Малые циклы: производные циклопропана и циклобутана

В циклопропане валентные углы атомов, образующих цикл, равны 60', т. е. очень сильно отличаются от валентного угла тетраэдрического атома углеро­да (109,5°). Поэтому неудивительно, что энтальпия образования циклопро-пановой системы при внутримолекулярной циклизации 1,3-бифункцио-нального предшественника типа 271 (схема 2.106) должна быть довольно большой из-за необходимости произвести над системой значительную рабо­ту, затрачиваемую на искажение валентных углов. В то же время реакцион­ные центры С" и С* в показанном предшественнике достаточно сближены, и вследствие этого энтропийный барьер для образования циклического пере­ходного состояния не слишком велик. Этот благоприятствующий фактор оказывается настолько существенным, что, несмотря на довольно высокий энтальпийный барьер, обычные методы образования связи С—С достаточно хорошо работают в применении к синтезу циклопропанов.

Реакции (1) {28а] и (2) [28Ь] являются примерами хорошо известного соче­тания по Вюрцу. Примечательно, что даже в этих случаях, где результатом яв­ляется образование стерически высоко напряженных продуктов 272 и 273, это сочетание протекает с хорошим выходом. В реакции (3) образование требуемо­го 1,3-бифункционального предшественника 274 происходит как результат межмолекулярного алкилирования карбаниона 275 дихлорэтаном. Последую­щее замыкание трехчленного цикла с образованием спирогептадиена (276) — итог реакции такого же типа, но уже во внутримолекулярном варианте [28с]. Конечный результат этих двух стадий соответствует схеме сочетания 1,1-бис-карбаниона с 1,2-бис-карбокатионом. В некотором смысле комплементарной является последовательность стадий, приводящих к получению циклопропана 277 [реакция (4)], которая может быть описана как сочетание 1,2-бис-карбани-она с 1,1-бис-карбокатионом. Действительно, в этой последовательности сна­чала из эфира янтарной кислоты генерируется бис-енолят 278. Последний да­лее алкилируется хторбромметаном с образованием алкилированного моно-енолята 278а, способного далее претерпевать внутримолекулярное алкилирование с образованием трехчленного цикла. Примечательно, что продукт 277 об­разуется как индивидуальный транс-нэомер, и эту схему удалось также исполь­зовать для энантиоселективного синтеза производных транс- 1,2-циклопро-пандикарбоновой кислоты [28d]. Говоря о синтезе трехчленных циклов, нельзя не упомянуть такжг о легкости образования трехчленных гетероциклических соединений, например эпоксидов, по схеме внутримолекулярной S_N2-реакций из соответствующих вицинальных производных, например галогенгидринов.

В значительной мере сходная ситуация имеет место для циклобутанов с той разницей, что образование 4-членного цикла требует существенно мень­шего искажения валентных углов. Однако реагирующие группы О и С^ь в 1,4-дизамещенном ациклическом предшественнике типа 279 (схема 2.107) нахо­дятся дальше друт от друга, и соответственно вероятность их внутримолеку­лярного сближения меньше, чем в рассмотренном выше случае образования циклопропанэв из 1,3-дизамещенных производных. Поэтому синтез цикло­бутанов из 1,4-бифункциональных соединений, хотя и осуществим [28е], но оказывается обычно менее селективным, чем синтез циклопропанов (из-за возрастания роли межмолекулярных реакций).

Особенно эффективна реакция Вюрца для построения циклобутанового фрагмента в тех случаях, когда структура субстрата обеспечивает принуди­тельное сближение реагирующих центров (например, за счет наличия цик­ла), как это имеет место в случае синтеза бициклических соединений 280 [28f] и 281 [28g].

Можно было бы привести еще ряд примеров удачных синтезов циклопро­панов и циклобутанов, в которых использованы самые разные из уже извест­ных нам методов создания связи С—С. Однако разработаны несравненно бо­лее эффективные и общие пути построения малых циклов, основанные на совершенно других принципах, о которых мы скажем в разд. 2.6.3.

Схема 2.106

Схема 2.107