Файл: Моррисон Д. Асимметрические органические реакции.pdf

Согласно нашему определению (разд. 1-2), реакции, в которых исходят из рацемических соединении, нельзя рассматривать как асимметрический синтез. Тем не менее, когда стали доступны соответствующие методы анализа, такие реакции могут при опре­ деленных условиях дать в основном ту же информацию, что и реак­ ции, в которых взаимодействуют хпральные реагент или субстрат. Нам кажется целесообразным рассмотреть в следующем разделе реакции с использованием рацемического субстрата вместо дан­ ных, которые получают в действительном асимметрическом сиптезе с хиральным субстратом. Однако огромное число реакций этого типа, в которых субстраты рацемические, исключают возможность их детального рассмотрения. Применение хиральпого субстрата имеет несколько преимуществ: он может быть использован, чтобы однозначно продемонстрировать, что во время реакции ие происхо­ дит рацемизацпп индуцирующего центра * ) ; это может быть осо­ бенно ценным при изучении стереохимии диастереомерных про­ дуктов, как, например, в тех случаях, когда один из продуктов

и в качестве основы для разработки аналитического метода при определении стереоселективности реакции. Несмотря на те пре­ имущества, которые дает использование хиральпого субстрата, дополнительные трудности, связанные с получением таких хиральных веществ, заставляют пользоваться во многих исследованиях рацемическими (и, следовательно, ахиралыгамн) веществами.

Рассмотрим восстановление рацемического 2-метилцпклопен- танона (4) под действием литийалгомипийгидрида с образованием смеси рацемических продуктов: транс-5 и цис-5 (рис. 3-2). Было

*) Рацемизация может остаться незамеченной, когда применяют раце­

восстановлению действием литийалюмипийгидрида чистый энантиомер S-4, то образуются эпимерные карбинольї S,S-5 и S,R-5 в том же соотношении (т. е. 50% н.э.). Таким образом, видно, что для определения стереоселективности совсем не обязательно работать с оптически активными веществами при условии, что в распоряжении имеются соответствующие методы разделения (или анализа) и идентификации компонентов рацемических продуктов.

Как показано, на примере восстановления холестанона (разд. 1-3), исходный индуцирующий центр в субстрате, содержащем карбонильную группу (R* на рис. 3-1), совсем не обязательно уда­ лять после реакции, как этого требует классическое определение асимметрического синтеза по Марквальду для того, чтобы данную реакцию можно было бы считать асимметрическим синтезом. Однако рассмотрение целесообразно начать с примера, отвечающего опре­

карбонильной группы с образованием смеси эпимерных этил-

В реакции 6 -> 7 прохиральный карбонильный центр превра­ щается в хиральный центр под влиянием асимметрического центра, имевшегося в соединении 6. Далее при переходе от 7 к 8 исходный индуцирующий асимметрический центр разрушается в результате окисления с образованием ахиралыюй кетогруппы, благодаря чему с определенностью можно утверждать, что произошел асим­ метрический синтез.

Если поменять порядок введения групп, т. е. этилкетои, ана­ логичный соединению 6, обработать реактивом Грииьяра, содер­ жащим феиильную группу, то вместо Л^-диастереомера обра-

зуєтся преимущественно Д.Л-диастереомер, а после окисления вме­ сто S-(—)-8 образуется R-(-\-)-8. Очевидно, что этот вид асимметри­ ческого синтеза очень напоминает асимметрический синтез атролактиновой кислоты, ио в данном случае индуцирующий центр.

непосредственно связан с центром, который в переходном состоянии превращается в новый хиральпый центр. Простран­ ственные и диполярные взаимодействия между группами при этом должны быть более непосредственными, чем в случае асимметри­ ческого синтеза эфира атролактнповой кислоты, в котором оба центра отделепы друг от друга карбоксильной группой, и поэтому здесь следует ожидать повышенной стереоселективпости.

Правило Крана [10], которое используется для стереохимических корреляций большого числа реакций 1,2-асимметрического присоединения главным образом металлооргапических соедине­ ний и комплексных гидридов металлов к альдегидам и кетонам, утверждает, что в некаталитических (кинетически контролируе­ мых) реакциях типа реакции 9 —>-10 будет преобладать тот диастереомер, который образуется в результате подхода присоединяю­ щейся группы ( R " в реагенте R "Z) с пространственно менее затруд­ ненной стороны двойной связи, причем поворотная коиформацпя по С—С-связи должна быть такой, чтобы двойная связь прикрыва­ лась двумя группами ( R S и R M ) , связанными с асимметрическим центром и оказывающими наименьшие пространственные затрудне­ ния * ) . Проекция по Ньюмену для этой модели (11) показана на схеме рис. 3-3 [11].

*) В широком использовании этой корреляции можно убедиться, если учесть, что спустя 12—15 лет после опубликования первой статьи Крама только за трехлетний период, с 1964 по 1966 г., было выполнено 50 работ, использовавших развитые в этой статье представления.

При применении этих моделей необходимо с самого начала отве­ тить на два вопроса: какие группы обозначить через RL> R M И R S и какая модель должна быть использована, открыто-цеппая (11), циклическая (1.2) или диполярная (14; рис. 3-5)? Проблема распо­ ложения различных групп в соответствии с их размерами уже

14 Б

Рис. 3-5. Диполярная модель стерического контроля асимметрической индукции.

обсуждалась (разд. 1-4.4а). Здесь, как и при применении правила Прелога (разд. 2-2.1), одной из групп чаще всего является водо­ род и поэтому обозначение его как R s ue вызывает возражений. Фенпльная группа почти всегда рассматривается как группа боль­ шая, чем все алкильные группы; таким образом, принимается, что она больше длинной алифатической цепи (несмотря на тот факт, что последняя может иметь больший общий объем), посколь­ ку эффективный объем фепильной группы концентрируется вблизи места реакции, тогда как длиниая алифатическая цепь может отходить от карбопильпой группы и иметь лишь СНо-группу по соседству с реакционным центром. По этой же причине фепильпая группа рассматривается как большая группа и по сравнению с бензильной группой. Примеры, в которых проводилось сравнение эффективных объемов фенпльной и изопропильной групп, показы­ вают, что фенильную группу следует считать большей, чем изопропильная группа (табл. 3-1, № 9—12). Относительные эффек­ тивные объемы фенильной и 7?грегтг-бутильной групп непосред­ ственно не сравнивались для систем, к которым применимы пра­ вила Крама или Прелога, но в некоторых других системах фепиль­ пая группа проявляет себя как группа большая, чем /лрет-бутиль- ная (разд. 1-4.46).

Если в R s , R M или R L (формула 9) не входят галоген или гете­ роатом, то это определеипо указывает иа открыто-цеппую модель; если одна из групп — хлор, это указывает на диполярную модель, и, наконец, когда одна из этих групп песет атом азота или кисло­ рода (или, допустим, серы), непосредственно связанный с хиральным центром, то можно сразу остановиться на циклической модели.

Циклическую модель следует применять с большой осторожно­ стью, поскольку, как будет видпо из разд. 3-2.2 и 3-2.4, такие

системы чувствительны к изменению растворителя, природы реа­ гента и заместителей у гетероатома. Поскольку существует большое число исключений, то не следует думать, что эти типы субстратов с кислородили азотсодержащей группой, находящейся при

синтеза осложняется влиянием растворителя, природы реагента и температуры реакции. Поскольку в отдельных случаях ясно показано, что изменением реагента, температуры или растворителя можно вызвать обращение стереохимического направления реак­ ции, это, очевидно, приводит к сложной ситуации, причем обобще­

3-2.1. Открыто-цепная модель

Данные, приведенные в табл. 3-1, показывают изменения степе­ ни асимметрического синтеза на примерах, которые отвечают от­ крыто-цепной модели Крама (21). Во всех примерах, за исключе­ нием двух (№ 24 и 31), наблюдается образование преобладающего изомера в согласии с правилом Крама. В одном из двух исключе­ ний (№ 24) восстановление З-метилпентанона-2 под действием литийалюминпйгидрида при —70° С приводило к 2%-ному избыт­ ку предсказанного (в предположении, что этильпая группа больше метильной) диастереомера, а при 0 и +35° С образовывался 3%- ный избыток эпимера, который теоретически должен был быть менее предпочтительным изомером [І5]. Эти различия, вероятно, вполне реальны, но находятся в то же время на пределе точности измерений, так как установлено, что точность ГЖХ-анализа состав­ ляла ± 2 % . Степень асимметрического синтеза 2% при —70° С соответствует разнице в энергиях активации конкурирующих переходных состояний всего лишь 15 кал/моль (62,9 Дж/моль). Если же потребовать, как и при применении правила Прелога, что­ бы стереоселективность достигала значительной величины *) (см. разд. 2-2.1) для того, чтобы данную модель можно было применять для интерпретации стереохимического хода реакции, то этот слу­ чай (№ 24) должен быть исключен из рассмотрения. Однако второе

*) В случае асимметрического синтеза атролактиновой кислоты из бензоплформиата, согласно правилу Прелога, для надежной стереохимпческой интерпретации результатов необходимо, чтобы степень стереоселектпвности была бы выше 5% . Мы считаем, что та же минимальная степень м е р е о с е л е к - тпвностп должна быть и при применении правила Крама .

8-0777