ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 306
Скачиваний: 0
При обработке 36А этилмагнийбромидом выделен только один дпастереомер (выход 60%), а при действии на 36Б фепилмагнийбромида выделяется только другой диастереомер (также с 6 0 % - ным выходом). Таким образом, реакция обнаруживает высокую стереоселективность, но конфигурации продуктов неизвестны.
3-3. Переходное состояние для реакций присоединения >>• хиральным кетонам
Возникает вопрос, в какой степени открыто-цепная, диполяриая и циклическая модели отражают действительные переходные состояния реакций, к которым они применяются? Как было показат но в предыдущих разделах, положение усложняется, когда с карбонильной группой связаны заместители, содержащие гете роатоми. Это вносит дополнительные факторы, изменяющие сте пень сольватации, степень комшгексообразования и электро статического взаимодействия и влияющие также на степень про странственного влияния. В настоящее время эти реакции следует обсуждать в основном в рамках тех экспериментальных результа тов, которые получены при исследовании рядов соединений, близких по строению. Однако реакции, к которым может быть применена открыто-цепная модель (табл. 3-1), предоставляют гораздо большие возможности для успешной теоретической трак товки, так как в этих случаях образование водородных связей, сольватация, комплексообразоваине и необычные электростати ческие взаимодействия сведены к минимуму * ) .
На рис. 3-8 приведены 12 из бесконечно большого числа конформаций основного состояния энантиомера соединения с откры той цепью; в представленных коиформациях хиральная функция расположена рядом с карбонильной группой. Эти формулы можно разделить на три группы: в первой группе (А — В) находятся три заторможенные конформации карбонильной группы; во вто рой {Г —• Е) представлены три заслоненные конформации карбо нильной группы, а в третьей (Ж — М) — шесть конформации, не имеющих групп в заслоненных коиформациях. Предположим, что переходные состояния для рассматриваемых реакций присое динения очень близки к конформациям основных состояний и что присоединяющийся реагепт приближается под прямым углом к карбонильной группе либо справа, либо слева. Суммиро
вание разностей энергий этих двенадцати переходных |
состояний, |
||
в |
которых |
реагент подходит справа, с двенадцатью |
другими, |
в |
которых |
он подходит слева, должно дать с хорошим |
приближе- |
*) Электроиодонориая фепшгьная группа в этпх соединениях, несом ненно, отзывается на изменения в степени сольватации, комплексообразования и т. д., но в гораздо меньшей степени, чем заместители, содержащие гетероатоми.
пнем разность энергий активации образования одного диастереомера и его эпимера.
Очевидно, что этот расчет в настоящее время невозможен. Теоретически для таких случаев можно применить метод, анало гичный методу расчета Угн — Руха (разд. 1-1.46), но, как выяс нилось в настоящее время, этот метод расчета неприменим к сис темам, в которых существующий и возникающий хиральные цент ры находятся рядом, вследствие возникновения определенного взаимодействия групп, которое пе учитывается при математиче ской обработке.
Крам [10] логично, но совершенно интуитивно принял конформацию А (где Н = R s ) в качестве основы для своей эмпирической модели с целью предсказания конфигурации преимущественно
"Ф-"*Ф^Ф» д . ж ж
R R L |
R H |
R R M |
R |
R |
R |
А |
Б |
3 |
Г |
Д |
Е |
"4x: ::d> ° 4 c ";Ф- - < k Л>»
R |
R |
R |
R |
R |
R |
Ж |
3 |
И |
П |
Я |
м' |
Р и с. 3-8. Возможны е конформацип хирального |
карбонильного |
соединения. |
|||
А, Б, В — карбошш в заторможенной, a R в заслоненной конформации; Г, Д, Е — карбонлл в заслоненной, a R в заторможенной коиформацггп; Ж , З, И, Н, Л, М —
все группы в заторможенной конформации, заслоненная конформацпя отсутствует.
образующегося диастереомерного продукта в таких реакциях, как, например, представленные в табл. 3-1. Следовательно, было сде лано предположение, что конформации с наименьшей энергией должна иметь две меньшие группы в заторможенной конформа ции по отношению к карбонильной группе (при условии, что она больше, чем R, так как она образует комплекс с реагентом). Затем было сделано предположение, что подход реагента с простран
ственно |
менее затрудненной |
стороны, |
а именно |
со стороны Н |
( R s по сравнению с R M ) , должен быть |
определяющей реакцию |
|||
стадией |
и. следовательно, |
должен определять |
конфигурацию |
|
преимущественно образующегося продукта. Успешное примене ние этой модели видно из того факта, что имеется лишь одно суще ственное исключение из 41 примера, приведенного в табл. 3-1. Однако важно также отаетить, что с тем же успехом можно было
бы исходить и из коиформации Б (рис. 3-8) и предположить, что реагент подходит со стороны R M , а не со стороны R L .
Карабацос [13] предложил полуэмпирический метод, являю щийся шагом вперед по сравнению с эмпирической моделью; в этом методе рассматривается по крайней мере два вида взаимо действий групп в переходном состоянии. Этот метод основан на
двух |
исходных |
предпосылках: |
|
а) |
«В переходном состоянии разрыв и образование связей |
||
происходят в минимальной степени. Следовательно, |
расположение |
||
групп |
вокруг |
асимметрического атома углерода |
по отношению |
к карбонильной группе аналогично расположению вокруг sp3 — s/r-углерод-углеродной связи.
б) В диастереомерных переходных состояниях, которые опре деляют стереоспецифичпость продукта, наименьшая группа R S располагается ближе всего к входящей группе реагента».
Карабацос учитывал только те коиформации, которые принад лежат ко второй группе (рис. 3-8), а именно к группе коифор мации с заслоненным карбопилом (Г — Е), основанные на его первой предпосылке и экспериментальных данных, полученных с помощью ЯМР и микроволновой спектроскопии, показавших, что заслоненная карбонильная группа в основном состоянии обыч но более устойчива, чем чередующиеся заторможенные коиформа ции карбонильной группы [56—60]. Далее из экспериментально определенной разности копформацпонной энергии в основном сос тоянии па основе этих предположений была произведена количест венная оцепка разницы энергий в переходном состоянии. Иссле дования коиформации в ее основном состоянии показывают, что если R M — метил, то конформация Е выгоднее коиформации Г на
0,8 ккал/моль (3,3 кДж/моль). Это является важным |
моментом |
||
в методе Карабацоса. так как |
в 37 примерах из 41 приведенных |
||
в табл. 3-1 в качестве «малой» |
группы |
R S принят атом водорода. |
|
Карабацос предположил, что Д представляет собой наиболее |
|||
устойчивое переходное состояние при |
подходе реагента справа |
||
с образованием диастереомера |
(X), а |
Е — наиболее |
устойчивое |
переходное состояние при подходе реагента слева с образованием эпимера (Y) * ) .
Поскольку существует возможность одинакового взаимодей ствия Н -<->- R " •*->- R в резз'.льтате подхода реагента ( R " Z ) справа в Д и слева в Е, то при оценке &AG* это снижает определяемую сумму разностей энергий взаимодействия в Д н а величину, равную
( R M ~ R ) + ( R " — R L ) + (О ~ R L ) ,
по сравнению с величиной для Е, равной
( R L •<->- R ) + ( R " — R M ) + ( О — R M ) .
*) Основания для такого выбора изложены в оригинальной статье [13]
Первый член в этих двух суммах благоприятствует конформа ции Д, второй член — конформации Е; поэтому в первом при ближении можно считать, что они взаимно компенсируютсяТогда разница в энергиях при подходе реагента справа в Д и слева
в Е снижает |
разницу в энергиях взаимодействия |
между |
О <—>• Ит_, |
||
и О -<-»- R M , т. е. |
|
|
|
|
|
Е(0 |
R _ ) - _ ( 0 * - * R M ) A J G „ |
— G £ = - Л |
П |
п у |
- |
Поскольку |
разность Е (О -«-»- R L ) |
— /і1 (О -<->- R M ) |
может быть |
||
определена из разности конформацношюй энергии соответствую щих основных состояний (на основе первого предположения), то оказывается возможным провести полуколичествениый расчет стереоселектпвпостн. Было получено достаточно хорошее совпа дение экспериментальных и вычисленных величин. Этот метод расчета ие учитывает, однако, часто наблюдающегося значи тельного влияния на стереоселектнвность изменения природы реагента. Например, в первых шести примерах, приведенных в табл. 3-і, в которых содержатся данные по реакциям очень сходных по строению молекул субстрата с изопропилатом алю миния, лнтийалюминийгндрндом и реактивами Грипьяра, содер
жащими |
метпльную |
и фепильпую группы, степень стереоселек- |
|
тпвностп |
изменяется |
от |
22 до 60% [ДДб^ изменяется от 240 |
до 830 кал/моль (1,0—3,5 |
кДж/моль)]. |
||
Как иоказапо на рис. 3-6, замена ахиралыюй группы R, свя занной с атомом углерода карбонильной группы, оказывает сильное влияние на стереоселектнвность, которая изменяется от 48 до 96% при замещении метальной группы на тре/тг-бутиль-
иуіо. |
Метод расчета |
Карабацоса для всех этих реакций приводит |
к той |
же величине |
стереоселективности, а именно к 48% [ДДб1 ^ |
равно 600 кал/моль (2,5 кДж/моль)]. Хотя такой подход является существенным вкладом в копформационный анализ, однако он еще далек от того, чтобы его можно было бы принять в качестве достаточно удовлетворительного общего метода расчета для других случаев.
Фелкин и сотр. [141 дали объяснение стереохимических ре зультатов (которые также согласуются с результатами, получен ными в ряду циклических кетопов; см. разд. 3-4), основанное на следующих четырех предпосылках: 1) «Переходные состояния для этих реакций во всех случаях в основном обнаруживают сходство с реагентом, а ие с продуктом». 2) «Торсионное напряжение (напряжение Питцера), включающее связи, возникающие в пере ходных состояниях, составляет значительную долю напряжения между полностью образованными связями, если даже степень связывания низка». 3) «Основные взаимодействия в переходном состоянии включают взаимодействия R" (группа присоедиияюще-
