Спиросоединения

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.

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
Спиро[2.2]пентадиен – непредельное карбоциклическое моноспиросоединение	1,4-Диоксаспиро[4.5]ундекан[12][13] – кеталь циклогексанона и этиленгликоля, содержит гетероцикл спиросочленённый с карбоциклом	5λ7,5',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.

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).

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]

• Органическая химия
• Алициклические соединения
• Номенклатура органических соединений

1. ↑ Charlton T. Lewis, An Elementary Latin Dictionary, spīra  (неопр.). 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. — JSTOR 24104006. 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.