Sikloalkin

Organik kimyada sikloalkin, bir alkinin siklik analoğudur. Bir sikloalkin, bir veya daha fazla üçlü bağ içeren, kapalı bir karbon atomu halkasından oluşur. Sikloalkinlerin genel formülü C_nH_2n-4 tür. C–C≡C–C alkin biriminin doğrusal doğası nedeniyle, sikloalkinler yüksek oranda zorlanabilir. Yalnızca, halkadaki karbon atomlarının sayısı, bu geometriyi karşılamak için gerekli esnekliği sağlayacak kadar fazla olduğunda mevcut olabilir. Bu molekül sınıfının en küçük bileşenleri deneysel olarak gözlemlenemeyecek kadar çok zorlanma yaşayabilirken, büyük alkin içeren karbosikllerde zorlanma gözlenmez.^[1] Siklooktin (C₈H₁₂), izole edilebilen ve stabil bir bileşik olarak depolanabilen en küçük sikloalkin grubudur.^[2] Bununla birlikte, daha küçük sikloalkinler, diğer organik moleküller ile reaksiyonlar yoluyla veya geçiş metallerine kompleksleşme yoluyla üretilebilir ve hapsedilebilir.

Arka plan

Halka boyutu, basit sikloalkinlerin kararlılığını belirler

R-C = C-R' yapısının belirgin geometrik kısıtlayıcılığı sebebiyle, siklodekinden (C₁₀H₁₆) daha küçük sikloalkinler çok gergin yapılar olarak karşımıza çıkar. Siklononin (C₉H₁₄) ve siklooktin (C₈H₁₂) izole edilebilirken (çok güçlü reaktifler olsa da), sikloheptin (C₇H₁₀)_, siklohekzin (C₆H₈) ve siklopentin (C₅H₆) sadece geçici, reaksiyon ara maddeleri olarak veya bir metal merkezine koordinasyon yapan ligandlar olarak bulunur.^[3] Siklobütin (C₄H₄) ya da siklopropin (C₃H₂) varlığını destekleyen az sayıda deneysel kanıt vardır. Bunlara ek, osmiyum kompleksinin siklobütin ligandları ile izole edildiğini bildiren çalışmalar da vardır.^[4] Yedi, altı ve beş üyeli sikloalkinlerin geçici aralığını gösteren ilk çalışmalar, yüksek enerjili alkinin Diels-Alder veya diazoalkan oluşturmak için siklik dienler veya diazo bileşikleri gibi uygun bir reaksiyon partneri ile yakalanmasına dayanıyordu.^[5] Kararlı küçük halka sikloalkinler daha sonra nikel, paladyum ve platin gibi çeşitli geçiş metalleri ile kompleks halinde izole edilmiştir.^[6] Uzun süredir sınırlı sentetik uygulamalara sahip kimyasal merak olarak kabul edilmesine rağmen, son çalışmalar, hem karmaşık doğal ürünlerin toplam sentezinde hem de biyo-dikey kimyada gergin sikloalkinlerin kullanımını göstermiştir.^[7][8]

Açı gerilimi

Sikloalkinlerdeki açı gerilimi, ondan az karbon içeren halkaların moleküler geometrisini karşılamak için meydana gelmesi gereken R-C≡C bağ açısının deformasyonundan kaynaklanır. Siklononin (C₉H₁₄) ve siklooktin (C₈H₁₂) gerilim enerjileri sırasıyla yaklaşık 2.9 kcal/mol ve 10 kcal/moldür.^[9] Bu sınıfın izole edilebilir bileşenleri için enerjideki bu artış eğilimi, halka boyutuyla ters bir korelasyon ile açı gerginliğinin hızlı bir şekilde arttığını gösterir. Fotoelektron spektroskopisi ile analiz, küçük siklik sistemlerde alkin bağının iki dejenere olmayan π bağından (düşük enerjili π bağına dik, yüksek reaktif gergin bir bağ) oluştuğunu göstermiştir.^[10] R-C≡C bağ açısının Cis bükülmesi, en düşük boş moleküler orbitalin enerjisinin, moleküler orbital teorisi perspektifinden gergin sikloalkinlerin reaktivitesini açıklayan bir fenomende şiddetli bir azalmaya neden olur.^[11]

Sentezi

Gergin sikloalkinlerin sentezine yönelik ilk çabalar, sikloalkinlerin, 1-kloro-sikloalkenden hidroklorik asidin düşük verimle ortadan kaldırılması yoluyla üretilebileceğini gösterdi. İstenen ürün, ana ürün olarak karşılık gelen allen ile bir karışım halinde elde edilebilir.^[12]

Bu alanda daha fazla çalışma daha hafif reaksiyon koşulları geliştirmeyi ve daha sağlam verimler elde etmeyi amaçladı. İstenmeyen allen oluşumunu aşmak için Kobayashi yöntemi ile arin üretimi sikloalkin sentezi için uyarlanmıştır.^[13]

Daha yakın zamanlarda, Fujita tarafından gerilmiş sikloalkinlerin üretilmesi için üstün bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem, Vinil iyodyum tuzlarının bazla indüklenmiş β-eliminasyonunu içerir. Vinil iyodonyumun, pozitif yüklü iyot türlerinin güçlü elektron çekme kabiliyetinden ve ayrıca iyodonyumun ayrılma grubu kabiliyetinden kaynaklanan yüksek reaktivitesi nedeniyle gerilmiş sikloalkinlerin özellikle yararlı bir sentetik öncüsü olduğu kanıtlanmıştır.^[14]

Açıklanan eliminasyon tipi yollara ek olarak sikloalkinler, siklik bis-hidrazonların cıva oksit ile oksidasyonu ve selenadiazolün termal ayrışması yoluyla da elde edilebilir.^[15][16]

Tepkimeleri

Gergin sikloalkinler, açık zincirli alkinlere özgü tüm ilave reaksiyonlara girebilir. Siklik karbon-karbon üçlü bağının aktif doğasından ötürü, Diels-Alder, 1,3-dipolar sikloeklenmeler ve halojenasyon gibi birçok alkin ekleme-tipi reaksiyonlar çok hafif koşullar kullanılarak ve katalizörlerin yokluğunda sıklıkla gerçekleştirilebilir. Alkin reaktivitesine ek olarak, sikloalkinler bir takım benzersiz, sentetik olarak faydalı dönüşümlere uğrayabilirler.

Sikloheksin halka yerleştirme

Özellikle ilgi çekici bir tepkime şekli, siklik ketonlara siklohekzin halkasının eklenmesidir. Reaksiyon, reaktif sikloalkin türlerinin alkoksit aracılı üretimi ile başlatılır, ardından karşılık gelen enolatı elde etmek için ketonun α-deprotonasyonu takip edilir. Daha sonra iki bileşik, enon ürününe kolayca ayrışan oldukça kararsız bir siklobutanolat ara maddesi elde etmek için [2 + 2] -fotosikloekleme kalır.^[17]

Bu reaksiyon, Carreira'nın O ve N guanasastapene toplam sentezinde anahtar adım olarak kullanıldı. 5-7-6 halka sisteminin uygun şekilde yapılmasına izin verdi ve müteakip işlevselleştirme için yararlı sentetik yollar sağladı.^[18][19]

Siklooktinin bakır içermeyen klik reaksiyonu

En küçük izole edilebilir sikloalkin olan siklooktin, gerginliğe bağlı olarak, bir bakır(I) katalizörü olmadan, hafif fizyolojik koşullar altında azid- alkin Huisgen sikloeklemesine girebilir. Bu reaksiyon, canlı hücre görüntüleme için biyo-dikey dönüşüm sağlayarak yaygın bir uygulama bulmuştur.^[20] Her ne kadar reaksiyonun yumuşak, bakır katalizli çeşidi, doğrusal alkinlerle CuAAC (bakır katalizli azid-alkin sikloeklenmesi) bilinmesine rağmen, bakır içermeyen reaksiyonun gelişimi, toksik metal katalizör kullanımını azalttığı için önemlidir.^[21]

Kaynakça

1. Saxe, Paul; Schaefer, Henry F. (1980). "Can cyclopropyne really be made?". J. Am. Chem. Soc. 102 (9): 3239–3240. doi:10.1021/ja00529a057 30 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
2. Cycloalkyne (chemical compound) – Britannica Online Encyclopedia 27 Ekim 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
3. Krebs, Adolf; Wilke, Jürgen (1983). "Angle Strained Cycloalkynes". Topics in Current Chemistry. 109: 189–233. doi:10.1007/BFb0018059 10 Haziran 2018 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
4. Adams, Richard D.; Chen, Gong; Qu, Xiaosu; Wu, Wengan; Yamamoto, John H. (1992). "Cyclobutyne: the ligand. The synthesis and molecular structure of osmium cluster Os₃(CO)₉(μ³-η²-C₂CH₂CH₂)(μ-SPh)(μ-H)". J. Am. Chem. Soc. 114 (27): 10977–10978. doi:10.1021/ja00053a053 30 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
5. Wittig, Georg; Krebs, Adolf (1961). "Zur Existenz niedergliedriger Cycloalkine, 1". Chem. Ber. 94 (12): 3260–3275. doi: 10.1002/cber.19610941213.
6. Bennett, Martin A.; Schwemlein, Heinz P. (1989). "Metal Complexes of Small Cycloalkynes and Arynes". Angew. Chem. 28 (10): 1296–1320. doi:10.1002/anie.198912961 30 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
7. Gampe, Christian M.; Carreira, Erick M. (2012). "Arynes and Cyclohexyne in Natural Product Synthesis". Angew. Chem. 51 (16): 3766–3778. doi:10.1002/anie.201107485.
8. Poole, Thomas H.; Reisz, Julie A.; Zhao, Weiling; Poole, Leslie B.; Furdui, Christina M.; King, S. Bruce (2014). "Strained Cycloalkynes as New Protein Sulfenic Acid Traps". J. Am. Chem. Soc. 136 (17): 6167–6170. doi:10.1021/ja500364r 30 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. PMC 4017607. PMID 24724926 13 Şubat 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
9. Wittig, G.; Krebs, A.; Pohlke, R. (1960). "Über das intermediäre Auftreten von Cyclopentin". Angew. Chem. 72 (9): 324. doi:10.1002/ange.19600720914.
10. Schmidt, Hartmut; Schweig, Armin (1974). "Splitting of the degenerate acetylenic πmos; a probe for ring strain". Tetrahedron Lett. 15 (16): 1471–1474. doi:10.1016/S0040-4039(01)93113-2.
11. Meier, Herbert; Petersen, Hermann; Kolshorn, Heinz (1980). "Die Ringspannung von Cycloalkinen und ihre spektroskopischen Auswirkungen". Chem. Ber. 113 (7): 2398–2409. doi:10.1002/cber.19801130708.
12. Moore, William R.; Ward, Harold R. (1963). "The Equilibration of Cyclic Allenes and Acetylenes". J. Am. Chem. Soc. 85 (1): 86–89. doi:10.1021/ja00884a018.
13. Himeshima, Yoshio; Sonoda, Takaaki; Kobayashi, Hiroshi (1983). "Fluoride-induced 1,2-elimination of o-(trimethylsilyl)phenyl triflate to benzyne under mild conditions". Chem. Lett. 12 (8): 1211–1214. doi:10.1246/cl.1983.1211.
14. Okuyama, Tadashi; Fujita, Morifumi (2005). "Generation of Cycloalkynes by Hydro-Iodonio-Elimination of Vinyl Iodonium Salts". Acc. Chem. Res. 38 (8): 679–686. doi:10.1021/ar040293r 30 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
15. Blomquist, A. T.; Liu, Liang Huang; Bohrer, James C. (1952). "Many-Membered Carbon Rings. VI. Unsaturated Nine-membered Cyclic Hydrocarbons". J. Am. Chem. Soc. 74 (14): 3643–3647. doi:10.1021/ja01134a052 30 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
16. Meier, H.; Voigt, E. (1972). "Bildung und fragmentierung von cycloalkeno-1,2,3-selenadiazolen". Tetrahedron. 28 (1): 187–198. doi:10.1016/0040-4020(72)80068-1 30 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
17. Gampe, Christian M.; Boulos, Samy; Carreira, Erick M. (2010). "Cyclohexyne Cycloinsertion by an Annulative Ring Expansion Cascade". Angew. Chem. 122 (24): 4186–4189. doi:10.1002/ange.201001137.
18. Gampe, Christian M.; Carreira, Erick M. (2011). "Total Syntheses of Guanacastepenes N and O". Angew. Chem. 50 (13): 2962–2965. doi:10.1002/anie.201007644 30 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
19. Gampe, Christian M.; Carreira, Erick M. (2012). "Cyclohexyne Cycloinsertion in the Divergent Synthesis of Guanacastepenes". Angew. Chem. 18 (49): 15761–15771. doi:10.1002/chem.201202222 30 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
20. Baskin, Jeremy M.; Prescher, Jennifer A.; Laughlin, Scott T.; Agard, Nicholas J.; Chang, Pamela V.; Miller, Isaac A.; Lo, Anderson; Codelli, Julian A.; Bertozzi, Carolyn R. (2007). "Copper-free click chemistry for dynamic in vivo imaging". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104 (43): 16793–16797. Bibcode:2007PNAS..10416793B. 28 Aralık 2019 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. doi:10.1073/pnas.0707090104. PMC 2040404. PMID 17942682 7 Nisan 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
21. Hein, Jason E.; Fokin, Valery V. (2010). "Copper-catalyzed azide–alkyne cycloaddition (CuAAC) and beyond: new reactivity of copper(I) acetylides". Chem. Soc. Rev. 39 (4): 1302–1315. doi:10.1039/b904091a 15 Şubat 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. PMC 3073167. PMID 20309487 7 Nisan 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..