Кіріспе
Ароматты сақинадан топшаларды алып шығу арқылы алынған органикалық қосылыс. Органикалық химияда ариндер мен бензиндер – ароматты сақинадан екі топшаны алып шығу нәтижесінде пайда болатын өте реактивті химиялық түрлер класы. Ариндер дидегидроарендердің мысалдары (осы жағдайда 1,2-дидегидроарендер), бірақ 1,3 және 1,4-дидегидроарендер де белгілі. Ариндер – жоғары кернеудегі алкиндердің мысалы.
In organic chemistry, arynes and benzynes are a class of highly reactive chemical species derived from an aromatic ring by removal of two substituents. Arynes are examples of didehydroarenes (1,2 didehydroarenes in this case), although 1,3 and 1,4 didehydroarenes are also known. Arynes are examples of alkynes under high strain.
Ариндердегі байланысу
Бензиннің алкиндік бейнесі ең көп кездесетін түрі болып табылады. Ариндер әдетте тартылған үштік байланысқа ие деп сипатталады. Бензиндегі үштік байланыстың геометриялық шектеулері бір жазықтықтағы p орбиталдарының нашар қабаттасуына әкеледі, демек үштік байланыс әлсірейді. Радзишевский бензиндегі үштік байланыстың тербеліс жиілігін 1846 см−1 деп анықтады, бұл шамамен 2150 см−1 тербеліс жиілігі бар тартылмаған алкинге қарағанда әлсіз үштік байланысты көрсетеді. Дегенмен, бензин дирадикал емес, керілген алкинге көбірек ұқсайды, бұл үлкен синглет-триплет аралығы және алкинге тән реакциялық қабілетінен көрінеді. Бензиннің толыққанды МО-талдауы 1968 жылы жарияланды.
Ариндердің реакциялары
Тіпті төмен температурада да ариндер өте реактивті. Олардың реактивтілігін үш негізгі түрге бөлуге болады: (1) нуклеофилдік қосылулар, (2) перициклдік реакциялар және (3) байланысқа ену.
Ариндерге нуклеофилді қоспалар
Асыл нуклеофилдермен өңдеу кезінде арил галоидтары қалдыру тобына жақын альфа-протонды депротонды, нәтижесінде дегидрогалогенирлеу пайда болады. Изотоп алмасу зерттеулері арил фторидтері және кейде арил хлоридтері үшін жою реакциясы екі сатыда жүретінін көрсетеді: депротонды, содан кейін нуклеофилдің бөлінуі. Осылайша, бұл процесс формальды түрде алифалық қосылыстардың E1cb механизміне ұқсас. Арил бромдары мен йодтары, әдетте, E2 механизмі бойынша бірдей (син-копланарлық) жолмен жою реакциясына түседі. Нәтижесінде түзілген бензин көбінесе нуклеофилдік қосылу және протондау арқылы қосылу өнімдерін береді. Бензин аралық қосылысын түзету реакцияның баяу сатысы болып табылады. "Арин біріктіру" реакциялары фармацевтикалық өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында және көптеген металл-катализдік түрлендірулерде қолданылатын бифенил қосылыстарын синтездеуге мүмкіндік береді. Металл-арен өнімі тағы бір аринге қосылып, тізбектік өсу полимерленуіне әкелуі мүмкін. Бірінші аринге 100-ге дейін арин бірліктерін қамтитын полимерлерді қосу үшін бастамашы ретінде мыс(I) цианиді қолданылды. Егер қалдыру тобы (LG) және орны ауыстырғыш (Y) бір-біріне орто немесе пара орналасқан болса, тек бір ғана бензин аралық қосылысы мүмкін болады. Бірақ, егер LG, Y-қа мета положениде болса, онда екі аймақтық химиялық нәтиже (A және B) мүмкін. Егер Y электронды тартып алатын болса, онда HB, HA-дан көбірек қышқыл болады, нәтижесінде B аймақтық изомері түзіледі. Сол сияқты, егер Y электронды донорлық болса, онда HA көбірек қышқылдық протон болғандықтан A аймақтық изомері түзіледі. Бензиннің екі мүмкін регоизомері бар: үш байланыс C2 және C3 арасында немесе C3 және C4 арасында орналасуы мүмкін. Орто-орын алмастырғыштар C2 мен C3 арасындағы үш байланысқа әкеледі. Пара Y және LG C3 және C4 арасындағы үш байланысы бар регоизомерге әкеледі. Мета-орын алмастырғыш жоғарыда сипатталғандай екі регоизомерді де беруі мүмкін. C2 және C3 арасында орналасқан үш байланыс жағдайында электронды тартып алатын (EWG) топтар, мысалы CF3, нуклеофилдің қосылуын EWG-ге мүмкіндігінше жақын орналасқан карбанионға бағыттайды. Алайда электронды донорлық (EDG) топтар, мысалы CH3, өнімдер арасында азырақ таңдаулылық көрсетеді. Үш байланыс C3 және C4 арасында орналасқан регоизомерде нуклеофилдің қосылуына орын алмастырғыштың әсері азаяды және көбінесе пара және мета өнімдерінің қоспасы алынады. Бензиндер [4+2] циклдеу реакцияларына түседі. Антрацен қатысында триптицен түзіледі. Тетрабромбензол бутиллитиймен және фуранмен реакцияласып, тетрагидроантраценді құрайды. Ариндердің [4+2] циклоқосылуы табиғи өнімдердің толық синтезінде жиі қолданылады. Алайда, мұндай тәсілдің негізгі шектеуі – фуран және циклопентадиен сияқты шектелген диендерді пайдалану қажеттілігі. 6,7 индолин циклопентадиенмен [4+2] циклоқосылуға түсіп, күрделі тетрациклді өнім береді. Бензиндер кең ауқымды алкендермен [2+2] циклоқосылуға түседі. Бензиннің электрофилдік сипатымен байланысты, электронды донорлық орын алмастырғыштары бар алкендер бұл реакция үшін жақсы жұмыс істейді. Маңызды қосалқы өнімдердің түзілуіне байланысты, арин [2+2] химиясы табиғи өнімдердің толық синтезінде сирек қолданылады. Мори және әріптестері тайваннин С-ның толық синтезінде арин мен дийнді палладиймен катализделген [2+2+2] коциклизация жүргізді.
[4+2] cycloadditions of arynes have been commonly applied to natural product total synthesis. The main limitation of such approach, however, is the need to use constrained dienes, such as furan and cyclopentadiene. 6,7 indolyne undergoes [4+2] cycloaddition with cyclopentadiene to afford complex tetracyclic product. Benzynes undergo [2+2] cycloaddition with a wide range of alkenes. Due to electrophilic nature of benzyne, alkenes bearing electron donating substituents work best for this reaction. Due to significant byproduct formation, aryne [2+2] chemistry is rarely utilized in natural product total synthesis. Mori and co workers performed a palladium catalyzed [2+2+2] cocyclization of aryne and diyne in their total synthesis of taiwanins C.
Ариндердің байланысты қосу реакциялары
Арин σ байланысын енгізу реакциясының алғашқы мысалы 1973 жылы меллеиннің синтезі болды.
Басқа дегидробензолдар
Егер бензин 1,2 дидегидробензол болса, тағы екі изомер мүмкін: 1,3 дидегидробензол және 1,4 дидегидробензол. Олардың есептеу бойынша энергиясы сәйкесінше 106, 122 және 138 ккал/моль (444, 510 және 577 кДж/моль) құрайды. Фенил тобы қойылған арин прекурсорларының пиролизінде (900 °C) 1,2-ден 1,3 дидегидробензолға өту мүмкіндігі қарастырылған. Триплеттік күй екі өзара әрекеттеспейтін радикал орталықты көрсетеді, демек, ол фенил радикалы сияқты бірдей жылдамдықпен сутектерді бөліп алуға тиіс. Дегенмен, синглеттік күй триплеттік күйден тұрақтырақ, сондықтан сутек бөлінуіне қажетті өтпелі күйді құру үшін тұрақтандыру энергиясының бір бөлігі жоғалады, нәтижесінде сутек бөлінуі баяулайды. Чен энедиин препараттарының таңдамалылығын арттыру үшін үлкен синглет-триплет энергиялық айырмасына ие 1,4 дидегидробензол аналогтарын қолдануды ұсынды.
Тарих
Ариндердің алғашқы дәлелі Стормер мен Калерттің жұмысынан алынған. 1902 жылы олар 3 бромбензофуранды этанолдағы сілтелі ортамен өңдегенде 2 этиоксибензофуран түзілетінін байқады. Осы байқауға сүйене отырып, олар аралық аринді болжады. Виттиг және авторлар тобы фторбензол мен фениллитийдің реакциясында звиттериондық аралық қосылыс пайда болып, бифенилге айналатынын көрсетті. Бұл гипотеза кейін расталды. 1953 жылы 14C изотопымен белгілеу эксперименттері бензиннің аралық зат ретінде қатысуына мықты дәлел келтірді. Бензиннің бар екендігіне қосымша дәлелдер спектроскопиялық зерттеулерден алынды. 2015 жылы STM арқылы бір арин молекуласы бейнеленді. 1,3-дидегидроарендер алғаш рет 1990 жылдары 1,3-дизаматтанған бензол туындыларынан, мысалы, 1,3-C6H4(O2C(O)CH3)2 пероксиэстерінен жасалды. Бұл мәселе 1,4-дидегидробензолды түзілетін калихеамицин сияқты "цитостатиктер" енедиінінің ашылуымен қатысты болды.
Бензиндердің жалпы синтездегі мысалдары
Аралық заттар ретінде ариндерді қолдана отырып, әртүрлі табиғи өнімдер дайындалды. Ариндерге нуклеофильді қосылулар табиғи өнімдердің толық синтезінде кеңінен қолданылды. Шындығында, ариндердің нуклеофильді қосылулары – арин химиясының ең ерте белгілі қолданыстарының бірі. Тетрациклді меротерпеноид (+) лифагалдың синтезінде арин аралық зат ретінде пайдаланылды. Олардың тәсілі табиғи өнімнің соңғы циклын жабу үшін ариннің циклдеуін қолданды.