Syntezy związków heterocyklicznych

Najczęściej stosowanym procesem jest addycja nukleofila do węgla karbonylowego (lub bardziej reaktywnego węgla z O-protonowanego karbonylku). Gdy reakcja prowadzi do utworzenia wiązania C – C, nukleofilem jest węgiel β – anionu enolowego lub enolu czy enaminy. Jeśli proces ma prowadzić do powstania wiązania C – heteroatom, wówczas nukleofilem jest odpowiedni heteroatom, anionowy ( -X⁻) lub obojętny (-XH):

We wszystkich przypadkach następująca utrata wody powoduje powstanie wiązania podwójnego C – C lub C – heteroatom, tj. tworzenia produktu kondensacji aldolowej lub tworzenia iminy lub enaminy. 

Do syntezy pięcioczłonowych heterocykli wymagane są prekursory z dwiema grupami karbonylowymi w pozycjach 1,4, a więc 1,4 – diketony reagujące z amoniakiem lub aminami pierwszorzędowymi tworzą 2,5-dipodstawione pirole; dwa następujące po sobie addycje heteroatomu do karbonylowego atomu węgla i utrata dwóch cząsteczek wody tworzą pierścień aromatyczny, chociaż dokładna kolejność tych etapów nie jest pewna.

W przypadku pierścieni sześcioczłonowych prekursor 1,5-dikarbonylowy musi zawierać wiązanie podwójne C – C, aby doprowadzić bezpośrednio do układu aromatycznego.

Zastosowanie nasyconego związku 1,5-dikarbonylowego nie prowadzi bezpośrednio do aromatycznej pirydyny, chociaż łatwo jest odwodornić dihydro-heterocykl.

W drugim typie syntez, wymagającej utworzenia zarówno połączeń C–C, jak i C– heteroatom, jeden substrat musi zawierać enol/enolan/enaminę lub jego odpowiednik, podczas gdy drugi oczywiście musi mieć odpowiednie centra elektrofilowe.

Zastosowanie zamiast związku karbnylowego ester kwasowy otrzymuje się produkt zawierający tlen przy tym węglu połączonym z heteroatomem. Podobnie, jeśli zamiast grupy karbonylowej jako centrum elektrofilowego stosuje się grupę nitrylową, to powstały heterocykl zawiera grupę aminową na tym węglu.

W przypadku syntez pirymidyn i pirazoli wykorzystywane są dwa centra nukleofilowe.

W przypadku syntezy benzoheterocykli fenole mogą pełnić rolę enoli a aniliny reagują w sposób analogiczny do enamin.