Войти
Простая структура ладдерана В химии ладдеран представляет собой органическую молекулу, содержащую два или более конденсированных циклобутана кольца. Название возникло из-за сходства серии конденсированных циклобутановых колец с лестницей. Для синтеза ладдерановых соединений различной длины были разработаны многочисленные синтетические подходы. Механизмы часто включают [2 + 2] фотоциклоприсоединения, полезную реакцию для создания напряженных 4-членных колец. Встречающиеся в природе ладдераны были идентифицированы как основные компоненты анаммоксосомной мембраны анаммокс бактерий Planctomycetes.
Номенклатура ладдеранов Синтетические подходы привели к получению лестдеранов различной длины. Была разработана система классификации для описания лестдеранов на основе количества последовательных колец. Длина ладдерана обозначается числом в скобках перед словом «ладдеран». Это равно количеству связей, общих для двух циклобутанов (n) плюс 1.
Ладдеран из 3 или более звеньев может соединяться по кругу, образуя полосу, которую также можно рассматривать как две взаимосвязанные. параллельные циклоалкановые кольца. Это так называемые призманы.
A: цис- и транс- [2] -ладдеран. B: анти- и син- [3] -ладдеран Ладдераны имеют два типа стереохимические отношения. Один описывает относительное расположение атомов водорода при слиянии между двумя циклобутановыми кольцами. Эти атомы водорода могут находиться в цис- или транс- конфигурации. Транс-ладдераны не были синтезированы из-за наличия кольцевого штамма в этих соединениях.
Вторая стереохимическая взаимосвязь описывает ориентацию трех последовательных циклобутановых колец и, следовательно, актуальна только для лестдеранов с n ≥ 2. Два внешних кольца могут быть на одной поверхности (син-) или на противоположной стороне. (анти-) центрального кольца.
Для лабораторного синтеза ладдерановых соединений использовались различные методы синтеза. Три основных подхода: (1) димеризация предшественников полиена, (2) ступенчатое добавление, одно или два кольца за раз, (3) и олигомеризация. Ниже приведены несколько примеров синтеза ладдеранов.
Димеризация двух циклобутадиенов может приводить к образованию как син-, так и антиладдерановых продуктов в зависимости от условий реакции. Первая стадия образования син-продукта включает образование 1,3-циклобутадиена обработкой цис-3,4-дихлорциклобутена амальгамой натрия. Реагент проходит через металлированный промежуточный продукт перед образованием 1,3-циклобутадиена, который затем может димеризоваться с образованием син-диена. Гидрогенизация двойных связей с образованием насыщенного син- [3] -ладдеран.
Для получения антипродукта цис-3,4-дихлорциклобутен обрабатывают литиевой амальгамой. Производное лития подвергается реакции сочетания C-C с образованием открытой димерной структуры. Этот промежуточный продукт реагирует с образованием антидиена, который можно гидрогенизировать с образованием конечного анти- [3] -ладдеранового продукта.
Синтез ладдеранов путем циклизации Другой синтетический подход, разработанный Мартином и его сотрудниками, позволил синтезировать [4] -ладдераны. Начальная стадия включает образование [2] -ладдерана в результате добавления двух эквивалентов малеинового ангидрида с ацетиленом. Оставшиеся два кольца образуются из сжатия кольца Рамберга – Беклунда.
Синтетический путь к [4] -ладдерану Ладдераны с длиной до 13 циклобутан кольца были синтезированы Мехтой и его сотрудниками. Этот процесс включает образование in situ дикарбометоксициклобутадиена из его комплекса Fe (CO) 3 при низких температурах с добавлением цериевого (IV) нитрата аммония (CAN). При образовании бутадиена быстро образуется смесь [n] -ладдеранов длиной до n = 13 с общим выходом 55%. Все ладдераны, синтезированные этим методом, имеют одну цис-, син-, цис-структуру. Это может быть результатом начальной димеризации двух циклобутадиенов, которая предпочтительно образует син-продукт, показанный ниже. Дальнейшая димеризация дает анти-продукт только из-за стерических факторов.
Синтез длинноцепочечных лестдеранов. E = CO 2MeВ этих реакциях ладдераны образуются из множественных [2 + 2] фотоциклоразрывов между двойными связями двух полиенов. Сложность, которая возникает из этого подхода, заключается в реакции предшественников через альтернативные, более благоприятные пути фотовозбуждения. Эти побочные реакции предотвращаются путем добавления химического спейсера, который удерживает два полиена параллельно друг другу, позволяя только происходить [2 + 2] циклоприсоединениям.
Обычным спейсером, используемым в этих реакциях, является система [2.2] парациклофана. Он достаточно жесткий и может удерживать полиеновые хвосты на достаточно близком расстоянии, чтобы могли происходить циклоприсоединения.
Синтез ладдеранов посредством димеризации предшественников полиенов. МакГилливрей и его коллеги продемонстрировали, что супрамолекулярный подход к ковалентному синтезу в организованной среде твердого тела без растворителей может обеспечить решение проблемы организации двух полиенов. для внутримолекулярной реакции с образованием ладдерана. В частности, применив подход к контролю реакционной способности в твердых телах с помощью молекул, которые служат линейными матрицами, они продемонстрировали полезность сокристаллизации резорцина (1,3-бензолдиола) или его производного с полностью транс-бис (4 -пиридил) поли-м-ен (4-пир-поли-м-ен) образует четырехкомпонентную молекулярную сборку, 2 (резорцин) · 2 (4-пир-поли-м-ен), в которой каждый резорцин преорганизует, через два взаимодействия O — H ··· N с водородными связями, два полимена для [2 + 2] фото присоединения. Два полиена расположены матрицами таким образом, что связи C = C олефинов лежат параллельно и разделены < 4.2 Å, a position suitable for the photoreaction. UV irradiation of the solid produces the targeted [n]ladderane, with the C=C bonds reacting to form the fused cyclobutane framework. Broadband UV-irradiation of two such hydrogen-bonded, four-component supramolecular assemblies furnishes the corresponding ladderanes stereospecifically and in quantitative yield in gram quantities.
Ладдерановые липиды, присутствующие в анаммоксосомах Ладдераны впервые были идентифицированы в редкой группе анаэробных аммонийокисляющих (анаммокс ) бактерий, принадлежащих к типу Planctomycetes. Эти бактерии изолируют катаболические реакции анаммокс во внутриклеточных компартментах, называемых анаммоксосомами. Процесс анаммокс включает окисление аммония до газообразного азота с нитритом в качестве конечного акцептора электронов. Промежуточными соединениями в этом процессе являются два высокотоксичных соединения, гидразин (N2H4) и гидроксиламин (NH 2 OH). Процесс окисления включает генерацию протонного градиента на внутрицитоплазматической поверхности анаммоксосомы. Рассеяние протонного градиента связано с фосфорилированием АДФ через мембраносвязанные АТФазы.
Анаммоксосомы обогащены ладдерановыми липидами, показанными справа. Анализ мембран анаммоксосом бактерий видов Borcadia anammoxidans и Kuenenia stuttgartiensis показал, что ладдераны составляют более 50% мембранных липидов. Высокое содержание ладдерановых липидов в анаммоксосомах приводит к исключительно плотной мембране с пониженной проницаемостью. Уменьшенная проницаемость может уменьшить пассивную диффузию протонов через мембрану, которая рассеивает электрохимический градиент. Это будет особенно вредно для бактерий анаммокс из-за относительно медленного метаболизма анаммокса. Предполагается, что пониженная проницаемость связывает высокотоксичные и мутагенные промежуточные соединения, гидразин и гидроксиламин, которые могут легко диффундировать через биомембраны. Потеря этих ключевых промежуточных продуктов может повредить ключевые клеточные компоненты, такие как ДНК, а также снизить катаболическую эффективность клетки.
Природный [5] -ладдерановый липид, названный пентациклоанаммоксической кислотой, был синтезирован Кори и сотрудниками. Первая стадия этой реакции включает бромирование с последующей циклизацией циклооктатетраена с образованием циклогексадиена. Этот циклогексадиен улавливается дибензилазодикарбоксилатом. Модификации функциональной группы производятся для получения циклобутана, который образуется посредством [2 + 2] фотоциклоприсоединения с циклопентеноном с образованием второго циклобутанового кольца. Защита карбонильной группы с последующей реакцией экструзии N 2 дает еще два конденсированных циклобутановых кольца. Конечный циклобутан образуется с помощью перегруппировки Вольфа, а алкильная цепь устанавливается с помощью олефинирования по Виттигу.
Синтез [5] -ладдеран липида пентациклоаннамоксической кислоты В 2016 г. Burns and коллеги из Стэнфордского университета сообщили об энантиоселективном синтезе липидных хвостов [3] - и [5] -ладдеран и их включении в полный фосфатидилхолин липид. Оба пути используют небольшой строительный блок [2] -ладдерен бицикло [2.2.0] гексен, полученный по реакции Рамберга – Беклунда. Путь к [5] -ладдеран-содержащей жирной кислоте включает димеризацию этого промежуточного соединения с образованием полностью анти [5] -ладдеранового углеводорода. Хлорирование C – H марганцевым порфирином катализатором и последующее удаление приводит к ненасыщенности с образованием [5] -ладдерена. Гидроборирование и реакция Цвайфеля устанавливают линейную алкильную группу.
Путь к [3] -ладдерану жирного спирта начинается с [2 + 2] фотоциклоприсоединения между бромированным бензохиноном и бицикло [2.2.0] гексеном. Удаление H – Br и добавление цинкорганического соединения приводит к образованию алкилового спирта. Опосредованная гидразином реакция деоксигенирования с последующим гидрированием с использованием катализатора Крэбтри приводит к восстановлению до циклогексанового кольца.
