Кіріспе
Циклдік молекула құрайтын химиялық реакция. Органикалық химияда циклоаддиция – "екі немесе одан көп қанықпаған молекулалар (немесе бір молекуланың бөліктері) бірігіп, байланыс санының жалпы азаюымен циклдік қосындыны құрайтын химиялық реакция". Нәтижесінде циклдендіру реакциясы пайда болады. Көптеген, бірақ барлық емес циклоаддициялар үйлесімді және осылайша перициклдік болып табылады. Үйлесімсіз циклоаддициялар перициклдік емес. Қосу реакциясының бір түрі ретінде циклоаддициялар нуклеофил немесе электрофилді пайдаланбай, көміртек-көміртек байланысын түзетуге мүмкіндік береді. Циклоаддицияларды сипаттау үшін екі түрлі нотация жүйесі қолданылады. Ескі, бірақ әлі де жиі қолданылатын нотация, реакцияға қатысатын молекулалардағы атомдардың тізбектік орналасуының мөлшеріне негізделген. Ол жақшаларды пайдаланады: (i + j + k), мұндағы айнымалылар әрбір реактивтегі тізбекті атомдардың саны. Өнім (i + j + k) мөлшеріндегі цикл болып табылады. Бұл жүйеде стандартты Дильс-Альдер реакциясы (4 + 2) циклоаддиция, 1,3-диполярлы циклоаддиция (3 + 2) циклоаддиция, ал карбеннің алькенмен циклоаддициясы (2 + 1) циклоаддиция болып табылады.
In organic chemistry, a cycloaddition is a chemical reaction in which "two or more unsaturated molecules (or parts of the same molecule) combine with the formation of a cyclic adduct in which there is a net reduction of the bond multiplicity". The resulting reaction is a cyclization reaction. Many but not all cycloadditions are concerted and thus pericyclic. Nonconcerted cycloadditions are not pericyclic. As a class of addition reaction, cycloadditions permit carbon–carbon bond formation without the use of a nucleophile or electrophile. Cycloadditions can be described using two systems of notation. An older but still common notation is based on the size of linear arrangements of atoms in the reactants. It uses parentheses: (i + j + ) where the variables are the numbers of linear atoms in each reactant. The product is a cycle of size (i + j + ). In this system, the standard Diels Alder reaction is a (4 + 2) cycloaddition, the 1,3 dipolar cycloaddition is a (3 + 2) cycloaddition and cyclopropanation of a carbene with an alkene a (2 + 1) cycloaddition.
Фотохимиялық циклоқосылымдар және олардың стереохимиясы
4n π электрондары қатысатын циклоаддициялар фотохимиялық белсендіру арқылы да жүзеге асуы мүмкін. Мұнда бір компонентте HOMO (π байланысы) электронды LUMO (π* антибайланысы) деңгейіне көтеріледі. Орбиталық симметрия реакцияның екі жағынан да жүруіне мүмкіндік береді. Мысалы, ДеМайо реакциясы. Төменде тағы бір мысал келтірілген – қышқылдың фотохимиялық димеризациясы. Екі транс-алкен бастан-аяққа реакцияласады, ал бөлініп алынған изомерлер труксил қышқылдары деп аталады. Супрамолекулалық әсерлер осы циклоаддицияларға әсер етуі мүмкін. Транс-1,2-бис(4-пиридил)этеннің циклоаддициясы қатты күйдегі резорцинолмен 100% шығыммен басқарылады. Кейбір циклоаддициялар π байланыстарының орнына кернеулі циклопропан сақиналары арқылы жүзеге асырылады, себебі олардың маңызды π сипаттамалары бар. Мысалы, Дильс-Альдер реакциясының аналогы – квадрициклан DMAD реакциясы: (i+j+) циклоаддиция белгісінде i және j циклоаддицияға қатысатын атомдардың санын көрсетеді. Осы белгілеуде Дильс-Альдер реакциясы (4+2) циклоаддиция, ал озонтолиздің алғашқы қадамы сияқты 1,3 диполярлық қосылыс (3+2) циклоаддиция болып табылады. Алайда, IUPAC ұсынатын артықшылықты белгілеу [i+j+ ] электронды, атомды емес, ескереді. Осы белгілеуде DA реакциясы және диполярлық реакция екеуі де [4+2] циклоаддицияға айналады. Норборнадиен мен белсенді алкин арасындағы реакция [2+2+2] циклоаддиция болып табылады.
In the (i+j+ ) cycloaddition notation i and j refer to the number of atoms involved in the cycloaddition. In this notation, a Diels Alder reaction is a (4+2)cycloaddition and a 1,3 dipolar addition such as the first step in ozonolysis is a (3+2)cycloaddition. The IUPAC preferred notation however, with [i+j+ ] takes electrons into account and not atoms. In this notation, the DA reaction and the dipolar reaction both become a [4+2]cycloaddition. The reaction between norbornadiene and an activated alkyne is a [2+2+2]cycloaddition.
Дильс-Алдер реакциялары
Дильс-Альдер реакциясы, әлдебір ең маңызды және жиі оқытылатын циклоаддиция реакциясы болып табылады. Формальды түрде бұл [4+2] циклоаддиция реакциясы және ол өте көп түрде кездеседі, соның ішінде кері электрондық талап Дильс-Альдер реакциясы, гексадегидро Дильс-Альдер реакциясы және байланысты алкин тримеризациясы. Реакция кері ретро Дильс-Альдер реакциясы түрінде де жүргізілуі мүмкін. Гетероатомдарды қатыстыратын реакциялар белгілі; оның ішінде аза Дильс-Альдер және иминді Дильс-Альдер реакциялары.
Хьюсген циклоқосымы
Хьюсген циклоқосылу реакциясы (2+3) циклоқосылу болып табылады.
Нитрон-олефин циклоқосымы
Нитрон олефін циклоқосылысы (3+2) циклоқосылыс болып табылады.
Келетропиялық реакциялар
Целетроптық реакциялар – циклоқосылыстардың бір түрі. Целетроптық реакцияларды ерекшелейтін негізгі қасиет – реактивтердің біреуінде екі жаңа байланыс бір атомға түзіледі. Классикалық мысал – күкірт диоксидінің диенмен әрекеттесуі.
Темірмен катализделген 2+2 олефин циклоқосымы
IronDiiminopyridine катализаторларында орталық темір атомы екі қарапайым, функционалданбаған олефин қос байланысымен координацияласа алатын редокс-белсенді лиганд бар. Катализаторды темір атомы жұпталмаған электрондармен II тотығу күйіндегі құрылым мен темір 0 тотығу күйіндегі құрылым арасындағы резонанс ретінде көрсетуге болады. Бұл оған циклизация реакциясы кезінде қос байланыстарды байланыстыруда икемділік береді, нәтижесінде С-С редуктивті жою арқылы циклобутан құрылымы пайда болады; немесе бета-сутекті жою арқылы циклобутен құрылымы түзілуі мүмкін. Реакцияның тиімділігі қолданылатын алкендерге байланысты айтарлықтай өзгереді, бірақ рационалды лигандтарды жобалау катализдейтін реакциялардың ауқымын кеңейтуге мүмкіндік береді.