Введение
Органическая молекула (C10H10) Буллвален - углеводород с химической формулой C10H10. Молекула имеет клетчатую структуру, образованную слиянием одного циклопропана и трех циклогепта 1, 4-диеновых колец. Буллвален необычен как органическая молекула из-за того, что C\sC и C\dC связи формируются и разрушаются быстро в временной шкале NMR; это свойство делает его флюкционной молекулой.
Bullvalene is a hydrocarbon with the chemical formula |C10H10. The molecule has a cage like structure formed by the fusion of one cyclopropane and three cyclohepta 1,4 diene rings. Bullvalene is unusual as an organic molecule due to the |C\sC and |C\dC bonds forming and breaking rapidly on the NMR timescale; this property makes it a fluxional molecule.
Стереодинамика
Молекула буллалена представляет собой циклопропанную платформу с тремя виниленовыми руками, соединенными в метиновой группе. Это расположение позволяет произвести перестановку Копе в результате, что все атомы углерода и атомы водорода выглядят эквивалентно по временной шкале МРТ. При комнатной температуре 1H NMR сигналы в среднем до округлой пик в 5,76 ppm. При более низких температурах пик расширяется в курганистый вид, а при очень низких температурах флуксионное поведение буллвалена уменьшается, что позволяет увидеть 4 сигнала. Эта модель соответствует процессу обмена, скорость которого k близка к частотному разделению четырех содействующих резонансов. Количество возможных валентных таутомеров булвальена с десятью различными позициями равняется 10!/3 = 1 209 600 без учета энантиомеров.
Синтез
В 1963 году Г. Шредер произвел буллвален фотолизом димера циклооктатетраена. Реакция продолжается выбросом бензола. В 1966 году В. фон Эггерс Доринг и Джоэл Розентал синтезировали его путем фотохимического переустройства цис 9,10 дигидронафталена.
Бульвалоны
В булвалонах одна винильная группа в одном из рук булвалена заменяется кето-группой на метиленовом мосту. Таким образом, можно активировать флукционовое состояние путем добавления основания и снова деактивировать его путем удаления основания: соединение 1 в схеме 2 не является флукционовой молекулой, но путем добавления основания (метаоксида натрия в метаноле) кетон превращается в энолат 2 и флукционовое состояние включается. Обозначение дейтерия возможно сформировав сначала 3 а, а затем сложную смесь с до 7 атомами дейтерия, соединение 4 является только одним из них.
Compound 1 in scheme 2 is not a fluxional molecule but by adding base (sodium methoxide in methanol) the ketone converts to the enolate 2 and the fluxional state is switched on. Deuterium labeling is possible forming first 3 a then a complex mixture with up to 7 deuterium atoms, compound 4 being just one of them.
Семибуллвален
В полубульвалене (C8H8) одна этиленовая рука заменяется одной связью. Соединение впервые было получено путем фотолиза баррелена в изопентане с ацетоном в качестве фотосенсибилизатора в 1966 году. Полубульвален существует только в виде двух валентных таутомеров (2a и 2b в схеме 3), но в этой молекуле перестройка Копа происходит даже при 110 °C, температуре, при которой этот тип реакции обычно невозможен. Один из способов понимания реакционного механизма этой фотореакции - эксперимент с перемещением изотопов. 6 виниловых протонов в баррелине 1 более кислотны, чем два протона мостового головки, и поэтому их можно заменить дейтерием с N дейтериоциклогексиламидом. Фотолиз 2 приводит к первоначальному образованию бирадикального промежуточного продукта с образовавшимся циклопропановым кольцом. Этот продукт перестраивается во второй промежуточный продукт с более благоприятным алличным радикалом в виде двух мезомеров. Межсистемный скрещивание и радикальная рекомбинация приводят к равным количествам полубульваленов 3 и 4. Новое распределение протонов с аллильными, винильными и циклопропанилными протонами, определенное протоновой МРТ, подтверждает эту модель. Как отмечалось, преобразование баррелена в полубульвален является перестройкой ди-пи-метана. Синтетическая процедура для алкилированных полубульвалентов, опубликованная в 2006 году, основана на циклодимеризации замещенного 1,4 дилитио 1,3 бутадиена с медью ((I) бромидом. При 140 °C этилированный полубульвален изомеризируется до производного циклооктатетраена.
Барбаралан
В барбаралане одна этиленовая рука заменяется метиленовым мостом, и динамика сравнима с динамикой полубульвалена. В синтезе булвалена также присутствует промежуточный кетон, называемый "барбароном". Оба названы в честь Барбары М. Ферриер, (1932-2006) профессора кафедры биохимии и биомедицинских наук в Университете Макмастера.
Происхождение названия
Название буллвален происходит от прозвища одного из ученых, который предсказал его свойства в 1963 году и основополагающую концепцию валентного таутомеризма, Уильяма "Булла" Доринга. По словам Кларнера в 2011 году еженедельные семинары, организованные Доерингом, были тайно названы "сессиями быка" докторантами и постдокторами и "боялись теми, кто был плохо подготовлен". Название молекулы было дано в 1961 году двумя аспирантами Доринга из Йельского университета, Мэйтлендом Джонсом-младшим и Роном Магидом. Название празднует известное прозвище Билла Доринга и было выбрано в рифму с фулваленом, молекулой, представляющей большой интерес для исследовательской группы.