400-780-8018螺环化合物（spiro compounds，又称螺烷）是一类具有高度结构刚性和空间扭曲特征的分子，其基本结构特征是两个或多个环体系通过一个共同的四价原子相连，该原子被称为螺环原子，通常为碳原子，但亦可为其他四价元素。
从结构上看，螺环分子由两个环共用一个原子构成双环体系，而多个环仅通过单一原子连接时则形成多螺环结构；同时，螺环单元也可嵌入更为复杂的多环体系中，与稠合环或桥环结构共同存在。螺环原子赋予分子显著的三维（3D）空间构型、固有刚性和轴向手性特征，使其在理化性质、构象稳定性以及分子识别能力方面显著区别于平面型有机分子。尤其是两平面近乎垂直的构型，使部分螺环化合物在特定条件下表现出稳定的手性轴，其分子量较小、不易消旋、比旋光度大，在手性功能分子中具有独特优势。
含氧、氮、硫等杂原子的杂环螺环化合物还能通过较强的分子间相互作用，在手性催化剂和手性固定相等领域展现出重要应用价值。随着富含 sp³ 杂化特征的螺环结构在生物活性分子中的引入，越来越多的螺环化合物被发现并应用于临床候选药物和已上市药物中，有助于限制分子构象、改善靶点结合能力以及优化理化和药代动力学性质。
螺环化合物存在于多种植物成分和生物活性分子中，例如螺环色氨酸抑素A和B、翼足菌素和MI-888，这使得它们成为药物发现中重要的骨架。如有研究者对石豆兰进行分离提取后得到了一个新的螺环化合物，该化合物在体外可以抑制巨噬细胞中NO的释放，同时对肿瘤细胞也有明显的抑制作用。螺[四氢吡咯-2,3-羟吲哚]化合物具有良好的生物活性，具有抗癌的作用。除此之外，噁唑链霉素和新噁唑链霉素是从链霉菌株中提取的，其也有强烈的抗菌和抗癌活性。
结直肠癌是全球高发的恶性肿瘤之一，开发兼具疗效与安全性的新型小分子抗肿瘤药物具有重要意义。螺环化合物因其独特的三维结构和良好的生物活性在抗肿瘤药物研究中受到广泛关注，其中异靛（isatin）衍生物和环丙烷结构被认为有助于增强分子刚性及靶点结合能力。
Rajesh 等报道了一系列新型 spiro[cyclopropane-isatin] 衍生物，并系统评价了其对人结直肠癌细胞 HCT116 的细胞毒活性。研究结果表明，该类化合物对癌细胞具有一定选择性，其中先导化合物 SPR-11 对 HCT116 细胞的 IC₅₀ 为 28.17 ± 0.33 μM，而对正常 HEK 细胞的毒性显著较低（IC₅₀ > 50 μM）。多种染色实验进一步验证了 SPR-11 对结直肠癌细胞的浓度依赖性细胞毒作用。尽管其体外活性弱于阿霉素，但其对正常细胞的低毒性赋予了更优的安全性窗口，表明 spiro[cyclopropane-isatin] 骨架在抗结直肠癌药物研发中具有进一步优化和深入研究的潜力[1]。
螺环化合物因其独特的三维结构和多样的药理活性，在医药研究领域中展现出广泛的应用前景。研究表明，不同类型的螺环化合物在内分泌调节、中枢神经系统疾病、呼吸系统疾病及炎症相关疾病的治疗中均具有重要价值。例如，全碳螺环化合物可用于更年期综合征及骨质疏松症的预防和干预；氧杂螺环结构表现出与安定类药物相似的镇静作用；具有白细胞三烯拮抗活性的螺环化合物在哮喘等变态反应性疾病治疗中显示出显著疗效。
此外，丁螺环酮作为代表性的非二氮杂类抗焦虑药已在临床广泛应用：1972年首次合成了新型抗焦虑药丁螺环酮，该药被认为最理想的抗焦虑药，已用于多个国家。而螺环吲哚衍生物和烟碱型螺环化合物则分别在抗炎镇痛及神经系统和免疫相关疾病治疗中展现出良好潜力。部分螺环化合物还可刺激生长激素分泌，为相关发育及代谢性疾病的治疗提供了新的研究方向。总体而言，螺环结构作为重要的药物设计骨架，在多种治疗领域中具有持续开发和深入研究的价值。
螺环结构单元广泛存在于天然产物和多种生物碱中，其独特的三维构型赋予分子优异的生物相容性和多样的药理活性。尤其是近年来快速发展的合成螺环杂环化合物，因在抗肿瘤、神经系统疾病、炎症及内分泌调节等领域表现出显著生物活性，已成为药物化学和合成化学研究的共同焦点。
除医药领域外，螺环化合物在农药、光学材料、配位催化及液晶显示等方面同样发挥着重要作用。总体而言，具有生理活性的螺环化合物多为不对称分子，且以含杂原子的螺环体系为主，为手性轴类药物和功能分子的研究与开发提供了广阔空间。
围绕螺环骨架的高效构建与功能挖掘，研究重点逐步从单一结构合成拓展至构效关系、药理与毒理系统评价以及规模化应用。未来螺环化合物的发展将依赖于更加高效、绿色和对映选择性的合成策略，以易得原料为起点，通过原子经济性和催化方式实现结构多样化构建；同时，建立系统化的螺环化合物组合合成与筛选平台，有助于加快小分子螺环前体和候选药物的发现，从而缩短新药研发周期并降低整体成本。此外，借助结构表征手段，可进一步深化对螺环化合物构型与生物活性关系的理解，并指导新型螺环分子的理性设计。通过发掘具有相似疗效的螺环化合物替代方案，不仅有望实现良好的经济效益，也可在一定程度上降低环境负担，推动螺环化合物向可持续医药方向发展。
参考文献：
[1] Rajesh SM, Gowda B, Srinivasa SM, et al. Synthesis of spiro[cyclopropane-isatin] derivatives and their therapeutic potential as anticancer agents against colorectal carcinoma. Results in Chemistry, 2025, 16:102368. https://doi.org/10.1016/j.rechem.2025.102368
筑药网部分螺环类化合物产品推荐：
| 化合物编号 | CAS | 中文名称 | 英文名称 | 分子式 | 分子量 |
|---|---|---|---|---|---|
| 05934 | 1542158-69-9 | 2-苄基 6-(叔丁基)2,6-二氮杂螺[3.3]庚烷-2,6-二羧酸盐 | 2-benzyl 6-(tert-butyl) 2,6-diazaspiro[3.3]heptane-2,6-dicarboxylate | C18H24N2O4 | 332.3942 |
| 05872 | (4-((叔丁基二甲基甲硅烷基)氧)甲基)环己基)甲醇 | (4-(((tert-butyldimethylsilyl)oxy)methyl)cyclohexyl)methanol | C20H32N4O3S | 408.5581 | |
| 05870 | (E)-5'-溴-7'-(2-甲氧基乙烯基)-2',3'-二氢-1'H-螺[环丁烷-1,4'-异喹啉]-1'-酮 | (E)-5'-bromo-7'-(2-methoxyvinyl)-2',3'-dihydro-1'H-spiro[cyclobutane-1,4'-isoquinolin]-1'-one | C15H16BrNO2 | 322.197 | |
| 05624 | 7-氯-2-甲基二吡啶[茚-1,1'-环己烷-4',2''-[1,3]二氧戊环] | 7-chloro-2-methyldispiro[indene-1,1'-cyclohexane-4',2''-[1,3]dioxolane] | C17H19ClO2 | 290.7846 | |
| 05623 | 2,4-二甲基二吡吾[茚-1,1'-环己烷-4',2''-[1,3]二氧戊环] | 2,4-dimethyldispiro[indene-1,1'-cyclohexane-4',2''-[1,3]dioxolane] | C18H22O2 | 270.3661 | |
| 05621 | 4-氯-2-甲基二吡吟[茚-1,1'-环己烷-4',2''-[1,3]二氧戊环] | 4-chloro-2-methyldispiro[indene-1,1'-cyclohexane-4',2''-[1,3]dioxolane] | C17H19ClO2 | 290.7846 | |
| 05512 | 3022265-26-2 | (R)-2-氯-N,N-二甲基-2',3',5',6,6',7-六氢螺[环戊[b]吡啶-5,4'-吡喃]-7-胺 | (R)-2-chloro-N,N-dimethyl-2',3',5',6,6',7-hexahydrospiro[cyclopenta[b]pyridine-5,4'-pyran]-7-amine | C14H19ClN2O | 266.7665 |
| 05360 | 1227456-92-9 | 2,7-二氮杂螺[3.5]壬烷-2-羧酸苄酯 | benzyl 2,7-diazaspiro[3.5]nonane-2-carboxylate | C15H20N2O2 | 260.3315 |
| 05351 | 4-硝基-7-(6-氧杂-2-氮杂螺[3.4]辛-2-基)苯并[c][1,2,5]恶二唑 | 4-nitro-7-(6-oxa-2-azaspiro[3.4]octan-2-yl)benzo[c][1,2,5]oxadiazole | C12H12N4O4 | 276.2481 | |
| 05244 | 3033736-23-8 | 10'-溴-4'-氯-5'H-螺[环己烷-1,7'-吲哚[1,2-a]喹唑啉]-5'-酮 | 10'-bromo-4'-chloro-5'H-spiro[cyclohexane-1,7'-indolo[1,2-a]quinazolin]-5'-one | C20H16BrClN2O | 415.7108 |
| 05161 | 2695510-05-3 | 7-溴-5-氟-2',3',5',6'-四氢螺[色烷-2,4'-吡喃]-4-酮 | 7-bromo-5-fluoro-2',3',5',6'-tetrahydrospiro[chromane-2,4'-pyran]-4-one | C13H12BrFO3 | 315.135 |
| 05157 | 2695510-06-4 | (E)-7-溴-5-氟-2',3',5',6'-四氢螺[色烷-2,4'-吡喃]-4-酮肟 | (E)-7-bromo-5-fluoro-2',3',5',6'-tetrahydrospiro[chromane-2,4'-pyran]-4-one oxime | C13H13BrFNO3 | 330.1496 |
| 05132 | 叔丁基 2-苯乙烯基-6-氧代-5-氧代-2,7-二氮螺[3.4]辛烷-7-羧酸盐 | tert-butyl 2-benzhydryl-6-oxo-5-oxa-2,7-diazaspiro[3.4]octane-7-carboxylate | C23H26N2O4 | 394.4635 | |
| 05095 | 6-(2,6-二氧代哌啶-3-基)氨基)-2H-螺[苯并呋喃-3,4'-哌啶]-1'-羧酸叔丁酯 | tert-butyl 6-((2,6-dioxopiperidin-3-yl)amino)-2H-spiro[benzofuran-3,4'-piperidine]-1'-carboxylate | C22H29N3O5 | 415.4828 | |
| 05058 | 2413037-98-4 | 叔丁基 6-(4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼-2-基)苯基)-2,6-二氮杂螺[3.3]庚烷-2-羧酸盐 | tert-butyl 6-(4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-2,6-diazaspiro[3.3]heptane-2-carboxylate | C22H33BN2O4 | 400.3194 |
| 04996 | 4'-氯-10'-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼-2-基)-5'H-螺[环己烷-1,7'-吲哚[1,2-a]喹唑啉]-5'-酮 | 4'-chloro-10'-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-5'H-spiro[cyclohexane-1,7'-indolo[1,2-a]quinazolin]-5'-one | C26H28BClN2O3 | 462.7761 | |
| 03931 | 848171-20-0 | 3-[(4-甲氧基苯基)甲基]-1-甲基-1,3,8-三氮杂螺[4.5]癸烷-2,4-二酮 | 3-[(4-methoxyphenyl)methyl]-1-methyl-1,3,8-triazaspiro[4.5]decane-2,4-dione | C16H21N3O3 | 303.3562 |
| 04245 | 1-氧杂-4-氮杂螺[4.5]癸-8-腈 | 1-oxa-4-azaspiro[4.5]decane-8-carbonitrile | C9H14N2O | 166.2203 | |
| 03899 | 93292-07-0 | 2',3'-二氢螺[咪唑烷-4,1'-茚]-2,3',5-三酮 | 2',3'-dihydrospiro[imidazolidine-4,1'-indene]-2,3',5-trione | C11H8N2O3 | 216.1928 |
| 03897 | 848076-55-1 | 3-[(4-甲氧基苯基)甲基]-1-甲基-2,4-二氧代-1,3,8-三氮杂螺[4.5]癸烷-8-羧酸叔丁酯 | tert-butyl 3-[(4-methoxyphenyl)methyl]-1-methyl-2,4-dioxo-1,3,8-triazaspiro[4.5]decane-8-carboxylate | C21H29N3O5 | 403.4721 |
| 03764 | 2245085-40-7 | (1S)-1-((叔丁基亚磺酰基)氨基)-1,3-二氢螺[茚-2,4'-哌啶]-1'-羧酸叔丁酯 | tert-butyl (1S)-1-((tert-butylsulfinyl)amino)-1,3-dihydrospiro[indene-2,4'-piperidine]-1'-carboxylate | C22H34N2O3S | 406.582 |
| 03737 | 7'-碘-2'-,3'-二氢-1'-H-螺[环丁烷-1,4'-异喹啉]-1'-酮 | 7'-iodo-2',3'-dihydro-1'H-spiro[cyclobutane-1,4'-isoquinolin]-1'-one | C12H12INO | 313.1342 | |
| 01673 | 28936-94-9 | 8-苄基-1,3,8-三氮杂螺[4.5]癸烷-2,4-二酮 | 8-benzyl-1,3,8-triazaspiro[4.5]decane-2,4-dione | C14H17N3O2 | 259.3037 |
沪ICP备2023026221号-1
沪公网安备 31011502400732号
热门搜索：
全部分类
返回列表