Циклопентанпергидрофенантрен¶
Циклопентанпергидрофенантрен — тетрациклический насыщенный углеводород с молекулярной формулой C₁₈H₃₂, относящийся к классу стеранов (пергидрофенантренов с присоединенным циклопентановым кольцом). Является предельным (полностью гидрированным) производным стероидного скелета, в котором все три шестичленных и один пятичленный кольца соединены в единую систему. Соединение представляет интерес прежде всего как модельное соединение в органической химии и как компонент природных углеводородов.
¶Строение и свойства
Молекула циклопентанпергидрофенантрена состоит из четырёх сросшихся колец: трёх циклогексановых и одного циклопентанового. Такая система характерна для стероидов — природных соединений, включающих холестерин, стероидные гормоны и витамин D. В отличие от стероидов, циклопентанпергидрофенантрен не содержит функциональных групп и двойных связей, то есть является полностью насыщенным углеводородом.
Соединение существует в виде нескольких стереоизомеров, различающихся конфигурацией атомов водорода в точках кольцевого сшивания. Наиболее устойчивой является транс-конфигурация стыков колец, при которой углеводородный скелет имеет относительно плоскую, вытянутую форму. Кипение и плавление подобных высокомолекулярных насыщенных углеводородов существенно выше, чем у простых алканов сходной массы, из-за сильных межмолекулярных взаимодействий и компактности молекулы.
¶Номенклатура
По систематической номенклатуре IUPAC соединение может называться пергидростераном или 17α-метил-17β-этилпергидро-18-норандростаном в зависимости от замещения. В нефтехимии и геохимии чаще используется тривиальное название «циклопентанпергидрофенантрен», подчёркивающее принадлежность к семейству пергидрофенантренов — полностью гидрированных производных фенантрена.
¶Нахождение в природе
Циклопентанпергидрофенантреновый скелет — основа стеранов, которые являются одним из важнейших классов биомаркеров в органической геохимии. Стераны образуются в осадочных породах из стеринов — компонентов клеточных мембран живых организмов, — подвергаясь диагенетическому восстановлению (гидрированию) в ходе раннего диагенеза.
Концентрация и распределение стеранов в нефтях и керогене используются для:
- определения источника органического вещества (водоросли, высшие растения, бактерии);
- оценки зрелости породы (степени термической перегонки);
- корреляции нефтяных залежей;
- реконструкции палеоусловий осадконакопления.
Соотношение холестанов (производных холестерина) и холестанов с другими замещениями позволяет различать вклад морских и наземных биосообществ.
¶Синтез
Лабораторный синтез циклопентанпергидрофенантрена возможен несколькими путями:
- Каталитическое гидрирование фенантрена или стероидных предшественников (холестерина, эргостерина) при повышенных давлениях и температурах с использованием никелевых, платиновых или палладиевых катализаторов.
- Циклизация линейных полимерных углеводородов по реакции Диля — кольца образуются при взаимодействии алкенов с диенами.
- Многостадийный синтез из более простых циклических соединений с последующим сшиванием колец и восстановлением.
Промышленного производства соединение не имеет; его получают в небольших количествах для исследовательских целей.
¶Применение
Основное практическое значение циклопентанпергидрофенантрена и его производных связано с геохимическим анализом. Маркерные соединения стеранового ряда входят в набор индикаторов, по которым нефтегазовые компании оценивают перспективность лицензионных участков. Кроме того, соединение используется как модельное вещество при изучении механизмов каталитического крекинга и гидрокрекинга тяжёлых нефтяных фракций — процессов, в ходе которых тяжёлые молекулы разлагаются на более лёгкие.
В фармацевтической химии стероидный скелет, восстановленный до циклопентанпергидрофенантрена, служит отправной точкой для синтеза стероидных гормонов и их аналогов.
¶См. также
- Стераны
- Фенантрен
- Стероиды
- Биомаркеры в органической геохимии
¶Источники
- «Органическая геохимия» — учебное пособие по биомаркерному анализу нефтей и керогенов.
- Справочник «Химия органических соединений» (справочник Бейльштейна).
- Публикации по стерановым биомаркерам в журнале «Organic Geochemistry».