidů. Byly zkoumány jako nízkomolekulární modulátory draslíkových kanálů aktivovaných vápníkem.

Imidazol je planární pětičlenný kruh obsahující dva nitrogeny (C3N2H4). Zatímco ostatní azolové heterocykly jsou rozšířeny v široké škále bioaktivních přírodních produktů, imidazolový kruh se vyskytuje převážně v souvislosti s přírodní aminokyselinou histidinem. Kromě toho se imidazolový kruh objevuje jako součást nepřirozených cyklických peptidů a používá se jako esterový isostere v peptidomimetických studiích. Použití imidazolu však není omezeno pouze na oblast peptidů a peptidomimetik. Imidazoly se vyskytují ve velké rodině bromopyrrolo-imidazolových alkaloidů izolovaných z mořských hub obsahujících společný metabolit oroidin, které se vyznačují významnými biologickými aktivitami. Imidazolový kruh je přítomen také v pilokarpinových alkaloidech, které jsou potenciálními terapeutickými látkami při trombóze, rakovině a zánětlivých onemocněních.

Imidazoliny a imidazolidiny jsou důležité heterocykly, které se vyskytují v mnoha biologicky aktivních sloučeninách. Imidazoliny se používají jako chirální katalyzátory, chirální pomocné látky a ligandy pro asymetrickou katalýzu. Vykazují řadu biologických aktivit, včetně antihyperglykemické, protizánětlivé, antihypertenzní, protinádorové a antihypercholesterolemické, jakož i antiulcerózní, antivirové, antimykotické, antibakteriální, antituberkulózní, antiastmatické, antidiabetické a antiprotozoální aktivity. Imidazoliny, jako jsou imidazoliny mastných kyselin, mají průmyslové využití jako inhibitory koroze.

Indazolové molekuly jsou heterocyklické aromatické sloučeniny s benzenem sloučeným s pyrazolem. Od indolu se liší pouze přítomností dalšího dusíkového kruhu, a proto vykazují vynikající potenciál jako bioizostery indolového kruhového systému. Různé indazoly vykazují významnou aktivitu jako antimykotika, protizánětlivé látky, antiarytmika, analgetika a inhibitory syntázy oxidu dusnatého.

Indoles jsou benzenové kruhy sloučené s pyrrolovým kruhem. Indolová podjednotka je téměř všudypřítomnou složkou biologicky aktivních přírodních produktů a její studium je již po generace hlavním předmětem výzkumu. Jsou schopny vázat se na více receptorů s vysokou afinitou, a mají tak uplatnění v široké škále terapeutických oblastí. Vzhledem k této aktivitě není překvapivé, že se indolový kruhový systém stal důležitým stavebním blokem nebo meziproduktem v heterocyklické syntéze.

Indoliny jsou aromatické bicyklické heterocykly sestávající z benzenového kruhu sloučeného s pětičlenným kruhem obsahujícím dusík. Indolové alkaloidy jsou intenzivně studovány pro své biologické aktivity v několika farmaceutických oblastech, např. protinádorové a protinádorové. Z této chemické skupiny vykazuje indolinon velmi slibné protinádorové vlastnosti tím, že inhibuje různé rodiny kináz. Tyto malé molekuly mají nízkou molekulovou hmotnost a většina z nich se váže na proteinové kinázy a soutěží s ATP o vazebné místo pro ATP. Kromě toho, že jsou stavebními kameny v heterocyklické syntéze, mají indoliny také průmyslové využití jako senzitizéry v solárních článcích.

Isoquinolines, strukturní izomery chinolinů, jsou benzopyridiny složené z benzenového kruhu sloučeného s pyridinovým kruhem. Vzhledem k jejich širokému spektru účinků je o syntézu isochinolinů značný zájem a mnoho syntetických přístupů umožňuje přístup k těmto strukturám.

Isoxazol, azol s kyslíkem, deriváty se nacházejí v některých přírodních produktech, jako je kyselina ibotenová, a také v několika lécích, včetně inhibitoru COX-2 a furoxanu, donoru oxidu dusnatého. Isoxazoly jsou užitečné izostery pyridinu a bylo zjištěno, že inhibují napěťově řízené sodíkové kanály, čímž kontrolují bolest, umožňují konstrukci derivátů tetracyklinových antibiotik a používají se jako léky proti depresi.

Morpholines jsou šestičlenné heterocykly s aminovými i éterovými funkčními skupinami. Substituované deriváty morfolinu jsou jádrem různých přírodních produktů a biologicky aktivních sloučenin. Tato třída sloučenin našla významné uplatnění ve farmaceutickém průmyslu a v zemědělství. Chirální morfolinové deriváty našly četné uplatnění v asymetrické syntéze jako chirální pomocné látky i jako chirální ligandy. Morfolinové deriváty ze syntézy a přírodních produktů vykazují aktivitu jako antidepresiva, látky potlačující chuť k jídlu, protinádorové látky, antioxidanty, antibiotika, selektivní α1-agonisté při léčbě demence a dalších poruch centrálního nervového systému (CNS) charakterizovaných příznaky noradrenergní nedostatečnosti, jakož i jako silní dlouhodobě působící antagonisté lidských neurokinin-1 (hNK-1) receptorů. Morfoliny mají několik průmyslových aplikací, jako je inhibice koroze, optické bělení, příprava textilií k barvení a konzervace ovoce.

Oxadiazoly jsou pětičlenné heterocyklické aromatické sloučeniny složené z jednoho atomu kyslíku, dvou atomů dusíku a dvou atomů uhlíku. V závislosti na umístění dusíků v kruhu existuje několik izomerů, jako je 1,2,4-; 1,2,5-; a 1,3,4-oxadiazol. Oxadiazoly tvoří hlavní třídu sloučenin s heterocyklickým jádrem pro vývoj léčiv a patřily mezi první účinné chemoterapeutické a antibiotické látky. Zájem o oxadiazoly sahá od lékařské chemie až po polymerní průmysl. Oxadiazoly mají mimo jiné antibakteriální, protizánětlivé, antikonvulzivní, protinádorové, antituberkulózní, antidiabetické, antihelmintické a analgetické účinky tlumící CNS. Vzhledem k jejich širokému potenciálu biologické aktivity je syntéza oxadiazolových derivátů zajímavá pro medicinální chemiky pracující v oblasti vývoje léčiv.

Oxazoly jsou heterocyklické aromatické sloučeniny obsahující atom kyslíku a atom dusíku oddělené jedním atomem uhlíku. Deriváty oxazolů nabývají na významu díky jejich použití jako meziproduktů pro přípravu nových biologických materiálů. Oxazolový kruh je přítomen v mnoha farmakologicky významných sloučeninách, včetně těch, které se používají jako antibiotika a antiproliferační látky. Široká škála biologických aktivit oxazolů zahrnuje protizánětlivou, analgetickou, antibakteriální, antimykotickou, hypoglykemickou, antiproliferační, protituberkulózní, svalovou relaxační a HIV inhibiční aktivitu. Kromě toho jsou deriváty oxazolu užitečnými syntetickými meziprodukty a lze je použít jako rozmanité scaffoldy v kombinatoriální chemii a jako peptidomimetika.

Oxazoliny se skládají z pětičlenného heterocyklického kruhu obsahujícího jeden atom kyslíku a jeden atom dusíku a oxazolidiny (nazývané také 1,3-oxazolidiny) jsou redukovanou formou oxazolinů. Isoxazolidiny jsou izomery oxazolidinů, kde atomy dusíku a kyslíku sousedí. Oxazoliny jsou atraktivní heterocyklické sloučeniny nejen díky své jedinečné struktuře a rozmanitému použití, ale také proto, že slouží jako strukturní prvky v řadě přírodních produktů a léčiv. Příklady těchto sloučenin zahrnují antimykobakteriální alkaloid obsahující oxazol, inhibitor polymerace tubulinu a protinádorové látky, které obsahují 2,5-disubstituované oxazolinové prvky. Kromě toho lze oxazolinové deriváty využít také jako inhibitory koroze v průmyslovém prostředí a jako chirální ligandy v asymetrické syntéze. Polymery 2-oxazolinu jsou považovány za pseudopeptidové bioinspirované polymery. Vzhledem k důležitým aplikacím oxazolinových derivátů byly vyvinuty různé syntetické metodiky pro výrobu těchto sloučenin. Obecně se oxazolové deriváty syntetizují třemi typickými metodami: cyklizací acyklických prekurzorů, oxidací oxazolinů a spojením prefunkcionalizovaných oxazolů s jinými organokovovými činidly. Chirální bis(oxazolinové) (BOX) ligandy se používají při asymetrické katalýze různých reakcí.

Oxetany, čtyřčlenný kruh se třemi atomy uhlíku a jedním atomem kyslíku, jsou blízkými homology epoxidů a představují atraktivní moduly pro objevování léčiv. Rogers-Evans, Carreira a spolupracovníci oznámili, že nahrazení gem-dimethylové jednotky oxetanovou jednotkou prokázalo zlepšení fyzikálních a biochemických vlastností molekulárního lešení. Ukázali také použití 1,6-substituovaných azaspiro[3.3]heptanů obsahujících oxetanový kruh jako alternativy k nestabilním 1,3-heteroatomy substituovaným cyklohexanům. Oxetanový kruh může také fungovat jako náhražka karbonylové skupiny. Ve většině případů byl hlavním stavebním blokem, který autoři použili k instalaci oxetanové jednotky, 3-oxetanon.

Přítomnost oxetanového kruhu v molekulách podobných léčivům a biologicky aktivních molekulách není pro syntetické a medicinální chemiky ničím novým. Snad nejznámějšími příklady léčiv obsahujících oxetan jsou přírodní produkt paklitaxel (Taxol®) a jeho syntetický analog docetaxel. Joëlle Dubois a její spolupracovníci studovali vliv odstranění oxetanového kruhu u analogů docetaxelu a zjistili, že analogy jsou v biologických testech méně aktivní než docetaxel. Merrilakton A se ukazuje jako slibná nepeptidová neurotropní látka a β-aminokyselina oxetin prokázala herbicidní i antibiotickou aktivitu.

piperazin je šestičlenný kruh se dvěma nitrogeny v opačných polohách a často se vyskytuje v biologicky aktivních sloučeninách v různých terapeutických oblastech. Některé z těchto terapeutických oblastí zahrnují antimykotika, antidepresiva, antivirotika a antagonisty/agonisty serotoninových receptorů (5-HT). Jednoduché N-substituované piperaziny se vyskytují v mnoha molekulách léčiv. Průmyslové využití piperazinů zahrnuje výrobu plastů, pryskyřic, pesticidů a rozkladné kapaliny.

Piperidiny a jejich deriváty se stávají stále oblíbenějšími stavebními prvky v široké škále syntetických protokolů. Piperidinový kruh, šestičlenný kruh obsahující jeden atom dusíku, lze rozpoznat nejen ve struktuře více než poloviny dnes známých alkaloidů, ale také v mnoha přírodních nebo syntetických sloučeninách se zajímavou biologickou aktivitou. 1-Boc-2-(aminomethyl)piperidin byl použit v post-Ugiho karbonylaci/intramolekulární amidaci k sérii osmičlenných makrolaktamů s mnoha body diverzity. Kromě toho byl nechráněný analog použit při syntéze antagonistů melanokortinového 4 receptoru. Tito antagonisté jsou potenciálně užiteční při terapeutické léčbě nedobrovolného hubnutí. Fluorované piperidiny jsou také předmětem trvalého zájmu v medicinální chemii, například při syntéze selektivních inhibitorů dipeptidylpeptidasy II (DPP II). Deriváty piperidinu se rovněž používají při syntéze peptidů na pevné fázi (SPPS) a v četných rozkladných reakcích.

Na farmaka typu piperidon, heterocyklus obsahující dusík s karbonylovou skupinou, mají větší afinitu k buněčným thiolům než k aminoskupinám a hydroxylovým skupinám. Sloučeniny této povahy tak mohou být zbaveny genotoxických vedlejších účinků spojených s mnoha alkylačními látkami. Jako α,β-nenasycené ketony jsou tyto sloučeniny schopny podléhat Michaelově adici, což vede k alkylaci buněčných nukleofilů. Piperidony vykazují protinádorovou, protizánětlivou a antimikrobiální aktivitu a také inhibují signální dráhu NF-κB. 2-piperidon a 4-piperidon jsou důležité meziprodukty při syntéze alkaloidů a při přípravě léčivých látek. K syntéze derivátů piperidinu byly použity Mannich-Michaelovy a aza-Diels-Alderovy reakce zahrnující imino dienofil a konjugovaný dien a enony.

Báze pyrimidinové a purinové jsou životně důležité pro život, jak ho známe, a jsou součástí struktur DNA a RNA. Purin je heterocyklická aromatická organická sloučenina, která se skládá z pyrimidinového kruhu sloučeného s imidazolovým kruhem. Puriny, včetně substituovaných purinů a jejich tautomerů, jsou nejrozšířenějším druhem heterocyklu obsahujícího dusík, který se vyskytuje v přírodě.

Pyran je šestičlenný heterocyklický nearomatický kruh, který se skládá z pěti atomů uhlíku a jednoho atomu kyslíku a obsahuje dvě dvojné vazby. Deriváty pyranu, jako jsou pyranoflavonoidy, jsou biologicky významné. Monosacharidy obsahující šestičlenný kruh se označují jako pyranózy.

Pyraziny (paradiaziny) jsou heterocyklické šestičlenné aromatické sloučeniny obsahující paraatomy dusíku. Deriváty pyrazinu jsou známé protinádorovou, antibiotickou, antikonvulzivní, antituberkulózní a diuretickou aktivitou, stejně jako kinázovou, enzymatickou a silnou inhibicí polymerace tubulinu a FtsZ. Pyraziny jsou těkavé sloučeniny, které jsou zajímavé také pro kosmetický, potravinářský, aromatický a voňavkářský průmysl.

Pyrazol, pětičlenný heterocyklický diazolový alkaloid složený ze tří atomů uhlíku a dvou atomů dusíku v sousedních pozicích, je převažujícím scaffoldem v programech objevování léčiv. Deriváty pyrazolu se používají pro svou analgetickou, protizánětlivou, antipyretickou, antiarytmickou, trankvilizující, svaly uvolňující, psychoanaleptickou, antikonvulzivní, inhibici monoaminooxidázy, antidiabetickou a antibakteriální aktivitu. Pyrazolový kruh je přítomen jako jádro v řadě předních nesteroidních protizánětlivých léčiv (NSAID) a antihypertenziv. Našly také uplatnění jako bifunkční ligandy pro katalýzu kovů.

Pyridazin, někdy nazývaný 1,2-diazin, je šestičlenný kruh obsahující dva sousední atomy dusíku. Pyridazin lze použít jako izosterní náhradu fenylových nebo heteroaromatických kruhů. Pyridaziny mohou zlepšit fyzikálně-chemické vlastnosti molekul léčiv tím, že zvyšují jejich rozpustnost ve vodě, účastní se jako akceptory vodíkových vazeb, a mají vysokou schopnost komplexovat s cíli díky svému dipólovému momentu. Pyridazin zvyšuje biologickou dostupnost, zejména pro CNS, a může snižovat toxicitu. Pyridazin je součástí několika molekul léčiv a pyridazinový farmakofor vedl ke vzniku řady farmakologicky aktivních sloučenin.

Pyridiny jsou heterocyklické šestičlenné aromatické sloučeniny obsahující jeden atom dusíku. Pyridiny jsou třídou důležitých heterocyklů a vyskytují se v mnoha přirozeně se vyskytujících bioaktivních sloučeninách, farmaceutických molekulách a chirálních ligandech v polysubstituovaných formách. Pyridinová část je přítomna v bezpočtu molekul s tak různorodým využitím, jako je katalýza, návrh léčiv, molekulární rozpoznávání a syntéza přírodních produktů. Příkladem pyridinů jsou známé alkaloidy likodin, antagonista adenosinového receptoru A3 a analog N,N-dimethylaminopyridinu (DMAP), který se běžně používá v organické syntéze. Pyridinové deriváty se rovněž uplatňují jako mimetika α-helikálních molekul malých molekul při inhibici interakcí protein-protein a jako funkčně selektivní ligandy GABAA. Halogenované pyridiny jsou obzvláště atraktivními stavebními kameny pro různé metodiky křížového spojování, včetně Suzuki-Miyaurových křížových reakcí.

Pyrimidiny jsou heterocyklické aromatické organické sloučeniny podobné pyridinu, ale obsahují dva atomy dusíku v polohách 1 a 3 šestičlenného kruhu. Tento kruh je izomerní s dalšími dvěma formami diazinu: pyridazinem, s atomy dusíku v polohách 1 a 2, a pyrazinem, s atomy dusíku v polohách 1 a 4. V případě pyrimirimidinu se jedná o izomerní kruh, který je izomerní s dalšími dvěma formami diazinu. Jako nukleotidy v DNA a RNA mají deriváty pyrimidinových nukleotidů široké biologické využití. Pyrimidinové deriváty se například využívají ve výzkumu oprav DNA s důsledky pro rakovinu a epigenetiku.

Pyroly (1H-pyroly) jsou heterocyklické aromatické sloučeniny tvořené pětičlenným kruhem obsahujícím atom dusíku. Pyrroly jsou důležitými synthony při syntéze přírodních produktů. Vykazují pozoruhodné biologické vlastnosti, jako je hypolipidemická, antimikrobiální, protizánětlivá a protinádorová aktivita, a mohou inhibovat retrovirové reverzní transkriptázy [tj. virus lidské imunodeficience typu 1 (HIV-1)], buněčné DNA polymerázy a proteinkinázy. Některé z těchto sloučenin jsou navíc užitečnými meziprodukty při syntéze biologicky významných přírodních alkaloidů a nepřirozených heterocyklických derivátů. Fosfinosubstituované N-arylpyroly, nová třída stericky náročných a elektronově bohatých biarylfosfinových ligandů, vykazují vysokou rychlost obratu a nízké zatížení katalyzátoru.

Pyrrolidiny jsou cyklické sekundární aminy s pětičlenným kruhem, obsahující čtyři atomy uhlíku a jeden atom dusíku. Pyrrolidinový kruh je centrální strukturou aminokyseliny prolinu a jeho derivátů. Chirální pyrrolidiny hrají důležitou roli jako chirální stavební bloky pomocných látek i jako klíčové struktury důležité pro biologicky aktivní látky. Deriváty methylpyrrolidinylového fragmentu jsou běžnými strukturními motivy přítomnými v několika inhibitorech a antagonistech, včetně řady inhibitorů HIV-1 reverzní transkriptázy a antagonistů histaminového receptoru H3 a dopaminového receptoru D4. Většina pyrrolidinů, které nabízíme, je k dispozici jako racemáty nebo v obou enantiomerních formách.

Pyrroliny, pětičlenné heterocykly obsahující dusík, jsou běžným strukturním základem přírodních produktů a léčiv. Pyrrolinové deriváty zahrnují přírodní a syntetické sloučeniny s pozoruhodnými biologickými a farmakologickými vlastnostmi. Pyrrolíny jsou meziprodukty při syntézách biologicky aktivních pyrrolů a pyrrolidinů. Mezi příklady lékařsky významných sloučenin na bázi pyrrolinů patří inhibitor proteinkinázy staurosporin a inhibitor geranylgeranyltransferázy.

Chinazolin, 1,3-diazanaftalen, se skládá ze sloučených benzenových a pyrimidinových kruhů. Jsou to vynikající scaffoldy pro syntetické manipulace s obrovskou farmakologickou aktivitou díky předvídatelné reaktivitě kruhů při elektrofilní a nukleofilní substituci. Quinazolinové deriváty našly uplatnění jako antimalarika a při léčbě rakoviny.

Deriváty chinolinu, složené z benzenového kruhu sloučeného s pyridinovým kruhem, mají antiseptické, antipyretické a antiperiodické vlastnosti a používají se jako antimalarika a pro přípravu jiných antimalarik. Objev chlorochinu, nejznámějšího léku obsahujícího tento skelet, vedl ke kontrole a léčbě malárie po celá desetiletí. Chinolin a jeho deriváty se široce používají jako fungicidy, biocidy, antibiotika, alkaloidy, barviva, gumárenské chemikálie a aromatické látky. Další průmyslové aplikace zahrnují jejich použití jako inhibitorů koroze, konzervačních látek a rozpouštědel pro pryskyřice a terpeny a v katalýze komplexů přechodných kovů pro jednotnou polymeraci a luminiscenční chemii. Používají se také při výrobě barviv rozpustných v oleji, potravinářských barviv, léčiv, indikátorů pH a dalších organických sloučenin. Chinolin je katabolit tryptofanu, který je základní strukturou některých antihypertenziv, jako jsou periferní vazodilatátory prazosin a doxazosin.

Quinoxaliny (nazývané také 1,4-diazanaftaleny nebo benzopyriny) jsou bicyklické heterocykly obsahující benzenový kruh sloučený s pyrazinovým kruhem. Deriváty chinoxalinů jsou důležitými složkami farmakologicky účinných sloučenin, včetně antibakteriálních, antibiotických a protinádorových látek, protiplísňových, protizánětlivých a analgetických látek, a také se používají při inhibici syntézy RNA, jako reaktivní barviva a pigmenty, azobarviva, flurosceinová barviva, inhibice koroze a fotovoltaické polymery.

Chinuklidin, bicyklický amin, našel řadu aplikací, zejména jako ligand používaný při studiu dihydroxylace olefinů katalyzované OsO4. Tyto heterocykly obsahující dusík byly také použity k vytvoření oniových solí pro testování aktivity PAC-antagonistů. 3-chinuklidinol je synthonem pro přípravu ligandů cholinergních receptorů a anestetik a také katalyzátorem pro kondenzaci methylvinylketonu s aldehydy.

Tetrazoly, tvořené pětičlenným kruhem obsahujícím čtyři dusíky, nacházejí uplatnění v materiálové vědě i ve farmacii. Tetrazoly snášejí širokou škálu chemických prostředí, od silně kyselých po zásadité, stejně jako oxidační a redukční podmínky. Tetrazoly jsou metabolicky stabilní bioizostery skupiny kyseliny karboxylové a mohou sloužit jako prekurzory různých heterocyklů obsahujících dusík Huisgenovou přestavbou. Fungují také jako jednoduché lipofilní mezerníky zobrazující vhodným způsobem dva substituenty, přičemž vzorce propojení vložených tetrazolových jednotek se nápadně podobají vzorcům jejich 1,2,3-triazolových analogů.

Tiadiazolové deriváty, pětičlenné kruhy obsahující dva nitrogeny a síru, byly zkoumány z hlediska antikonvulzivní a antimikrobiální aktivity. Je známo, že deriváty 1,3,4-thiadiazolů vykazují antibakteriální a antimykotické aktivity.

Thiaziny (nazývané také 1,4-thiaziny) se skládají ze šestičlenného kruhu obsahujícího atom síry a atom dusíku para k sobě. Vykazují různé farmakologické a biologické aktivity, např. protinádorovou, antimikrobiální, protizánětlivou a antipyretickou aktivitu, a působí také jako látky tlumící centrální nervový systém. Kromě toho se deriváty thiazinu používají také jako barviva, trankvilizéry a insekticidy.

Tiazoly, pětičlenný kruh obsahující dusík a síru, vykazují výjimečnou škálu protinádorových, antivirových a antibiotických aktivit. Jejich přítomnost v peptidech nebo jejich schopnost vázat se na bílkoviny, DNA a RNA nasměrovala četné syntetické studie a nové aplikace. Thiazolový kruh byl identifikován jako ústřední rys nesčetných přírodních produktů, z nichž asi nejznámější jsou epothilony. Kromě toho se thiazoly často objevují ve výzkumu peptidů. Thiazoly mohou také sloužit jako chráněná formylová skupina, kterou lze uvolnit v pozdních fázích složité syntézy přírodních produktů.

Thiazoliny jsou pětičlenné heterocyklické sloučeniny obsahující atom síry a atom dusíku. Thiazolidin je redukovaná forma thiazolinu. Cysteinové zbytky jsou běžně posttranskripčně modifikovány na thiazoliny. Thiazolinové deriváty jsou aktivátory PPARγ, které zlepšují inzulinovou rezistenci a snižují hladinu glukózy v krvi u diabetu 2. typu, a také protinádorové látky prostřednictvím inhibice signálních kaskád Raf/MEK/extracelulárním signálem regulované kinázy (ERK) a fosfatidylinositol-3-kinázy (PI3K)/Akt.

Thiophenes (thiofurany) jsou důležité heterocyklické sloučeniny obsahující síru, které fungují jako analogy furanů a pyrrolů a jsou široce využívány jako stavební kameny v mnoha agrochemikáliích a léčivých přípravcích i v materiálové vědě. Benzothiofen a dibenzothiofen obsahují thiofenový kruh sloučený s jedním, resp. dvěma benzenovými kruhy. V důsledku své aromaticity nevykazuje thiofen stejné vlastnosti jako běžné thioethery. Například atom síry v thiofenu odolává alkylaci a oxidaci. Thiofen může také sloužit jako bioizoster benzenového kruhu, jako například v NSAID lornoxikamu, thiofenovém analogu piroxikamu.

Triazinové deriváty se skládají ze šestičlenného aromatického kruhu obsahujícího tři atomy dusíku. Mezi izomerní formy patří 1,2,3-; 1,2,4-; a 1,3,5-triazin. Trojsubstituované 1,3,5-triaziny jsou jednou z nejstarších tříd organických sloučenin, které se nadále používají jako důležité základní struktury v mnoha farmaceutických přípravcích díky svým účinným farmakologickým vlastnostem, včetně protinádorové, antiangiogenní, anti-HIV, antimalarické, antibakteriální a antimikrobiální aktivity. Tyto sloučeniny se také používají jako podjednotky při tvorbě supramolekulárních struktur, protože mají dobré optické a elektronické vlastnosti a jsou schopny vytvářet vícenásobné vodíkové vazby. Bylo také zjištěno, že triazinové deriváty jsou inhibitory PI3K a mTOR a také účinnými inhibitory koroze měkké oceli v kyselých roztocích.

Triazoly, se skládají z pětičlenného kruhu obsahujícího tři atomy dusíku, vykazují biologickou aktivitu, zejména jako antimykotika, antimikrobiální látky a enzymatické inhibitory. Azid-alkynová Huisgenova cykloadice je mírná a selektivní reakce, při níž vznikají 1,2,3-triazoly jako produkty. Reakce je široce využívána v bio-ortogonální chemii a v organické syntéze. Triazolové kruhy jsou relativně stabilní funkční skupiny a triazolové vazby lze využít v řadě aplikací, například při náhradě fosfátové páteře DNA.