1,3-噻唑砌塊在天然產物和合成材料中的應用

噻唑（thiazole），也稱1,3-噻唑，是一種同時含有硫和氮的五元雜環化合物。“噻唑”也指一大類衍生物。噻唑本身是一種具有吡啶類氣味的淡黃色液體，分子式為C3H3NS。[1,2] 噻唑環是維生素硫胺素（B1）的重要組成成分之一。

分子和電子結構

噻唑是唑類化合物中的一員，除此之外還有咪唑和惡唑。噻唑環是平面的且具有芳香性。噻唑的特征在于比相應的惡唑具有更大的π電子離域，因此具有更大的芳香性。在HNMR光譜中，氫的化學位移（在7.27和8.77ppm之間）也證明了這種芳香性，顯著地表明出了強的抗磁性環電流。計算的π電子密度將C5標記為親電取代的主要位點，將C2標記為親核取代的位點。

噻唑及其鹽

噻唑官能團是維生素B1和埃博霉素的一個重要的組成結構。其他比較重要的噻唑化合物包括其與苯的稠環衍生物，即苯并噻唑，存在于螢火蟲的化學熒光素中。

當噻唑中的氮原子被烷基化后，就形成了一個噻唑鹽。在施泰特爾反應和安息香縮合中，噻唑鹽可以當作催化劑。噻唑染料也被用來染棉花。

噻唑類化合物在生物大分子中的含量很高，而氧原子替代硫原子的惡唑類化合物則不然。它存在于天然存在的肽中，并被用于開發擬肽分子（即模仿肽的功能和結構的分子）[3]。

應用

取代的1,3-噻唑結構在天然產品和合成材料的應用中無處不在。[4]

圖 1. 天然產品和人工合成分子中出現的噻唑化合物

從不同海洋生物的藍藻中分離出的含噻唑的天然產物包括小分子線性肽（例如圖1中的Nordysidenin 1）、線性寡肽（稱為Apramidas）、環肽（例如圖1中所示的Tenuecyclamide A 2）和生物堿。[5] 此外，在一些土壤細菌提取物中還發現了一些含有噻唑環的大環類化合物和環狀內酯。[6]

1,3-噻唑是藥物發現階段中的一種特殊分子砌塊。許多基于噻唑的化合物被證實具有抗腫瘤、抗真菌和酶抑制活性；[7] 其中一些是目前批準的藥物。[8] 1,3-噻唑在有機合成中也是不可或缺的，在不對稱反應中可作為甲酰基官能團的固定基團和手性助劑。[9,10]

1,3-噻唑衍生作為熒光染料（如噻唑橙 3）已在細胞學中作為DNA的“發光”探針得到重要應用。該技術受益于含有噻唑的半導電共軛聚合物[11] 以及催化劑，如圖1中的化合物4 [12]。

參考文獻

1. Zoltewicz, J. A.; Deady, L. W. (1978). Quaternization of Heteroaromatic Compounds. Quantitative Aspects. Advances in Heterocyclic Chemistry. Vol. 22. pp. 71-121. doi:10.1016/S0065-2725(08)60103-8. ISBN 9780120206223.

2. Eicher, T.; Hauptmann, S. (2003). The Chemistry of Heterocycles: Structure, Reactions, Syntheses, and Applications. ISBN 978-3-527-30720-3.

3. Mak, Jeffrey Y. W.; Xu, Weijun; Fairlie, David P. (2015-01-01). Peptidomimetics I (PDF). Topics in Heterocyclic Chemistry. Vol. 48. Springer Berlin Heidelberg. pp. 235–266. doi:10.1007/7081_2015_176. ISBN 978-3-319-49117-2.

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5. König, G.M.; Kehraus, S.; Seibert, S.F.; Abdel-Lateff, A.; Müller, D. ChemBioChem 2006, 7, 229.

6. Hofle, G.H.; Bedorf, N.; Steinmetz, H.; Schomburg, D.; Gerth, K.; Reichenbach, H. Angew. Chem. Int. Ed. 1996, 35, 1567.

7. (a) Kumar, S.; Patil, M. T.; Kataria, R.; Salunke, D. B. Eds. Gupta, G. K.; Vinod, K. Chem. Drug Design 2016, 243-281. (b) Thorat, B. R.; Joshi, V.; Thorat, V. B. Heterocycl. Lett. 2016, 6, 389-409.

8. According to www.drugbank.ca as of September 2019 there are 28 thiazole-containing marketed drugs. These drugs include natural products, natural-product-based architectures, and purely synthetic compounds.

9. Dondoni, A.; Marra, A. Chem. Rev. 2004, 104, 2557.

10. Velazquez, F.; Olivo, H.F. Curr. Org. Chem. 2002, 6, 303.

11. (a) Subramaniyan, S.; Kim, F.S.; Ren, G.; Li, H.; Jenekhe, S.A. Macromolecules 2012, 45, 9029. (b) Hussain, S.; De, S.; Iyer, P.K. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 2234.

12. (a) Luo, Q.-L.; Tan, J.-P.; Li, Z.-F.; Nan, W.-H.; Xiao, D.-R. J. Org. Chem. 2012, 77, 8332. (b) Frija, L. M. T.; Pombeiro, A. J. L.; Kopylovich, M. N. Coord. Chem. Rev. 2016, 308, 32-55.

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