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 CnH2n-4 tür. CC≡CC 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. Siklooktin (C8H12), izole edilebilen ve stabil bir bileşik olarak depolanabilen en küçük sikloalkin grubudur. Bununla birlikte, daha küçük sikloalkinler, diğer organik moleküller ile reaksiyonlar yoluyla veya geçiş metallerine kompleksleşme yoluyla üretilebilir ve hapsedilebilir.
Arka plan
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. 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. 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. Kararlı küçük halka sikloalkinler daha sonra nikel, paladyum ve platin gibi çeşitli geçiş metalleri ile kompleks halinde izole edilmiştir. 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.
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. 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. 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.
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.
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.
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.
Açıklanan eliminasyon tipi yollara ek olarak sikloalkinler, siklik bis-hidrazonların cıva oksit ile oksidasyonu ve selenadiazolün termal ayrışması yoluyla da elde edilebilir.
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.
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.
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. 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.