ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 307
Скачиваний: 0
гося реагента) и IV (ахиральная группа, связанная с карбониль ным атомом углерода), а не взаимодействия группы у хиральпого центра с карбонильным кислородом, как предполагают Крам и Карабацос». 4) «Полярные эффекты стабилизуют те переходные
состояния, |
в которых R " и |
электроотрицательные группы ( R L , |
R M И R s ) |
наиболее удалены |
друг от друга и дестабилизуют все |
другие переходные состояния».
На основании этих предпосылок отдано предпочтение конформации К (рис. 3-8), в которой реагент подходит слева, в качестве переходного состояния с минимумом энергии, что изображено
также в |
виде переходного состояния |
на рис. 3-9. |
|
Если |
R M — сравнительно небольшая |
группа, то трудно сде |
|
лать выбор между Кф |
и Ж*, приводящими к эпимерным продуктам; |
||
по по мере того как |
возрастают пространственные размеры R M |
|
Ж* |
И* |
Р и с . 3-9. Переходные |
состояния но |
Фелкину [14] . |
или R ' , устойчивость Ж^ по |
сравнению |
с К*£ будет убывать |
в результате пространственного взаимодействия, которое изобра жено на рисунке в виде заштрихованной области.
Аналогичная ситуация наблюдается и при возрастании объема
группы R L . Уменьшающаяся |
устойчивость таких |
переходных |
|
состояний, как, например, №S |
где R L |
расположена |
близко как |
к R " , так и к карбонильному кислороду, |
служит дополнительным |
доказательством переходного состояния К^=, причем в результате
стереоселективность |
должна возрастать с ростом объемов R M , R L |
|
или R ' . Этот эффект подтверждается результатами опытов, при |
||
веденных в табл. З-б. |
|
|
З-Jr. Стергіческгій |
контроль |
|
асимметрической |
индукции |
|
в ряду |
циклических |
кетонов |
Как было показано в разд. 1-3 при рассмотрении восстановле ния холестанона, реакция присоединения к таким хиральным кетонам, как, например, природным кетостероидам и терпенам, представляет собой асимметрический синтез.
Число таких реакций настолько велико, что их трудно все привести, поэтому мы рассмотрим лишь несколько примеров, выбранных специально с целью выяснения некоторых стереохимических вопросов. Не найдено единого правила, применимого ко всем системам для описания стереохимического хода различных
1 0 - 0 7 7 7
реакций присоединения к разным классам циклических кетонов. В результате рассмотрение этого сложного вопроса обычно про водится на примере ограниченных групп кетонов, а именно: а) цпклопентанонов, б) конформационио лабильных циклогексанонов, в) конформационио жестких цпклогексанонов, г) бпциклических кетонов и д) стероидов и терпенов. В пределах этих групп наблюдаемые стереохнмнческне закономерности сформулированы в виде некоторых обобщений: правило Бартона [61] «стернчсского контроля подхода» и правило Даубена н сотр. [62] «контроля обра зования продукта реакции» (это определение эквивалентно поня тиям «стерического контроля направленности реакции» и «контро ля стабильности продукта», предложенным Брауном и Диком [63]), правило Унлера [64, 65] и анализ переходного состояния, данный Фелкином и сотр. [14, 66] и Плиелом [67]. Многие исследовапия, проведенные с целью выяснения механизма реакции, были выпол нены на рацемических соединениях и, следовательно, по существу не являются асимметрическим синтезом. В ряде других случаев, таких, как реакции присоединения к 4-7п./?е/?г-бутилн,иклогекса- нону, и субстрат, и продукт являются ахиральными. Однако сте реохимию циклических систем невозможно обсуждать без рас смотрения этих данных.
В зависимости от выбранного класса соединений приходится изменять и подход к трактовке результатов.
3-4.1. Цшшопентаноны
Изучено стереохимическое направление реакции присоедине ния 16 различных металлоорганических реагентов к 2-метил- циклопентанону (ср. табл. 3-9) [90]. Отношение долей продуктов в результате атаки реагента на карбонильную группу с uitc-сторо- ны к метальной группе и с т/?акс-стороны метпльной группы изме няется от 99 : 1 (действие фенилмагнийбромида в тетрагидрофуране) до 0,1 : 1 (действие ацетиленида натрия в смеси бензол — толуол). Объяснение полученных результатов дано в этом разделе
ив разделе 3-4.7.
Вциклических системах в зависимости от размера цикла может наблюдаться некоторая конформационная подвижность, но не свободное вращение вокруг связи, соединяющей карбонильный углерод и хиральный центр, как это наблюдается в открытоцепных системах. Если представить молекулу 2-метнлциклопен- танона в «замороженной» пленарной конформации (57), то ее можно рассматривать с точки зрения открыто-цепной модели Крама. Поэтому с достаточными основаниями можно ожидать, что реакции присоединения к 2-метилциклопентанону должны следо вать этой модели и приводить к образованию преимущественно спирта 38А в результате атаки на карбонильную группу со сторо-
иы, удаленной от метильной группы. Характерные результаты, полученные при действии различных восстанавливающих агентов (R" = Н), представлены в табл. 3-9.
При проведении более широкого исследования наблюдалось,
в частности, что присоединение метиллития к |
(R)-(-|-)-2-метил- |
2-фенилциклопентанону дает 75% (1R, 2К)-цис- |
и 25% (IS, 2R)- |
трансА ,2-диметил-2-фенилциклопентанола [68]. |
|
Только при взаимодействии объемистого изопропилата алюми ния, ди(3-метил-2-бутил)борана и «ди-3-пинанилборана» в избытке образуется менее устойчивый спирт (38А) (где R" = Н), образо вания которого можно было ожидать на основании правила Кра ма. При восстановлении под действием литийалюминийгидрида (№ 1) отношение более устойчивого 7?г/?акс-2-метилциклопентано- ла к tyuc-изомеру составляет приблизительно 77 : 23. Это же соот
ношение (с отклонением в |
несколько процентов) |
было получено |
в ряде опытов в различных |
лабораториях. |
|
Содержание диастереомеров в термодинамически равновесной |
||
смеси, полученной при восстановлении натрием |
в спирте (№ 13 |
и 14), составило приблизительно 90% транс- и 10% г^ггс-изомера.
Очевидно, что правило Крама непосредственно |
неприменимо |
R" |
ОН |
к этой циклической системе, и Крам и не применяет его к цикли ческим системам. Возникает вопрос: почему это правило неприме нимо к таким системам, которые с первого взгляда кажутся пре красными примерами для проверки модели? Для объяснения этого было предложено использовать двоякий прием, основанный на «стерическом контроле подхода» и «контроле образования продук та реакции» [62].
Однако следует иметь в виду, что представление о «контроле образования продукта реакции» в последнее время особенно под вергается критике [14, 56—60, 65—72]; одновременно разрабаты ваются другие более удачные объяснения. Трудно допустить, чтобы реакции восстановления и реакции присоединения открыто-цеп ных, пространственно не затрудненных циклических и простран ственно затрудненных циклических кетонов протекали по различ ным механизмам; причину различия следует искать в конформационных различиях соответствующих переходных состояний. Воз можно, что конформация 2-метилциклопентанона, показанная на формуле 37, неправильна и что правило Крама основано на не очень надежных данных о механизме реакций, а может быть, следует учитывать и то и другое.
Таблица 3-9
С т е р е о с е л е к т н н н ое восстановлени е 2 - метнлцнклопентанон а
^ * ат. as
|
|
СН3 |
СНз н |
с н , о н |
|
||
|
|
|
транс |
ЦЫС |
|
|
|
№ п. п. |
|
|
|
Выход |
|
Литерату |
|
|
|
Реагент |
mpanc- |
|
|||
|
|
|
ра |
||||
|
|
|
|
сшірта, |
|
% |
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
L i A l H 4 |
; l |
79 |
|
|
63 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L i A l I I 4 |
б |
70 |
|
|
63 |
|
|
L i A l l l , , |
|
75 |
|
|
1 |
|
|
L i A l l l , , в |
77 |
|
|
74 |
||
2 |
L i A l H 4 |
" |
S2 |
|
|
74 |
|
NaBH.., |
г |
74 |
|
|
1 |
||
|
N a B H 4 |
Д |
73 |
|
|
•J |
|
3 |
L i A l l l |
(0 - нфе/н - С 4 Н„) з |
72 |
|
|
63 |
|
4 |
L i A l H ( 0 - C 2 H 5 ) 3 |
77 |
|
|
63 |
||
5 |
L i A l H ( 0 - C l I 3 ) 3 |
50 |
|
|
63 |
||
0 |
B 2 H e |
|
69 |
|
|
75 |
|
7 |
А ] ( 0 - и з о - С 3 Н 7 ) 3 e |
42 |
e |
|
74 |
||
8 |
A 1 ( 0 - C 3 M 7 ) 3 |
24 |
|
|
74 |
||
9 |
B H [ C H C I I 3 C I I ( C H 3 ) 2 ] 2 |
22 |
|
|
75 |
||
10 |
P J B I I |
« |
0 |
|
|
75 |
|
11 |
I - lj |
( P t 0 2 ) s |
72 |
|
|
1 |
|
12 |
H , |
( P t , HC1) з |
35 |
|
|
74 |
|
13 |
Na ( C 2 H 5 O H ) » |
87 |
|
|
1 |
||
14 |
Na |
( в л а ж н ы й эфир) 1 1 |
90 |
|
|
1 |
a |
Молярное отношение кетопа |
к |
L i A l H . i |
равно 1 : 4. |
|
б |
Молярное отношение кетома |
к L i A l H j |
равно 1 : 1 . |
||
в |
Применялись |
два различных |
образца |
L i A l H j ; восстановление |
|
производилось при - 2 0 °С. |
|
|
|
||
г |
Реакция проводилась в водном |
растворе. |
|||
д |
Реакция проводилась в растворе метанола. |
||||
е |
Это отношение, |
полученное при большом времени реакции, соот |
ветствует равновесному содержанию траке - , «ис-изомеров алкокспсолп алюминия 42 : 58.
ж |
р* означает З-пнпаннльную |
(нзогшнокамфепильную) |
группу, |
||
a F * B H |
— «дн-З-шшаннлборан», |
который, |
как считают, |
реагирует |
|
в виде тетра-3-ппнапилдиборана |
(см. разд. G-2). |
|
|||
3 |
Гетерогенная реакция; в таблицу внесена для срапнеппл. |
||||
1 1 |
Термодинамически равновесная |
смесь. |
|
|
Циклопентаноиовое кольцо, конечно, нельзя считать ни планарным, ни жестким. На основании изучения ряда циклопентанонов [73] был сделан вывод о том, что 2-метшщиклопентаноновое кольцо наиболее устойчиво в коиформацип полукресла, пред ставленной формулой 39А, в которой крутильные колебания сс-атома углерода приводят метальную группу в положение, ана логичное экваториальному, тогда как два (3-атома углерода располагаются в твист-конформации по отношению друг к другу так, что их атомы водорода образуют заторможенную конформацшо. Тогда положение метальной группы приближается к тому положению, которое, как было показано, является наиболее устой чивым в таких соединениях с алифатической цепью, как пропионовый альдегид.
Предположим, |
что переходное |
состояние |
для |
кольца |
сходно |
с этим основным состояниеді и что |
реагент *) R"Z подходит |
к кар |
|||
бонильной связи |
перпендикулярно сверху |
или |
снизу |
плоско |
|
сти кольца, как показано на схемах 39А или |
39Б; |
тогда протека |
ние реакции может быть объяснено тем, что сравнительно малый по объему реагент, напрішер гидрид-ион, будет требовать мень ше энергии для подхода сверху к карбонильной группе, чем снизу. Разница в энергиях активации для этих двух способов подхода
39А |
39Б |
возникает в результате того, что псевдоэкваториальная а-метиль- ная группа фактически создает меньше препятствий к подходу малого по объему реагента (подход сверху на схеме 39), чем акси альные а-водороды (подход снизу на схеме 39). Несколько отлич ное от этого объяснение дали Амленд и Уильяме [1], но оно было отвергнуто, поскольку осталось неясным, почему карбонильная группа при комплексообразовании с реагентом должна стать настолько объемистой, чтобы внести значительный вклад в пере ходное состояние в виде конформации 39. Это объяснение трудно опровергнуть, хотя, по-видимому, оно и не подтверждается при изучении моделей.
*) При восстановлении под действием гпдрпдов металлов реагент содер жит пе свободной гидрнд-пон, а ассоциированный с реагентом, который в свою очередь может образовать комплекс с кислородом карбонильной группы. Степень образования ионной пары п комплексообразованпе реагента являются, очевидно, важными факторами прп применении разлігчньїх реа гентов п растворителей.