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1.2 杂环化合物的介绍
杂环化合物是分子中含有杂环结构的有机化合物。构成环的原子除碳原子外，还至少含有一个杂原子。杂原子包括氧、硫、氮等。从理论上讲，可以把杂环化合物看成是苯的衍生物，即苯环中的一个或几个CH被杂原子取代而生成的化合物。杂环化合物可以与苯环并联成稠环杂环化合物。
最常见的杂环化合物是五元和优尔元杂环及苯并杂环化合物等。五元杂环化合物有：呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑、唑等。优尔元杂环化合物有：吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪等。稠环杂环化合物有：吲哚、喹啉、蝶啶、吖啶等。杂环化合物中，最小的杂环为三元环，最常见的是五、优尔元环，其次是七元环。
1.2.1 杂环化合物在药物研究中的地位
杂环化合物广泛存在于自然界，如核酸、蛋白质、多种生物碱、文生素、激素、色素等含有杂环结构，在医药和农药领域中，杂环化合物占有十分重要的地位。近年来，通过人工合成具有生物活性的杂环化合物是医药化学和农药化学的研究热点。
（1） 杂环类化合物在分子生物学和生物工程中的应用[5]
分子生物学的主要课题是研究生物体内新陈代谢, 细胞的复制和物种遗传等。新陈代谢起主导作用的是酶, 细胞复制和物种遗传中起主要作用的是核酸, 两者都与杂环有密切的关系。核酸是分子生物学另一个重要研究对象。核酸是生物高分子, 分子量可达40 亿。它的结构单元是核苷酸, 核苷酸由三部分组成, 即核糖或去氧核糖、磷酸及杂环。由核苷酸水解得到的杂环化合物是胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶、腺嘌呤。核酸一方面保证了地球上各种生物存在和进化, 而另一方面引起动植物的疾病的一些病毒微生物也正是靠它们细胞内部的遗传信息来感染动植物。所以深入研究杂环化合物的生物化学性质, 不仅能促进深刻理解生命遗传过程中的奥妙, 还对研制新型的病毒蛋白酶抑制剂有所启发。主要的杂环类植物病毒抑制剂主要有以下几类:
生物碱类 ：在人和动物的病毒病防治药物中, 生物碱类衍生物一直占有重要地位, 近年来, 这方面的研究仍然十分活跃, 但把生物碱衍生物作为植物病毒抑制剂的报导则相对较少。
三唑衍生物： 在所有含三唑杂环的抗植物病毒剂中, 研究最深入的是病毒唑, 它最初是作为人和动物病毒防治药物被研究开发的。后来,Schustert, G. 等发现病毒唑具有抑制植物病毒能力, 掀起了将病毒唑作为植物病毒抑制剂的研究热潮。
噻二唑衍生物： 日本的Noguchi,Teruhisa最早报道噻二唑衍生物具有抗病毒活性。后来,Schuster, G. 合成并测试了一系列1, 3, 4 ) 噻二陛衍生物。GuPta, A.K.Sen 则把噻唑啉结构引入到噻二唑的取代基中, 合成了具有抑制植物病毒活性的杂环化合物。
咪唑衍生物和三嗪类衍生物：70 年代初,就有文章报道了某些咪唑衍生物和三嗪类衍生物具有抗病毒活性。
杂环类的动物病毒抑制剂的研究相对较少,2002年,北京大学药学院药物化学系徐萍在国内借助计算机辅助药物设计和分子对接等手段首先合成了杂环类的人巨细胞病毒( HCMV) 蛋白酶抑制剂。在未来的几十年内有望研究出新型的动物病毒抑制剂, 为解除人类的顽症作出应有的贡献。
（2）杂环类化合物在有机合成中的应用
在经典的有机合成方法中, 很少甚至不考虑应用杂环化合物。这可能是由于杂环常常要用链状化合物合成, 通过杂环再合成链状化合物步骤要多些。但实际上杂环中有许多是较易合成的, 并且操作简单而收率高, 有些化合物应用经典方法难以合成, 而应用杂环却可以容易实现。例如: 利用杂环增长碳链。格氏试剂与环氧乙烷反应, 可使其增长两个碳原子, 一些亲电试剂与噻吩反应, 可使其碳链增长4个或其倍数的碳原子。利用杂环保护官能因。保护羟基: 羟基与二氢吡喃在温和条件下可转变为缩醛, 分子其他部位改造后, 可用HOAC 使其水解复原[5]。