Введение
Органическое соединение
Циклобутан — это циклоалкан и органическое соединение с формулой (CH2)4. Циклобутан представляет собой бесцветный газ и доступен в продаже в виде сжиженного газа. Производные циклобутана называются циклобутанами. Сам циклобутан не имеет коммерческой или биологической значимости, однако более сложные производные играют важную роль в биологии и биотехнологии.
Структура
Углы между связями углерод-углерод значительно напряжены и, следовательно, имеют более низкие энергии связей, чем у соответствующих линейных или ненапряженных углеводородов, например, бутана или циклогексана. Поэтому циклобутан нестабилен при температурах выше примерно 500 °C. Четыре атома углерода в циклобутане не лежат в одной плоскости; вместо этого кольцо обычно принимает скрученную или "выпуклую" конформацию. Это означает, что угол C–C–C меньше 90°. Один из атомов углерода отклоняется от плоскости, образованной тремя другими атомами углерода, на 25°. Таким образом, некоторые затмевающие взаимодействия уменьшаются. Эта конформация также известна как "конформация бабочки". Эквивалентные скрученные конформации взаимопревращаются.
Циклобутаны в биологии и биотехнологии
Несмотря на присущую ему напряженность, циклобутановый фрагмент действительно встречается в природе. Одним из примеров является пентациклоанмоксикислота, представляющая собой лестран, состоящий из 5 конденсированных циклобутановых звеньев. Оценочная напряженность в этом соединении в 3 раза выше, чем у циклобутана. Это соединение обнаружено в бактериях, осуществляющих процесс анамокса, где оно входит в состав плотной и очень компактной мембраны, которая, как считается, защищает организм от токсичных гидроксиламина и гидразина, участвующих в образовании азота и воды из ионов нитритов и аммиака. Некоторые родственные фенестраны также встречаются в природе. Циклобутановые фотодимеры (CPD) образуются в результате фотохимических реакций, приводящих к образованию связи между двойными связями C=C пиримидинов. Наиболее распространенными из CPD являются тиминовые димеры (TT-димеры), формирующиеся между двумя молекулами тимина. CPD эффективно восстанавливаются ферментами нуклеотидной эксцизионной репарации. В большинстве организмов они также могут быть восстановлены фотолазами – светозависимым семейством ферментов. Ксеродерма пигментная – это генетическое заболевание, при котором это повреждение не поддается восстановлению, что приводит к изменению пигментации кожи и развитию опухолей, вызванных воздействием ультрафиолетового излучения. Карбоплатин – популярный противораковый препарат, получаемый из циклобутана 1,1-дикарбоновой кислоты.
Подготовка
Существует множество методов получения циклобутанов. Алкены димеризуются при облучении ультрафиолетовым светом. 1,4-дигалобутаны превращаются в циклобутаны при дегалогенировании восстановительными металлами. Циклобутан был впервые синтезирован в 1907 году Джеймсом Брюсом и Ричардом Виллштеттером путем гидрирования циклобутена в присутствии никеля.