Heterociklusos építőelemek

Azaindolok biciklusos szerkezetűek, amelyek egy piridingyűrűből és egy pirrolgyűrűből állnak. Ezek a vegyületek jelentős biológiai aktivitást mutatnak, és elősegítik az új terápiás vezetők létrehozását. Az azaindol rész kiváló potenciált mutat az indol gyűrűrendszer bioizotereként, amely az indoltól csak egy további nitrogéngyűrű jelenlétében különbözik.  A 7-azaindolok különösen érdekesek, mivel hidrogénkötéses partnerként képesek utánozni a purinokat.

A benzimidazol egy heterociklusos aromás szerves vegyület, amely benzol és imidazol fúziójából áll. A benzimidazolokat a jól kidolgozott imidazolrendszer kiterjesztéseként, N-heterociklikus karbenek szénvázaként és átmeneti fémkomplexek ligandumaként használják. A benzimidazol-származékok farmakológiai vegyületei számos enzim erős gátlói. A benzimidazolok számos terápiás felhasználási területet foglalnak magukban, beleértve a daganatellenes, gombaellenes, parazitaellenes, fájdalomcsillapító, vírusellenes és antihisztamin hatású szereket, valamint a szív- és érrendszeri betegségekben, a neurológiában, az endokrinológiában és a szemészetben való felhasználást.

A benzodioxánszármazékok, a heterociklusos dioxángyűrűvel fuzionált benzolgyűrűből álló biciklusos heterociklusos rendszerek, a szintetikus és természetes vegyületek jelentős gyógyászati jelentőségű sorozatát képviselik. A dioxán- vagy 1,4-benzodioxán-részt tartalmazó vegyületek különböző biológiai aktivitásokat mutatnak, például antihepatotoxikus (májvédő), α-adrenerg blokkoló, gyulladáscsökkentő, gyomor- és görcsoldó, görcsoldó, antipszichotikus, anxiolitikus és D2 antagonista/5-HT1A parciális agonista aktivitást.

A benzofurán, más néven kumaron egy heterociklusos vegyület, amely fuzionált benzol- és furángyűrűkből áll. Benzofurán-származékok biológiai aktivitást mutattak ki, a gombaölő és antimikrobiális tulajdonságoktól kezdve a H3-receptor és az angiotenzin II antagonistájaként való működésig.

A benzopiránok, más néven kromének, biciklikus heterociklusos rendszerek, amelyek egy heterociklusos pirángyűrűvel fuzionált benzolgyűrűből állnak. A benzopirán-származékok (kromonok és flavonok) potenciálisan hasznos gyulladáscsökkentő szerek, mivel képesek gátolni a protein-kináz-függő jelátviteli utakat. Továbbá egyes természetes benzopiránszármazékok gátló hatást mutatnak a prosztaglandin E2 (PGE2) termelésére. A benzopirán-származékok vonzó sablont jelentenek potenciális rákellenes szerek azonosításához is.

A benzotiofének, amelyek egy tioféngyűrűvel fuzionált benzolgyűrűből állnak, a heterociklusok fontos, kiváltságos szerkezetű osztálya. Bioaktív szerkezetek szintézisének kiindulási anyagaként használják őket, és jelen vannak a gyógyszerekben, például szelektív ösztrogénreceptor-modulátorokban, leukotriénszintézis-gátlókban és gombaellenes szerekben, valamint számos természetes termékben. Az ezekben a heterociklusokban található különböző szubsztitúciós minták új lehetőségeket kínálnak a gyógyszerfelfedezésekhez és más anyagtudományi alkalmazásokhoz.

A benzotriazolok, a három nitrogénatomot és egy kondenzált benzolgyűrűt tartalmazó biciklusos heterociklusos rendszerek biológiai és farmakológiai tevékenységek széles skáláját mutatják, valamint az anyagtudományban is alkalmazhatók. Az iparban fotóemulziókban fixálószerként, réz és ötvözeteinek fénytelenítésére, korróziógátlóként, valamint fagyálló és vízhűtő rendszerekben használják őket. A benzotriazol néhány szintetikus módszere közé tartozik a benzotriazol N-alkilezése oldószermentes körülmények között és rézmentes "click" módszerek, α-nitro-ketonok, oxazolinok és tiazolinok előállítása mikrohullámú besugárzás mellett, valamint különböző alkalmazások N-acil-benzotriazolokkal.

A benzotriazol-származékokat gyakran alkalmazzák távozó csoportként és széles körben használják új szintetikus segédanyagként. Vonzerejük nagy részét az adja, hogy a szintézis során könnyen be- és kivezethetők, valamint hogy képesek a molekula más részeinek aktiválására.

A peptidkötés kialakítására módszerek sokaságáról számoltak be. A ma ismert legsikeresebb megközelítések az urónium/guanidinium sókkal történő aktív észterképzést foglalják magukban. E család legnépszerűbb tagjai a benzotriazol-származékokon alapuló peptidszintézisreagensek, mint például a HOBt vagy a HOAt, amelyeket a karbodiimid-közvetítésű peptidkapcsolásban is gyakran használnak adalékanyagként.

A karbazolszármazékok olyan triciklusos aromás heterociklusok, amelyek egy öttagú nitrogéntartalmú gyűrű két oldalán két benzolgyűrűvel fuzionáltak. E természetes termékek érdekes szerkezeti tulajdonságai és ígéretes farmakológiai aktivitása a karbazol-kémia hatalmas fejlődéséhez vezetett. A karbazol-alkaloid-származékok jól ismertek különböző farmakológiai hatásaikról, beleértve a HIV-ellenes, rákellenes, antibakteriális és gombaellenes tevékenységeket. A karbazol-származékok, mint például az N-vinil-karbazol és a poli(vinil-karbazol) az iparban és az anyagtudományban optoelektronikai anyagként is alkalmazhatók.

A kumarinok a növényi eredetű polifenolos vegyületek egy csoportja. A benzopironok családjába tartoznak, és a gyógyszerészeti alkalmazások széles skálájával rendelkeznek, beleértve a citoprotektív és moduláló funkciókat, amelyek számos betegség terápiás potenciáljává alakíthatók. A kumarinszármazékok antibiotikus, antimitotikus, immunmoduláló, vírusellenes, rákellenes, gyulladáscsökkentő, véralvadásgátló, gombaellenes, antioxidáns és citotoxikus szerekben, valamint egyes biológiai vizsgálatokban is megtalálhatók.

A kumarinok további ipari alkalmazásokkal rendelkeznek. A kumarinok, például a 7-hidroxikumarin fluoreszcenciáját széles körben használják kutatási eszközként a polimerek tudományában. A kumarinokat használják lézerfestékkel érzékenyített fotoiniciátorokként, polimerláncokba történő beépítésre kopolimerizációval, a polimer oldószerhatások becslésére, különböző szerkezeti jellemzésekre, a poli(metil-metakrilát) nanogömbök felszabadulási tulajdonságainak nyomon követésére és polimer fluoreszcens napkollektorokhoz.

Az egy oxigénatomot tartalmazó öttagú aromás gyűrűből álló furánok a heterociklusos vegyületek fontos osztálya, amely fontos biológiai tulajdonságokkal rendelkezik. A furán gyűrűrendszer számos szív- és érrendszeri aktivitással rendelkező vegyület alapváza. Egy jódozott lipofil furánszármazékot széles körben alkalmaznak a kamrai és artériás fibrilláció kezelésében. Ezek a részek széles körben megtalálhatók antibakteriális, vírusellenes, gyulladáscsökkentő, gombaellenes, daganatellenes, antihiperglikémiás, fájdalomcsillapító, görcsoldó és egyéb szerekben. A furánmagban lévő szubsztitúciós mintázatokban bekövetkező enyhe változások megkülönböztethető különbségeket okoznak biológiai aktivitásukban. A furánszármazékok számos baktériumfaj esetében a biofilmképződés gátlóinak bizonyultak, valamint quorum-érzékelő gátló hatással rendelkeznek. Amellett, hogy szintetikus építőelemek, a származékok ígéretes lignocellulóz bioüzemanyagok.

A homopiperidinek, más néven azepánok, olyan telített heterociklusok, amelyek egy nitrogént tartalmaznak egy héttagú gyűrűben, és számos gyógyszer és peszticid előanyaga. A kalcium-aktivált káliumcsatornák kismolekuláris modulátoraiként vizsgálták őket.

Az imidazol két nitrogént (C3N2H4) tartalmazó síkbeli, öttagú gyűrű. Míg más azol heterociklusok a bioaktív természetes termékek széles skáláján előfordulnak, az imidazolgyűrű nagyrészt a természetes aminosav hisztidin kontextusában fordul elő. Ezenkívül az imidazolgyűrű természetellenes ciklikus peptidek alkotórészeként is megjelenik, és a peptidomimetikai vizsgálatokban észter-izoszterként használják. Az imidazol alkalmazásai azonban nem korlátozódnak a peptidek és a peptidomimetikumok területére. Imidazolok a tengeri szivacsokból izolált, a közös metabolitot, az oroidint tartalmazó bromopirrol-imidazol alkaloidok nagy családjába tartoznak, amelyek jelentős biológiai aktivitásokkal rendelkeznek. Az imidazolgyűrű jelen van a pilokarpin-alkaloidokban is, amelyek potenciális terápiás szerek a trombózis, a rák és a gyulladásos betegségek kezelésére.

Az imidazolinok és az imidazolidinok fontos heterociklusok, amelyek számos biológiailag aktív vegyületben találhatók. Az imidazolinokat királis katalizátorokként, királis segédanyagként és aszimmetrikus katalízis ligandumaként használják. Számos biológiai aktivitást mutatnak, beleértve a vércukorcsökkentő, gyulladáscsökkentő, vérnyomáscsökkentő, rákellenes és koleszterinellenes, valamint fekélyellenes, vírusellenes, gombaellenes, antibakteriális, antituberkuláris, asztmaellenes, diabéteszellenes és antiprotozoás aktivitást. Az imidazolinok, mint például a zsírsav-imidazolinok, korróziógátlóként ipari alkalmazást nyernek.

Az indazolrészek olyan heterociklusos aromás vegyületek, amelyekben egy benzol egy pirazolhoz fuzionált. Az indoltól csak egy további nitrogéngyűrű jelenlétében különböznek, így az indol gyűrűrendszer bioizosztereként kiváló potenciállal rendelkeznek. Különböző indazolok jelentős aktivitást mutatnak mint gombaellenes szerek, gyulladáscsökkentők, antiaritmiás szerek, fájdalomcsillapítók és nitrogén-oxid-szintáz gátlók.

Az indolok pirrolgyűrűvel fuzionált benzolgyűrűk. Az indol alegység a biológiailag aktív természetes termékek szinte mindenütt jelenlévő összetevője, és tanulmányozása generációk óta a kutatások egyik fő fókuszában áll. Képesek több receptorhoz is nagy affinitással kötődni, így a terápiás területek széles skáláján alkalmazhatók. Ezen aktivitás miatt nem meglepő, hogy az indolgyűrűrendszer a heterociklusos szintézis fontos építőelemévé vagy köztes termékévé vált.

Az indolinok olyan aromás biciklusos heterociklusok, amelyek egy benzolgyűrűből állnak, amely egy öttagú nitrogéntartalmú gyűrűhöz fuzionált. Az indol-alkaloidokat biológiai aktivitásuk miatt számos gyógyszerészeti területen, például rák- és daganatellenes hatásuk miatt széles körben tanulmányozzák. E kémiai családból az indolinon nagyon ígéretes daganatellenes tulajdonságokat mutat különböző kinázcsaládok gátlásával. Ezek a kis molekulák kis molekulatömegűek, és legtöbbjük a fehérje-kinázokhoz kötődik, az ATP-vel versenyezve az ATP-kötőhelyért. Amellett, hogy az indolinok a heterociklusos szintézis építőkövei, ipari alkalmazásokat is találnak a napelemek érzékenyítőjeként.

Az izokinolinok, a kinolinok szerkezeti izomerjei, benzopiridinek, amelyek egy piridingyűrűvel fuzionált benzolgyűrűből állnak. Széleskörű aktivitásuk miatt az izokinolinok szintézise jelentős érdeklődésre tart számot, és számos szintetikus megközelítés teszi lehetővé a hozzáférést ezekhez a szerkezetekhez.

Isoxazol, egy oxigénnel rendelkező azol, származékai megtalálhatóak néhány természetes termékben, például az iboteninsavban, valamint több gyógyszerben, köztük egy COX-2 gátlóban és a furoxanban, egy nitrogén-oxid donorban. Az izoxazolok a piridin hasznos izoszterei, és úgy találták, hogy gátolják a feszültségkapcsolt nátriumcsatornákat a fájdalom szabályozására, lehetővé teszik a tetraciklin antibiotikum-származékok előállítását, és depresszió kezelésére használják őket.

A morfolinok hattagú heterociklusok, amelyekben amin- és éterfunkciós csoportok egyaránt megtalálhatóak. A szubsztituált morfolinszármazékok különböző természetes termékek és biológiailag aktív vegyületek alapját képezik. Ez a vegyületosztály fontos alkalmazásokat talált a gyógyszeriparban és a mezőgazdaságban. A királis morfolinszármazékok számos alkalmazást találtak az aszimmetrikus szintézisben királis segédanyagként és királis ligandumként. A szintézisből és természetes termékekből származó morfolinszármazékok antidepresszánsként, étvágycsökkentőként, tumorellenes szerként, antioxidánsként, antibiotikumként, szelektív α1-agonistaként a demencia és más, a noradrenerg elégtelenség tüneteivel jellemezhető központi idegrendszeri (CNS) betegségek kezelésében, valamint erős, hosszú hatású humán neurokinin-1 (hNK-1) receptor antagonistaként mutattak aktivitást. A morfolinok számos ipari alkalmazással rendelkeznek, mint például a korróziógátlás, optikai fehérítés, textilkészítmény a festéshez és a gyümölcsök tartósítása.

Az oxadiazolok öttagú heterociklusos aromás vegyületek, amelyek egy oxigénatomból, két nitrogénatomból és két szénatomból állnak. A nitrogének gyűrűben való elhelyezkedésétől függően több izomer létezik, például 1,2,4-, 1,2,5- és 1,3,4-oxadiazol. Az oxadiazolok a heterociklusos maggal rendelkező vegyületek egyik fő gyógyszerfejlesztési osztályát alkotják, és az első hatékony kemoterápiás és antibiotikus szerek közé tartoztak. Az oxadiazolok iránti érdeklődés a gyógyszerkémiától a polimeriparig terjed. Az oxadiazolok többek között antibakteriális, gyulladáscsökkentő, görcsoldó, rákellenes, antituberkuláris, antidiabetikus, antihelmintikus és fájdalomcsillapító, CNS depresszív hatásúak. Széleskörű biológiai aktivitási potenciáljuk miatt az oxadiazol-származékok szintézise a gyógyszerfejlesztéssel foglalkozó gyógyszerkémikusok érdeklődésére tart számot.

Az oxazolok olyan heterociklusos aromás vegyületek, amelyek egy oxigénatomot és egy nitrogénatomot tartalmaznak, egy szénatom által elválasztva. Az oxazolszármazékok egyre nagyobb jelentőségre tesznek szert, mivel új biológiai anyagok előállításához köztes termékként használhatók. Az oxazolgyűrű számos farmakológiailag fontos vegyületben jelen van, többek között antibiotikumként és antiproliferatív szerként használt vegyületekben. Az oxazolok biológiai aktivitásának széles skálája magában foglalja a gyulladáscsökkentő, fájdalomcsillapító, antibakteriális, gombaellenes, hipoglikémiás, antiproliferatív, tuberkulózisellenes, izomrelaxáns és HIV-gátló aktivitást. Ezen kívül az oxazol-származékok hasznos szintetikus köztes termékek, és sokszínű állványzatként használhatók a kombinatorikus kémiában és peptidomimetikumokként.

Az oxazolinok egy öttagú heterociklusos gyűrűből állnak, amely egy oxigén- és egy nitrogénatomot tartalmaz, az oxazolidinok (más néven 1,3-oxazolidinok) pedig az oxazolinok redukált formája. Az izoxazolidinok az oxazolidinok izomerjei, ahol a nitrogén- és oxigénatomok szomszédosak. Az oxazolinok nemcsak egyedi szerkezetük és változatos felhasználásuk miatt vonzó heterociklusos vegyületek, hanem azért is, mert számos természetes termék és gyógyszer szerkezeti elemeként szolgálnak. Ilyen vegyületek például egy antimikobakteriális oxazol-tartalmú alkaloid, egy tubulin-polimerizációs inhibitor és rákellenes szerek, amelyek 2,5-diszubsztituált oxazolin elemeket tartalmaznak. Az oxazolin-származékok emellett korróziógátlóként is alkalmazhatók ipari környezetben és királis ligandumként az aszimmetrikus szintézisben. A 2-oxazolin polimereket pszeudopeptid bioinspirált polimereknek tekintik. Az oxazolin-származékok fontos alkalmazásai miatt különböző szintetikus módszereket fejlesztettek ki e vegyületek előállítására. Általában az oxazol-származékokat három tipikus módszerrel szintetizálják: aciklikus prekurzorok ciklizálása, oxazolinok oxidációja és az előfunkcionalizált oxazolok más fémorganikus reagensekkel történő kapcsolása. A királis bisz(oxazolin) (BOX) ligandumokat számos reakció aszimmetrikus katalízisében használják.

A három szénatomot és egy oxigénatomot tartalmazó négytagú gyűrű, az oxetánok az epoxidok közeli homológjai, és a gyógyszerkutatás vonzó moduljai. Rogers-Evans, Carreira és munkatársai arról számoltak be, hogy egy gem-dimetil egység oxetán egységgel való helyettesítése egy molekuláris állványzat jobb élettani és biokémiai tulajdonságait mutatta. Azt is kimutatták, hogy az 1,6-szubsztituált, oxetángyűrűt tartalmazó azaszpiro[3.3]heptánok az instabil 1,3-heteroatomos szubsztituált ciklohexánok alternatívájaként használhatók. Az oxetángyűrű a karbonilcsoport helyettesítőjeként is működhet. A legtöbb esetben a 3-oxetanon volt a fő építőelem, amelyet a szerzők az oxetánegység beépítéséhez alkalmaztak.

Az oxetánrész jelenléte a gyógyszerszerű és biológiailag aktív molekulákban nem újdonság a szintetikus és gyógyszerkémikusok számára. Az oxetán-tartalmú gyógyszerek talán legismertebb példái a természetes termék paclitaxel (Taxol®) és annak szintetikus analógja, a docetaxel. Joëlle Dubois és munkatársai a docetaxel analógjaiban az oxetángyűrű eltávolításának hatását vizsgálták, és megállapították, hogy az analógok biológiai vizsgálatokban kevésbé aktívak, mint a docetaxel. A merrilakton A ígéretesnek tűnik, mint nempeptid neurotropikus szer, a β-aminosav-oxetin pedig gyomirtó és antibiotikus aktivitást is mutatott.

A piperazin-állványzat egy hattagú gyűrű, amely két nitrogént tartalmaz ellentétes pozícióban, és gyakran megtalálható biológiailag aktív vegyületekben különböző terápiás területeken. Néhány ilyen terápiás terület közé tartoznak a gombaellenes szerek, antidepresszánsok, vírusellenes szerek és szerotoninreceptor (5-HT) antagonisták/agonisták. Az egyszerű N-szubsztituált piperazinok számos gyógyszermolekulában megtalálhatók. A piperazinok ipari alkalmazásai közé tartozik a műanyagok, gyanták, peszticidek és törőfolyadékok gyártása.

A piperidinek és származékaik egyre népszerűbb építőelemekké váltak a szintetikus protokollok széles skáláján. Az egy nitrogénatomot tartalmazó hattagú piperidingyűrű nemcsak a ma ismert alkaloidok több mint felének szerkezetében ismerhető fel, hanem számos érdekes biológiai aktivitással rendelkező természetes vagy szintetikus vegyületben is. Az 1-Boc-2-(aminometil)piperidint egy Ugi utáni karbonilezés/intramolekuláris amidálás utáni megközelítésben használták fel egy sor nyolctagú makrolaktám előállítására, amelyeknek több diverzitási pontja van. Ezenkívül a védtelen analógot melanokortin 4 receptor antagonisták szintézisében alkalmazták. Ezek az antagonisták potenciálisan hasznosak lehetnek az akaratlan fogyás terápiás kezelésében. A fluorozott piperidinek a gyógyszerkémia folyamatos érdeklődésének tárgyát képezik, például a szelektív dipeptidil-peptidáz II (DPP II) inhibitorok szintézisében. A piperidin-származékokat szilárd fázisú peptidszintézisben (SPPS) és számos lebontási reakcióban is használják.

A piperidon farmakofór, egy nitrogéntartalmú heterociklus egy karbonilcsoporttal, nagyobb affinitással rendelkezik a sejtek tioljai iránt, mint az amino- és hidroxilcsoportok iránt. Így az ilyen jellegű vegyületek mentesülhetnek a számos alkiláló szerrel járó genotoxikus mellékhatásoktól. Mint α,β-telítetlen ketonok, ezek a vegyületek képesek Michael-addícióra, ami a sejtek nukleofiljeinek alkilezését eredményezi. A piperidonok rákellenes, gyulladáscsökkentő és antimikrobiális aktivitást mutatnak, és gátolják az NF-κB jelátviteli útvonalat is. A 2-piperidon és a 4-piperidon fontos intermedierek az alkaloidszintézisben és a gyógyszerkészítmények előállításában. Piperidin-származékok szintézisére Mannich-Michael-, és aza-Diels-Alder-reakciókat alkalmaztak imino-dienofil és konjugált dién és enonok bevonásával.

Az általunk ismert élethez nélkülözhetetlen pirimidin és purin bázisok a DNS és az RNS szerkezetében szerepelnek. A purin egy heterociklikus aromás szerves vegyület, amely egy pirimidin gyűrűből áll, amely egy imidazol gyűrűhöz fuzionált. A purinok, beleértve a szubsztituált purinokat és tautomerjeiket is, a természetben előforduló nitrogéntartalmú heterociklusok legelterjedtebb fajtája.

A pirán egy hattagú heterociklusos, nem aromás gyűrű, amely öt szénatomból és egy oxigénatomból áll, és két kettős kötést tartalmaz. A piránszármazékok, mint például a piránoflavonoidok, biológiailag fontosak. A hattagú gyűrűt tartalmazó monoszacharidokat piranózoknak nevezzük.

A pirazinok (paradiazinok) heterociklusos, hattagú aromás vegyületek, amelyek para nitrogénatomokat tartalmaznak. A pirazin-származékok ismertek daganatellenes, antibiotikus, görcsoldó, antituberkulózis és vizelethajtó hatásukról, valamint kináz-, enzim- és erős tubulin- és FtsZ-polimerizációs gátlásukról. A pirazinok illékony vegyületek, amelyek a kozmetikai, élelmiszer-, íz- és illatanyagipar számára is érdekesek.

Pyrazol, egy öttagú heterociklusos diazol alkaloid, amely három szénatomból és két szomszédos helyzetben lévő nitrogénatomból áll, a gyógyszerkutatási programok egyik elterjedt állványzata. A pirazol származékokat fájdalomcsillapító, gyulladáscsökkentő, lázcsillapító, antiaritmiás, nyugtató, izomlazító, pszichoanaleptikus, görcsoldó, monoamino-oxidáz gátló, antidiabetikus és antibakteriális hatásuk miatt használják. A pirazolgyűrű számos vezető nem-szteroid gyulladáscsökkentő (NSAID) és vérnyomáscsökkentő gyógyszer magjaként van jelen. Bifunkcionális ligandumként is felhasználásra kerültek a fémkatalízisben.

A piridazin, néha 1,2-diazin, egy hattagú gyűrű, amely két szomszédos nitrogénatomot tartalmaz. A piridazin a fenil vagy heteroaromás gyűrűk izoszterikus helyettesítésére használható. A piridazinok javíthatják a gyógyszermolekulák fiziokémiai tulajdonságait azáltal, hogy növelik vízoldhatóságukat, hidrogénkötés-akceptorként vesznek részt, és dipólusmomentumuknak köszönhetően nagy kapacitással rendelkeznek a célpontokkal való komplexképzésre. A piridazin növeli a biológiai hozzáférhetőséget, különösen a központi idegrendszerben, és csökkentheti a toxicitást. A piridazin számos gyógyszermolekula része, és a piridazin farmakofór számos farmakológiailag aktív vegyületet eredményezett.

A piridinek egyetlen nitrogénatomot tartalmazó heterociklusos, hattagú aromás vegyületek. A piridinek a fontos heterociklusok egyik osztályát alkotják, és számos természetben előforduló bioaktív vegyületben, gyógyszermolekulában és királis ligandumokban fordulnak elő poliszubsztituált formában. A piridin-rész számtalan molekulában van jelen, amelyeknek olyan változatos alkalmazásai vannak, mint a katalízis, a gyógyszertervezés, a molekuláris felismerés és a természetes termékek szintézise. A piridinek példái közé tartoznak a jól ismert alkaloidok, a likodin, az A3 adenozin receptor antagonista és a szerves szintézisben általánosan alkalmazott N,N-dimetil-aminopiridin (DMAP) analóg. A piridin-származékokat kis molekulájú α-hélix mimetikumokként is bevonták a fehérje-fehérje kölcsönhatások gátlásába, valamint funkcionálisan szelektív GABAA ligandumokként. A halogénezett piridinek különösen vonzó építőkövei a különböző keresztkapcsolási módszereknek, beleértve a Suzuki-Miyaura keresztkapcsolási reakciókat.

A pirimidinek a piridinhez hasonló heterociklusos aromás szerves vegyületek, amelyek azonban a hattagú gyűrű 1. és 3. pozíciójában két nitrogénatomot tartalmaznak. A gyűrű izomer a diazin két másik formájával: a piridazinéval, amelynek nitrogénatomjai az 1. és 2. pozícióban vannak; és a pirazinéval, amelynek nitrogénatomjai az 1. és 4. pozícióban vannak. A DNS és az RNS nukleotidjaiként a pirimidin nukleotid-származékok széleskörű biológiai alkalmazásokkal rendelkeznek. A pirimidin-származékok például hasznosak a DNS-javítás kutatásában, ami a rák és az epigenetika területén is szerepet játszik.

A pirrolok (1H-pirrolok) olyan heterociklusos aromás vegyületek, amelyek egy nitrogénatomot tartalmazó öttagú gyűrűből állnak. A pirrolok fontos szintetizátorok a természetes termékek szintézisében. Figyelemre méltó biológiai tulajdonságokkal rendelkeznek, például hipolipidémiás, antimikrobiális, gyulladáscsökkentő és tumorellenes hatásuk van, és képesek gátolni a retrovírusos reverz transzkriptázokat [pl. az 1-es típusú humán immunhiányos vírus (HIV-1)], a sejtes DNS-polimerázokat és a fehérjekinázokat. Ezen túlmenően e vegyületek némelyike hasznos intermedier a biológiailag fontos, természetben előforduló alkaloidok és természetellenes heterociklusos származékok szintézisében. A foszfino-szubsztituált N-aril-pirrolok, a sterikusan igényes és elektronokban gazdag biaril-foszfin ligandumok új osztálya, magas forgalmi sebességet és alacsony katalizátor-terhelést mutat.

A pirrolidinek ciklikus szekunder aminok, amelyek egy öttagú gyűrűvel rendelkeznek, négy szénatomot és egy nitrogénatomot tartalmaznak. A pirrolidin gyűrű a prolin aminosav és származékainak központi szerkezete. A királis pirrolidinek fontos szerepet játszanak mind a segédanyagok királis építőköveiként, mind a biológiailag aktív anyagok szempontjából fontos kulcsszerkezetekként. A metilpirrolidinil fragmentum származékai gyakori szerkezeti motívumok, amelyek számos inhibitorban és antagonistában, többek között a HIV-1 reverz transzkriptáz inhibitorok, valamint a hisztamin H3 receptor és a dopamin D4 antagonisták egy sorában jelen vannak. Az általunk kínált pirrolidinek többsége racemátként vagy bármelyik enantiomer formájában elérhető.

A pirrolinok, nitrogéntartalmú öttagú heterociklusok, a természetes termékek és gyógyszerhatóanyagok gyakori szerkezeti vázai. A pirrolin-származékok között vannak olyan természetes és szintetikus vegyületek, amelyek figyelemre méltó biológiai és farmakológiai tulajdonságokkal rendelkeznek. A pirrolinok köztes termékek a biológiailag aktív pirrolok és pirrolidinek szintézisében. Gyógyászati szempontból fontos pirrolin alapú vegyületek közé tartozik például a fehérje kináz inhibitor staurosporin és a geranyilgeraniltranszferáz inhibitor.

A kinazolin, az 1,3-diazanaftalin, fuzionált benzol- és pirimidingyűrűkből áll. A gyűrűk kiszámítható elektrofil és nukleofil szubsztitúciós reakcióképessége miatt kiváló állványzatot jelentenek szintetikus manipulációkhoz, hatalmas farmakológiai aktivitással. Quinazolin-származékok maláriaellenes szerekként és a rák kezelésében találtak alkalmazást.

A piridingyűrűvel fuzionált benzolgyűrűből álló kinolinszármazékok fertőtlenítő, láz- és lázcsillapító tulajdonságokkal rendelkeznek, és maláriaellenes szerekként, valamint más maláriaellenes gyógyszerek előállítására használják őket. A klorokin, az ezt a vázszerkezetet tartalmazó leghíresebb gyógyszer felfedezése évtizedekig a malária ellenőrzését és kezelését eredményezte. A kinolint és származékait széles körben használják fungicidek, biocidek, antibiotikumok, alkaloidok, színezékek, gumikémiai anyagok és ízesítőszerek formájában. További ipari alkalmazások közé tartozik a korróziógátlóként, tartósítószerként, gyanták és terpének oldószereként, valamint az átmeneti fémkomplex katalízisben az egységes polimerizáció és a lumineszcencia-kémia területén történő felhasználásuk. Olajban oldódó színezékek, élelmiszer-színezékek, gyógyszerek, pH-indikátorok és más szerves vegyületek előállításához is használják őket. A kinolin a triptofán katabolitja, amely néhány vérnyomáscsökkentő szer, például a perifériás értágító prazozin és doxazozin alapvető szerkezete.

Quinoxalinok (más néven 1,4-diazanaftalinok vagy benzopirinek) olyan biciklusos heterociklusok, amelyek egy pirazingyűrűvel fuzionált benzolgyűrűt tartalmaznak. A kinoxalin-származékok farmakológiailag aktív vegyületek fontos összetevői, többek között antibakteriális, antibiotikus és daganatellenes szerek, gombaellenes, gyulladáscsökkentő és fájdalomcsillapító hatásúak, valamint felhasználhatók az RNS-szintézis gátlásában, reaktív színezékek és pigmentek, azo-színezékek, fluroszcein színezékek, korróziógátlás és fotovoltaikus polimerek.

Quinuklidin, egy biciklikus amin, számos alkalmazást talált, leginkább az olefinek OsO4-katalizált dihidroxilációjának vizsgálatában alkalmazott ligandumként. Ezeket a nitrogéntartalmú heterociklusokat a PAC-antagonista aktivitás vizsgálatára használták óniumsók képzésére is. A 3-kinuklidinol szintonként szolgál kolinerg receptor ligandumok és anesztetikumok előállításához, valamint katalizátorként metil-vinkil-keton és aldehidek kondenzációjához.

A négy nitrogént tartalmazó öttagú gyűrűből álló tetrazolok mind az anyagtudományban, mind a gyógyszeriparban alkalmazhatók. A tetrazolok a kémiai környezetek széles skáláját tűrik, az erősen savas és a bázikus, valamint az oxidáló és redukáló körülményeket. A tetrazolok metabolikusan stabil bioizoszterek a karbonsavcsoportban, és a Huisgen-átrendeződés révén számos nitrogéntartalmú heterociklus előanyagaként szolgálhatnak. Két szubsztituens megfelelő módon történő megjelenítésével egyszerű lipofil távtartóként is funkcionálnak, ahol a beágyazott tetrazol egységek kapcsolódási mintázatai feltűnő hasonlóságot mutatnak 1,2,3-triazol analógjaikéval.

Thiadiazol-származékokat, két nitrogént és egy ként tartalmazó öttagú gyűrűket vizsgáltak görcsoldó és antimikrobiális hatásuk szempontjából. Az 1,3,4-tiadiazolok származékai köztudottan antibakteriális és gombaölő hatásúak.

A tiazinok (más néven 1,4-tiazinok) egy hattagú gyűrűből állnak, amely egy kén- és egy nitrogénatomot tartalmaz egymással párhuzamosan. Sokféle farmakológiai és biológiai aktivitást mutatnak, például rákellenes, antimikrobiális, gyulladáscsökkentő és lázcsillapító hatásúak, valamint központi idegrendszeri depresszánsokként hatnak. Emellett a tiazinszármazékokat színezékek, nyugtatók és rovarölő szerek előállítására is használják.

A nitrogént és ként tartalmazó öttagú gyűrű, a thiazolok kivételes tumorellenes, vírusellenes és antibiotikus aktivitást mutatnak. A peptidekben való jelenlétük, illetve a fehérjékhez, DNS-hez és RNS-hez való kötődésük számos szintetikus vizsgálatot és új alkalmazást irányított. A tiazolgyűrűt számtalan természetes termék központi tulajdonságaként azonosították, amelyek közül talán a legismertebbek az epotilonok. Emellett a tiazolok gyakran megjelennek a peptidkutatásban is. A tiazolok védett formilcsoportként is szolgálhatnak, amely egy összetett természetes termékszintézis késői szakaszában felszabadítható.

A thiazolinok egy kénatomot és egy nitrogénatomot tartalmazó öttagú heterociklusos vegyületek. A tiazolidin a tiazolin redukált formája. A ciszteinmaradványokat általában poszttranszkripcionálisan módosítják tiazolinokká. A tiazolin-származékok a PPARγ aktivátorai, amelyek javítják az inzulinrezisztenciát és csökkentik a vércukorszintet a 2-es típusú cukorbetegségben, valamint rákellenes szerek a Raf/MEK/extracelluláris jelszabályozott kináz (ERK) és a foszfatidil-inozitol-3-kináz (PI3K)/Akt jelátviteli kaszkádok gátlásán keresztül.

A tiofének (tiofuránok) fontos kéntartalmú heterociklusos vegyületek, amelyek a furánok és pirrolok analógjaiként működnek, és széles körben használják őket építőelemként számos agrokémiai és gyógyszeripari termékben, valamint az anyagtudományban. A benzotiofén és a dibenzotiofén a tioféngyűrűt egy, illetve két benzolgyűrűvel fuzionálva tartalmazza. Aromás jellegéből adódóan a tiofén nem rendelkezik a hagyományos tioétereknél tapasztalt tulajdonságokkal. Például a tiofén kénatomja ellenáll az alkilezésnek és az oxidációnak. A tiofén a benzolgyűrű bioizosztereként is szolgálhat, mint például az NSAID lornoxikámban, a piroxikám tiofén analógjában.

A triazinszármazékok egy hattagú, három nitrogénatomot tartalmazó aromás gyűrűből állnak. Izomer formái közé tartozik az 1,2,3-, az 1,2,4- és az 1,3,5-triazin. A tri-szubsztituált 1,3,5-triazinok a szerves vegyületek egyik legrégebbi osztályát alkotják, amelyeket hatékony farmakológiai tulajdonságaik, többek között rákellenes, antiangiogenezis, HIV-ellenes, maláriaellenes, antibakteriális és antimikrobiális hatásuk miatt továbbra is fontos alapszerkezetként használnak számos gyógyszeripari hatóanyagban. Ezeket a vegyületeket szupramolekuláris szerkezetek kialakításában is felhasználták alegységként, mivel jó optikai és elektronikus tulajdonságokkal rendelkeznek, és képesek többszörös hidrogénkötések kialakítására. A triazin-származékok PI3K- és mTOR-gátlóknak, valamint savas oldatokban az enyhe acél hatékony korróziógátlóinak bizonyultak.

Triazolok, egy három nitrogénatomot tartalmazó öttagú gyűrűből állnak, biológiai aktivitást mutatnak, különösen mint gombaölő, antimikrobiális és enzimgátlók. Az azid-alkin Huisgen-cikloaddíciós reakció enyhe és szelektív reakció, amelynek során 1,2,3-triazolok keletkeznek. A reakciót széles körben használják a bio-ortogonális kémiában és a szerves szintézisben. A triazolgyűrűk viszonylag stabil funkciós csoportok, és a triazolkötések számos alkalmazásban felhasználhatók, például a DNS foszfátgerincének helyettesítésére.