III. Перегруппировки, протекающие по радикальному механизму

 

Радикальные перегруппировки монотерпеноидов каранового ряда происходят, как правило, при фотохимических реакциях. Фотохимические превращения таких соединений достаточно подробно описаны в обзоре ¹². Для 3-карена перегруппировки в условиях облучения не наблюдались. Известно лишь его фотохимическое окисление с образованием трех гидропероксидов.³⁹ Изомерный 2-карен при облучении в присутствии сенсибилизатора перегруппировывается в 1,4,4-триметилбицикло[3.2.0]гепт-2-ен (32), который был использован для синтеза грандизола.⁴

 

 

В данном случае механизм перегруппировки не рассматривался, но в литературе описан механизм для родственного соединения — 2-норкарена (33).⁴⁰ При облучении соединения 33 основным продуктом был цис -гепта-1,3,6-триен, т.е. преобладал [2π+2ω+2σ]-процесс. Образование небольшого количества бицикло[3.2.0]гепт-2-ена (34) позволило авторам предложить общий дирадикальный интермедиат А с семичленным циклом:

 

 

Существует точка зрения,^12,41 что образование соединений с бицикло[3.2.0]гептановым скелетом при облучении некоторых карановых терпеноидов может протекать как фотоиндуцированная сигматропная перегруппировка. В пользу этого предположения говорит и факт параллельного образования борненовой структуры из кетона 35.

 

 

Косвенным подтверждением согласованного механизма перегруппировки кетона 35 можно считать результаты облучения 4-гидроксиметил-2-карена (36) ртутной лампой высокого давления:⁴² в присутствии сенсибилизатора (sens) образуются только бициклические стереоизомерные спирты 37 и 38, а при прямом облучении в гексане — еще и моноциклический спирт 39.

Кропп, исследовавший эту реакцию,⁴² проводил аналогию с 1,3-сопряженной системой, постулируя образование аллил-радикалов. При этом ЦПК может претерпевать гомолитический разрыв как "внутренней", так и одной из "внешних" связей. По-видимому, применение сенсибилизатора приводит к тому, что молекула превращается в дирадикал 40 из триплетного состояния: при этом рвется самая слабая связь ЦПК. В синглетном возбужденном состоянии молекула обладает большей энергией, что и приводит к разрыву обеих возможных связей ЦПК. В данном случае происходит разрыв связи С(1)—С(7), а не ее сдвиг. Очевидно, рекомбинация и образование новой связи между атомами С(1) и С(8) радикала 41 (что приводило бы к борнановому скелету) невозможны из-за большего расстояния между этими атомами, чем расстояние между атомами с неспаренными электронами дирадикала 40.

 

 

Облучение 4-ацетил-2-карена (42) в присутствии сенсибилизатора дает продукты с бицикло[3.2.0]гептановой структурой,⁴³ т.е. замена гидроксиметильной группы на ацильную не влияет на механизм реакции.

 

 

Однако облучение кетона 42 в отсутствие сенсибилизатора вызывает принципиально иную перегруппировку: образуется продукт 1,3-ацильного сдвига (2-ацетил-3-карен (43)), и трициклические спирты — продукты циклизации II типа по Норришу обоих присутствующих в реакционной среде кетонов.⁴³

 

 

Не совсем обычно ведут себя при облучении цис - (44) и транс -4-караноны (45). Хотя строение молекул позволяет осуществить расщепление II типа по Норришу связей С(3)—С(4) и С(4)—С(5), среди продуктов фотопревращений цис -каранона (44) обнаружены только соединения, образовавшиеся в результате расщепления связи С(4)—С(5).⁴⁴

 

Вопреки ожиданиям, не наблюдалось образования альдегида 46 и эпимеризации кетона 45. Однако при облучении последнего в присутствии трет -бутиламина в продуктах реакции было найдено небольшое (>1%) количество амида 47. Это свидетельствует о том, что гомолитический разрыв связи С(3)—С(4) все-таки происходит, но в крайне незначительной степени.

Формально фотохимическое поведение кетонов 44 и 45 очень похоже на аллильные перегруппировки β,γ-ненасыщенных кетонов.⁴⁵ Кропп с соавторами считал фотохимическую перегруппировку каранонов 44 и 45 первым примером циклопропильного аналога фотохимической аллильной перегруппировки.⁴⁴ Однако в случае β,γ -ненасыщенных кетонов реакция обратима, а в случае кетонов 44 и 45 — нет.

По аналогии с β,γ -ненасыщенными кетонами можно полагать, что направление α-расщепления углеродных связей обусловлено "аллильным" влиянием ЦПК, ослабляющим связь С(4)—С(5) за счет эффекта сопряжения или индуктивного. В образовавшихся радикалах 48 и 49 должны раскрыться связи С(1)—С(6) или С(1)—С(7). Соотношение присутствующих в продуктах реакций циклопентанонов и циклобутанонов (3:1) отражает преимущественное раскрытие более замещенной связи С(6)—С(7) и относительную стабильность третичного (50, 51) и вторичного (52, 53) радикалов.

Есть и еще одно отличие аллильных фотохимических перегруппировок β,γ-ненасыщенных кетонов от аналогичных циклопропильных. Аллильная перегруппировка считается согласованным процессом.⁴⁵ Но превращение каранонов 44 и 45, по мнению авторов,⁴⁴ не может быть согласованной реакцией, по крайней мере об этом свидетельствует образование эпимерных циклобутанонов.

Направление скелетной фотохимической перегруппировки терпеноидов ряда карана зависит от ориентации заместителей: прямое облучение транс -3-метокси-4-каранона (54) в этаноле протекает с раскрытием шестичленного цикла по связи С(3)—С(4) (что для β,γ-циклопропилкетонов бывает крайне редко) и присоединением этанола.³⁹

 

 

В случае цис -3-метокси-4-каранона (55) с экваториальной метоксигруппой наблюдается исключительно элиминирование II типа по Норришу и образование каранона 44; требуемое плоское шестичленное переходное состояние (ПС) А легко достижимо, и образование кетона 44 успешно конкурирует с расщеплением связи С(3)—С(4).³⁹

 

 

Кетон 44 под действием света подвергается гомолитическому разрыву связи С(4)—С(5) и гомоаллильной перегруппировке, характерной для β,γ -циклопропилкетопов.^44,46 При этом образуются циклопентанон 56 и циклобутанон 57.

Таким образом, перегруппировки карановых монотерпеноидов под действием света можно разделить на две группы: перегруппировки, в которых в качестве хромофора выступают элементы углеродного скелета — циклопропан и двойная связь, — и перегруппировки, в которых хромофором является функциональный заместитель. Применение сенсибилизаторов приводит к перегруппировкам первого типа с образованием производных бицикло[3.2.0]гептана. Воздействие облучения в отсутствие сенсибилизатора, как правило, приводит к перегруппировкам второго типа, при этом возможны разрыв большого или малого циклов, сужение большого цикла или образование трициклической структуры. Направление реакции в каждом конкретном случае определяется природой и положением заместителя, являющегося хромофором.