Heterozyklische Bausteine

Azaindole haben eine bicyclische Struktur, die aus einem Pyridinring besteht, der mit einem Pyrrolring verschmolzen ist. Diese Verbindungen weisen eine beträchtliche biologische Aktivität auf und tragen dazu bei, neue therapeutische Ansätze zu entwickeln. Die Azaindole weisen ein ausgezeichnetes Potenzial als Bioisostere des Indolringsystems auf und unterscheiden sich vom Indol nur durch das Vorhandensein eines zusätzlichen Stickstoffrings.

Ein Benzimidazol ist eine heterocyclische aromatische organische Verbindung, die aus einer Verschmelzung von Benzol und Imidazol besteht. Benzimidazole werden als Erweiterung des gut erforschten Imidazolsystems, als Kohlenstoffgerüst für N-heterozyklische Carbene und als Ligand für Übergangsmetallkomplexe verwendet. Pharmakologische Verbindungen von Benzimidazolderivaten sind potente Inhibitoren für eine Vielzahl von Enzymen. Benzimidazole werden auf vielfältige Weise therapeutisch eingesetzt, u. a. als Antitumor-, Antimykotika-, Antiparasitika-, Analgetika-, Antiviren- und Antihistaminika-Wirkstoffe sowie bei kardiovaskulären Erkrankungen, in der Neurologie, Endokrinologie und Ophthalmologie.

Benzodioxan-Derivate, bizyklische heterozyklische Systeme, die aus einem an einen heterozyklischen Dioxanring kondensierten Benzolring bestehen, stellen eine Reihe synthetischer und natürlicher Verbindungen von großer medizinischer Bedeutung dar. Verbindungen, die den Dioxan- oder 1,4-Benzodioxan-Anteil enthalten, weisen verschiedene biologische Aktivitäten auf, wie z. B. antihepatotoxische (hepatoprotektive), α-adrenerge Blocker, entzündungshemmende, antigastrische, spasmolytische, antipsychotische, anxiolytische und D2-Antagonisten/5-HT1A-Teilagonisten-Aktivitäten.

Benzofuran, auch bekannt als Cumaron, ist eine heterozyklische Verbindung, die aus kondensierten Benzol- und Furanringen besteht. Benzofuranderivate haben biologische Aktivitäten gezeigt, die von antimykotischen und antimikrobiellen Eigenschaften bis hin zur Wirkung als Antagonisten für den H3-Rezeptor und Angiotensin II reichen.

Benzopyrane, auch Chromene genannt, sind bicyclische heterocyclische Systeme, die aus einem Benzolring bestehen, der an einen heterocyclischen Pyranring kondensiert ist. Benzopyran-Derivate (Chromone und Flavone) sind potenziell nützliche entzündungshemmende Wirkstoffe aufgrund ihrer Fähigkeit, Proteinkinase-abhängige Signaltransduktionswege zu hemmen. Außerdem hemmen einige natürliche Benzopyranderivate die Produktion von Prostaglandin E2 (PGE2). Benzopyranderivate sind auch eine attraktive Vorlage für die Identifizierung potenzieller Krebsmittel.

Benzothiophene, die aus einem mit einem Thiophenring verschmolzenen Benzolring bestehen, sind eine wichtige Klasse von Heterocyclen mit privilegierten Strukturen. Sie werden als Ausgangsmaterial für die Synthese bioaktiver Strukturen verwendet und sind in Arzneimitteln wie selektiven Östrogenrezeptormodulatoren, Leukotriensynthesehemmern und Antimykotika sowie in vielen Naturprodukten enthalten. Unterschiedliche Substitutionsmuster in diesen Heterocyclen bieten neue Möglichkeiten für die Entdeckung von Arzneimitteln und andere Anwendungen in der Materialwissenschaft.

Benzotriazole, bizyklische heterozyklische Systeme mit drei Stickstoffatomen und einem kondensierten Benzolring, weisen eine breite Palette biologischer und pharmakologischer Aktivitäten sowie Anwendungen in der Materialwissenschaft auf. Sie werden in der Industrie als Fixiermittel in fotografischen Emulsionen, als Anlaufschutz für Kupfer und seine Legierungen, als Korrosionsschutzmittel und in Frostschutz- und Wasserkühlsystemen verwendet. Zu den Synthesemethoden für Benzotriazol gehören die N-Alkylierung von Benzotriazol unter lösungsmittelfreien Bedingungen und kupferfreie "Click"-Methoden, die Herstellung von α-Nitroketonen, Oxazolinen und Thiazolinen unter Mikrowellenbestrahlung sowie verschiedene Anwendungen mit N-Acylbenzotriazolen.

Benzotriazol-Derivate werden häufig als Abgangsgruppe und in großem Umfang als neuartiges Synthesehilfsmittel eingesetzt. Sie sind deshalb so attraktiv, weil sie während der Synthese leicht eingeführt und entfernt werden können und weil sie in der Lage sind, andere Teile des Moleküls zu aktivieren.

Eine Fülle von Methoden zur Bildung der Peptidbindung wurde berichtet. Die erfolgreichsten Ansätze, die heute bekannt sind, beinhalten die aktive Esterbildung mit Uronium/Guanidinium-Salzen. Die bekanntesten Vertreter dieser Familie sind Peptidsynthesereagenzien auf der Basis von Benzotriazolderivaten wie HOBt oder HOAt, die beide auch häufig als Additive bei der Carbodiimid-vermittelten Peptidkopplung eingesetzt werden.

Carbazol-Derivate sind trizyklische aromatische Heterozyklen, die aus zwei Benzolringen bestehen, die auf beiden Seiten eines fünfgliedrigen stickstoffhaltigen Rings kondensiert sind. Die faszinierenden strukturellen Merkmale und vielversprechenden pharmakologischen Aktivitäten dieser Naturstoffe haben zu einem enormen Wachstum der Carbazolchemie geführt. Carbazol-Alkaloid-Derivate sind für ihre verschiedenen pharmakologischen Aktivitäten bekannt, darunter Anti-HIV-, Antikrebs-, antibakterielle und antimykotische Aktivitäten. Carbazolderivate wie N-Vinylcarbazol und Poly(vinylcarbazol) werden auch in der Industrie und Materialwissenschaft als optoelektronische Materialien eingesetzt.

Cumarine sind eine Gruppe von pflanzlichen Polyphenolverbindungen. Sie gehören zur Familie der Benzopyrane und besitzen ein breites Spektrum pharmazeutischer Anwendungen, einschließlich zytoprotektiver und modulierender Funktionen, die in ein therapeutisches Potenzial für zahlreiche Krankheiten umgesetzt werden können. Cumarinderivate finden sich in antibiotischen, antimitotischen, immunmodulierenden, antiviralen, krebsbekämpfenden, entzündungshemmenden, gerinnungshemmenden, antimykotischen, antioxidativen und zytotoxischen Wirkstoffen sowie in einigen biologischen Tests.

Cumarine haben weitere industrielle Anwendungen. Die Fluoreszenz von Cumarinen, wie z. B. 7-Hydroxycumarin, ist ein weit verbreitetes Forschungsinstrument in der Polymerwissenschaft. Cumarine werden als Laser-Farbstoff-sensibilisierte Photoinitiatoren, für den Einbau in Polymerketten durch Co-Polymerisation, für die Abschätzung von Polymer-Lösungsmittel-Effekten, für verschiedene strukturelle Charakterisierungen, für die Überwachung der Freisetzungseigenschaften von Poly(methylmethacrylat)-Nanokugeln und für polymere fluoreszierende Sonnenkollektoren verwendet.

Furane, die aus einem fünfgliedrigen aromatischen Ring mit einem Sauerstoffatom bestehen, sind eine wichtige Klasse von heterozyklischen Verbindungen, die bedeutende biologische Eigenschaften besitzen. Das Furanringsystem ist das Grundgerüst zahlreicher Verbindungen mit kardiovaskulären Aktivitäten. Ein iodiertes lipophiles Furanderivat wird häufig zur Behandlung von Herzkammer- und Arterienflimmern eingesetzt. Diese Reste sind in antibakteriellen, antiviralen, entzündungshemmenden, antimykotischen, antitumoralen, blutzuckersenkenden, schmerzstillenden, krampflösenden und anderen Wirkstoffen weit verbreitet. Geringfügige Änderungen in den Substitutionsmustern des Furankerns führen zu deutlichen Unterschieden in ihren biologischen Aktivitäten. Es wurde festgestellt, dass Furanderivate die Bildung von Biofilmen bei mehreren Bakterienarten hemmen und auch eine hemmende Wirkung auf das Quorum-Sensing haben. Die Derivate sind nicht nur synthetische Bausteine, sondern auch vielversprechende lignozellulosehaltige Biokraftstoffe.

Homopiperidine, auch bekannt als Azepane, sind gesättigte Heterozyklen, die einen Stickstoff in einem siebengliedrigen Ring enthalten und Vorläufer verschiedener Arzneimittel und Pestizide sind. Sie wurden als niedermolekulare Modulatoren von Kalzium-aktivierten Kaliumkanälen untersucht.

Ein Imidazol ist ein planarer fünfgliedriger Ring mit zwei Stickstoffatomen (C3N2H4). Während andere Azol-Heterocyclen in einem breiten Spektrum bioaktiver Naturstoffe weit verbreitet sind, kommt der Imidazolring hauptsächlich im Zusammenhang mit der natürlichen Aminosäure Histidin vor. Darüber hinaus tritt der Imidazolring als Bestandteil unnatürlicher zyklischer Peptide auf und wird in peptidomimetischen Studien als Esterisostere verwendet. Die Anwendungen von Imidazol sind jedoch nicht auf den Bereich der Peptide und Peptidomimetika beschränkt. Imidazole gehören zur großen Familie der Brompyrrol-Imidazol-Alkaloide, die aus Meeresschwämmen isoliert wurden und den gemeinsamen Metaboliten Oroidin enthalten, der bedeutende biologische Aktivitäten aufweist. Der Imidazolring ist auch in den Pilocarpin-Alkaloiden enthalten, die potenzielle Therapeutika gegen Thrombose, Krebs und Entzündungskrankheiten sind.

Imidazoline und Imidazolidine sind wichtige Heterozyklen, die in vielen biologisch aktiven Verbindungen vorkommen. Imidazoline werden als chirale Katalysatoren, chirale Hilfsstoffe und Liganden für die asymmetrische Katalyse verwendet. Sie weisen eine Reihe biologischer Wirkungen auf, darunter blutzuckersenkende, entzündungshemmende, blutdrucksenkende, krebshemmende und cholesterinsenkende Wirkungen sowie Wirkungen gegen Geschwüre, Viren, Pilze, Bakterien, Tuberkulose, Asthma, Diabetes und Protozoen. Imidazoline, wie z. B. Fettsäureimidazoline, werden in der Industrie als Korrosionsinhibitoren eingesetzt.

Indazole sind heterozyklische aromatische Verbindungen mit einem an ein Pyrazol kondensierten Benzol. Sie unterscheiden sich von Indol nur durch das Vorhandensein eines zusätzlichen Stickstoffrings und haben daher ein hervorragendes Potenzial als Bioisoster des Indolringsystems. Verschiedene Indazole zeigen eine signifikante Aktivität als Antimykotika, entzündungshemmende Mittel, Antiarrhythmika, Analgetika und Stickoxid-Synthase-Inhibitoren.

Indole sind Benzolringe, die mit einem Pyrrolring verschmolzen sind. Die Indol-Untereinheit ist ein nahezu allgegenwärtiger Bestandteil biologisch aktiver Naturstoffe, und ihre Erforschung ist seit Generationen ein Schwerpunkt der Forschung. Sie sind in der Lage, sich mit hoher Affinität an mehrere Rezeptoren zu binden, und finden daher in einer Vielzahl von Therapiebereichen Anwendung. Aufgrund dieser Aktivität ist es nicht verwunderlich, dass das Indolringsystem zu einem wichtigen Baustein oder Zwischenprodukt in der heterocyclischen Synthese geworden ist.

Indoline sind aromatische bicyclische Heterocyclen, die aus einem Benzolring bestehen, der an einen fünfgliedrigen stickstoffhaltigen Ring kondensiert ist. Indolalkaloide werden wegen ihrer biologischen Aktivitäten in verschiedenen pharmazeutischen Bereichen, wie z. B. der Krebs- und Tumorbekämpfung, eingehend untersucht. Unter dieser chemischen Familie zeigt Indolinon sehr vielversprechende Antitumoreigenschaften, indem es verschiedene Kinasefamilien hemmt. Diese kleinen Moleküle haben ein geringes Molekulargewicht und die meisten von ihnen binden an Proteinkinasen und konkurrieren mit ATP um die ATP-Bindungsstelle. Indoline sind nicht nur Bausteine für die heterozyklische Synthese, sondern finden auch industrielle Anwendung als Sensibilisatoren in Solarzellen.

Isochinoline, Strukturisomere der Chinoline, sind Benzopyridine, die aus einem an einen Pyridinring kondensierten Benzolring bestehen. Aufgrund ihres breiten Wirkungsspektrums ist die Synthese von Isochinolinen von großem Interesse, und viele synthetische Ansätze ermöglichen den Zugang zu diesen Strukturen.

Isoxazol, ein Azol mit einem Sauerstoff, dessen Derivate in einigen Naturprodukten, wie Ibotensäure, sowie in mehreren Arzneimitteln, darunter einem COX-2-Hemmer und Furoxan, einem Stickoxid-Donator, enthalten sind. Isoxazole sind nützliche Isoster von Pyridin und hemmen spannungsabhängige Natriumkanäle zur Schmerzbekämpfung, ermöglichen die Herstellung von Tetracyclin-Antibiotika-Derivaten und werden zur Behandlung von Depressionen eingesetzt.

Morpholine sind sechsgliedrige Heterozyklen, die sowohl Amin- als auch Etherfunktionen aufweisen. Substituierte Morpholinderivate bilden den Kern verschiedener Naturstoffe und biologisch aktiver Verbindungen. Diese Verbindungsklasse hat wichtige Anwendungen in der Pharmazie und in der Landwirtschaft gefunden. Chirale Morpholinderivate haben zahlreiche Anwendungen in der asymmetrischen Synthese als chirale Hilfsstoffe sowie als chirale Liganden gefunden. Morpholinderivate aus Synthese- und Naturprodukten haben sich als Antidepressiva, Appetitzügler, Antitumormittel, Antioxidantien, Antibiotika, selektive α1-Agonisten zur Behandlung von Demenz und anderen Erkrankungen des Zentralnervensystems (ZNS), die durch Symptome einer noradrenergen Insuffizienz gekennzeichnet sind, sowie als potente, lang wirkende humane Neurokinin-1 (hNK-1)-Rezeptorantagonisten bewährt. Morpholine werden in der Industrie in verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. zur Korrosionshemmung, zum optischen Bleichen, zur Vorbereitung von Textilien zum Färben und zur Konservierung von Früchten.

Oxadiazole sind fünfgliedrige heterocyclische aromatische Verbindungen, die aus einem Sauerstoffatom, zwei Stickstoffatomen und zwei Kohlenstoffatomen bestehen. Je nach Platzierung der Stickstoffatome im Ring gibt es verschiedene Isomere wie 1,2,4-; 1,2,5-; und 1,3,4-Oxadiazol. Oxadiazole bilden eine wichtige Klasse von Verbindungen mit einem heterozyklischen Kern für die Arzneimittelentwicklung und gehörten zu den ersten wirksamen chemotherapeutischen und antibiotischen Wirkstoffen. Das Interesse an Oxadiazolen reicht von der medizinischen Chemie bis zur Polymerindustrie. Oxadiazole wirken unter anderem antibakteriell, entzündungshemmend, krampflösend, krebshemmend, antituberkulär, antidiabetisch, antihelminthisch und schmerzstillend auf das ZNS. Aufgrund ihres breiten biologischen Aktivitätspotenzials ist die Synthese von Oxadiazolderivaten für medizinische Chemiker, die in der Arzneimittelentwicklung tätig sind, von Interesse.

Oxazole sind heterozyklische aromatische Verbindungen, die ein Sauerstoffatom und ein Stickstoffatom enthalten, die durch ein Kohlenstoffatom getrennt sind. Oxazol-Derivate haben zunehmend an Bedeutung gewonnen, da sie als Zwischenprodukte für die Herstellung neuer biologischer Stoffe verwendet werden. Der Oxazolring ist in zahlreichen pharmakologisch wichtigen Verbindungen enthalten, darunter solche, die als Antibiotika und antiproliferative Wirkstoffe eingesetzt werden. Das breite Spektrum der biologischen Aktivitäten von Oxazolen umfasst entzündungshemmende, analgetische, antibakterielle, antimykotische, hypoglykämische, antiproliferative, antituberkulöse, muskelentspannende und HIV-hemmende Wirkungen. Darüber hinaus sind Oxazolderivate nützliche synthetische Zwischenprodukte und können als vielfältige Gerüste in der kombinatorischen Chemie und als Peptidomimetika verwendet werden.

Oxazoline bestehen aus einem fünfgliedrigen heterocyclischen Ring, der ein Sauerstoff- und ein Stickstoffatom enthält, und Oxazolidine (auch 1,3-Oxazolidine genannt) sind die reduzierte Form der Oxazoline. Isoxazolidine sind Isomere der Oxazolidine, bei denen die Stickstoff- und Sauerstoffatome benachbart sind. Oxazoline sind attraktive heterozyklische Verbindungen, nicht nur wegen ihrer einzigartigen Strukturen und vielfältigen Anwendungen, sondern auch, weil sie als Strukturelemente in einer Vielzahl von Naturprodukten und Arzneimitteln dienen. Beispiele für diese Verbindungen sind ein oxazolhaltiges Alkaloid gegen Mykobakterien, ein Tubulin-Polymerisationsinhibitor und Krebsmittel, die 2,5-disubstituierte Oxazolinelemente enthalten. Darüber hinaus können Oxazolinderivate auch als Korrosionsinhibitoren in der Industrie und als chirale Liganden in der asymmetrischen Synthese eingesetzt werden. Polymere aus 2-Oxazolin werden als bioinspirierte Pseudopeptidpolymere betrachtet. Aufgrund der wichtigen Anwendungen von Oxazolinderivaten wurden verschiedene Synthesemethoden für die Herstellung dieser Verbindungen entwickelt. Im Allgemeinen werden Oxazolderivate durch drei typische Methoden synthetisiert: Zyklisierung azyklischer Vorläufer, Oxidation von Oxazolinen und Kopplung der vorfunktionalisierten Oxazole mit anderen metallorganischen Reagenzien. Chirale Bis(oxazolin)-Liganden (BOX) werden für die asymmetrische Katalyse einer Vielzahl von Reaktionen verwendet.

Oxetane, ein viergliedriger Ring mit drei Kohlenstoffatomen und einem Sauerstoffatom, sind enge Homologe von Epoxiden und stellen attraktive Bausteine für die Arzneimittelforschung dar. Rogers-Evans, Carreira und Mitarbeiter berichteten, dass der Ersatz einer gem-Dimethyl-Einheit durch eine Oxetan-Einheit verbesserte physio- und biochemische Eigenschaften eines molekularen Gerüsts zeigte. Sie zeigten auch die Verwendung von 1,6-substituierten Azaspiro[3.3]heptanen, die einen Oxetanring enthalten, als Alternative zu instabilen 1,3-heteroatom-substituierten Cyclohexanen. Der Oxetanring kann auch als Surrogat für eine Carbonylgruppe dienen. In den meisten Fällen war 3-Oxetanon der Hauptbaustein, den die Autoren zum Einbau der Oxetan-Einheit verwendeten.

Das Vorhandensein der Oxetan-Einheit in arzneimittelähnlichen und biologisch aktiven Molekülen ist für synthetische und medizinische Chemiker nichts Neues. Die vielleicht bekanntesten Beispiele für oxetanhaltige Arzneimittel sind das Naturprodukt Paclitaxel (Taxol®) und sein synthetisches Analogon Docetaxel. Joëlle Dubois und ihre Mitarbeiter untersuchten die Auswirkungen der Deletion des Oxetanrings in Analoga von Docetaxel und stellten fest, dass die Analoga in biologischen Tests weniger aktiv sind als Docetaxel. Merrilacton A ist ein vielversprechender nicht-peptidischer neurotroper Wirkstoff, und die β-Aminosäure Oxetin hat sowohl herbizide als auch antibiotische Wirkung gezeigt.

Das Piperazingerüst ist ein sechsgliedriger Ring mit zwei Stickstoffatomen an entgegengesetzten Positionen und kommt häufig in biologisch aktiven Verbindungen in verschiedenen therapeutischen Bereichen vor. Einige dieser therapeutischen Bereiche umfassen Antimykotika, Antidepressiva, antivirale Mittel und Serotoninrezeptor (5-HT)-Antagonisten/Agonisten. Einfache N-substituierte Piperazine finden sich in zahlreichen Arzneimittelmolekülen. Zu den industriellen Anwendungen von Piperazinen gehören die Herstellung von Kunststoffen, Harzen, Pestiziden und Bremsflüssigkeit.

Piperidine und ihre Derivate sind zu immer beliebteren Bausteinen in einer Vielzahl von synthetischen Protokollen geworden. Der Piperidinring, ein sechsgliedriger Ring mit einem Stickstoffatom, ist nicht nur in der Struktur von mehr als der Hälfte der heute bekannten Alkaloide zu erkennen, sondern auch in vielen natürlichen oder synthetischen Verbindungen mit interessanten biologischen Aktivitäten. 1-Boc-2-(Aminomethyl)piperidin wurde in einem Post-Ugi-Carbonylierungs-/intramolekularen Amidierungsansatz zu einer Reihe von achtgliedrigen Makrolactamen mit mehreren Diversitätspunkten verwendet. Darüber hinaus wurde das ungeschützte Analogon für die Synthese von Melanocortin-4-Rezeptor-Antagonisten verwendet. Diese Antagonisten sind möglicherweise für die therapeutische Behandlung von ungewolltem Gewichtsverlust nützlich. Fluorierte Piperidine sind auch in der medizinischen Chemie von anhaltendem Interesse, z. B. bei der Synthese von selektiven Dipeptidylpeptidase-II-Hemmern (DPP II). Piperidinderivate werden auch bei der Festphasen-Peptidsynthese (SPPS) und zahlreichen Abbaureaktionen eingesetzt.

Die Piperidon, ein stickstoffhaltiger Heterozyklus mit einer Carbonylgruppe, besitzt eine größere Affinität zu zellulären Thiolen als zu Amino- und Hydroxylgruppen. Daher sind diese Verbindungen möglicherweise frei von den genotoxischen Nebenwirkungen, die mit vielen Alkylierungsmitteln verbunden sind. Als α,β-ungesättigte Ketone sind diese Verbindungen in der Lage, eine Michael-Addition durchzuführen, die zur Alkylierung zellulärer Nukleophile führt. Piperidone haben eine krebshemmende, entzündungshemmende und antimikrobielle Wirkung und hemmen außerdem den NF-κB-Signalweg. 2-Piperidon und 4-Piperidon sind wichtige Zwischenprodukte in der Alkaloidsynthese und bei der Herstellung von Arzneimitteln. Mannich-Michael- und Aza-Diels-Alder-Reaktionen, an denen ein Iminodienophil und ein konjugiertes Dien sowie Enone beteiligt sind, wurden für die Synthese von Piperidinderivaten verwendet.

Vital für das Leben, wie wir es kennen - Pyrimidin- und Purinbasen sind in den Strukturen von DNA und RNA enthalten. Purin ist eine heterozyklische aromatische organische Verbindung, die aus einem Pyrimidinring besteht, der mit einem Imidazolring verschmolzen ist. Purine, einschließlich substituierter Purine und ihrer Tautomere, sind die in der Natur am häufigsten vorkommenden stickstoffhaltigen Heterocyclen.

Pyran ist ein sechsgliedriger heterocyclischer, nicht-aromatischer Ring, der aus fünf Kohlenstoffatomen und einem Sauerstoffatom besteht und zwei Doppelbindungen enthält. Pyranderivate, wie z. B. Pyranoflavonoide, sind biologisch wichtig. Monosaccharide, die einen sechsgliedrigen Ring enthalten, werden als Pyranosen bezeichnet.

Pyrazine (Paradiazine) sind heterozyklische sechsgliedrige aromatische Verbindungen mit para-Stickstoffatomen. Pyrazinderivate sind bekannt für ihre Antitumor-, Antibiotika-, Antikonvulsivum-, Antituberkulose- und Diuretika-Aktivitäten sowie für ihre Kinase-, Enzym- und starke Tubulin- und FtsZ-Polymerisationshemmung. Pyrazine sind flüchtige Verbindungen, die auch für die Kosmetik-, Lebensmittel-, Aromen- und Duftstoffindustrie von Interesse sind.

Pyrazol, ein fünfgliedriges heterozyklisches Diazol-Alkaloid, das aus drei Kohlenstoffatomen und zwei Stickstoffatomen in benachbarten Positionen besteht, ist ein weit verbreitetes Gerüst in Programmen zur Entdeckung von Medikamenten. Pyrazol-Derivate werden wegen ihrer analgetischen, entzündungshemmenden, fiebersenkenden, antiarrhythmischen, beruhigenden, muskelentspannenden, psychoanaleptischen, krampflösenden, monoaminoxidasehemmenden, antidiabetischen und antibakteriellen Wirkung eingesetzt. Der Pyrazolring ist das Kernstück einer Reihe führender nichtsteroidaler Antirheumatika (NSAIDs) und blutdrucksenkender Medikamente. Sie werden auch als bifunktionelle Liganden für die Metallkatalyse verwendet.

Pyridazin, auch 1,2-Diazin genannt, ist ein sechsgliedriger Ring mit zwei benachbarten Stickstoffatomen. Pyridazine können als isosterischer Ersatz von Phenyl- oder heteroaromatischen Ringen verwendet werden. Pyridazine können die physiochemischen Eigenschaften von Arzneimittelmolekülen verbessern, indem sie ihre Wasserlöslichkeit erhöhen, als Wasserstoffbrückenbindungs-Akzeptoren fungieren und aufgrund ihres Dipolmoments eine hohe Fähigkeit zur Komplexbildung mit Zielmolekülen besitzen. Pyridazin verbessert die Bioverfügbarkeit, insbesondere für das ZNS, und kann die Toxizität verringern. Pyridazin ist Bestandteil mehrerer Arzneimittelmoleküle, und das Pyridazin-Pharmakophor hat zu einer Vielzahl pharmakologisch aktiver Verbindungen geführt.

Pyridine sind heterozyklische sechsgliedrige aromatische Verbindungen, die ein einzelnes Stickstoffatom enthalten. Pyridine sind eine wichtige Klasse von Heterocyclen und kommen in vielen natürlich vorkommenden bioaktiven Verbindungen, pharmazeutischen Molekülen und chiralen Liganden in polysubstituierter Form vor. Der Pyridinanteil ist in zahllosen Molekülen mit so unterschiedlichen Anwendungen wie Katalyse, Medikamentenentwicklung, molekulare Erkennung und Synthese von Naturprodukten enthalten. Beispiele für Pyridine sind die bekannten Alkaloide Lycodin, der Adenosinrezeptor-Antagonist A3 und ein N,N-Dimethylaminopyridin (DMAP)-Analogon, das häufig in der organischen Synthese verwendet wird. Pyridin-Derivate wurden auch als niedermolekulare α-Helix-Mimetika bei der Hemmung von Protein-Protein-Wechselwirkungen und als funktionell selektive GABAA-Liganden in Betracht gezogen. Halogenierte Pyridine sind besonders attraktive Bausteine für verschiedene Kreuzkupplungsmethoden, einschließlich Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktionen.

Pyrimidine sind heterozyklische aromatische organische Verbindungen, die dem Pyridin ähnlich sind, aber zwei Stickstoffatome an den Positionen 1 und 3 des sechsgliedrigen Rings enthalten. Der Ring ist isomer zu zwei anderen Formen von Diazinen: Pyridazin, mit den Stickstoffatomen an den Positionen 1 und 2, und Pyrazin, mit den Stickstoffatomen an den Positionen 1 und 4. Als Nukleotide in DNA und RNA haben Pyrimidin-Nukleotid-Derivate eine breite biologische Anwendung. So werden Pyrimidinderivate beispielsweise in der Forschung zur DNA-Reparatur eingesetzt, was Auswirkungen auf Krebs und Epigenetik hat.

Pyrrole (1H-Pyrrole) sind heterocyclische aromatische Verbindungen, die aus einem fünfgliedrigen Ring bestehen, der ein Stickstoffatom enthält. Pyrrole sind wichtige Synthone bei der Synthese von Naturstoffen. Sie weisen bemerkenswerte biologische Eigenschaften auf, wie z. B. hypolipidämische, antimikrobielle, entzündungshemmende und antitumorale Aktivitäten, und können retrovirale reverse Transkriptasen [d. h. das humane Immundefizienzvirus Typ 1 (HIV-1)], zelluläre DNA-Polymerasen und Proteinkinasen hemmen. Darüber hinaus sind einige dieser Verbindungen nützliche Zwischenprodukte bei der Synthese von biologisch wichtigen, natürlich vorkommenden Alkaloiden und unnatürlichen heterocyclischen Derivaten. Phosphino-substituierte N-Arylpyrrole, eine neue Klasse von sterisch anspruchsvollen und elektronenreichen Biarylphosphinliganden, weisen hohe Umsatzraten und geringe Katalysatorbelastungen auf.

Pyrrolidine sind cyclische sekundäre Amine mit einem fünfgliedrigen Ring, der vier Kohlenstoffatome und ein Stickstoffatom enthält. Der Pyrrolidinring ist die zentrale Struktur der Aminosäure Prolin und ihrer Derivate. Chirale Pyrrolidine spielen sowohl als chirale Bausteine für Hilfsstoffe als auch als Schlüsselstrukturen für biologisch aktive Substanzen eine wichtige Rolle. Derivate des Methylpyrrolidinyl-Fragments sind häufige Strukturmotive in verschiedenen Inhibitoren und Antagonisten, darunter eine Reihe von HIV-1-Reverse-Transkriptase-Inhibitoren sowie Histamin-H3-Rezeptor- und Dopamin-D4-Antagonisten. Die meisten der von uns angebotenen Pyrrolidine sind als Racemate oder in einer der beiden enantiomeren Formen erhältlich.

Pyrroline, stickstoffhaltige fünfgliedrige Heterocyclen, sind häufige Strukturgerüste in Naturprodukten und pharmazeutischen Wirkstoffen. Zu den Pyrrolin-Derivaten gehören natürliche und synthetische Verbindungen mit bemerkenswerten biologischen und pharmakologischen Eigenschaften. Pyrroline sind Zwischenprodukte bei der Synthese von biologisch aktiven Pyrrolen und Pyrrolidinen. Beispiele für medizinisch wichtige Verbindungen auf Pyrrolinbasis sind der Proteinkinaseinhibitor Staurosporin und der Geranylgeranyltransferase-Inhibitor.

Quinazoline, 1,3-Diazanaphthalin, bestehen aus kondensierten Benzol- und Pyrimidinringen. Aufgrund der vorhersehbaren Reaktivität der Ringe bei elektrophiler und nukleophiler Substitution sind sie ein hervorragendes Gerüst für synthetische Manipulationen mit enormen pharmakologischen Aktivitäten. Quinazolinderivate haben Anwendungen als Malariamittel und in der Krebsbehandlung gefunden.

Quinolinderivate, die aus einem Benzolring bestehen, der mit einem Pyridinring verschmolzen ist, haben antiseptische, fiebersenkende und antiperiodische Eigenschaften und werden als Malariamittel und zur Herstellung anderer Antimalariamittel verwendet. Die Entdeckung von Chloroquin, dem berühmtesten Medikament mit diesem Gerüst, führte zur jahrzehntelangen Kontrolle und Behandlung von Malaria. Chinolin und seine Derivate werden häufig als Fungizide, Biozide, Antibiotika, Alkaloide, Farbstoffe, Gummichemikalien und Aromastoffe verwendet. Weitere industrielle Anwendungen sind die Verwendung als Korrosionsinhibitoren, Konservierungsmittel, Lösungsmittel für Harze und Terpene sowie in der Katalyse von Übergangsmetallkomplexen für die einheitliche Polymerisation und Lumineszenzchemie. Sie werden auch bei der Herstellung von öllöslichen Farbstoffen, Lebensmittelfarbstoffen, Arzneimitteln, pH-Indikatoren und anderen organischen Verbindungen verwendet. Chinolin ist ein Abbauprodukt von Tryptophan, einer Grundstruktur in einigen blutdrucksenkenden Mitteln wie den peripheren Vasodilatatoren Prazosin und Doxazosin.

Quinoxaline (auch 1,4-Diazanaphthaline oder Benzopyrine genannt) sind bicyclische Heterocyclen, die einen Benzolring enthalten, der an einen Pyrazinring kondensiert ist. Chinoxalin-Derivate sind wichtige Bestandteile pharmakologisch aktiver Verbindungen, darunter antibakterielle, antibiotische und antitumorale Wirkstoffe, pilzhemmende, entzündungshemmende und schmerzstillende Wirkungen sowie die Hemmung der RNA-Synthese, reaktive Farbstoffe und Pigmente, Azofarbstoffe, Fluroscein-Farbstoffe, Korrosionshemmung und photovoltaische Polymere.

Quinuclidin, ein bicyclisches Amin, hat zahlreiche Anwendungen gefunden, vor allem als Ligand in Studien zur OsO4-katalysierten Dihydroxylierung von Olefinen. Diese stickstoffhaltigen Heterocyclen wurden auch zur Bildung von Oniumsalzen verwendet, um die Aktivität von PAC-Antagonisten zu testen. 3-Quinuclidinol ist ein Synthon für die Herstellung von Liganden für cholinerge Rezeptoren und Anästhetika sowie ein Katalysator für die Kondensation von Methylvinylketon mit Aldehyden.

Tetrazole, die aus einem fünfgliedrigen Ring mit vier Stickstoffatomen bestehen, finden sowohl in der Materialwissenschaft als auch in der Pharmazie Anwendung. Tetrazole können ein breites Spektrum an chemischen Umgebungen tolerieren, von stark sauer bis basisch sowie oxidierende und reduzierende Bedingungen. Tetrazole sind metabolisch stabile Bioisostere der Carbonsäuregruppe und können durch die Huisgen-Umlagerung als Vorstufen zu einer Vielzahl von stickstoffhaltigen Heterocyclen dienen. Sie fungieren auch als einfache lipophile Spacer, die in geeigneter Weise zwei Substituenten aufweisen, wobei die Konnektivitätsmuster der eingebetteten Tetrazoleinheiten denen ihrer 1,2,3-Triazol-Analoga frappierend ähneln.

Thiadiazol-Derivate, fünfgliedrige Ringe mit zwei Stickstoffatomen und einem Schwefelatom, wurden auf ihre krampflösende und antimikrobielle Wirkung hin untersucht. 1,3,4-Thiadiazol-Derivate sind dafür bekannt, dass sie antibakterielle und antimykotische Aktivitäten aufweisen.

Thiazine (auch 1,4-Thiazine genannt) bestehen aus einem sechsgliedrigen Ring, der ein Schwefel- und ein Stickstoffatom in Parallele zueinander enthält. Sie weisen vielfältige pharmakologische und biologische Wirkungen auf, wie z. B. krebshemmende, antimikrobielle, entzündungshemmende und fiebersenkende Wirkungen sowie eine dämpfende Wirkung auf das zentrale Nervensystem. Darüber hinaus werden Thiazin-Derivate auch als Farbstoffe, Beruhigungsmittel und Insektizide verwendet.

Thiazole, ein fünfgliedriger Ring, der einen Stickstoff und Schwefel enthält, weisen eine außergewöhnliche Bandbreite an antitumoralen, antiviralen und antibiotischen Aktivitäten auf. Ihr Vorhandensein in Peptiden oder ihre Fähigkeit, an Proteine, DNA und RNA zu binden, haben zu zahlreichen synthetischen Studien und neuen Anwendungen geführt. Der Thiazolring wurde als zentrales Merkmal einer Vielzahl von Naturstoffen identifiziert, von denen die Epothilone vielleicht die bekanntesten sind. Außerdem tauchen Thiazole häufig in der Peptidforschung auf. Thiazole können auch als geschützte Formylgruppe dienen, die in den späten Stadien einer komplexen Naturstoffsynthese freigesetzt werden kann.

Thiazoline sind fünfgliedrige heterocyclische Verbindungen, die ein Schwefelatom und ein Stickstoffatom enthalten. Thiazolidin ist die reduzierte Form von Thiazolin. Cysteinreste werden in der Regel nach der Transkription zu Thiazolinen modifiziert. Thiazolinderivate sind Aktivatoren von PPARγ, das die Insulinresistenz verbessert und den Blutzuckerspiegel bei Typ-2-Diabetes senkt, sowie Krebsmedikamente über die Hemmung der Raf/MEK/extrazelluläre signalgesteuerte Kinase (ERK) und Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K)/Akt-Signalkaskaden.

Thiophene (Thiofurane) sind wichtige schwefelhaltige heterocyclische Verbindungen, die als Analoga von Furanen und Pyrrolen fungieren und als Bausteine in vielen Agrochemikalien und Arzneimitteln sowie in der Materialwissenschaft weit verbreitet sind. Benzothiophen und Dibenzothiophen enthalten einen Thiophenring, der mit einem bzw. zwei Benzolringen kondensiert ist. Infolge seiner Aromatizität weist Thiophen nicht die gleichen Eigenschaften auf wie herkömmliche Thioether. So ist das Schwefelatom im Thiophen beispielsweise resistent gegen Alkylierung und Oxidation. Thiophen kann auch als Bioisosteron des Benzolrings dienen, wie im NSAID Lornoxicam, dem Thiophen-Analogon von Piroxicam.

Triazinderivate bestehen aus einem sechsgliedrigen aromatischen Ring mit drei Stickstoffatomen. Zu den isomeren Formen gehören 1,2,3-; 1,2,4-; und 1,3,5-Triazin. Trisubstituierte 1,3,5-Triazine sind eine der ältesten Klassen organischer Verbindungen, die aufgrund ihrer wirksamen pharmakologischen Eigenschaften, darunter Krebsbekämpfung, Anti-Angiogenese, Anti-HIV, Malariabekämpfung, antibakterielle und antimikrobielle Aktivitäten, nach wie vor als wichtige Kernstrukturen in vielen pharmazeutischen Wirkstoffen verwendet werden. Diese Verbindungen wurden auch als Untereinheiten bei der Bildung supramolekularer Strukturen verwendet, da sie gute optische und elektronische Eigenschaften besitzen und in der Lage sind, mehrere Wasserstoffbrücken zu bilden. Triazin-Derivate haben sich auch als PI3K- und mTOR-Inhibitoren sowie als effiziente Korrosionsinhibitoren für Baustahl in sauren Lösungen erwiesen.

Triazole, die aus einem fünfgliedrigen Ring mit drei Stickstoffatomen bestehen, zeigen biologische Aktivität, insbesondere als Pilzbekämpfungsmittel, antimikrobielle Mittel und Enzyminhibitoren. Die Azid-Alkin-Huisgen-Cycloaddition ist eine milde und selektive Reaktion, bei der 1,2,3-Triazole als Produkte entstehen. Die Reaktion wurde in der bio-orthogonalen Chemie und in der organischen Synthese weithin eingesetzt. Triazolringe sind relativ stabile funktionelle Gruppen, und Triazolverknüpfungen können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, z. B. als Ersatz für das Phosphatgerüst der DNA.