لادران

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 12 صور
الموسوعة الحرة
بنية سلمية بسيطة
نموذج عرق السوس للبنية الكيميائية لجزيء 3-لادران

في الكيمياء ، يُعرف اللادران بأنه جزيء عضوي يحتوي على حلقتين أو أكثر من حلقات السيكلوبوتان المتصلة . وقد اشتق اسمه من تشابه سلسلة حلقات السيكلوبوتان المتصلة مع السلم. طُوّرت العديد من الطرق التركيبية لتخليق مركبات اللادران بأطوال مختلفة. [ 1 ] غالبًا ما تتضمن الآليات تفاعلات الإضافة الضوئية الحلقية [2+2] ، وهو تفاعل مفيد لتكوين حلقات رباعية متوترة. وقد حُدّدت اللادرانات الطبيعية كمكونات رئيسية لغشاء الأناموكسوسوم في بكتيريا الأناموكس ، من شعبة بلانكتوميسيتوتا . [ 2 ]

التسمية

طول السلسلة

تسمية السلالم

أسفرت الطرق التركيبية عن إنتاج مركبات سلمية بأطوال متفاوتة. وقد طُوّر نظام تصنيف لوصف هذه المركبات بناءً على عدد الحلقات المتتالية. [ 3 ] يُحدد طول المركب السلمي بالرقم الموجود بين قوسين قبل كلمة "سلمي". وهذا يساوي عدد الروابط المشتركة بين حلقتين من السيكلوبوتان ( n ) زائد واحد.

يمكن أن تتصل سلسلة من ثلاث وحدات أو أكثر في دائرة، لتشكل حلقة، والتي يمكن اعتبارها أيضًا حلقتين متوازيتين متصلتين من الألكانات الحلقية . وتسمى هذه الحلقات بالبريزمانات .

الكيمياء الفراغية

أ: cis- و trans-[2]-ladderane ب: anti- و syn-[3]-ladderane

تتميز مركبات اللادران بنوعين من العلاقات الفراغية . [ 3 ] يصف أحدهما الترتيب النسبي لذرات الهيدروجين عند نقطة التقاء حلقتي السيكلوبوتان. يمكن أن تكون ذرات الهيدروجين هذه في التكوين سيس أو ترانس . لم يتم تصنيع مركبات اللادران ترانس بسبب إجهاد الحلقة في هذه المركبات.

تصف العلاقة الكيميائية الفراغية الثانية اتجاه ثلاث حلقات سيكلوبوتان متتالية، وبالتالي فهي ذات صلة فقط بالسلالم ذات n ≥ 2. يمكن أن تكون الحلقتان الخارجيتان على نفس الوجه (syn-) أو على الوجه المقابل (anti-) للحلقة المركزية.

توليف

استُخدمت طرق تركيبية متنوعة لتخليق مركبات السلم في المختبر. وتتمثل الطرق الرئيسية الثلاث في: (1) ازدواج طليعة البوليين ، (2) الإضافة التدريجية، حلقة واحدة أو حلقتين في كل مرة، (3) وتكوين القليل. [ 3 ] فيما يلي بعض الأمثلة على تخليق مركبات السلم.

ازدواج السيكلوبوتاديين

يمكن أن يؤدي ازدواج جزيئين من السيكلوبوتادين إلى تكوين نواتج السلم المتناظرة (syn) والمضادة (anti) اعتمادًا على ظروف التفاعل. [ 4 ] تتضمن الخطوة الأولى في تكوين الناتج المتناظر (syn) إنتاج 1،3-سيكلوبوتادين بمعالجة cis-3،4-ثنائي كلورو سيكلوبوتين بملغم الصوديوم . يمر المتفاعل عبر وسيط معدني قبل تكوين 1،3-سيكلوبوتادين، والذي يمكن أن يزدواج بعد ذلك لتكوين ثنائي الإين المتناظر (syn-diene). يؤدي هدرجة الروابط المزدوجة إلى تكوين السلم المتناظر المشبع [3].

لإنتاج الناتج المضاد، يُعالج مركب cis-3,4-dichlorocyclobutene بملغم الليثيوم . [ 5 ] يخضع مشتق الليثيوم لتفاعل اقتران كربون-كربون لإنتاج البنية الثنائية المفتوحة. يتفاعل هذا المركب الوسيط لتكوين ثنائي الإين المضاد، والذي يمكن هدرجته لتكوين الناتج النهائي المضاد [3]-ladderane.

تخليق السلالم من خلال التكوير الحلقي

تخليق [4]-السلمي

سمح نهج تركيبي مختلف طوره مارتن وزملاؤه بتخليق مركبات [4]-السلمية. [ 4 ] تتضمن الخطوة الأولى تكوين [2]-السلمية من خلال إضافة مكافئين من أنهيدريد الماليك إلى الأسيتيلين . أما الحلقتان المتبقيتان فتتكونان من خلال انكماش حلقة رامبرغ-باكلوند .

مسار اصطناعي لـ[4]-لادران

تخليق السلالم الطويلة

قام ميهتا وزملاؤه بتخليق مركبات لادران يصل طولها إلى 13 حلقة سيكلوبوتان. [ 6 ] تتضمن هذه العملية توليد ثنائي كاربوميثوكسي سيكلوبوتاديين في الموقع من معقده Fe(CO) 3 عند درجات حرارة منخفضة بإضافة نترات السيريوم (IV) الأمونيوم (CAN) . يؤدي توليد البوتادين بسرعة إلى تكوين خليط من مركبات لادران [ n ] بأطوال تصل إلى n = 13، بنسبة مردود إجمالية تبلغ 55%. جميع مركبات اللادران المُصنّعة بهذه الطريقة لها بنية واحدة من نوع cis,syn,cis. قد يكون هذا نتيجةً لعملية التماثل الثنائي الأولية لجزيئين من السيكلوبوتاديين، والتي تُفضّل تكوين الناتج syn، الموضح أدناه. ينتج عن عملية التماثل الثنائي اللاحقة الناتج anti فقط بسبب العوامل الفراغية.

تخليق مركبات السلم الطويلة السلسلة. E = CO 2 Me

ازدواج سلائف البوليين

في هذه التفاعلات، تتشكل السلالم من خلال تفاعلات إضافة ضوئية حلقية متعددة من نوع [2+2] بين الروابط المزدوجة لجزيئين من البوليين. [ 7 ] ومن التعقيدات التي تنشأ عن هذا النهج تفاعل المواد الأولية عبر مسارات إثارة ضوئية بديلة وأكثر ملاءمة . ويتم منع هذه التفاعلات الجانبية بإضافة وحدة فاصلة كيميائية تُبقي جزيئي البوليين متوازيين، مما يسمح فقط بحدوث تفاعلات الإضافة الحلقية من نوع [2+2].

يُعد نظام [2.2]باراسيكلوفان فاصلاً شائع الاستخدام في هذه التفاعلات . يتميز هذا النظام بصلابته الكافية التي تُمكنه من تثبيت ذيول البوليين على مقربة كافية لحدوث تفاعلات الإضافة الحلقية.

تخليق السلالم من خلال ازدواج سلائف البوليين

أثبت ماكجيليفراي وزملاؤه أن اتباع نهج فوق جزيئي للتخليق التساهمي في بيئة الحالة الصلبة المنظمة والخالية من المذيبات يمكن أن يوفر حلاً لمشكلة تنظيم جزيئين من البوليينات لتفاعل جزيئي داخلي ينتج عنه مركب سلمي. وبالتحديد، من خلال اتباع نهج للتحكم في التفاعلية في المواد الصلبة باستخدام جزيئات تعمل كقوالب خطية، أثبتوا جدوى التبلور المشترك للريزورسينول (1،3-بنزينديول)، أو أحد مشتقاته، مع بولي -م- إين من نوع all- trans -bis(4-pyridyl)poly- m -ene (4-pyr-poly- m- ene) لإنتاج تجميع جزيئي رباعي المكونات، 2(ريزورسينول)·2(4-pyr-poly- m -ene)، حيث يقوم كل جزيء ريزورسينول، من خلال تفاعلين بروابط هيدروجينية O—H···N، بتنظيم جزيئين من البولي-م - إين لتفاعل الإضافة الضوئية [2+2]. يتم وضع جزيئي البوليين بواسطة القوالب بحيث تكون روابط C=C للأوليفينات متوازية ومتباعدة بمسافة أقل من 4.2 أنغستروم، وهو وضع مناسب للتفاعل الضوئي. يؤدي تشعيع المادة الصلبة بالأشعة فوق البنفسجية إلى إنتاج [ n ]لادران المستهدف، حيث تتفاعل روابط C=C لتكوين هيكل السيكلوبوتان المدمج. يوفر التشعيع واسع النطاق بالأشعة فوق البنفسجية لاثنين من هذه التجمعات فوق الجزيئية المكونة من أربعة مكونات والمرتبطة بروابط هيدروجينية، اللادرانات المقابلة بشكل انتقائي فراغي وبكمية وفيرة بالجرام. [ 8 ]

الخلفية البيولوجية

دهون اللادران الموجودة في الأناموكسوسومات

تم التعرف على اللادرانات لأول مرة في مجموعة نادرة من البكتيريا اللاهوائية المؤكسدة للأمونيوم ( الأناموكس ) التابعة لشعبة بلانكتوميسيتوت . تقوم هذه البكتيريا بعزل تفاعلات الأناموكس الهدمية في حجيرات داخلية تُسمى الأناموكسوسومات. [ 2 ] تتضمن عملية الأناموكس أكسدة الأمونيوم إلى غاز النيتروجين باستخدام النتريت كمستقبل نهائي للإلكترونات . من بين المركبات الوسيطة في هذه العملية مركبان شديدا السمية، وهما الهيدرازين ( N2H4 ) والهيدروكسيل أمين ( NH2OH ) . تتضمن عملية الأكسدة توليد تدرج بروتوني على السطح الداخلي للسيتوبلازم في الأناموكسوسوم. يرتبط تبديد التدرج البروتوني بفسفرة ADP من خلال إنزيمات ATPases المرتبطة بالغشاء . [ 9 ]

تُعدّ الأناموكسوسومات غنيةً بالدهون السلمية الموضحة على اليمين. [ 10 ] وقد كشف تحليل أغشية الأناموكسوسومات من نوعي البكتيريا Brocadia anammoxidans و Kuenenia stuttgartiensis أن الدهون السلمية تُشكّل أكثر من 50% من دهون الغشاء. ويؤدي وفرة الدهون السلمية في الأناموكسوسوم إلى غشاء كثيف للغاية ذي نفاذية منخفضة. [ 11 ] وقد تُقلّل النفاذية المنخفضة من الانتشار السلبي للبروتونات عبر الغشاء، مما يُؤدّي إلى تبديد التدرج الكهروكيميائي. وسيكون هذا ضارًا بشكل خاص لبكتيريا الأناموكس، نظرًا لبطء عملية الأيض فيها نسبيًا. كما يُفترض أن النفاذية المنخفضة تُساهم في عزل المركبات الوسيطة شديدة السمية والمُسبّبة للطفرات، مثل الهيدرازين والهيدروكسيل أمين، والتي يُمكنها الانتشار بسهولة عبر الأغشية الحيوية. إن فقدان هذه الوسائط الرئيسية من شأنه أن يضر بالمكونات الخلوية الرئيسية مثل الحمض النووي ، بالإضافة إلى تقليل كفاءة الهدم في الخلية.

تخليق دهون السلم

قام كوري وزملاؤه بتخليق ليبيد طبيعي من نوع [5]-ladderane، يُسمى حمض البنتاسايكلوأناموكسيك. [ 12 ] تتضمن الخطوة الأولى في هذا التفاعل إضافة البروم، تليها عملية تحلق لمركب سيكلوأوكتاتيتراين لتكوين سيكلوهكسادين. يُحاصر هذا السيكلوهكسادين بواسطة ثنائي بنزيل أزوديكاربوكسيلات. تُجرى تعديلات على المجموعات الوظيفية لإنتاج سيكلوبوتان، والذي يُطوّر من خلال إضافة ضوئية حلقية [2+2] مع سيكلوبنتينون لإنتاج حلقة سيكلوبوتان ثانية. حماية مجموعة الكربونيل ، متبوعة بتفاعل طرد النيتروجين ، ينتج عنها حلقتان سيكلوبوتان متصلتان إضافيتان. يتكون السيكلوبوتان النهائي عن طريق إعادة ترتيب وولف ، وتُضاف سلسلة الألكيل عن طريق تفاعل ويتيج للأوليفينات .

تخليق حمض البنتاسايكلوأناموكسيك الدهني [5]-لادران

في عام ٢٠١٦، نشر بيرنز وزملاؤه في جامعة ستانفورد تقريرًا عن تخليق انتقائي فراغي لكل من ذيول الليبيدات [٣]- و[٥]-لادرين، ودمجها في ليبيد فوسفاتيديل كولين كامل . [ ١٣ ] تعتمد كلتا الطريقتين على وحدة بناء صغيرة من [٢]-لادرين، وهي ثنائي حلقي [٢.٢.٠]هكسين، مُحضّرة بتفاعل رامبرغ-باكلوند . تتضمن طريقة الحصول على حمض دهني يحتوي على [٥]-لادرين عملية ازدواج لهذا الوسيط لتكوين هيدروكربون [٥]-لادرين مضاد بالكامل. يُدخل الكلورة C-H بواسطة محفز بورفيرين المنغنيز ، ثم الإزالة اللاحقة، عدم تشبع لإنتاج [٥]-لادرين. يُدخل تفاعل الهيدروبورنة وتفاعل زويفل مجموعة الألكيل الخطية.

تبدأ عملية تحضير كحول دهني من نوع [3]-لادران بتفاعل إضافة ضوئية حلقية [2+2] بين بنزوكينون مبروم وثنائي حلقي [2.2.0]هكسين. يؤدي حذف H–Br وإضافة مركب عضوي زنكي إلى تكوين الكحول الألكيلي. ثم يُجرى تفاعل إزالة الأكسجين بوساطة الهيدرازين ، يليه هدرجة باستخدام محفز كرابتري ، مما يؤدي إلى اختزال المركب إلى حلقة سيكلوهكسان.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هوبف، هينينغ؛ جويل ف. ليبمان؛ هـ. مارك بيركس (2009). "الكيوبانات، والفينسترانات، واللاديرانات، والبريزمانات، والستافانات، وغيرها من الأوليغوسيكلوبوتانويدات". كيمياء باتاي للمجموعات الوظيفية . doi : 10.1002/9780470682531.pat0337 . ISBN 9780470682531.
  2. 1 2 فورست، جون أ. (23 مايو 2005). "التجزئة داخل الخلايا في البلانكتوميسيتات". المراجعة السنوية لعلم الأحياء الدقيقة . 59 : 299-328 . doi : 10.1146/annurev.micro.59.030804.121258 . PMID 15910279 . 
  3. 1 2 3 نوري، داستن هـ.؛ دين ج. تانتيلو (نوفمبر 2006). "جاؤوا من الأعماق: تركيبات وتطبيقات وبيولوجيا اللادرانات". الكيمياء العضوية الحالية . 10 (16): 2055-2074 . doi : 10.2174/138527206778742678 .
  4. 1 2 هوبف، هينينغ (2003). "خطوة بخطوة - من السلالم الجزيئية غير الطبيعية إلى البيولوجية" . Angewandte Chemie International Edition . 42 (25): 2822–2825 . Bibcode : 2003ACIE...42.2822H . doi : 10.1002/anie.200301650 . PMID 12833336 . 
  5. ↑ بيتيت، ر.؛ ج. هنري (1970). "سيس-3،4-ثنائي كلورو سيكلوبوتين" . التخليق العضوي . 50 : 36. doi : 10.15227/orgsyn.050.0036 . مؤرشف من الأصل في 19-04-2012 . تم الاسترجاع في 06-05-2013 .
  6. ↑ ميهتا، جوفردان؛ م. بالاجي فيسواناث؛ أجيت سي. كونوار (1994). "توصيف [ ن ]-لاديران بطول غير مسبوق: رقم قياسي جديد للمصفوفات الكربوسيكلية المدمجة". مجلة الكيمياء العضوية . 59 (21): 6131-6132 . doi : 10.1021/jo00100a002 .
  7. ↑ غريفينغ، هيلموت؛ هينينغ هوبف؛ بيتر جي. جونز؛ بيتر بوبينيتشيك؛ جان بيير ديزفيرن؛ هنري بواس-لوران (1994). "تخليق وخواص ضوئية فيزيائية وكيميائية ضوئية لأربعة متصاوغات من [2.2]'سيناموفان'؛ إضافة حلقية ضوئية [2 + 2] عالية الكفاءة ومحددة فراغيًا". مجلة الجمعية الكيميائية، الاتصالات الكيميائية (9): 1075-1076 . doi : 10.1039/C39940001075 .
  8. ↑ ماكجيليفراي، إل آر (2004). "البناء فوق الجزيئي للسلالم الجزيئية في الحالة الصلبة" . Angew. Chem. Int. Ed . 43 (2): 232–236 . Bibcode : 2004ACIE...43..232G . doi : 10.1002/anie.200352713 . PMID 14695618 . 
  9. ^ فان نيفتريك، لورا أ. جون أ. فورست؛ جاب س. سينينغي دامستي؛ جي جيجس كوينين؛ مايك إس إم جيتن؛ مارك ستروس (2004). "الأناموكسوسوم: حجرة داخل السيتوبلازم في بكتيريا الأناموكس" . رسائل علم الأحياء الدقيقة FEMS . 233 (1): 7– 13. دوى : 10.1016/j.femsle.2004.01.044 . اتش دي ال : 2066/60180 . بميد 15098544 . 
  10. ^ دامستي، ياب س. سينيجي؛ مارك ستروس؛ دبليو إيرين سي. ريبسترا؛ إلين سي. هوبمانز؛ جان إيه جي جينيفاسين؛ أدري سي تي فان دوين؛ لورا أ. فان نيفتريك؛ مايك إس إم جيتن (17 أكتوبر 2002). "تشكل دهون السيكلوبوتان المتسلسلة خطياً غشاء بكتيري كثيف". طبيعة . 419 (6908): 708–712 . بيب كود : 2002Natur.419..708S . دوى : 10.1038 / طبيعة 01128 . بميد 12384695 . S2CID 4373854 .  
  11. ↑ موس، فرانك ر.؛ شوكين، ستيفن ر.؛ ميرسر، جارون أ.م.؛ كوهين، كارولين م.؛ فايس، توماس م.؛ بوكسر، ستيفن ج.؛ بيرنز، نوح ز. (23 أغسطس/آب 2018). "تشكل فوسفوليبيدات لادران غشاءً كثيفًا ذو نفاذية طبيعية للهيدرازين ونفاذية منخفضة بشكل غير طبيعي للبروتونات/الهيدروكسيد" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 115 (37): 9098-9103 . Bibcode : 2018PNAS..115.9098M . doi : 10.1073/pnas.1810706115 . ISSN 0027-8424 . PMC 6140541. PMID 30150407 .   
  12. ↑ ماسيتي، فينسنت؛ إي جيه كوري (11 نوفمبر 1994). "التخليق الكلي لحمض (±)-بنتاسيكلوأناموكسيك". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 126 (48): 15664-15665 . doi : 10.1021/ja044089a . PMID 15571387 . 
  13. ↑ ميرسر، جارون إيه إم؛ كوهين، كارولين إم؛ شوكين، ستيفن آر؛ فاغنر، آنا إم؛ سميث، مايلز دبليو؛ موس، فرانك آر؛ سميث، ماثيو دي؛ فاهالا، ريكو؛ غونزاليس-مارتينيز، أليخاندرو (14 ديسمبر 2016). "التخليق الكيميائي والتجميع الذاتي للفوسفوليبيد السلمي" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 138 (49): 15845-15848 . Bibcode : 2016JAChS.13815845M . doi : 10.1021/ jacs.6b10706 . ISSN 0002-7863 . PMC 5279923. PMID 27960308 .