氮杂环是药物分子重要的组成结构之一，根据FDA批准的药物数据库分析表明59%的小分子药物含有氮杂环。例如，米格列醇（Miglitol）用于Ⅱ型糖尿病患者的血糖控制；芬太尼（Fentanyl）用作外科、妇科手术的镇痛剂，可以与麻醉药合用作为麻醉辅助用药；奈非那韦（Nelfinavir）作为非肽类蛋白酶抑制剂，用于治疗获得性免疫缺陷综合征；帕罗西汀（Paroxetine）用于治疗伴有焦虑症的抑郁患者；氨鲁米特（Aminoglutethimide）用于晚期乳腺癌的治疗；左卡尼汀（Levocarnitine）用于治疗肾功能恶化、充血性心力衰竭。（图1）
图1 含哌啶结构药物举例
通过对所含氮杂环的640种药物进行整理和归类，最终发现最常用的氮环系统是哌啶，其次是吡啶和哌嗪1（图2）。
图2 常用氮环系统
生物电子等排是由电子等排发展而来，这个概念最早由Langmuir于1919年提出，
在拓展生物电子等排的进程中，Escape from flatland概念在21世纪逐渐流行。在过去通常以多样性为导向合成，以制备结构更为复杂的分子为既定目标。然而在已有成药性描述符（RO5）中，并没有考虑分子的复杂结构，因此Escape from flatland概念中提出一种以饱和度为关键描述符（Fsp3）来表达分子的复杂性2，其中Fsp3 = （number of sp3hybridized carbons）/（total carbon count）。图3可以看出由于添加了六个质子，饱和度的增加虽然导致分子量略有增加，但它允许获得更多的异构体。此外，这一概念中另一对化学结构复杂性的描述符为立体中心的存在和数量。通过统计分析表明这种复杂性可以提高临床成功率，后续Frank Lovering在工作中也通过实验证明Fsp3和手性中心的数量可以作为衡量复杂性的描述符3。值得一提的是近期报道了氮桥联的环戊二烯衍生物作为新型抗阿尔茨海默病潜在药物，该报道充分运用了Away from Flatness这一观点4。
