Реакции замыкания цикла включают внутримолекулярное образование σ-связи. В гораздо большей степени распространены процессы, в которых нуклеофильный центр атакует электрофильный. Среди реакций этого типа можно перечислить следующие: нуклеофильное замещение при насыщенном атоме углерода, нуклеофильное присоединение к ненасыщенному атому углерода и нуклеофильное присоединение – элиминирование. Гетероциклические системы можно также получить в результате внутримолекулярного радикального процесса, электроциклического замыкания цикла с участием сопряженной π-электронной системы или с участием карбенов и нитренов.

Хотя реакция замыкания цикла включает образование одной связи, обычно интермедиат получают из двух или более простых реагентов. Например – синтез пирролов по _ени – Кнорру из 1,4-дикарбонильных соединений и первичных аминов (рис. 3). Стадия циклизации включает нуклеофильную атаку иминного атома азота по карбонильной группе в интермедиате 1.

Следует отметить, что 1,4-дикетон в данном случае дважды выступает в роли электрофила – при взаимодействии с амином и с имином. И в большинстве других синтезов первоначально нуклеофил–электрофильное взаимодействие двух реагентов влечет за собой процесс аналогичного типа, приводящий к замыканию цикла. Различные типы таких взаимодействий показаны ниже.

Примеры компонентов, часто используемых при синтезе гетероциклов, приведены на рис. 4. Соединения, содержащие карбонильную группу (альдегиды, кетоны, хлороангидриды, эфиры карбоновых кислот, а также другие соединения) широко используются как электрофилы.