Спиросоединения

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Спиро[2.2]пентан – одно из простейших спиросоединений ряда предельных углеводородов. Трёхчленные циклы расположены перпендикулярно друг другу.

Спиросоедине́ние (спиран) (от др.-греч. σπεῖρα и лат. spīra «скручивать, сгибать, сворачивать»;[1] англ. Spiro compound или Spirane) — химическое соединение, в структуре которого содержится по меньшей мере одна пара циклических фрагментов, состоящих из ковалентно связанных между собой атомов, имеющих только один общий атом и не связанных между собой мостиковыми связями.[2][3] Такие соединенные попарно (в отдельных случаях – по трое[4]−532[5][6][7]−474) только через один общий атом карбоциклические или гетероциклические фрагменты (спиросочленённые циклы) образуют спирановый фрагмент молекулы спиросоединения, а связывающий их общий общий атом называют спироатомом[8]. Наряду с соединениями с изолированными и конденсированными циклами, а также мостиковыми и каркасными соединениями образуют группу полициклических органических соединений.

Классификация

В зависимости от числа спироатомов в одном спирановом фрагменте различают моноспиросоединения (один спироатом, два или три спиросочленных циклических фрагмента) и полиспиросоединения (два и более спироатома, три и более спиросочленённых циклических фрагментов).[9] В качестве спироатомов могут выступать нейтральные атомы углерода, кремния, фосфора, серы, а также положительно заряженные атомы четырехвалентного азота (катионы тетраалкиламмония) и отрицательно заряженные атомы шестивалентного фосфора.[3]

Спиросочленённые циклические фрагменты в молекулах спиранов могут быть:

  • карбоциклическими, гетероциклическими, а также фрагментами неорганических циклических систем (например, трехчленные циклотрисиленовые[10] фрагменты в спиро[2.2]пентасиладиене [11]);
  • моноциклическими или состоять из более сложных (конденсированных, мостиковых, каркасных) циклических систем.[3]
Примеры различных спиросоединений
5X7,5',5"-spiroter[benzo[b]phosphindol]-5-ide
5X7,5',5"-spiroter[benzo[b]phosphindol]-5-ide
Спиро[2.2]пентадиеннепредельное карбоциклическое моноспиросоединение 1,4-Диоксаспиро[4.5]ундекан[12][13]кеталь циклогексанона и этиленгликоля, содержит гетероцикл спиросочленённый с карбоциклом 7,5',5"-спиротер[бензо[b]фосфиндол]-5-ид калия [6]хиральное спиросоединение с тремя циклами соединёнными через один спироатом

Спиросоединения принято рассматривать в качестве органических веществ, главным образом, из-за отсутствия данных о синтезе спиранов, не содержащих в своем составе атомов углерода. Однако определение спиросоединений позволяет отнесение к этому классу и неорганических веществ, отдельные представители которых являются предметом теоретического изучения, в частности, ряд расчётных работ по квантовохимическому моделированию методами молекулярных орбиталей и DFT посвящен изучению строения молекул неорганических спиросилоксанов.[14][15][16]−872 При этом, несмотря на определенную структурную аналогию, хелатные комплексы, в которых два или более бидентантных лиганда соединены с одним ионом металла посредством ионных и координационных связей, к спиросоединениям относить не принято.

Строение

Плоскости циклов, образующих спирановый фрагмент, взаимно перпендикулярны, что справедливо, как в случае спиросочленения двух циклов через четырёхвалентные атомы (С, Si, N+), так и в случае, когда три цикла связаны через спироатом, в качестве которого могут выступать анионы фосфора(V) или мышьяка (V).

Номенклатура

В 1900 г. Адольф фон Байер впервые предложил термин "спиран" для наименования спиросоединений и первый вариант номенклатуры моноспиросоединений, включающих два спиросочленных моноцилических фрагмента.[17] Позднее Радулеску предложил правила для наименования спиросоединений, включающих спиросопряженные полициклические фрагменты.[18] Оба подхода были включены Паттерсоном в объединенную номенклатуру циклических органических соединений,[19] а позднее вошли в перечень номенклатурных правил ИЮПАК для органических соединений (правила 1979 года[20] и рекомендации от 1993[21]). Последние значимые изменения в номенклатурные правила ИЮПАК для спиросоединений нашли отражение в рекомендациях Мооса в 1999 году.[22] Актуальная версия систематической номенклатуры спиросоединений приведена в разделе P-24 свода номенклатурных правил ИЮПАК по органической химии от 2013 года.[23]

См. также

Примечания

  1. Charlton T. Lewis, An Elementary Latin Dictionary, spīra. www.perseus.tufts.edu. Дата обращения: 27 февраля 2022. Архивировано 27 февраля 2022 года.
  2. The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Термин Спиросоединения по ИЮПАК (англ.). The IUPAC "Gold Book". IUPAC. doi:10.1351/goldbook.S05881. Дата обращения: 16 февраля 2022. Архивировано 3 марта 2016 года.
  3. 1 2 3 G. P. Moss, P. a. S. Smith, D. Tavernier. Glossary of class names of organic compounds and reactivity intermediates based on structure (IUPAC Recommendations 1995) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 1995-01-01. — Vol. 67, iss. 8-9. — P. 1307–1375. — ISSN 1365-3075. — doi:10.1351/pac199567081307. Архивировано 13 марта 2021 года.
  4. G. P. Moss. Extension and revision of the nomenclature for spiro compounds // Pure and Applied Chemistry. — 1999-03-30. — Т. 71, вып. 3. — С. 531–558. — ISSN 0033-4545 1365-3075, 0033-4545. — doi:10.1351/pac199971030531. Архивировано 6 февраля 2023 года.
  5. Organophosphorus Chemistry. Volume 4 A review of the literature published between July 1971 and June 1972. / Ed. S. Triplett. — London: The Chemical Society, 1973. — С. 50. — 305 с. — ISBN 978-1-84755-424-6, 1-84755-424-5. Архивировано 7 февраля 2023 года.
  6. 1 2 D. Hellwinkel. Optically Active Trisbiphenylenephosphates (англ.) // Angewandte Chemie International Edition in English. — 1965-04. — Vol. 4, iss. 4. — P. 356. — ISSN 1521-3773 0570-0833, 1521-3773. — doi:10.1002/anie.196503562. Архивировано 7 февраля 2023 года.
  7. K. C. Kumara Swamy, Sudha Kumaraswamy, Musa A. Said, R. S. Krishna Kishore, R. Herbst-Irmer. Cyclic hexacoordinate phosphorus compounds (англ.) // Current Science. — 2000. — Vol. 78, iss. 4. — P. 473–478. — ISSN 0011-3891. Архивировано 7 февраля 2023 года.
  8. The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Термин Спироатом по IUPAC (англ.). The IUPAC "Gold Book". IUPAC. doi:10.1351/goldbook.S05884. Дата обращения: 16 февраля 2022. Архивировано 20 января 2022 года.
  9. Спиросоединения // Химическая энциклопедия : [рус.] : [арх. 6 октября 2021] : в 5 т. / под ед. Н. С. Зефирова. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 403–404. — 639 с. — ISBN 5-85270-092-4.
  10. PubChem. Cyclotrisilene (англ.). pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. Дата обращения: 26 февраля 2022. Архивировано 26 февраля 2022 года.
  11. Takeaki Iwamoto, Makoto Tamura, Chizuko Kabuto, Mitsuo Kira. A Stable Bicyclic Compound with Two Si=Si Double Bonds (англ.) // Science. — 2000-10-20. — Vol. 290, iss. 5491. — P. 504–506. — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203. — doi:10.1126/science.290.5491.504. Архивировано 16 февраля 2022 года.
  12. 2-CYCLOHEXYLOXYETHANOL // Organic Syntheses. — 1967. — Т. 47. — С. 37. — doi:10.15227/orgsyn.047.0037. Архивировано 7 февраля 2023 года.
  13. R. Noyori, S. Murata, M. Suzuki. Trimethysilyl triflate in organic synthesis11Part 11 of this series. Part 10: S. Murata and R. Noyori, Tetrahedron Letters 2107 (1981). (англ.) // Tetrahedron. — 1981. — Vol. 37, iss. 23. — P. 3899–3910. — doi:10.1016/S0040-4020(01)93263-6. Архивировано 18 июня 2022 года.
  14. W. C. Lu, C. Z. Wang, V. Nguyen, M. W. Schmidt, M. S. Gordon. Structures and Fragmentations of Small Silicon Oxide Clusters by ab Initio Calculations (англ.) // The Journal of Physical Chemistry A. — 2003-09-01. — Vol. 107, iss. 36. — P. 6936–6943. — ISSN 1520-5215 1089-5639, 1520-5215. — doi:10.1021/jp027860h. Архивировано 7 февраля 2023 года.
  15. S. K. Nayak, B. K. Rao, S. N. Khanna, P. Jena. Atomic and electronic structure of neutral and charged SinOm clusters (англ.) // The Journal of Chemical Physics. — 1998-07-22. — Vol. 109, iss. 4. — P. 1245–1250. — ISSN 1089-7690 0021-9606, 1089-7690. — doi:10.1063/1.476675. Архивировано 7 февраля 2023 года.
  16. Indrajit Bandyopadhyay, Christine M. Aikens. Structure and Stability of (TiO 2 ) n , (SiO 2 ) n , and Mixed Ti m Si n − m O 2 n [ n = 2−5, m = 1 to ( n − 1) Clusters] (англ.) // The Journal of Physical Chemistry A. — 2011-02-10. — Vol. 115, iss. 5. — P. 868–879. — ISSN 1520-5215 1089-5639, 1520-5215. — doi:10.1021/jp109412u. Архивировано 7 февраля 2023 года.
  17. Adolf Baeyer. Systematik und Nomenclatur bicyclischer Kohlenwasserstoffe (англ.) // Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. — 1900-10. — Vol. 33, iss. 3. — P. 3771–3775. — ISSN 0365-9496. — doi:10.1002/cber.190003303187.
  18. Dan Radulescu. Über die Nomenklatur der Spirane (англ.) // Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. — 1911-01. — Vol. 44, iss. 1. — P. 1023–1026. — ISSN 0365-9496. — doi:10.1002/cber.191104401152.
  19. Austin M. Patterson. THE NOMENCLATURE OF PARENT RING SYSTEMS 1,2 (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 1928-11. — Vol. 50, iss. 11. — P. 3074–3087. — ISSN 1520-5126 0002-7863, 1520-5126. — doi:10.1021/ja01398a034. Архивировано 7 февраля 2023 года.
  20. International Union of Pure and Applied Chemistry. Commission on the Nomenclature of Organic Chemistry. Nomenclature of organic chemistry. — 4th ed. — Oxford: Pergamon Press, 1979. — xix, 559 pages с. — ISBN 0-08-022369-9, 978-0-08-022369-8. Архивировано 29 декабря 2008 года.
  21. International Union of Pure and Applied Chemistry. Commission on the Nomenclature of Organic Chemistry. A guide to IUPAC nomenclature of organic compounds : recommendations 1993. — Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1993. — xv, 190 pages с. — ISBN 0-632-03702-4, 978-0-632-03702-5, 0-632-03488-2, 978-0-632-03488-8.
  22. G. P. Moss. Extension and revision of the nomenclature for spiro compounds (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 1999-03-30. — Vol. 71, iss. 3. — P. 531–558. — ISSN 0033-4545 1365-3075, 0033-4545. — doi:10.1351/pac199971030531. Архивировано 6 февраля 2023 года.
  23. Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013. — Cambridge, England: Royal Society of Chemistry, 2014. — 1 online resource (ixiii, 1568 pages) с. — ISBN 978-1-84973-306-9, 1-84973-306-6. Архивировано 23 июня 2023 года.