Blocchi costruttivi eterociclici

Gli azindoli hanno una struttura biciclica che consiste in un anello piridinico fuso con un anello pirrolico. Questi composti presentano una significativa attività biologica e contribuiscono a facilitare la generazione di nuove piste terapeutiche. La frazione azaindolica presenta un eccellente potenziale come bioisostere del sistema ad anello indolico, differenziandosi dall'indolo solo per la presenza di un anello aggiuntivo di azoto.  I 7-azindoli sono di particolare interesse per la loro capacità di imitare le purine nel loro ruolo di partner per il legame a idrogeno.

Un benzimidazolo è un composto organico eterociclico aromatico costituito dalla fusione di benzene e imidazolo. I benzimidazoli sono utilizzati come estensione del sistema imidazolico ben elaborato, come scheletro di carbonio per i carbeni N-eterociclici e come ligando per complessi di metalli di transizione. I composti farmacologici dei derivati benzimidazolici sono potenti inibitori di una varietà di enzimi. I benzimidazoli hanno una varietà di usi terapeutici, tra cui attività antitumorali, antimicotiche, antiparassitarie, analgesiche, antivirali e antistaminiche, nonché l'uso in malattie cardiovascolari, neurologia, endocrinologia e oftalmologia.

I derivati del benzodioxano, sistemi eterociclici biciclici costituiti da un anello benzenico fuso con un anello eterociclico diossano, rappresentano una serie di composti sintetici e naturali di notevole importanza medicinale. I composti contenenti la frazione di diossano o di 1,4-benzodiossano presentano diverse attività biologiche, come quelle antiepatotossiche (epatoprotettive), di blocco α-adrenergico, antinfiammatorie, antigastriche, spasmolitiche, antipsicotiche, ansiolitiche e di agonista parziale D2/5-HT1A.

Il benzofurano, noto anche come cumarone, è un composto eterociclico costituito da anelli fusi di benzene e furano. I derivati dei benzofurani hanno mostrato attività biologiche che vanno dalle proprietà antimicotiche e antimicrobiche all'azione come antagonisti del recettore H3 e dell'angiotensina II.

I benzopirani, chiamati anche cromeni, sono sistemi eterociclici biciclici costituiti da un anello benzenico fuso a un anello eterociclico piranico. I derivati dei benzopirani (cromoni e flavoni) sono agenti antinfiammatori potenzialmente utili grazie alla loro capacità di inibire le vie di trasduzione del segnale dipendenti dalla protein-chinasi. Inoltre, alcuni derivati naturali dei benzopirani mostrano un'attività inibitoria della produzione di prostaglandina E2 (PGE2). I derivati dei benzopirani sono anche un modello interessante per l'identificazione di potenziali agenti antitumorali.

I benzotiofeni, composti da un anello benzenico fuso con un anello tiofenico, sono un'importante classe di eterocicli con strutture privilegiate. Sono utilizzati come materiali di partenza per la sintesi di strutture bioattive e sono presenti in prodotti farmaceutici, come modulatori selettivi dei recettori degli estrogeni, inibitori della sintesi dei leucotrieni e antimicotici, e in molti prodotti naturali. I diversi schemi di sostituzione in questi eterocicli offrono nuove opportunità per la scoperta di farmaci e altre applicazioni nella scienza dei materiali.

I benzotriazoli, sistemi eterociclici biciclici contenenti tre atomi di azoto e un anello benzenico fuso, presentano un'ampia gamma di attività biologiche e farmacologiche, nonché applicazioni nella scienza dei materiali. Sono utilizzati nell'industria come agenti fissativi nelle emulsioni fotografiche, come agenti antitarlo per il rame e le sue leghe, come inibitori della corrosione e nei sistemi antigelo e di raffreddamento dell'acqua. Alcuni metodi di sintesi del benzotriazolo includono l'N-alchilazione del benzotriazolo in condizioni prive di solventi e metodi "click" privi di rame, la preparazione di α-nitrochetoni, ossazoline e tiazoline sotto irradiazione a microonde e varie applicazioni con N-acilbenzotriazoli.

I derivati del benzotriazolo sono stati comunemente impiegati come gruppo di partenza e utilizzati ampiamente come nuovi ausiliari sintetici. Gran parte della loro attrattiva è dovuta al fatto che consentono una facile introduzione e rimozione durante la sintesi e che sono in grado di attivare altre parti della molecola.

Sono stati riportati una pletora di metodi per la formazione del legame peptidico. Gli approcci di maggior successo oggi conosciuti prevedono la formazione di esteri attivi con sali di uronio/guanidinio. I membri più popolari di questa famiglia sono i reagenti per la sintesi peptidica a base di derivati benzotriazolici, come HOBt o HOAt, entrambi comunemente utilizzati come additivi nell'accoppiamento peptidico mediato da carbodiimmide.

I derivati del carbazolo sono eterocicli aromatici triciclici costituiti da due anelli benzenici fusi su entrambi i lati di un anello a cinque membri contenente azoto. Le intriganti caratteristiche strutturali e le promettenti attività farmacologiche di questi prodotti naturali hanno portato a un'enorme crescita della chimica dei carbazoli. I derivati alcaloidi dei carbazoli sono noti per le loro varie attività farmacologiche, tra cui quelle anti-HIV, antitumorali, antibatteriche e antifungine. I derivati dei carbazoli, come l'N-vinilcarbazolo e il poli(vinilcarbazolo), hanno anche applicazioni nell'industria e nella scienza dei materiali come materiali optoelettronici.

Le cumarine sono un gruppo di composti polifenolici di origine vegetale. Appartengono alla famiglia dei benzopironi e possiedono un'ampia gamma di applicazioni farmaceutiche, tra cui funzioni citoprotettive e modulatrici, che possono tradursi in un potenziale terapeutico per diverse malattie. I derivati delle cumarine sono presenti negli agenti antibiotici, antimitotici, immunomodulanti, antivirali, antitumorali, antinfiammatori, anticoagulanti, antimicotici, antiossidanti e citotossici, nonché in alcuni test biologici.

Le cumarine hanno ulteriori applicazioni industriali. La fluorescenza delle cumarine, come la 7-idrossicumarina, è ampiamente utilizzata come strumento di ricerca nella scienza dei polimeri. Le cumarine sono utilizzate come fotoiniziatori sensibilizzati al laser, per l'incorporazione nelle catene polimeriche mediante copolimerizzazione, nella stima degli effetti dei solventi polimerici, per varie caratterizzazioni strutturali, nel monitoraggio delle proprietà di rilascio delle nanosfere di poli(metilmetacrilato) e per i collettori solari polimerici fluorescenti.

I furani, costituiti da un anello aromatico a cinque membri con un atomo di ossigeno, sono un'importante classe di composti eterociclici che possiedono importanti proprietà biologiche. Il sistema di anelli furanici è lo scheletro di base di numerosi composti che possiedono attività cardiovascolari. Un derivato lipofilo iodato del furano è ampiamente utilizzato nel trattamento della fibrillazione ventricolare e arteriosa. Queste società sono ampiamente presenti in agenti antibatterici, antivirali, antinfiammatori, antimicotici, antitumorali, antiiperglicemici, analgesici, anticonvulsivanti e altri. Lievi cambiamenti nei modelli di sostituzione nel nucleo del furano causano differenze distinguibili nelle loro attività biologiche. I derivati furanici sono risultati inibitori della formazione di biofilm per diverse specie batteriche e possiedono attività inibitorie del quorum-sensing. Oltre a essere dei mattoni sintetici, i derivati sono promettenti biocarburanti lignocellulosici.

Le omopiperidine, note anche come azepani, sono eterocicli saturi contenenti un azoto in un anello a sette membri e sono precursori di diversi farmaci e pesticidi. Sono stati studiati come modulatori a piccole molecole dei canali del potassio attivati dal calcio.

Un imidazolo è un anello planare a cinque membri contenente due nitrogeni (C3N2H4). Mentre altri eterocicli azolici sono presenti in un'ampia gamma di prodotti naturali bioattivi, l'anello imidazolico è presente soprattutto nel contesto dell'amminoacido naturale istidina. Inoltre, l'anello imidazolico compare come componente di peptidi ciclici innaturali ed è utilizzato come isostere estere negli studi peptidomimetici. Tuttavia, le applicazioni dell'imidazolo non si limitano al regno dei peptidi e della peptidomimetica. Gli imidazoli sono presenti nell'ampia famiglia di alcaloidi bromopirroli-imidazolici isolati da spugne marine che contengono il metabolita comune oroidina e che presentano attività biologiche significative. L'anello imidazolico è presente anche negli alcaloidi della pilocarpina, che sono potenziali agenti terapeutici per la trombosi, il cancro e le malattie infiammatorie.

Le imidazoline e le imidazolidine sono importanti eterocicli presenti in molti composti biologicamente attivi. Le imidazoline sono utilizzate come catalizzatori chirali, ausiliari chirali e ligandi per la catalisi asimmetrica. Presentano una serie di attività biologiche, tra cui quelle antiiperglicemiche, antinfiammatorie, antipertensive, antitumorali e antipercolesterolemiche, nonché attività antiulcera, antivirali, antifungine, antibatteriche, antitubercolari, antiasmatiche, antidiabetiche e antiprotozoarie. Le imidazoline, come le imidazoline degli acidi grassi, trovano applicazione industriale come inibitori della corrosione.

Le società indoliche sono composti eterociclici aromatici con un benzene fuso a un pirazolo. Si differenziano dall'indolo solo per la presenza di un anello aggiuntivo di azoto e presentano quindi un eccellente potenziale come bioisostanze del sistema ad anello dell'indolo. Diversi indazoli mostrano un'attività significativa come antifungini, agenti antinfiammatori, agenti antiaritmici, analgesici e inibitori dell'ossido nitrico sintasi.

Gli indoli sono anelli benzenici fusi con un anello pirrolico. La subunità indolica è una componente pressoché ubiquitaria dei prodotti naturali biologicamente attivi e il suo studio è stato al centro della ricerca per generazioni. Sono in grado di legarsi a più recettori con elevata affinità e trovano quindi applicazione in un'ampia gamma di aree terapeutiche. Grazie a questa attività, non sorprende che il sistema ad anello indolico sia diventato un importante elemento costitutivo o intermedio nella sintesi eterociclica.

Le indoline sono eterocicli aromatici biciclici costituiti da un anello benzenico fuso con un anello a cinque membri contenente azoto. Gli alcaloidi indolici sono ampiamente studiati per le loro attività biologiche in diverse aree farmaceutiche, come quella antitumorale e antitumorale. Tra questa famiglia chimica, l'indolinone mostra proprietà antitumorali molto promettenti inibendo varie famiglie di chinasi. Queste piccole molecole hanno un basso peso molecolare e la maggior parte di esse si lega alle proteine chinasi, competendo con l'ATP per il sito di legame dell'ATP. Oltre a essere blocchi di costruzione nella sintesi eterociclica, le indoline hanno anche applicazioni industriali come sensibilizzatori nelle celle solari.

Le isomeri strutturali delle chinoline, le isochinoline, sono benzopiridine, composte da un anello benzenico fuso con un anello piridinico. A causa della loro ampia gamma di attività, la sintesi delle isochinoline è di notevole interesse e molti approcci sintetici permettono di accedere a queste strutture.

Isoxazole, un azolo con un ossigeno, i derivati si trovano in alcuni prodotti naturali, come l'acido ibotenico, e in diversi farmaci, tra cui un inibitore della COX-2 e il furoxan, un donatore di ossido nitrico. Gli isossazoli sono utili isostanze della piridina e sono stati scoperti in grado di inibire i canali del sodio voltage-gated per controllare il dolore, di permettere la costruzione di derivati antibiotici della tetraciclina e di essere utilizzati come trattamenti per la depressione.

Le morfoline sono eterocicli a sei membri con gruppi funzionali amminici ed etere. I derivati sostituiti delle morfoline sono alla base di vari prodotti naturali e composti biologicamente attivi. Questa classe di composti ha trovato importanti applicazioni in campo farmaceutico e agricolo. I derivati chirali della morfolina hanno trovato numerose applicazioni nella sintesi asimmetrica come ausiliari chirali e ligandi chirali. I derivati della morfolina ottenuti dalla sintesi e dai prodotti naturali hanno mostrato attività come antidepressivi, soppressori dell'appetito, agenti antitumorali, antiossidanti, antibiotici, α1-agonisti selettivi nel trattamento della demenza e di altri disturbi del sistema nervoso centrale (SNC) caratterizzati da sintomi di insufficienza noradrenergica, nonché come potenti antagonisti a lunga durata d'azione del recettore umano della neurochinina-1 (hNK-1). Le morfoline hanno diverse applicazioni industriali, come l'inibizione della corrosione, il candeggio ottico, la preparazione dei tessuti per la tintura e la conservazione della frutta.

Gli ossadiazoli sono composti aromatici eterociclici a cinque membri costituiti da un atomo di ossigeno, due atomi di azoto e due atomi di carbonio. A seconda della posizione dei nitrogeni nell'anello, esistono diversi isomeri, come l'1,2,4-, l'1,2,5- e l'1,3,4-ossadiazolo. Gli ossadiazoli costituiscono una delle principali classi di composti con nucleo eterociclico per lo sviluppo di farmaci e sono stati tra i primi agenti chemioterapici e antibiotici efficaci. L'interesse per gli ossadiazoli spazia dalla chimica medica all'industria dei polimeri. Gli ossadiazoli hanno attività antibatteriche, antinfiammatorie, anticonvulsivanti, antitumorali, antitubercolari, antidiabetiche, antielmintiche e analgesiche depressive del SNC, tra le altre. Grazie al loro ampio potenziale di attività biologica, la sintesi di derivati ossadiazolici è di interesse per i chimici medicinali che lavorano allo sviluppo di farmaci.

Gli ossazoli sono composti eterociclici aromatici contenenti un atomo di ossigeno e uno di azoto separati da un atomo di carbonio. I derivati degli ossazoli sono diventati sempre più importanti per il loro utilizzo come intermedi per la preparazione di nuovi materiali biologici. L'anello ossazolico è presente in numerosi composti farmacologicamente importanti, tra cui quelli utilizzati come antibiotici e agenti antiproliferativi. L'ampia gamma di attività biologiche degli ossazoli comprende attività antinfiammatorie, analgesiche, antibatteriche, antimicotiche, ipoglicemizzanti, antiproliferative, antitubercolari, rilassanti muscolari e inibitori dell'HIV. Inoltre, i derivati degli ossazoli sono utili intermedi sintetici e possono essere utilizzati come scaffold di diversità nella chimica combinatoria e come peptidomimetici.

Le ossazoline sono costituite da un anello eterociclico a cinque membri contenente un atomo di ossigeno e uno di azoto e le ossazolidine (chiamate anche 1,3-ossazolidine) sono la forma ridotta delle ossazoline. Le isossazolidine sono isomeri delle ossazolidine in cui gli atomi di azoto e ossigeno sono adiacenti. Le ossazoline sono composti eterociclici interessanti non solo per le loro strutture uniche e per le varie applicazioni, ma anche perché servono come elementi strutturali in una varietà di prodotti naturali e farmaceutici. Esempi di questi composti includono un alcaloide antimicobatterico contenente ossazolo, un inibitore della polimerizzazione della tubulina e agenti antitumorali che comprendono elementi ossazolinici 2,5-disostituiti. Inoltre, i derivati dell'ossazolina possono essere impiegati come inibitori della corrosione in ambito industriale e come ligandi chirali nella sintesi asimmetrica. I polimeri di 2-ossazolina sono considerati polimeri pseudopeptidici bioispirati. A causa delle importanti applicazioni dei derivati dell'ossazolina, sono state sviluppate diverse metodologie sintetiche per la produzione di questi composti. In generale, i derivati ossazolici sono sintetizzati attraverso tre metodi tipici: ciclizzazione di precursori aciclici, ossidazione di ossazoline e accoppiamento degli ossazoli prefunzionalizzati con altri reagenti organometallici. I leganti bis(oxazoline) chirali (BOX) sono utilizzati nella catalisi asimmetrica di una varietà di reazioni.

Gli ossetani, un anello a quattro membri con tre atomi di carbonio e un atomo di ossigeno, sono stretti omologhi degli epossidi e sono moduli interessanti per la scoperta di farmaci. Rogers-Evans, Carreira e collaboratori hanno riferito che la sostituzione di un'unità gemmodimetilica con un'unità ossetanica ha dimostrato un miglioramento delle proprietà fisiochimiche e biochimiche di un'impalcatura molecolare. Hanno inoltre dimostrato l'uso di azaspiro[3.3] eptani sostituiti con 1,6 contenenti un anello di ossetano come alternativa ai cicloesani sostituiti con 1,3 eteroatomi instabili. L'anello ossetano può anche funzionare come surrogato di un gruppo carbonilico. Nella maggior parte dei casi, il 3-oxetanone è stato il principale blocco di costruzione utilizzato dagli autori per installare l'unità ossetanica.

La presenza della moiety ossetanica in molecole simili a farmaci e biologicamente attive non è una novità per i chimici sintetici e medicinali. Forse gli esempi più noti di farmaci contenenti ossetano sono il prodotto naturale paclitaxel (Taxol®) e il suo analogo sintetico docetaxel. Joëlle Dubois e collaboratori hanno studiato l'effetto della delezione dell'anello ossetano negli analoghi del docetaxel e hanno scoperto che questi ultimi sono meno attivi del docetaxel nei test biologici. Il merrilactone A è promettente come agente neurotropo non peptidico e il β-amminoacido oxetina ha dimostrato attività erbicida e antibiotica.

Lo scaffold piperazine è un anello a sei membri con due nitrogeni in posizioni opposte e si trova spesso in composti biologicamente attivi in diverse aree terapeutiche. Alcune di queste aree terapeutiche includono antimicotici, antidepressivi, antivirali e antagonisti/agonisti dei recettori della serotonina (5-HT). Le piperazine semplici N-sostituite si trovano in numerose molecole di farmaci. Le applicazioni industriali delle piperazine includono la produzione di materie plastiche, resine, pesticidi e fluidi per la rottura.

Le piperidine e i loro derivati sono diventati elementi costitutivi sempre più popolari in una vasta gamma di protocolli sintetici. L'anello piperidinico, un anello a sei membri contenente un atomo di azoto, si riconosce non solo nella struttura di oltre la metà degli alcaloidi oggi conosciuti, ma anche in molti composti naturali o sintetici con interessanti attività biologiche. La 1-Boc-2-(aminometil)piperidina è stata utilizzata in un approccio di carbonilazione/amidazione intramolecolare post-Ugi per ottenere una serie di macrolattami a otto membri con molteplici punti di diversità. Inoltre, l'analogo non protetto è stato impiegato nella sintesi di antagonisti del recettore della melanocortina 4. Questi antagonisti sono potenzialmente utili per il trattamento delle malattie del sistema nervoso centrale. Questi antagonisti sono potenzialmente utili nel trattamento terapeutico della perdita di peso involontaria. Le piperidine fluorurate sono anche oggetto di continuo interesse nella chimica medicinale, ad esempio nella sintesi di inibitori selettivi della dipeptidil peptidasi II (DPP II). I derivati delle piperidine sono utilizzati anche nella sintesi di peptidi in fase solida (SPPS) e in numerose reazioni di degradazione.

Il il farmacoforo del piperidone, un eterociclo contenente azoto con un gruppo carbonilico, possiede una maggiore affinità verso i tioli cellulari rispetto ai gruppi amminici e idrossilici. Pertanto, composti di questa natura possono essere privi degli effetti collaterali genotossici associati a molti agenti alchilanti. Come chetoni α,β-insaturi, questi composti sono in grado di subire l'addizione di Michael, con conseguente alchilazione dei nucleofili cellulari. I piperidoni presentano attività antitumorale, antinfiammatoria e antimicrobica e inibiscono anche la via di segnalazione NF-κB. Il 2-piperidone e il 4-piperidone sono importanti intermedi nella sintesi degli alcaloidi e nella preparazione di agenti medicinali. Le reazioni di Mannich-Michael e di aza-Diels-Alder che coinvolgono un imino-dienofilo e un diene coniugato e gli enoni sono state applicate alla sintesi di derivati della piperidina.

Le basi pirimidiniche e puriniche, fondamentali per la vita come la conosciamo, sono incluse nelle strutture del DNA e dell'RNA. La purina è un composto organico eterociclico aromatico, costituito da un anello pirimidinico fuso con un anello imidazolico. Le purine, incluse le purine sostituite e i loro tautomeri, sono il tipo di eterociclo contenente azoto più diffuso in natura.

Il pirano è un anello eterociclico non aromatico a sei membri, composto da cinque atomi di carbonio e un atomo di ossigeno e contenente due doppi legami. I derivati del pirano, come i piranoflavonoidi, sono importanti dal punto di vista biologico. I monosaccaridi contenenti un anello a sei membri sono noti come piranosidi.

Le pirazine (paradiazine) sono composti eterociclici aromatici a sei membri contenenti atomi di azoto para. I derivati della pirazina sono noti per le loro attività antitumorali, antibiotiche, anticonvulsivanti, antitubercolari e diuretiche, nonché per le loro attività chinasi, enzimatiche e per la potente inibizione della polimerizzazione della tubulina e di FtsZ. Le pirazine sono composti volatili che rivestono interesse anche per l'industria cosmetica, alimentare, degli aromi e delle fragranze.

Il pirazolo, un alcaloide eterociclico diazolico a cinque membri composto da tre atomi di carbonio e due atomi di azoto in posizioni adiacenti, è uno scaffold prevalente nei programmi di scoperta di farmaci. I derivati del pirazolo sono utilizzati per le loro attività analgesiche, antinfiammatorie, antipiretiche, antiaritmiche, tranquillanti, miorilassanti, psicoanalettiche, anticonvulsivanti, inibitori della monoamino ossidasi, antidiabetiche e antibatteriche. L'anello pirazolico è presente come nucleo in una serie di importanti farmaci antinfiammatori non steroidei (FANS) e antipertensivi. Hanno trovato impiego anche come ligandi bifunzionali per la catalisi dei metalli.

La piridazina, talvolta chiamata 1,2-diazina, è un anello a sei membri contenente due atomi di azoto adiacenti. La piridazina può essere utilizzata come sostituzione isosterica di anelli fenilici o eteroaromatici. Le piridazine possono migliorare le proprietà fisiochimiche delle molecole di farmaci aumentandone la solubilità in acqua, partecipando come accettori di legami idrogeno e avendo un'elevata capacità di complessarsi con i bersagli grazie al loro momento di dipolo. La piridazina conferisce biodisponibilità, soprattutto nel sistema nervoso centrale, e può ridurre la tossicità. La piridazina fa parte di numerose molecole farmacologiche e il suo farmacoforo ha portato a una varietà di composti farmacologicamente attivi.

Le piridine sono composti eterociclici aromatici a sei membrature contenenti un singolo atomo di azoto. Le piridine sono una classe di importanti eterocicli e compaiono in molti composti bioattivi presenti in natura, molecole farmaceutiche e ligandi chirali in forme polisostituite. La frazione piridinica è presente in innumerevoli molecole con applicazioni diverse come la catalisi, la progettazione di farmaci, il riconoscimento molecolare e la sintesi di prodotti naturali. Esempi di piridine includono i noti alcaloidi licodina, l'antagonista del recettore dell'adenosina A3, e un analogo della N,N-dimetilaminopiridina (DMAP) comunemente utilizzato nella sintesi organica. I derivati delle piridine sono stati anche coinvolti come mimetici α-elici di piccole molecole nell'inibizione delle interazioni proteina-proteina e come ligandi GABAA funzionalmente selettivi. Le piridine alogenate sono blocchi di costruzione particolarmente interessanti per varie metodologie di cross-coupling, comprese le reazioni di cross-coupling di Suzuki-Miyaura.

Le pirimidine sono composti organici eterociclici aromatici simili alla piridina, ma contenenti due atomi di azoto nelle posizioni 1 e 3 dell'anello a sei membri. L'anello è isomerico con altre due forme di diazina: la piridazina, con gli atomi di azoto in posizione 1 e 2; e la pirazina, con gli atomi di azoto in posizione 1 e 4. Come nucleotidi nel DNA e nell'RNA, i derivati nucleotidici pirimidinici hanno vaste applicazioni biologiche. Ad esempio, i derivati pirimidinici sono utili nella ricerca sulla riparazione del DNA con implicazioni nel cancro e nell'epigenetica.

I pirroli (1H-pirroli) sono composti eterociclici aromatici costituiti da un anello a cinque membri contenente un atomo di azoto. I pirroli sono importanti sintoni nella sintesi di prodotti naturali. Presentano notevoli proprietà biologiche, come attività ipolipemizzanti, antimicrobiche, antinfiammatorie e antitumorali e possono inibire le trascrittasi inverse retrovirali [cioè il virus dell'immunodeficienza umana di tipo 1 (HIV-1)], le polimerasi del DNA cellulare e le protein-chinasi. Inoltre, alcuni di questi composti sono utili intermedi nella sintesi di alcaloidi biologicamente importanti presenti in natura e di derivati eterociclici non naturali. I pirroli N-arilici fosfino-sostituiti, una nuova classe di ligandi biaril-fosfina stericamente impegnativi e ricchi di elettroni, mostrano alti tassi di turnover e bassi carichi di catalizzatore.

Le pirrolidine sono ammine secondarie cicliche con un anello a cinque membri, contenente quattro atomi di carbonio e un atomo di azoto. L'anello pirrolidinico è la struttura centrale dell'amminoacido prolina e dei suoi derivati. Le pirrolidine chirali svolgono un ruolo importante sia come elementi costitutivi chirali per gli ausiliari sia come strutture chiave per le sostanze biologicamente attive. I derivati del frammento metilpirrolidinilico sono motivi strutturali comuni presenti in diversi inibitori e antagonisti, tra cui una serie di inibitori della trascrittasi inversa dell'HIV-1 e antagonisti del recettore H3 dell'istamina e della dopamina D4. La maggior parte delle pirrolidine che offriamo sono disponibili come racemi o in entrambe le forme enantiomeriche.

Le pirroline, eterocicli a cinque membri contenenti azoto, sono impalcature strutturali comuni in prodotti naturali e agenti farmaceutici. I derivati della pirrolina comprendono composti naturali e sintetici con notevoli proprietà biologiche e farmacologiche. Le pirroline sono intermedi nella sintesi di pirroli e pirrolidine biologicamente attivi. Esempi di composti a base di pirrolina importanti dal punto di vista medico sono l'inibitore della protein-chinasi staurosporina e l'inibitore della geranilgeraniltransferasi.

Le chinazoline, 1,3-diazanaftalene, sono composte da anelli benzenici e pirimidinici fusi. Sono scaffold eccezionali per manipolazioni sintetiche con enormi attività farmacologiche grazie alla prevedibile reattività degli anelli nella sostituzione elettrofila e nucleofila. Derivati delle chinazoline hanno trovato applicazione come agenti antimalarici e nel trattamento del cancro.

I derivati delle chinoline, composti da un anello benzenico fuso a un anello piridinico, hanno proprietà antisettiche, antipiretiche e antiperiodiche e sono utilizzati come antimalarici e per la preparazione di altri farmaci antimalarici. La scoperta della clorochina, il più famoso farmaco contenente questa impalcatura, ha permesso di controllare e trattare la malaria per decenni. La chinolina e i suoi derivati sono ampiamente utilizzati come fungicidi, biocidi, antibiotici, alcaloidi, coloranti, prodotti chimici per la gomma e agenti aromatizzanti. Altre applicazioni industriali includono il loro uso come inibitori della corrosione, conservanti, solventi per resine e terpeni e nella catalisi di complessi di metalli di transizione per la polimerizzazione uniforme e la chimica della luminescenza. Sono inoltre utilizzate nella produzione di coloranti solubili in olio, coloranti alimentari, prodotti farmaceutici, indicatori di pH e altri composti organici. La chinolina è un catabolita del triptofano, una struttura fondamentale in alcuni agenti antipertensivi come i vasodilatatori periferici prazosina e doxazosina.

Le chinossaline (chiamate anche 1,4-diazanaftaleni o benzopirine) sono eterocicli biciclici contenenti un anello benzenico fuso con un anello pirazinico. I derivati quinoxalini sono componenti importanti di composti farmacologicamente attivi, tra cui agenti antibatterici, antibiotici e antitumorali, antifungini, antinfiammatori e analgesici, oltre a essere utilizzati per l'inibizione della sintesi di RNA, coloranti e pigmenti reattivi, coloranti azoici, coloranti flurosceinici, inibizione della corrosione e polimeri fotovoltaici.

La chinuclidina, un'ammina biciclica, ha trovato numerose applicazioni, in particolare come ligando impiegato negli studi sulla diidrossilazione di olefine catalizzata da OsO4. Questi eterocicli contenenti azoto sono stati utilizzati anche per formare sali di onio per testare l'attività di PAC-antagonista. Il 3-Quinuclidinolo è un sintone per la preparazione di ligandi dei recettori colinergici e anestetici, nonché un catalizzatore per la condensazione del metil vinil chetone con le aldeidi.

I tetrazoli, costituiti da un anello a cinque membri contenente quattro azoto, trovano applicazione sia nella scienza dei materiali che nella farmaceutica. I tetrazoli possono tollerare un'ampia gamma di ambienti chimici, da quelli fortemente acidi a quelli basici, nonché condizioni di ossidazione e riduzione. I tetrazoli sono bioisostanze metabolicamente stabili del gruppo acido carbossilico e possono servire come precursori di una varietà di eterocicli contenenti azoto tramite il riarrangiamento di Huisgen. Funzionano anche come semplici spaziatori lipofili che visualizzano due sostituenti nel modo appropriato, dove i modelli di connettività delle unità tetrazoliche incorporate hanno una notevole somiglianza con quelli dei loro analoghi 1,2,3-triazoli.

Derivati dei tiadiazoli, anelli a cinque membri contenenti due nitrogeni e uno zolfo, sono stati studiati per attività anticonvulsivanti e antimicrobiche. I derivati degli 1,3,4-tidiazoli sono noti per le loro attività antibatteriche e antimicotiche.

Le tiazine (dette anche 1,4-tiazine) sono costituite da un anello a sei membri contenente un atomo di zolfo e uno di azoto legati tra loro. Presentano diverse attività farmacologiche e biologiche, come quelle antitumorali, antimicrobiche, antinfiammatorie e antipiretiche, oltre ad agire come depressori del sistema nervoso centrale. Inoltre, i derivati tiazinici sono utilizzati anche come coloranti, tranquillanti e insetticidi.

I tiazoli, un anello a cinque membri contenente un azoto e uno zolfo, presentano un'eccezionale gamma di attività antitumorali, antivirali e antibiotiche. La loro presenza nei peptidi o la loro capacità di legarsi a proteine, DNA e RNA hanno indirizzato numerosi studi sintetici e nuove applicazioni. L'anello tiazolico è stato identificato come caratteristica centrale di una miriade di prodotti naturali, forse i più noti sono gli epotiloni. Inoltre, i tiazoli compaiono spesso nella ricerca sui peptidi. I tiazoli possono anche servire come gruppo formilico protetto che può essere liberato nelle fasi finali di una complessa sintesi di prodotti naturali.

Le tiazoline sono composti eterociclici a cinque membri contenenti un atomo di zolfo e uno di azoto. La tiazolidina è la forma ridotta della tiazolina. I residui di cisteina sono comunemente modificati post-trascrizionalmente in tiazoline. I derivati tiazolinici sono attivatori di PPARγ, che migliora la resistenza all'insulina e abbassa i livelli di glucosio nel sangue nel diabete di tipo 2, e agenti antitumorali attraverso l'inibizione delle cascate di segnalazione Raf/MEK/extracellular signal regulated kinase (ERK) e fosfatidilinositolo 3-chinasi (PI3K)/Akt.

I tiofeni (tiofurani) sono importanti composti eterociclici contenenti zolfo che funzionano come analoghi dei furani e dei pirroli e sono ampiamente utilizzati come elementi costitutivi in molti prodotti agrochimici e farmaceutici e nella scienza dei materiali. Il benzotiofene e il dibenzotiofene contengono l'anello tiofenico fuso con uno e due anelli benzenici, rispettivamente. Come conseguenza della sua aromaticità, il tiofene non presenta le stesse proprietà dei tioeteri convenzionali. Ad esempio, l'atomo di zolfo di un tiofene resiste all'alchilazione e all'ossidazione. Il tiofene può anche servire come bioisostere dell'anello benzenico, come nel FANS lornoxicam, l'analogo tiofenico del piroxicam.

I derivati della triazina sono costituiti da un anello aromatico a sei membri contenente tre atomi di azoto. Le forme isomeriche includono 1,2,3; 1,2,4-; e 1,3,5-triazina. Le 1,3,5-triazine trisostituite sono una delle più antiche classi di composti organici che continuano a essere utilizzate come importanti strutture di base in molti agenti farmaceutici grazie alle loro efficaci proprietà farmacologiche, tra cui le attività antitumorali, anti-angiogenesi, anti-HIV, antimalariche, antibatteriche e antimicrobiche. Questi composti sono stati utilizzati anche come subunità nella formazione di strutture supramolecolari perché possiedono buone proprietà ottiche ed elettroniche e sono in grado di formare legami idrogeno multipli. I derivati triazinici sono risultati anche inibitori di PI3K e mTOR, nonché efficienti inibitori della corrosione dell'acciaio dolce in soluzioni acide.

I triazoli, costituiti da un anello a cinque membri contenente tre atomi di azoto, mostrano attività biologica, in particolare come antimicotici, antimicrobici e inibitori enzimatici. La cicloaddizione azide-alchinica di Huisgen è una reazione blanda e selettiva che produce 1,2,3-triazoli come prodotti. La reazione è stata ampiamente utilizzata nella biochimica ortogonale e nella sintesi organica. Gli anelli triazolici sono gruppi funzionali relativamente stabili e i legami triazolici possono essere utilizzati in diverse applicazioni, come la sostituzione della spina dorsale fosfatica del DNA.