Екі сақиналы молекулалар: құрылысы мен жіктелуі

Кіріспе

Екі қосылған сақиналы молекула. Бициклді молекула – екі қосылған сақинасы бар молекула. Бициклді құрылымдар кеңінен таралған, мысалы, α-тужен және камфор сияқты көптеген биологиялық маңызды молекулаларда. Бициклді қосылыстар карбоциклді (барлық сақина атомдары көміртектерден тұрады) немесе гетероциклді (сақина атомдары кем дегенде екі элементтен тұрады), мысалы DABCO бола алады. Сонымен қатар, екі сақина да алифатикалық (мысалы, декалин және норборнан), немесе ароматтық (мысалы, нафталин) немесе алифатикалық және ароматтық (мысалы, тетралин) комбинациясы болуы мүмкін. Бициклді қосылыстарда сақиналардың қосылуының үш түрі мүмкін: спиро қосылыстарда екі сақина тек бір ғана атомды – спиро атомын бөліседі, ол әдетте төртіншілік көміртек болады. Спироциклді қосылыстардың мысалы – фотохроматикалық түрлендіргіш спиропиран. Біріктірілген/конденсацияланған бициклді қосылыстарда екі сақина екі жапсарлас атомды бөліседі. Яғни, сақиналар бір ковалентті байланыс арқылы байланысқан, көпірлік атомдар тікелей қосылған (мысалы, α-тужен және декалин). Көпірлі бициклді қосылыстарда екі сақина үш немесе одан да көп атомды бөліседі, екі көпірлік атомды кем дегенде бір атомнан тұратын көпірмен ажыратады. Мысалы, норборнан, сондай-ақ бицикло[2.2.1]гептан, бес көміртек атомының үшеуін бөлісетін циклопентан сақиналарының жұбы ретінде қарастырылуы мүмкін. Камфор – одан да күрделі мысал.

Номенклатура

Бициклді молекулалар IUPAC номенклатурасымен сипатталады. Қосылыстың атауының түбірі барлық сақиналардағы атомдардың жалпы санына байланысты, содан кейін ең жоғары басымдыққа ие функционалдық топты көрсететін жұрнақ келеді. Көміртек тізбегінің нөмірленуі әрқашан бір көпірлік атомнан (сақиналардың қосылған жерінен) басталады және ең ұзын жолмен көміртек тізбегі бойымен келесі көпірлік атомға дейін жалғасады. Содан кейін нөмірлеу екінші ең ұзын жол бойынша және т.б. жалғасады. Біріктірілген және көпірлі бициклді қосылыстарға «бицикло» префиксі қосылады, ал спироциклді қосылыстарға «спиро» префиксі қосылады. Префикс пен жұрнақтың арасындағы жақшада әрбір көпірлік атом арасындағы көміртек атомдарының саны көрсетіледі. Бұл сандар төмендеу ретімен орналастырылып, нүктелермен бөлінеді. Мысалы, норборнанның көміртектік қаңқасында барлығы 7 атом бар, сондықтан түбір атауы гептан. Бұл молекуланың екі жолы 2 көміртек атомынан және екі көпірлік көміртек арасында 1 көміртек атомынан тұрады, сондықтан жақшалар төмендеу ретімен толтырылады: [2.2.1]. «Бицикло» префиксін қосу «бицикло[2.2.1]гептан» деген толық атауды береді. Камфордың көміртектік қаңқасында да 7 атом бар, бірақ бұл жағдайда карбонил тобымен алмастырылған, сондықтан жұрнағы гептанон. Біз көпірлік атомдағы көміртек қаңқасын ең жоғары басымдыққа ие топтан нөмірлеуден бастаймыз (метил тобы протоннан бұрын келеді), сондықтан көпірдің алдыңғы көміртегі 1-нөмірленеді, карбонил тобы 2-нөмірленеді, ал нөмірлеу ең ұзын жолмен көміртек тізбегі бойымен екі рет алмастырылған жоғарғы көміртекке (7-нөмір) дейін жалғасады. Норборнан сияқты, бұл молекулада да екі көпірлік көміртек арасында 2 көміртек атомынан тұратын екі жол және 1 көміртек атомынан тұратын бір жол бар, сондықтан жақшадағы сандар [2.2.1] болып қалады. Жақшаларды және жұрнақты біріктіргенде (қазір карбонил тобының орнын толтырамыз) [2.2.1]гептан-2-он болады. «Бициклодан» басқа, префикс барлық метил тобының орналасқан жерін де көрсетуі керек, сондықтан толық ресми атауы 1,7,7-триметилбицикло[2.2.1]гептан-2-он. Қарапайым біріктірілген бициклді қосылыстарды атағанда, көпірлі бициклді қосылыстар үшін қолданылатын әдіс қолданылады, бірақ екі көпірлік атом арасындағы үшінші жол енді нөл атомнан тұрады. Сондықтан біріктірілген бициклді қосылыстар жақшада «0» санын қамтиды. Мысалы, декалин бицикло[4.4.0]декан деп аталады. Нақты жағдайларда сандар кейде жіберіліп қалдырылады. Мысалы, бицикло[1.1.0]бутан әдетте жай ғана бициклобутан деп аталады. Гетероциклді молекула DABCO-ның көпірлі құрылымында барлығы 8 атом бар, сондықтан түбір атауы октан. Бұл жерде екі көпірлік атом көміртек емес, азот атомдары. Сондықтан ресми атауына қосымша «1,4-диаза» префиксі қосылады және толық атауы 1,4-диазабицикло[2.2.2]октан болады.

Bicyclic molecules are described by IUPAC nomenclature. The root of the compound name depends on the total number of atoms in all rings together, possibly followed by a suffix denoting the functional group with the highest priority. Numbering of the carbon chain always begins at one bridgehead atom (where the rings meet) and follows the carbon chain along the longest path, to the next bridgehead atom. Then numbering is continued along the second longest path and so on. Fused and bridged bicyclic compounds get the prefix bicyclo, whereas spirocyclic compounds get the prefix spiro. In between the prefix and the suffix, a pair of brackets with numerals denotes the number of carbon atoms between each of the bridgehead atoms. These numbers are arranged in descending order and are separated by periods. For example, the carbon frame of norbornane contains a total of 7 atoms, hence the root name heptane. This molecule has two paths of 2 carbon atoms and a third path of 1 carbon atom between the two bridgehead carbons, so the brackets are filled in descending order: [2.2.1]. Addition of the prefix bicyclo gives the total name bicyclo[2.2.1]heptane. The carbon frame of camphor also counts 7 atoms, but is substituted with a carbonyl in this case, hence the suffix heptanone. We start with numbering the carbon frame at the bridgehead atom with the highest priority (methyl goes before proton), hence the bridgehead carbon in front gets number 1, the carbonyl gets number 2 and numbering continues along the carbon chain following the longest path, until the doubly substituted top carbon (number 7). Equal to norbornane, this molecule also has two paths of 2 carbon atoms and one path of 1 carbon atom between the two bridgehead carbons, so the numbers within the brackets stay [2.2.1]. Combining the brackets and suffix (now filling in the position of the carbonyl as well) gives us [2.2.1]heptan 2 one. Besides bicyclo, the prefix should also specify the positions of all methyl substituents so the complete, official name becomes 1,7,7 trimethylbicyclo[2.2.1]heptan 2 one. When naming simple fused bicyclic compounds, the same method as for bridged bicyclic compounds is applied, except the third path between the two bridgehead atoms now consists of zero atoms. Therefore, fused bicyclic compounds have a "0" included in the brackets. For example, decalin is named bicyclo[4.4.0]decane. The numbers are sometimes omitted in unambiguous cases. For example, bicyclo[1.1.0]butane is typically called simply bicyclobutane. The heterocyclic molecule DABCO has a total of 8 atoms in its bridged structure, hence the root name octane. Here the two bridgehead atoms are nitrogen instead of carbon atoms. Therefore, the official name gets the additional prefix 1,4 diaza and the total name becomes 1,4 diazabicyclo[2.2.2]octane.