Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Химические явления в кольцевых системах
Chemical phenomenon within ring systems
Расширение и сужение кольца – это реакции, приводящие к увеличению или уменьшению размера циклов, обычно в органической химии. Этот термин обычно относится к реакциям, включающим образование и разрыв C-C связей.
|C4H7+ < > C3H5CH2+
Ring expansion and ring contraction reactions expand or contract rings, usually in organic chemistry. The term usually refers to reactions involve making and breaking C C bonds,
|C4H7+ < > C3H5CH2+
Схватки карбеноидных колец
В реакции Арндт-Эйстерта α-диазокетон подвергается разложению с выделением N2, что приводит к образованию высокореактивного углеродного центра с шестью электронами во внешней оболочке, расположенного рядом с карбонильной группой. Эти соединения преобразуются посредством перегруппировки Вольфа в сложные эфиры в присутствии спиртов. При использовании с циклическими α-диазокетонами происходит сужение цикла. В случае стероидов эта реакция применялась для превращения циклопентаноновых групп в циклобутильные производные.
In the Arndt–Eistert reaction, an α diazoketone is induced to release N2, resulting in a highly reactive sextet carbon center adjacent to the carbonyl. Such species convert by a Wolff rearrangement to give an ester in the presence of alcohols. When applied to cyclic α diazoketones, ring contraction occurs. In the case of steroids, this reaction has been used to convert cyclopentanone groups to cyclobutanyl derivatives.
Реакции расширения кольца
Расширение цикла может обеспечить доступ к более крупным системам, которые в противном случае сложно синтезировать. Циклы можно расширить за счет атаки цикла на внешнюю группу, уже присоединенную к циклу (миграция/вставка), раскрытия бицикла в один больший цикл или сочетания замыкания цикла с расширением. Эти расширения можно дополнительно классифицировать в зависимости от типа атома, включаемого в расширенный цикл (углерод или гетероатом).
Ring expansions can allow access to larger systems that can be difficult to synthesize otherwise. Rings can be expanded by attack of the ring onto an outside group already appended to the ring (a migration/insertion), opening of a bicycle to a single larger ring, or coupling a ring closing with an expansion. These expansions can be further broken down by what type of atom they incorporate (a carbon or a heteroatom) into the expanded ring.
Вставка углерода через миграцию в экзоциклическую группу
Эти реакции характеризуются наличием экзоциклической уходящей группы на углероде, соседнем с кольцом, и электронодонорной группы в кольце, способной инициировать миграцию эндоциклической связи. Типичным способом введения углерода в миграцию является перегруппировка пинакола. Эти реакции полезны не только для увеличения размера кольца, но и потому, что к атакуемой экзоциклической группе может быть присоединена дополнительная функциональность, помимо уходящей группы. Группа, к которой мигрирует эндоциклическая связь, также может быть селективно присоединена к кольцу в зависимости от уже присутствующей функциональности, например, 1,2-присоединение к циклическому кетону.
These reactions have the general features of having an exocyclic leaving group on a carbon adjacent to the ring and an electron donating group on the ring capable of initiating a migration of an endocyclic bond. A common migration introduction of carbon is a pinacol rearrangement. These reactions are useful beyond simply expanding a ring because the exocyclic group attacked may also have other functionality appended to it besides the leaving group. The group to which the endocyclic bond migrates can also be selectively added to the ring based on the functionality already present, for example 1,2 addition into a cyclic ketone.
Вставка углерода через открытие велосипеда
Распространенный метод расширения кольца включает в себя раскрытие циклопропанового фрагмента в составе бициклического промежуточного соединения. Эта стратегия может начинаться с циклопропанирования циклического алкена, аналогичного реакции Симмонса-Смита. Другим примером расширения кольца на основе циклопропана является расширение кольца Бухнера. Расширение кольца Бухнера используется для превращения аренов в циклогептатриены. Процесс расширения кольца Бухнера направляется на образование желаемого продукта путем введения электроноакцепторных групп на присоединяемый углеродный атом. Для раскрытия кольца в насыщенных бициклических молекулах циклопропан должен быть введен таким образом, чтобы соседняя группа способствовала расширению, либо раскрытие кольца должно происходить под воздействием внешней группы. Раскрытие кольца как метод расширения кольца также может быть применено к более крупным системам для получения еще более крупных циклических структур. Фрагментация Гроба является примером такого расширения. Подобно миграции типа пинакола, фрагментация Гроба опирается на группу, донирующую электроны, для облегчения миграции связи и способствования отщеплению уходящей группы. В этом случае группа, донирующая электроны, может быть псевдо-донорной группой, способной к элиминированию и передаче электронной пары на углерод с разрывающейся связью. Использование двух меньших колец позволяет независимо модифицировать две части молекулы перед работой с расширенным кольцом. Реакция расширения кольца Дауда-Беквита также способна добавлять несколько атомов углерода в кольцо одновременно и является полезным инструментом для синтеза больших колец. Хотя реакция протекает через бициклический промежуточный продукт, окончательная циклизация и раскрытие кольца происходят в рамках одной радикальной реакции. Это расширение полезно, поскольку позволяет превратить бета-кетоэстер в большой циклический кетон, который можно легко модифицировать, используя либо циклический кетон, либо экзоциклический эфир.
A common method for expanding a ring involves opening cyclopropane containing bicyclic intermediate. The strategy can start with a Simmons Smith like cyclopropanation of a cyclic alkene. A related cyclopropane based ring expansion is the Buchner ring expansion. The Buchner ring expansion is used to convert arenes to cycloheptatrienes. The Buchner ring expansion is encouraged to open to the desired product by placing electron withdrawing groups on the carbon added. In order to perform the ring opening on saturated bicyclic molecules the cyclopropane must be introduced such that a neighboring group can facilitate the expansion or the ring must be opened by attackate the expansion or the ring must be opened by attack from an outside group. Ring opening as a means of ring expansion can also be applied to larger systems to give access to even larger ring syscyclization. The Grob fragmentation can be applied as an example of such an expansion. Like the pinacol type migration the Grob fragmentation relies on an electron donating group to promote the bond migration and encourage the leaving group to be expelled. In this case the electron donating group can be a pseudo electron donating group which is capable of eliminating and donating an electron pair into the carbon with the breaking bond. Working with two smaller rings can allow for elaboration of two parts of the molecule separately before working with the expanded ring. The Dowd Beckwith ring expansion reaction is also capable of adding several carbons to a ring at a time,e of adding several carbons to a ring at a time, and is a useful tool for making large rings. While it proceeds through an intermediate bicycle the final cyclization and ring opening take place within the same radical reaction. This expansion is useful because it allows the expansion of a beta ketoester to a large cyclic ketone which can easily be elaborated using either the cyclic ketone or the exocyclic ester.
Реакции вставки гетероатомов
Добавление гетероатомов к кольцам может происходить за счет расширения кольца, если это не осуществляется посредством de novo синтеза кольца. Эти введения гетероатомов в основном представляют собой расширение кольца, поскольку они часто протекают по путям миграции/вставки, аналогичным описанным выше для углерода. Примерами являются важные применения перегруппировки Бекмана (для введения азота в кодеин) и окисления Баейера-Виллигера (для введения кислорода в аннулированные эфиры каркасных систем) в синтезе. В обоих случаях происходит отщепление уходящей группы, когда алкильная группа мигрирует на экзоциклический гетероатом, что удивительно напоминает перегруппировку типа пинакола.
Heteroatom additions to rings can occur through ring expansions if not they are not done through de novo ring synthesis. These introductions are primarily ring expansions because they often take place through migration/insertion pathways similar to those mentioned above for carbon. Examples include high impact applications of the Beckmann rearrangement (for introduction of nitrogen into codeine) and the Baeyer Villiger oxidation (introduction of oxygen to cage annulated ethers) in synthesis. Both occur with the expulsion of a leaving group as the alkyl group migrates onto the exocyclic heteroatom, which is strikingly similar to the pinacol type rearrangement.
Реакции сжатия кольца
Кольцевые сжатия полезны для получения меньших, более напряжённых циклов из больших циклов. Необходимость в создании таких циклов обусловлена сложностью синтеза полностью сформированного малого цикла, в то время как его можно легче получить из более крупного цикла, из которого можно удалить атом, или из-за большей доступности исходного большого каркаса. Кольцевые сжатия легко классифицируются по реакционному интермедиату, осуществляющему сжатие. Основными интермедиатами являются анионные, катионные и карбеноидные.
Ring contractions are useful for making smaller, more strained rings from larger rings. The impetus for making these rings comes from the difficulty associated with making a fully elaborated small ring when such a ring could more easily be made from an elaborated larger ring, from which an atom can be excised, or that the original larger scaffold is more accessible. Ring contractions are easily characterized simply by the reactive intermediate which performs the contraction. The standard intermediates are anionic, cationic, and carbenoid.
Перестановка Фаворского
Перестановка Фаворского — классическое анионное сокращение кольца. Она протекает через карбанион, который атакует эндоциклический атом углерода и отщепляет уходящую группу (галогенид), образуя бициклическую молекулу с кольцами меньшего размера, чем исходное. Затем бицикл раскрывается в результате нуклеофильной атаки на кетон, что приводит к образованию продукта с сокращенным кольцом. Эта реакция использовалась для превращения циклогексанона в метиловый эфир циклопропанкарбоновой кислоты. Альтернативой стандартной перестройке Фаворского является проведение реакции, которую можно рассматривать как отрицательную перегруппировку пинакола, где анионная группа способствует миграции связи, ориентированной вдоль уходящей группы, и отщеплению этой группы, что было использовано в нескольких синтезах. Как и в реакции расширения кольца, миграция облегчается электронодонорной группой. Реакции сокращения одного кольца могут быть сопряжены с расширением другого, что приводит к образованию бицикла с неравными кольцами из исходных конденсированных колец одинакового размера. Эти катионные перегруппировки нашли применение в синтезе основных фрагментов сложных молекул.
The Favorskii rearrangement is a classic anionic ring contraction. It proceeds through a carbanion that attacks an endocyclic carbon and expels a leaving group (a halide) forming a bicyclic molecule with rings smaller than the original. The bicycle is then opened by nucleophilic attack on the ketone to give the contracted product. This reaction has been used to convert cyclohexanone to the methyl ester of cyclopropanecarboxylic acid. An alternative to the standard Favorskii rearrangement, is to perform what can be thought of as a negative pinacol rearrangement where an anionic group encourages a bond aligned with a leaving group to migrate and expel the leaving group, which has been used in several syntheses. Like the expansion reaction this proceeds with an electron donating group aiding in the migration. Contraction reactions of one ring can be coupled with an expansion of another to give an unequal bicycle from equally sized fused ring. These cationic rearrangements have found use to synthesize the cores of complex molecules.