杂环构件

Azaindoles 具有双环结构，由一个吡啶环与一个吡咯环融合而成。这些化合物具有显著的生物活性，有助于产生新的治疗线索。氮杂吲哚分子具有作为吲哚环系统生物异构体的巨大潜力，它们与吲哚的区别仅仅在于多了一个氮环。

苯并咪唑是一种杂环芳香族有机化合物，由苯和咪唑融合而成。 苯并咪唑被用作成熟咪唑体系的延伸、N-杂环碳烯的碳骨架以及过渡金属配合物的配体。苯并咪唑衍生物的药理化合物是多种酶的强效抑制剂。苯并咪唑具有多种治疗用途，包括抗肿瘤、抗真菌、抗寄生虫、镇痛、抗病毒和抗组胺活性，还可用于心血管疾病、神经学、内分泌学和眼科学。

苯并二恶烷衍生物，是由一个苯环与一个杂环二恶烷环融合而成的双环杂环系统，是一系列具有重要药用价值的合成化合物和天然化合物。含有二恶烷或 1,4-苯并二恶烷分子的化合物具有多种生物活性，如抗肝毒性（保肝）、α-肾上腺素能阻断剂、抗炎、抗胃动力、解痉、抗精神病、抗焦虑和 D2 拮抗剂/5-HT1A 部分激动剂活性。

苯并呋喃又称香豆酮，是由苯环和呋喃环融合而成的杂环化合物。 苯并呋喃衍生物具有多种生物活性，包括抗真菌和抗微生物特性，以及作为 H3 受体和血管紧张素 II 的拮抗剂。

苯并吡喃，又称色酮，是由一个苯环与一个杂环吡喃环融合而成的双环杂环系统。苯并吡喃衍生物（铬酮类和黄酮类）具有抑制蛋白激酶依赖性信号转导途径的能力，因此可能是有用的抗炎药物。此外，一些天然苯并吡喃衍生物还具有抑制前列腺素 E2（PGE2）生成的活性。苯并吡喃衍生物也是鉴定潜在抗癌剂的一个极具吸引力的模板。

苯并噻吩， 由一个苯环与一个噻吩环融合而成，是一类具有特殊结构的重要杂环。它们被用作合成生物活性结构的起始材料，并存在于药物（如选择性雌激素受体调节剂、白三烯合成抑制剂和抗真菌药）和许多天然产品中。这些杂环中的不同取代模式为药物发现和材料科学的其他应用提供了新的机遇。

苯并三唑，一种含有三个氮原子和一个融合苯环的双环杂环系统，具有广泛的生物和药理活性，并可应用于材料科学领域。它们在工业中被用作摄影乳剂的定影剂、铜及其合金的防变色剂、腐蚀抑制剂以及防冻剂和水冷却剂系统。苯并三唑的一些合成方法包括无溶剂条件下苯并三唑的 N-烷基化和无铜 "点击 "法，微波辐照下制备 α-硝基酮、噁唑啉和噻唑啉，以及 N-酰基苯并三唑的各种应用。

苯并三唑衍生物通常用作离去基团，并被广泛用作新型合成助剂。

苯并三唑衍生物通常被用作离去基团，并被广泛用作新型合成辅助剂。它们之所以具有吸引力，很大程度上是因为它们在合成过程中易于引入和去除，而且能够活化分子的其他部分。目前已知最成功的方法是用脲盐/胍盐形成活性酯。这个家族中最受欢迎的是基于苯并三唑衍生物的肽合成试剂，如 HOBt 或 HOAt，这两种试剂也常用作碳化二亚胺介导的肽偶联的添加剂。

咔唑衍生物是一种三环芳香杂环，由两个苯环融合在一个五元含氮环的两侧组成。由于这些天然产物具有引人入胜的结构特征和良好的药理活性，咔唑化学得到了长足的发展。咔唑生物碱衍生物因其多种药理活性而广为人知，包括抗艾滋病毒、抗癌、抗菌和抗真菌活性。咔唑衍生物（如 N-乙烯基咔唑和聚（乙烯基咔唑））还可作为光电材料应用于工业和材料科学领域。

香豆素是一类植物多酚化合物。它们属于苯并吡喃酮家族，具有广泛的医药用途，包括细胞保护和调节功能，可转化为多种疾病的治疗潜力。香豆素衍生物可用于抗生素、抗锑剂、免疫调节剂、抗病毒剂、抗癌剂、抗炎剂、抗凝剂、抗真菌剂、抗氧化剂、细胞毒剂以及一些生物检测。香豆素的荧光（如 7-羟基香豆素）被广泛用作聚合物科学的研究工具。香豆素可用作激光染料敏化光引发剂、通过共聚作用加入聚合物链、估算聚合物溶剂效应、进行各种结构表征、监测聚（甲基丙烯酸甲酯）纳米球的释放特性以及聚合物荧光太阳能集热器。

呋喃，由带有一个氧原子的五元芳香环组成，是一类重要的杂环化合物，具有重要的生物特性。呋喃环系统是许多具有心血管活性的化合物的基本骨架。一种碘化亲脂性呋喃衍生物被广泛用于治疗心室颤动和动脉颤动。这些分子广泛存在于抗菌、抗病毒、抗炎、抗真菌、抗肿瘤、降血糖、镇痛、抗惊厥等药物中。呋喃核中取代模式的细微变化会导致其生物活性的显著差异。研究发现，呋喃衍生物可抑制多种细菌生物膜的形成，并具有抑制法定人数感应的活性。呋喃衍生物除了可以作为合成砌块外，还是很有前景的木质纤维素生物燃料。

高哌啶类，又称氮杂环庚烷，是七元环中含有一个氮的饱和杂环，是多种药物和杀虫剂的前体。它们被研究用作钙激活钾通道的小分子调节剂。

咪唑是含有两个硝基（C3N2H4）的平面五元环。其他唑杂环普遍存在于多种具有生物活性的天然产品中，而咪唑环则主要出现在天然组氨酸中。此外，咪唑环还出现在非天然环肽中，并在拟肽研究中用作酯等效物。咪唑是从海洋海绵中分离出来的溴吡咯-咪唑生物碱大家族中的一种，含有共同的代谢产物敖丁，具有显著的生物活性。咪唑环还存在于皮洛卡品生物碱中，是治疗血栓形成、癌症和炎症性疾病的潜在药物。

咪唑类和咪唑烷类是许多生物活性化合物中的重要杂环。咪唑啉类化合物可用作手性催化剂、手性助剂和不对称催化配体。它们具有多种生物活性，包括降血糖、消炎、降血压、抗癌、降胆固醇，以及抗溃疡、抗病毒、抗真菌、抗菌、抗结核、抗哮喘、抗糖尿病和抗原虫活性。咪唑类化合物，如脂肪酸咪唑类化合物，可作为缓蚀剂应用于工业领域。

吲唑分子是一种苯与吡唑融合的杂环芳香化合物。它们与吲哚的区别仅在于多了一个氮环，因此具有作为吲哚环系统生物异构体的巨大潜力。各种吲唑作为抗真菌剂、消炎剂、抗心律失常剂、镇痛剂和一氧化氮合酶抑制剂具有显著的活性。

吲哚是与吡咯环融合的苯环。吲哚亚基是具有生物活性的天然产物中几乎无处不在的成分，对它的研究一直是几代人研究的重点。它们能够与多种受体高亲和力结合，因此可应用于广泛的治疗领域。由于这种活性，吲哚环系统成为杂环合成的重要构件或中间体也就不足为奇了。

吲哚类是芳香族双环杂环，由一个苯环与一个五元含氮环融合而成。吲哚生物碱因其在抗癌和抗肿瘤等多个医药领域的生物活性而被广泛研究。在这一化学家族中，吲哚啉酮通过抑制各种激酶家族而显示出非常有前景的抗肿瘤特性。这些小分子的分子量较低，其中大部分与蛋白激酶结合，与 ATP 竞争 ATP 结合位点。除了作为杂环合成的构件外，吲哚啉还可作为太阳能电池的敏化剂应用于工业领域。

异喹啉类是喹啉类化合物的结构异构体，属于苯并吡啶类化合物，由一个苯环与一个吡啶环融合而成。由于异喹啉类化合物具有广泛的活性，人们对它们的合成相当感兴趣，许多合成方法都可以获得这些结构。

异噁唑，是一种含氧唑类化合物，其衍生物存在于一些天然产品（如异噻吩酸）以及几种药物（包括 COX-2 抑制剂和一氧化氮供体呋喃唑酮）中。异噁唑是吡啶的有用异构体，已被发现可抑制电压门控钠通道以控制疼痛，可用于制造四环素类抗生素衍生物，还可用于治疗抑郁症。

吗啉是具有胺和醚官能团的六元杂环。取代的吗啉衍生物是各种天然产品和生物活性化合物的核心。这类化合物在医药和农业方面有着重要的应用。手性吗啉衍生物作为手性助剂和手性配体在不对称合成中应用广泛。合成和天然产物中的吗啉衍生物具有抗抑郁剂、食欲抑制剂、抗肿瘤剂、抗氧化剂、抗生素、选择性 α1- 激动剂的活性，可用于治疗痴呆症和以去甲肾上腺素能不足症状为特征的其他中枢神经系统（CNS）疾病，以及强效长效人神经激肽-1（hNK-1）受体拮抗剂。吗啉还具有多种工业用途，如缓蚀、光学漂白、纺织品染色制备和水果保鲜等。

恶二唑是由一个氧原子、两个氮原子和两个碳原子组成的五元杂环芳香化合物。根据氮原子在环中的位置，存在多种异构体，如 1,2,4-、1,2,5- 和 1,3,4-恶二唑。噁二唑是一类主要的杂环核化合物，可用于药物开发，也是最早有效的化疗和抗生素药物之一。从药物化学到聚合物工业都对噁二唑产生了浓厚的兴趣。噁二唑具有抗菌、抗炎、抗惊厥、抗癌、抗结核、抗糖尿病、抗蠕虫和镇痛中枢神经系统抑制剂等活性。由于噁二唑具有广泛的生物活性潜力，从事药物开发的药物化学家对其合成很感兴趣。

噁唑是一种杂环芳香族化合物，含有一个氧原子和一个氮原子，中间相隔一个碳原子。由于可用作制备新型生物材料的中间体，恶唑衍生物的重要性与日俱增。恶唑环存在于许多具有重要药理作用的化合物中，包括用作抗生素和抗增生剂的化合物。噁唑类化合物具有广泛的生物活性，包括抗炎、镇痛、抗菌、抗真菌、降血糖、抗增殖、抗结核、肌肉松弛和艾滋病病毒抑制剂活性。此外，噁唑衍生物还是有用的合成中间体，可用作组合化学中的多样性支架和拟肽物。

恶唑啉类由含有一个氧原子和一个氮原子的五元杂环组成，恶唑烷类（又称 1,3-恶唑烷类）是恶唑啉类的还原形式。异噁唑烷是氮原子和氧原子相邻的噁唑烷的异构体。恶唑啉类化合物是一种极具吸引力的杂环化合物，这不仅是因为它们具有独特的结构和多种用途，还因为它们是多种天然产品和药物的结构元素。这些化合物的例子包括一种含噁唑的抗霉菌生物碱、一种微管蛋白聚合抑制剂，以及由 2,5 二甲基噁唑啉元素组成的抗癌剂。此外，噁唑啉衍生物还可用作工业环境中的腐蚀抑制剂和不对称合成中的手性配体。2-噁唑啉聚合物被视为假肽生物启发聚合物。由于噁唑啉衍生物的重要应用，人们开发了各种合成方法来生产这些化合物。一般来说，噁唑啉衍生物的合成有三种典型方法：无环前体的环化、噁唑啉的氧化以及预官能化噁唑啉与其他有机金属试剂的偶联。手性双（噁唑啉）（BOX）配体可用于多种反应的不对称催化。

氧杂环丁烷是一种含有三个碳原子和一个氧原子的四元环，是环氧化物的近亲，是药物发现的诱人模块。Rogers-Evans、Carreira 和合作者报告说，用氧杂环丁烷单元取代gem-dimethyl 单元，分子支架的物理和生物化学特性得到了改善。他们还展示了含有氧杂环的 1,6 取代氮杂螺[3.3]庚烷作为不稳定的 1,3-heteroat 取代环己烷的替代品。氧杂环还可以作为羰基的替代物。在大多数情况下，3-氧杂环丁酮是作者用来安装氧杂环丁烷单元的主要构件。

对于合成化学家和药物化学家来说，类药物和生物活性分子中存在氧杂环丁烷分子并不是什么新鲜事。含氧杂环丁烷药物最著名的例子可能是天然产物紫杉醇（Taxol®）及其合成类似物多西他赛。Joëlle Dubois 及其合作者研究了多西他赛类似物中删除氧杂环的影响，发现这些类似物在生物检测中的活性低于多西他赛。Merrilactone A有望成为一种非肽类神经刺激剂，而β-氨基酸oxetin则具有除草和抗生素活性。

哌嗪支架是一个六元环，两个硝基位于相反的位置，经常出现在不同治疗领域的生物活性化合物中。其中一些治疗领域包括抗真菌药、抗抑郁药、抗病毒药和血清素受体（5-HT）拮抗剂/激动剂。许多药物分子中都含有简单的 N-取代哌嗪。哌嗪的工业应用包括生产塑料、树脂、杀虫剂和断裂液。

哌啶及其衍生物已成为大量合成方案中越来越受欢迎的构建模块。哌啶环是一个含有一个氮原子的六元环，它不仅存在于目前已知的一半以上生物碱的结构中，而且还存在于许多具有有趣生物活性的天然或合成化合物中。1-Boc-2-(aminomethyl)piperidine 已被用于 Ugi 后羰基化/分子内酰胺化方法，以获得一系列具有多点多样性的八元大内酰胺。此外，这种未受保护的类似物还被用于合成黑色素皮质素 4 受体拮抗剂。这些拮抗剂可用于治疗非自主性体重减轻。氟化哌啶也是药物化学领域持续关注的主题，例如用于合成选择性二肽基肽酶 II（DPP II）抑制剂。哌啶衍生物还可用于固相肽合成（SPPS）和多种降解反应。

The 哌啶酮（piperidone）的药理结构是一种带有羰基的含氮杂环，与氨基和羟基相比，它对细胞硫醇具有更强的亲和力。因此，这种性质的化合物可能不会产生与许多烷化剂相关的基因毒性副作用。作为 α、β-不饱和酮，这些化合物能够进行迈克尔加成，从而使细胞亲核物发生烷基化反应。哌啶酮类化合物具有抗癌、抗炎和抗菌活性，还能抑制 NF-κB 信号通路。2-Piperidone 和 4-Piperidone 是生物碱合成和制备药剂的重要中间体。涉及亚氨基亲二烯和共轭二烯以及烯酮的曼尼希-迈克尔反应和杂氮-狄尔斯-阿尔德反应已被应用于哌啶衍生物的合成。

吡喃是一种六元杂环、非芳香环，由五个碳原子和一个氧原子组成，含有两个双键。吡喃衍生物，如吡喃黄酮类化合物，具有重要的生物学意义。含有六元环的单糖被称为吡喃糖。

吡嗪（paradiazines）是含有对位氮原子的杂环六元芳香族化合物。吡嗪衍生物具有抗肿瘤、抗生素、抗惊厥、抗结核和利尿活性，以及激酶、酶和强效的微管蛋白和 FtsZ 聚合抑制作用。吡嗪是一种挥发性化合物，也是化妆品、食品、香精和香料行业感兴趣的物质。

吡唑是一种五元杂环重氮生物碱，由相邻位置上的三个碳原子和两个氮原子组成，是药物发现计划中的常用支架。吡唑的衍生物具有镇痛、消炎、解热、抗心律失常、镇静、舒缓肌肉、抗精神病、抗惊厥、抑制单胺氧化酶、抗糖尿病和抗菌等活性。吡唑环是多种主要非甾体抗炎药（NSAIDs）和降压药的核心。它们还被用作金属催化的双功能配体。

哒嗪，有时也称为 1,2-二嗪，是一种含有两个相邻氮原子的六元环。哒嗪可用作苯基或杂芳环的同位取代物。哒嗪类药物可以提高药物分子的水溶性，作为氢键受体，并因其偶极矩而具有很强的与靶点络合的能力，从而改善药物分子的理化性质。哒嗪可提高生物利用度，尤其是对中枢神经系统的利用度，并可降低毒性。哒嗪是多种药物分子的一部分，哒嗪的药理结构催生了多种具有药理活性的化合物。

吡啶是含有单个氮原子的杂环六元芳香族化合物。吡啶是一类重要的杂环化合物，以多取代形式出现在许多天然生物活性化合物、医药分子和手性配体中。吡啶分子存在于无数的分子中，其用途广泛，包括催化、药物设计、分子识别和天然产物合成。吡啶的例子包括众所周知的生物碱番荔枝碱、A3 腺苷受体拮抗剂以及常用于有机合成的 N,N-二甲氨基吡啶（DMAP）类似物。吡啶衍生物还被认为是抑制蛋白质间相互作用的小分子α-螺旋模拟物，以及具有功能选择性的 GABAA 配体。卤代吡啶是各种交叉偶联方法（包括铃木-宫浦交叉偶联反应）特别有吸引力的构筑基块。

嘧啶是一种杂环芳香族有机化合物，与吡啶相似，但在六元环的第 1 和第 3 位含有两个氮原子。该环与重氮的另外两种形式同分异构：氮原子位于 1 和 2 位的哒嗪和氮原子位于 1 和 4 位的吡嗪。作为 DNA 和 RNA 中的核苷酸，嘧啶核苷酸衍生物具有广泛的生物应用价值。例如，嘧啶衍生物可用于 DNA 修复研究，对癌症和表观遗传学具有重要影响。

吡咯烷是具有五元环的环状仲胺，含有四个碳原子和一个氮原子。吡咯烷环是氨基酸脯氨酸及其衍生物的中心结构。手性吡咯烷既是助剂的手性结构单元，也是与生物活性物质相关的关键结构，具有重要作用。甲基吡咯烷基片段的衍生物是多种抑制剂和拮抗剂中常见的结构基团，包括一系列 HIV-1 逆转录酶抑制剂、组胺 H3 受体和多巴胺 D4 拮抗剂。我们提供的大多数吡咯烷都是外消旋体或对映体形式。

吡咯啉，含氮五元杂环，是天然产品和药物中常见的结构支架。吡咯啉衍生物包括具有显著生物和药理特性的天然和合成化合物。吡咯啉是合成具有生物活性的吡咯和吡咯烷的中间体。具有重要药用价值的吡咯啉类化合物包括蛋白激酶抑制剂staurosporine和geranylgeranyl转移酶抑制剂。

喹唑啉（1,3-二氮杂萘，1,3-diazanaphthalene）由融合的苯环和嘧啶环组成。喹唑啉衍生物已被应用于抗疟药物和癌症治疗中。

喹啉衍生物，由一个苯环与一个吡啶环融合而成，具有杀菌、解热和解表作用，可用作抗疟药和制备其他抗疟药物。氯喹是含有这种支架的最著名的药物，它的发现使疟疾的控制和治疗持续了几十年。喹啉及其衍生物被广泛用作杀菌剂、杀生物剂、抗生素、生物碱、染料、橡胶化学品和调味剂。其他工业应用还包括用作腐蚀抑制剂、防腐剂、树脂和萜烯的溶剂，以及用于均匀聚合和发光化学的过渡金属复合物催化。它们还用于制造油溶性染料、食品着色剂、药品、pH 指示剂和其他有机化合物。喹啉是色氨酸的代谢产物，是某些降压药（如外周血管扩张剂哌唑嗪和多沙唑嗪）的基本结构。

喹喔啉类（又称 1,4-二氮杂萘或苯并吡啶）是含有一个苯环与一个吡嗪环融合的双环杂环。喹喔啉衍生物是具有药理活性的化合物的重要组成部分，包括抗菌剂、抗生素、抗肿瘤剂、抗真菌剂、消炎剂和镇痛剂，还可用于抑制 RNA 合成、活性染料和颜料、偶氮染料、荧光染料、缓蚀剂和光伏聚合物。

奎宁环胺是一种双环胺，应用广泛，其中最著名的是作为配体用于 OsO4 催化的烯烃二羟基化研究。这些含氮杂环还被用来形成鎓盐，以测试 PAC 拮抗剂的活性。3- 奎宁环醇是制备胆碱能受体配体和麻醉剂的合成物，也是甲基乙烯酮与醛缩合的催化剂。

四唑由含有四个氮的五元环组成，在材料科学和制药领域都有应用。四唑可以耐受多种化学环境，从强酸性到碱性，以及氧化和还原条件。四唑是代谢稳定的羧酸基生物异构体，可以通过惠斯根重排作为各种含氮杂环的前体。它们还可以作为简单的亲脂性间隔物，以适当的方式显示两个取代基，其中嵌入的四唑单元的连接模式与其 1,2,3-三唑类似物极为相似。

噻二唑衍生物是含有两个硝基和一个硫的五元环，其抗惊厥和抗菌活性已被研究。众所周知，1,3,4-噻二唑衍生物具有抗菌和抗真菌活性。

噻嗪类（又称 1,4-噻嗪类）由一个六元环组成，该环含有一个相互对位的硫原子和一个氮原子。它们具有多种药理和生物活性，如抗癌、抗菌、消炎和解热活性，还可作为中枢神经系统抑制剂。此外，噻嗪衍生物还可用于染料、镇静剂和杀虫剂。

噻唑是一种含有氮和硫的五元环，具有卓越的抗肿瘤、抗病毒和抗生素活性。它们在肽中的存在，或与蛋白质、DNA 和 RNA 的结合能力，引导了大量的合成研究和新应用。噻唑环已被确定为无数天然产品的核心特征，其中最著名的可能是表噻吩酮。此外，噻唑还经常出现在多肽研究中。噻唑还可以作为受保护的甲酰基，在复杂天然产物合成的后期阶段释放出来。

噻唑啉类是含有一个硫原子和一个氮原子的五元杂环化合物。噻唑啉是噻唑啉的还原形式。半胱氨酸残基通常经转录后修饰成噻唑啉。噻唑啉衍生物是 PPARγ 的激活剂，可改善 2 型糖尿病患者的胰岛素抵抗并降低血糖水平，还可通过抑制 Raf/MEK/ 细胞外信号调节激酶 (ERK) 和磷脂酰肌醇 3- 激酶 (PI3K)/Akt 信号级联成为抗癌剂。

噻吩（thiofurans）是重要的含硫杂环化合物，是呋喃和吡咯的类似物，被广泛用作许多农用化学品、药品和材料科学领域的构建模块。苯并噻吩和二苯并噻吩分别含有一个噻吩环和两个苯环。由于其芳香性，噻吩不具备传统硫醚的特性。例如，噻吩中的硫原子可以抵抗烷基化和氧化。噻吩还可以作为苯环的生物异构体，例如在非甾体抗炎药物洛诺昔康（吡罗昔康的噻吩类似物）中。

三嗪衍生物由含有三个氮原子的六元芳香环组成。异构形式包括 1,2,3-、1,2,4- 和 1,3,5-三嗪。三取代的 1,3,5-三嗪是最古老的一类有机化合物，由于其有效的药理特性，包括抗癌、抗血管生成、抗艾滋病毒、抗疟、抗菌和抗微生物等活性，仍被用作许多药物制剂的重要核心结构。这些化合物还被用作形成超分子结构的亚基，因为它们具有良好的光学和电子特性，并能形成多个氢键。研究还发现，三嗪衍生物是 PI3K 和 mTOR 抑制剂，也是低碳钢在酸性溶液中的高效腐蚀抑制剂。

三唑，由含有三个氮原子的五元环组成，具有生物活性，主要用作抗真菌剂、抗微生物剂和酶抑制剂。叠氮-炔Huisgen环加成反应是一种温和的选择性反应，生成物为1,2,3-三唑。该反应已广泛应用于生物正交化学和有机合成。三唑环是相对稳定的官能团，三唑连接可用于多种用途，如替代 DNA 的磷酸骨架。