Войти
В органической химии, циклоалкин является циклическим аналогом алкина. Циклоалкин состоит из замкнутого кольца атомов углерода, содержащего одну или несколько тройных связей. Циклоалкины имеют общую формулу C nH2n-4. Из-за линейной природы алкинового звена C – C≡C – C циклоалкины могут быть сильно напряжены и могут существовать только тогда, когда число атомов углерода в кольце достаточно велико, чтобы обеспечить гибкость, необходимую для приспособления к этой геометрии . Большие алкинсодержащие карбоциклы могут практически не подвергаться деформации, в то время как мельчайшие составляющие этого класса молекул могут испытывать такие большие напряжения, что их еще предстоит наблюдать экспериментально. Циклооктин (C 8H12) представляет собой наименьший циклоалкин, который можно выделять и хранить в виде стабильного соединения. Несмотря на это, более мелкие циклоалкины могут образовываться и захватываться посредством реакций с другими органическими молекулами или путем образования комплексов с переходными металлами.
Размер кольца определяет стабильность простых циклоалкинов Из-за значительных геометрических ограничений, налагаемых функциональностью R – C≡C – R, циклоалкины меньшего размера, чем циклодецин (C 10H16), приводят к образованию сильно напряженных структур. В то время как циклононин (C 9H14) и циклооктин (C 8H12) являются выделяемыми (хотя и сильно реактивными) соединениями, циклогептин (C 7H10), циклогексин (C 6H8) и циклопентин (C5H6) существуют только в виде промежуточных промежуточных продуктов реакции или лигандов, координирующих с металлическим центром. Существует мало экспериментальных данных, подтверждающих существование циклобутина (C4H4) или циклопропина (C 3H2), за исключением исследований, сообщающих о выделении комплекса осмия с циклобутином. лиганды. Первоначальные исследования, которые продемонстрировали временную промежуточность семи-, шести- и пятичленных циклоалкинов, основывались на улавливании высокоэнергетического алкина подходящим партнером по реакции, таким как циклические диены или диазо. соединения для образования продуктов Дильса-Альдера или диазоалкан 1,3-диполярного циклоприсоединения соответственно. Стабильные циклоалкины с малым кольцом впоследствии были выделены в комплексе с различными переходными металлами, такими как никель, палладий и платина. Несмотря на то, что долгое время считалось химическим курьезом с ограниченным синтетическим применением, недавняя работа продемонстрировала полезность напряженных циклоалкинов как в полном синтезе сложных природных продуктов, так и в биоортогональной химии.
Угловая деформация в циклоалкинах возникает из-за деформации валентного угла R – C≡C, которая должна происходить для соответствия молекулярной геометрии колец, содержащих менее десяти атомов углерода. Энергии деформации, связанные с циклононином (C 9H14) и циклооктином (C 8H12), составляют приблизительно 2,9 ккал / моль и 10 ккал / моль, соответственно. Эта тенденция к повышению энергии для изолируемых компонентов этого класса указывает на быстрое увеличение угловой деформации с обратной корреляцией с размером кольца. Анализ с помощью фотоэлектронной спектроскопии показал, что алкиновая связь в малых циклических системах состоит из двух невырожденных π-связей - высокореакционной напряженной связи, перпендикулярной π-связи с более низкой энергией. Цис-изгиб валентного угла R – C≡C приводит к резкому снижению энергии самой низкой незанятой молекулярной орбитали, явление, которое объясняет реакционную способность напряженных циклоалкинов с точки зрения теория молекулярных орбиталей.
Первоначальные усилия по синтезу напряженных циклоалкинов показали, что циклоалкины могут быть получены путем отщепления соляной кислоты из 1-хлорциклоалкена с умеренным выходом. Желаемый продукт может быть получен в виде смеси с соответствующим алленом в качестве основного продукта.
Дальнейшая работа в этой области была направлена на разработку более мягких условий реакции и получение более надежных выходов. Чтобы избежать образования нежелательного аллена, метод Кобаяши для получения арина был адаптирован для синтеза циклоалкинов.
Совсем недавно улучшенный метод получения напряженных циклоалкины были разработаны Fujita. Он включает индуцированное основанием β-элиминирование солей винил йодония. Винилиодоний оказался особенно полезным синтетическим предшественником напряженных циклоалкинов из-за его высокой реакционной способности, которая возникает из-за сильной электроноакцепторной способности положительно заряженных разновидностей йода, а также способности йодония к уходящей группе .
В дополнение к описанным путям элиминирования циклоалкины также могут быть получены путем окисления циклических бис-гидразонов оксидом ртути, а также посредством термического разложения селенадиазола.
Напряженные циклоалкины могут подвергаться всем реакциям присоединения, типичным для алкинов с открытой цепью. Из-за активированной природы циклической тройной связи углерод-углерод многие реакции присоединения алкинов, такие как реакции Дильса-Альдера, 1,3-диполярное циклоприсоединение и галогенирование, могут проводиться в очень мягких условиях и в отсутствие катализаторов, часто требуемых для ускорения превращения в нециклической системе. Помимо реакционной способности алкинов, циклоалкины способны претерпевать ряд уникальных синтетически полезных превращений.
Одним из особенно интересных способов реакционной способности является встраивание циклогексина в циклические кетоны. Реакция инициируется опосредованным алкоксидом образованием реакционноспособных циклоалкинов in situ с последующим α- депротонированием кетона с получением соответствующего енолята. Затем два соединения подвергаются формальному [2 + 2] -фотоциклоприсоединению с получением крайне нестабильного промежуточного циклобутанолата, который легко разлагается до продукта енон.
Эта реакция была использовался в качестве ключевого шага в полном синтезе гуанакастапенов O и N Каррейрой. Он позволил целесообразно построить кольцевую систему 5-7-6 и обеспечил полезные синтетические ручки для последующей функционализации.
Циклооктин, наименьший из выделяемых циклоалкинов, способен подвергаться азид -алкин циклоприсоединению Хьюисгена в мягких физиологических условиях в отсутствие катализатора меди (I) из-за деформации. Эта реакция нашла широкое применение в качестве трансформации для визуализации живых клеток. Хотя был известен мягкий вариант реакции, катализируемый медью, CuAAC (азид-алкиновое циклоприсоединение, катализируемое медью) с линейными алкинами, развитие реакции, не содержащей меди, было значительным, поскольку она обеспечивала легкую реакционную способность, устраняя необходимость в катализатор на основе токсичного металла.
