二環式分子
2つの環が結合した分子
架橋二環式ノルボルナン（正式にはビシクロ[2.2.1]ヘプタン）
スピロ環式化合物スピロ[5.5]ウンデカン
DABCO (1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン) は、わかりやすくするために、1 つのエチレン基が歪んで描かれるという誤りがよくあります。

二環式分子（bi  「2 」とcycle  「環」に由来）は、2つの結合した環を特徴とする分子である。[1]二環式構造は広く見られ、例えばα-ツジェンや樟脳など多くの生物学的に重要な分子に見られる。二環式化合物は炭素環式（環の原子すべてが炭素）の場合もあれば、DABCOのように複素環式（環の原子が少なくとも2つの元素で構成されている）の場合もある。[2]さらに、2つの環は両方とも脂肪族（例：デカリンとノルボルナン）、芳香族（例：ナフタレン）、または脂肪族と芳香族の組み合わせ（例：テトラリン）の場合もある。[3]

特徴的な特性

飽和二環式炭化水素の多くの特性は、単環式および非環式類似体と同様であり、無色、可燃性、多くの反応に対する耐性などがある。ただし、開環反応を起こすシクロプロパン誘導体は例外である。二環式化合物の特徴は、比較的堅固であることである。メチルシクロヘプタンには立体異性体が1つしか存在しないのに対し、メチルノルボルナンには7つの立体異性体があり、そのうち3組は鏡像異性体である。環の縮合は異性体形成の潜在的な原因となるが、小さな環の場合、縮合は常にシス型である。二環式C10デカリンでは、シス型とトランス型の両方の縮合異性体が存在し、後者はキラルである。

二環式C4-C8炭化水素。

命名法と用語

橋頭原子は、3つのCC結合を形成する炭素です。親化合物（つまり、置換されていない二環式炭化水素）は、2つの橋頭炭素原子を持ちます。

スピロ化合物では、2つの環が1つの原子（スピロ原子）を共有しており、この原子は通常、第4級炭素です。[4]スピロ環式化合物の例として、フォトクロミックスイッチのスピロピランがあります。

二環式分子の命名は、IUPAC命名法に従っています。[5] [6]化合物名の語源は、すべての環に含まれる原子の総数によって決まり、最優先の官能基を表す接尾辞が続く場合もあります。炭素鎖の番号付けは、常に1つの橋頭原子（環が出会う場所）から始まり、最長経路に沿って次の橋頭原子まで炭素鎖をたどります。その後、2番目に長い経路に沿って番号付けが続けられ、以下同様に続きます。縮合および架橋二環式化合物には接頭辞bicycloが付き、スピロ環式化合物には接頭辞spiroが付きます。接頭辞と接尾辞の間にある括弧と数字のペアは、各橋頭原子間の炭素原子の数を示します。これらの数字は降順に配置され、ピリオドで区切られます。たとえば、ノルボルナンの炭素フレームには合計7個の原子が含まれるため、語源はheptaneです。この分子は、2つの橋頭炭素原子の間に2つの炭素原子の経路と1つの炭素原子の経路を持つため、括弧は降順で埋められます：[2.2.1]。接頭辞「ビシクロ」を付加することで、総称はビシクロ[2.2.1]ヘプタンとなります。

樟脳の炭素骨格も7原子から構成されていますが、カルボニル基で置換されています。炭素骨格の番号は、最も優先順位の高い橋頭原子（メチル基がプロトンの前）から始まります。したがって、最前列の橋頭炭素は1番、カルボニル基は2番となり、最長経路に沿って炭素鎖に沿って番号が付けられ、二重置換された最上位炭素（7番）まで続きます。ノルボルナンは、2つの橋頭炭素の間に2つの炭素原子の経路が2つと、1つの炭素原子の経路が1つあるため、括弧内の番号は[2.2.1]のままです。

単純な縮合二環式化合物の命名法は、橋頭原子間の3番目の経路が0個の原子で構成される点を除き、橋頭二環式化合物と同じ方法が適用されます。したがって、縮合二環式化合物には括弧内に「0」が含まれます。例えば、デカリンはビシクロ[4.4.0]デカンと命名されます。明確な場合は数字を省略することもあります。例えば、ビシクロ[1.1.0]ブタンは通常、単にビシクロブタンと呼ばれます。

ヘテロ原子置換

ここで強調されている二環式構造は、CH 2およびCH部位が他の元素に置換された多くの化合物に当てはまります。CH 2は、O、NH、NR、Sに置換されることが多く、CHはNおよびPに置換されることが多いです。複素環式分子DABCOは、その架橋構造に合計8個の原子を持つため、オクタンという語源が付けられています。2つの橋頭原子は炭素原子ではなく窒素です。正式名称は1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンです。

発生

主要な生体分子クラスのうち、二環式構造を持つのはプリンのみです。それ以外の二環式化合物は、補因子と二次代謝物に限られます。構造の複雑さで知られるテルペンやアルカロイドは、しばしば二環式構造、あるいはさらに複雑な構造をとります。

参考文献

  1. ^ スミス、マイケル・B. (2011).有機化学：酸塩基アプローチ. CRC Press. ISBN 978-1-4200-7921-0。[ページが必要]
  2. ^ IUPAC ,化学用語集第5版（ゴールドブック）（2025年）。オンライン版：（2006年以降）「複素環式化合物」。doi : 10.1351/goldbook.H02798
  3. ^ ソレル、トーマス・N. (2006).有機化学. 大学科学図書. ISBN 978-1-891389-38-2。[ページが必要]
  4. ^ IUPAC ,化学用語集、第5版（「ゴールドブック」）（2025年）。オンライン版：（2006年以降）「スピロ化合物」。doi : 10.1351/goldbook.S05881
  5. ^ 「前書き」.有機化学命名法. 2013. pp.  P001– P004. doi :10.1039/9781849733069-FP001. ISBN 978-0-85404-182-4。
  6. ^ Moss, GP (1998年1月30日). 「縮合環および架橋縮合環系の命名法（IUPAC勧告1998年）」. Pure and Applied Chemistry . 70 (1): 143– 216. doi :10.1351/pac199870010143.

参照

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