Введение
Органическая молекула с двумя или более кольцами, имеющими общий атом.
В органической химии спиросоединения – это соединения, содержащие как минимум два молекулярных кольца, соединенных только одним общим атомом. Самые простые спиросоединения являются бициклическими (содержат только два кольца) или включают бициклическую часть в составе более крупной кольцевой системы, в обоих случаях кольца связаны через единственный общий атом. Наличие единственного общего атома, соединяющего участвующие кольца, отличает спиросоединения от других бициклических соединений: от изолированных кольцевых соединений, таких как бифенил, не имеющих соединяющих атомов, от конденсированных кольцевых соединений, таких как декалин, имеющих два кольца, связанных двумя соседними атомами, и от мостиковых кольцевых соединений, таких как норборнан, с двумя кольцами, соединенными двумя не соседними атомами. Бициклические кольцевые структуры в органической химии, состоящие из двух полностью карбоциклических (углеродных) колец, соединенных только одним атомом, встречаются как в природных соединениях, так и в синтетических веществах.
Гетероциклические спиросоединения
Спиральные соединения считаются гетероциклическими, если атом спиро или любой атом в любом из колец не является атомом углерода. Примеры включают наличие спирогетероатома, такого как кремний и азот (а также другие атомы группы IVA [14] и других типов), соединяющего кольца, которые были обнаружены или изучаются теоретически. Распространенным случаем является наличие двух атомов, отличных от углерода, в одном из колец, при этом оба кольца присоединены к спироатому. Фактически, часто первое знакомство химика-практиканта со спиральным соединением происходит с гетероциклической формой – кеталем (ацеталем), образующимся при защите кетонов диолами и дитиолами. Пример этого показан выше, в синтезе ацеталя 1,4-диоксиаспиро[4.5]декана из циклогексанона и этанедиола. В этом случае, поскольку не все четыре атома, присоединенные к спироатому, являются атомами углерода, спироатом не является четвертичным атомом углерода. Другим примером ацеталя, образованного из циклического кетона, но с использованием дитиола, является спиросоединение спираприл, содержащее пятичленное кольцо, образованное из 1,2-этандитиола. И хотя кольца могут быть идентичными, в гетероциклическом случае они, как правило, не идентичны. Вновь, наилучшие плоскости, соответствующие каждому кольцу, обычно не сонаправлены друг с другом (то есть кольца не лежат в одной плоскости, хотя на изображениях может казаться иначе).
A common case is the presence of two atoms that are not carbon in one of the rings, with those two rings both attached to the spiro atom; indeed, often the earliest exposure of a chemist in training to a spiro compound is to a heterocyclic form, the ketal (acetal) formed in the protection of ketones by diols and dithiols. An example of this is shown above, in the synthesis of the acetal 1,4 dioxaspiro[4.5]decane from cyclohexanone and ethanediol. In this case, because the four atoms attached to the spiro atom are not all carbons, the spiro atom is not a quaternary carbon. A further example of an acetal formed from a cyclic ketone, except with a dithiol, is the spiro compound spirapril, which has a five membered ring formed from 1,2 ethanedithiol. Again, while the rings could be identical, in the heterocyclic case they are, again, almost always non identical. Once again, the best fit planes to each ring are generally non coplanar to one another (i. e., the rings are not coplanar, despite appearing so in images).
Полиспиросоединения
Полиспировое соединение связано двумя или более спироатомами, формирующими три или более цикла.
Номенклатура
Номенклатура спиросоединений впервые была обсуждена Адольфом фон Бейером в 1900 году. Приставка "спиро" обозначает два кольца, соединенных спироатомом. Основной метод систематической номенклатуры заключается в указании в квадратных скобках числа атомов в меньшем кольце, затем числа атомов в большем кольце, разделенных точкой, при этом спироатом (атом, посредством которого связаны два кольца) не учитывается. Нумерация позиций начинается с атома меньшего кольца, соседнего со спироатомом, далее по атомам этого кольца, затем сам спироатом и далее по атомам большего кольца. Например, соединение А на изображении называется 1-бромо-3-хлорспиро[4.5]декан-7-ол, а соединение В называется 1-бромо-3-хлорспиро[3.6]декан-7-ол.
Хиральность
Спираны могут быть хиральными тремя различными способами. Первоначально одна из карбинольных групп протонируется, что позволяет воде отщепиться и образует соответствующий карбокатион (вторая структура, первый ряд); этот промежуточный продукт затем претерпевает миграцию связи, приводящую к расширению соседнего кольца, а последующая депротонизация раскрывает кетонную функциональную группу, завершая первую стадию механизма. Этот первый продукт, спиробициклический кетон, сам по себе является спиросоединением и дает дальнейший спирокарбинол и алициклический спироуглеводород после двух дополнительных реакций восстановления. Сначала восстановление карбонильной группы, завершающей первую стадию механизма, дает спирокарбинол, являющийся исходным веществом для второй стадии, необходимой для восстановления до алкана (показано). Это последнее восстановление осуществляется с использованием гидрида лития и алюминия (LiAlH4) через алкогольный тозилат (получаемый с использованием тозилхлорида). Таким образом, эта последовательность из трех реакций обеспечивает получение трех спиросоединений (кетона, спирта и алкана), представляющих потенциальный интерес для исследований или практического применения. Спиран – это химическое соединение, как правило органическое, характеризующееся скрученной структурой, состоящей из двух или более колец (кольцевой системы), в которой 2 или 3 кольца связаны между собой одним общим атомом, примеры которого приведены справа.