مركب حلقي غير متجانس

المركب الحلقي غير المتجانس أو البنية الحلقية هو مركب حلقي أساسه الهيدروكربونات، ويحتوي على ذرة غير متجانسة واحدة على الأقل ضمن حلقته. ^{[ 1 ]} كيمياء المركبات الحلقية غير المتجانسة هي فرع من فروع الكيمياء العضوية يُعنى بتخليق وخواص وتطبيقات المركبات الحلقية غير المتجانسة العضوية . ^{[ 2 ]}

تشمل أمثلة المركبات الحلقية غير المتجانسة جميع الأحماض النووية ، ومعظم الأدوية، ومعظم الكتلة الحيوية ( السليلوز والمواد ذات الصلة)، والعديد من الأصباغ الطبيعية والاصطناعية. أكثر من نصف المركبات المعروفة هي مركبات حلقية غير متجانسة. ^{[ 3 ]} 59% من الأدوية المعتمدة من قِبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية تحتوي على مركبات حلقية غير متجانسة نيتروجينية . ^{[ 4 ]}

يركز علم الكيمياء العضوية الحلقية غير المتجانسة بشكل خاص على المشتقات العضوية غير المشبعة، وتتناول غالبية الأبحاث والتطبيقات الحلقات العضوية غير المتوترة ذات الخمس والستة أعضاء. ومن هذه الحلقات: البيريدين ، والثيوفين ، والبيرول ، والفيوران . وهناك فئة أخرى واسعة من المركبات الحلقية غير المتجانسة العضوية، وهي تلك المندمجة مع حلقات البنزين . فعلى سبيل المثال، مشتقات البنزين المندمجة مع البيريدين، والثيوفين، والبيرول، والفيوران هي: الكينولين ، والبنزوثيوفين ، والإندول ، والبنزوفوران ، على التوالي. وينتج عن اندماج حلقتين من البنزين فئة ثالثة واسعة من المركبات العضوية. ومن نظائر هذه الفئة من المركبات: الأكريدين ، وثنائي بنزوثيوفين ، والكربازول ، وثنائي بنزوفوران ، على التوالي.

يمكن تصنيف المركبات العضوية غير المتجانسة بشكل مفيد بناءً على بنيتها الإلكترونية. تتصرف المركبات العضوية غير المتجانسة المشبعة مثل مشتقاتها غير الحلقية. لذا، يُعد البيبيريدين والتتراهيدروفوران من الأمينات والإيثرات التقليدية ، مع اختلاف في البنية الفراغية. وعليه، يركز علم الكيمياء العضوية غير المتجانسة على الحلقات العضوية غير المشبعة.

• "الذرات غير المتجانسة" هي ذرات في الحلقة بخلاف ذرات الكربون .
• تحتفظ IUPAC بالأسماء المكتوبة بخط مائل ولا تتبع تسمية هانتزش-ويدمان .
• تشير بعض الأسماء إلى فئات من المركبات بدلاً من المركبات الفردية.
• كما لم تُبذل أي محاولة لسرد المتماكبات .

على الرغم من تعرضها لإجهاد الحلقة ، إلا أن الحلقات غير المتجانسة ثلاثية الأعضاء تتميز بخصائص جيدة. ^{[ 6 ]}

تُعرف المركبات الحلقية الخماسية التي تحتوي على ذرتين غير متجانستين، إحداهما على الأقل نيتروجين، باسم الأزولات . تحتوي الثيازولات والإيزوثيازولات على ذرة كبريت وذرة نيتروجين في الحلقة. أما الديثيولات فتحتوي على ذرتي كبريت.

توجد أيضاً مجموعة كبيرة من المركبات الحلقية الخماسية التي تحتوي على ثلاث ذرات غير متجانسة أو أكثر. ومن الأمثلة على ذلك فئة ثنائي ثيازولات ، التي تحتوي على ذرتي كبريت وذرة نيتروجين واحدة.

تُسمى المركبات الحلقية السداسية التي تحتوي على ذرتين غير متجانستين، إحداهما على الأقل نيتروجين، مجتمعةً باسم الأزينات . تحتوي الثيازينات على ذرة كبريت وذرة نيتروجين في الحلقة. أما الديثيينات فتحتوي على ذرتي كبريت.

الحلقات السداسية ذات خمس ذرات غير متجانسة. المركب الكيميائي الافتراضي الذي يحتوي على خمس ذرات نيتروجين غير متجانسة سيكون البنتازين .

الحلقات السداسية ذات الذرات غير المتجانسة: المركب الكيميائي الافتراضي الذي يحتوي على ست ذرات نيتروجين غير متجانسة هو الهيكسازين . أما البورازين فهو حلقة سداسية تحتوي على ثلاث ذرات نيتروجين غير متجانسة وثلاث ذرات بورون غير متجانسة.

في حلقة مكونة من 7 أعضاء، يجب أن تكون الذرة غير المتجانسة قادرة على توفير مدار π فارغ (مثل البورون) لكي يكون الاستقرار العطري "العادي" متاحًا؛ وإلا فقد يكون التجانس العطري ممكنًا.

البورازوسين عبارة عن حلقة ثمانية الأعضاء تحتوي على أربع ذرات نيتروجين غير متجانسة وأربع ذرات بورون غير متجانسة.

تُعرف الأنظمة الحلقية غير المتجانسة، التي تُشتق رسميًا من خلال دمج حلقات أخرى، سواء كانت حلقية كربونية أو غير متجانسة، بأسماء شائعة ومنهجية متنوعة. على سبيل المثال، في حالة الحلقات غير المتجانسة النيتروجينية غير المشبعة المدمجة مع حلقة بنزين، يُعطي البيرول الإندول أو الإيزوإندول اعتمادًا على اتجاه الحلقة. أما مشتق البيريدين فهو الكينولين أو الإيزوكينولين ، وتُعرف فئة النظائر التي تحتوي على ذرتي نيتروجين باسم البنزوديازينات . بالنسبة لمشتق الأزيبين، يُفضل استخدام اسم بنزازيبين . وبالمثل، فإن المركبات التي تحتوي على حلقتين بنزين مدمجتين مع الحلقة غير المتجانسة المركزية هي الكربازول والأكريدين وثنائي بنزوازيبين . أما الهيبتازين فهو نظام حلقي غير متجانس ثلاثي الحلقات يحتوي على النيتروجين ، ويُشتق من دمج ثلاث حلقات تريازين، وهو نظير للفينالين الحلقي الكربوني .

بدأ تاريخ الكيمياء الحلقية غير المتجانسة في القرن التاسع عشر، بالتزامن مع تطور الكيمياء العضوية . ومن التطورات الجديرة بالذكر: ^{[ 8 ]}

• 1818: بروجناتيلي يصنع الألوكسان من حمض اليوريك .
• 1832: قام دوبراينر بإنتاج الفورفورال (وهو فوران) عن طريق معالجة النشا بحمض الكبريتيك .
• 1834: رونج يحصل على البيرول ("الزيت الناري") عن طريق التقطير الجاف للعظام.
• 1906: قام فريدلاندر بتخليق صبغة النيلة ، مما سمح للكيمياء التركيبية بإزاحة صناعة زراعية كبيرة.
• 1936: قام تريبس بعزل مشتقات الكلوروفيل من النفط الخام، موضحًا الأصل البيولوجي للبترول.
• 1951: تم وصف قواعد تشارجاف ، مع تسليط الضوء على دور المركبات الحلقية غير المتجانسة ( البيورينات والبيريميدينات ) في الشفرة الوراثية.

تنتشر المركبات الحلقية غير المتجانسة على نطاق واسع في العديد من مجالات علوم الحياة والتكنولوجيا. ^{[ 2 ]} العديد من الأدوية هي مركبات حلقية غير متجانسة. ^{[ 9 ]} من بين التعديلات التي أُدخلت على عائلة المركبات المضادة للأورام، استُخدمت المركبات العضوية الحلقية غير المتجانسة على نطاق واسع من قبل العديد من المجموعات البحثية لتعديل خصائص التفاعل. يُعد البيرول والبيريميدين والإندول والكينولين والبيورين من بين فئات المركبات الحلقية غير المتجانسة التي أظهرت خصائص سمية خلوية مثيرة للاهتمام، والتي يمكن أن تكون مفيدة للغاية عند تطوير أدوية السرطان. ^{[ 10 ]} تلعب المركبات الحلقية غير المتجانسة دورًا محوريًا في الكيمياء الطبية الحديثة، حيث تحتوي غالبية الأدوية المعتمدة حديثًا على حلقة حلقية غير متجانسة واحدة على الأقل، وخاصة الأنظمة المحتوية على النيتروجين. يُعزى انتشارها إلى قدرتها على تعديل الخصائص الفيزيائية والكيميائية مثل الذوبانية، ومحبة الدهون، وقوة الارتباط بالأهداف البيولوجية . ^{[ 11 ]}

• سبيروكيتالز

• تسمية هانتش-ويدمان، IUPAC
• الأمينات الحلقية غير المتجانسة في اللحوم المطبوخة، مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها الأمريكي
• قائمة بالمواد المسرطنة المعروفة والمحتملة، جمعية السرطان الأمريكية. مؤرشفة في 13 ديسمبر 2003 على موقع Wayback Machine.
• قائمة المواد المسرطنة المعروفة من قبل ولاية كاليفورنيا ، الاقتراح رقم 65 (أكثر شمولاً)