Кіріспе

Сақиналық жүйелердегі химиялық құбылыс. Сақина кеңею және сақина тарылу реакциялары сақиналарды кеңейтеді немесе тарылтады, көбінесе органикалық химияда. Бұл термин әдетте C-C байланыстарын жасау және үзу реакцияларын қамтиды.

Карбеноидтық сақиналардың жиырылуы

Арндт-Эйстерт реакциясында α-диазокетон N2-ні бөліп шығаруға итермеленеді, нәтижесінде карбонил тобына жақын орналасқан өте реактивті секстет көміртек орталығы түзіледі. Мұндай қосылыстар Вольф қайта құрылымы арқылы спирттердің қатысуымен эфирге айналады. Циклді α-диазокетондарға қолданғанда сақинаның қысқаруы жүзеге асады. Стероидтарда бұл реакция циклопентанон топтарын циклобутанил туындыларына түрлендіру үшін қолданылған.

Сақиналардың кеңею реакциялары

Сақиналық кеңейтулер әдісі арқасында, әдетте синтездеу қиын болатын үлкен жүйелерге қол жеткізуге болады. Сақиналар сақинаға бұрыннан қосылған сыртқы топқа сақинаның шабуылдауы (миграция/қосылу), екі циклді бір үлкен сақинаға ашу, немесе сақина жабылуымен бірге кеңейту арқылы кеңейтілуі мүмкін. Бұл кеңейтулер кеңейтілген сақинаға қандай атом (көміртек немесе гетероатом) енгізілгеніне байланысты жіктелуі мүмкін.

Экзоциклді топқа көшіру арқылы көміртектің енуі

Бұл реакциялардың жалпы ерекшеліктері – сақинаға жақын орналасқан көміртегінде экзоциклдік тобының кете бастауы және сақинадағы эндоциклдік байланыстың орын ауыстыруын бастауға қабілетті электрон беретін топтың болуы. Көміртегінің орын ауыстыруының кең таралған мысалы – пинакол қайта құрылуы. Бұл реакциялар сақинаны кеңейту ғана емес, сонымен қатар экзоциклдік топқа басқа да функционалдық топтар қосылған болса, оларды пайдалануға да мүмкіндік береді. Эндоциклдік байланыстың орын ауыстырған тобы, қазірден бар функционалдық топтарға байланысты сақинаға таңдамалы түрде қосылуы мүмкін, мысалы, циклді кетонға 1,2-қосылу.

Велосипедтің ашылуы арқылы көміртектің енгізілуі

Сақинаны кеңейтудің жиі қолданылатын әдісі циклопропанды ашу арқылы жүзеге асырылады, онда бициклді аралық қосылыстар пайда болады. Бұл стратегия циклдік алкеннің Симмонс-Смит сияқты циклопропанизациялануымен басталуы мүмкін. Циклопропанға негізделген тағы бір сақина кеңею түрі – Бухнер сақина кеңеюі. Бухнер сақина кеңеюі арендерді циклогептатриендерге айналдыру үшін қолданылады. Бухнер сақина кеңеюі, сақинаға қосылған көміртегіне электронды қабылдағыш топтарды орналастыру арқылы, қажетті өнімді алуға бағытталған ашылу процесін жеңілдетеді. Қаныққан бициклді молекулаларда сақинаны ашу үшін циклопропанды сондай етіп енгізу керек, әйтекел көрші топ кеңеюге көмектеседі немесе сақина сыртқы топтың шабуылымен ашылады. Сақинаны ашу арқылы сақинаны кеңейту әдісін одан да ірі жүйелерге қолдануға болады, бұл одан да үлкен сақиналық жүйелерге қол жеткізуге мүмкіндік береді. Гроб фрагментациясы мұндай кеңеюдің мысалы ретінде қолданылуы мүмкін. Пинакол түріндегі миграция сияқты, Гроб фрагментациясы да байланыстың миграциясын жеңілдету және кетіп бара жатқан топтың шығарылуын қамтамасыз ету үшін электрон беретін топқа тәуелді. Бұл жағдайда электрон беретін топ, электрон жұбын бөліп, үзілген байланыстағы көміртегіне беруге қабілетті псевдоэлектрон беретін топ болуы мүмкін. Екі кіші сақинамен жұмыс істеу, кеңейтілген сақинамен жұмыс істеуден бұрын молекуланың екі бөлігін жеке өңдеуге мүмкіндік береді. Доуд-Беквит сақина кеңею реакциясы да сақинаға бірден бірнеше көміртегі атомын қосуға қабілетті және ірі сақиналар жасау үшін пайдалы құрал болып табылады. Бұл реакция аралық бицикл арқылы жүргенімен, соңғы циклдеу және сақинаның ашылуы бір радикалдық реакция шеңберінде жүзеге асырылады. Бұл кеңеюдің пайдасы – бета-кетоэстерді үлкен циклдік кетонға айналдыруға мүмкіндік беруі, оны циклдік кетонды немесе экзоциклдік эфирді пайдалану арқылы оңай өңдеуге болады.

Гетероатомдық инсерсиялық реакциялар

Гетероатомдарды сақиналарға қосу, егер олар de novo сақиналық синтез арқылы жүргізілмесе, сақина кеңеюі арқылы жүзеге асуы мүмкін. Бұл енгізілулер негізінен сақина кеңеюі болып табылады, себебі олар көбінесе жоғарыда көміртек үшін айтылғандай, көшіру/қосылу жолдары арқылы өтеді. Мысалдарға Бекманның қайта құрылымдалуы (кодеинге азот енгізу үшін) және Бейер-Виллигер тотығуы (күршік тәрізді байланысқан эфирлерге оттегі енгізу үшін) синтездегі маңызды қолданыстары кіреді. Екеуі де алкил тобы экзоциклді гетероатомға көшетін кезде шығатын топтың бөлінуімен жүзеге асады, бұл пинакол түріндегі қайта құрылымдалуға ерекше ұқсас.

Сақинаның жиырылу реакциялары

Сақиналардың қысылуы үлкен сақиналардан кішірек, күшті керілген сақиналар жасауға көмектеседі. Мұндай сақиналарды жасауға түрткіс болатын себеп – толыққанды дамыған кіші сақинаны жасаудың қиындығы, себебі мұндай сақинаны атомды жою арқылы үлкен сақинадан жасау оңайырақ, немесе бастапқы үлкен құрылым қол жетімдірек болуы мүмкін. Сақинаның қысылуы оны жүзеге асыратын реакциялық аралық заттар арқылы оңай сипатталады. Стандартты аралық заттар – аниондық, катиондық және карбеноид.

Фаворскийдің қайта орналасуы

Фаворскийдің қайта орналасуы – классикалық аниондық сақина тарылу реакциясы. Ол карбанион арқылы жүзеге асады, ол эндоциклді көміртекке шабуылдайды және шығатын топты (галогенидті) бөліп шығарып, бастапқысынан кіші сақиналары бар бициклді молекула құрайды. Содан кейін бицикл кетонға нуклеофилді шабуыл арқылы ашылып, тарылған өнім пайда болады. Бұл реакция циклогексанонды циклопропанкарбон қышқылының метил эфиріне түрлендіру үшін қолданылған. Стандартты Фаворский қайта орналасуына альтернатива – аниондық топтың шығатын топқа бағытталған байланыстың миграциясын ынталандырып, шығатын топты бөліп шығаратын, «теріс пинакол қайта орналасуы» деп аталатын реакцияны жүргізу болып табылады, және бұл бірнеше синтезде қолданылған. Бұл кеңею реакциясы сияқты, миграцияға көмектесетін электрон беретін топтың қатысуымен жүреді. Бір сақинаның тарылу реакциялары екінші сақинаның кеңеюімен біріктірілуі мүмкін, нәтижесінде тең өлшемді біріккен сақиналардан тең емес бицикл пайда болады. Бұл катиондық қайта орналасулар күрделі молекулалардың негізгі құрылымдарын синтездеу үшін қолданылады.