Файл: Моррисон Д. Асимметрические органические реакции.pdf

совершенно другие стереохимические условия, чем в случае при­ соединения цианида к карбонильной группе соответствующего субстрата.

С точки зрения различий в механизмах наблюдающиеся разли­ чия в стереохимическом ходе реакции не должны вызывать удив­ ления ввиду многочисленных возможностей для гидратации и об­ разования внутренних водородных связей, а также из-за большого числа асимметрических центров в молекулах углеводов.

Поскольку реакция циаигидринового синтеза рассмотрена в обзорах [5—7, 13], мы не будем останавливаться здесь на деталь­ ном изложении стереохимических путей реакций, изученных на многочисленных примерах.

В 1908 г. Розенталер [14] показал, что неочищенный эмульсин, полученный ферментативным путем из горького миндаля, ката­ лизирует реакцию бензальдегида и H C N с образованием после гидролиза (5)-(-Ь)-миндальной кислоты (9% и. э.). В последую­ щих исследованиях этот ферментативный асимметрический синтез был распространен на ряд других альдегидов, причем результаты рассмотрены с точки зрения одновременного протекания двух реакций циаигидринового синтеза, из которых одна, катализируе­ мая ферментом, стереоспецифична, а другая, неферментатпвная,

сс-оксинитрилов [16, 17]. Флавопротеид-Б-оксиннтрилазу нанесли на ионообменную смолу на основе целлюлозы [Ecteola *)] иводнометанольный раствор тщательно очищенного бензальдегида и H C N медленно пропускали через колонку; после упаривания элюата с 95%-ным выходом получен нитрил миндальной кислоты, состоя­ щий из 97% Jf?-(+)- и 3% iS-(—)-энантиомера. При непрерывном пропускании раствора через колонку можно получить до 1 кг

(+)-нитрила миндальной кислоты, так как фермент очень устой­ чив. Сообщается [17] о получении с высокими выходами (84— 100%) оптически активных циангидринов из метил-, оксн- и метоксизамещенных бензальдегидов, а также из фурфурола, 2-тио- фенальдегида, пеитаналя, бутаналя, 2-метилпрошюнового и кро­ тонового альдегида. Только из ацетальдегида и пропионового

28 и 45% соответственно. Изучена стереохимия реакции присоедине­ ния цианида к г^с-3,5-диметил-, цис, у.мс-3,4,5-трнметнл- и 3,3,5- три.метилцнклогексаноиам [19].

После открытия Розеиталером ферментативного циангидрннового синтеза Бреднг и Фиске [20] обнаружили, что оптически активный нитрил миндальной кислоты образуется с низкой энантпо.мерной чистотой, если реакцию катализовать хинином или хпнидшюм и проводить ее в неводной среде (в хлороформе или толуоле). Вследствие равновесного характера этой реакции наблю­ даемая величина вращения реакционной смеси сначала возрастает, достигая максимума, а затем падает. Эти опыты были успешно распространены и на другие альдегиды [21]. Сообщалось, что ката­ лизатор, полученный введением днэтпламиногруппы в волокна хлопка или шерсти, приводил к асимметрическому синтезу, однако энантномерная чистота продукта в этом случае была низкой [22]. Обширные исследования выполнила Цубояма [23—25] по изучению цнангндрннового синтеза, исходя из бензальдегида с применением основного хнрального катализатора, полученного полимеризацией (б^-изобутнлэтиленимина (17). Максимальная величина степени

нерастворимый сшитый полиуретан, катализировавший образо­ вание (R)-(+)-нптрила миндальной кислоты (1—3% и. э.). По­ скольку при сшивании конфигурация хиральиого центра у угле­ родного атома не затрагивается, то пространственное протекание реакции циангидринового синтеза контролируется общей конформацией полимера, а не конфигурацией только одного хирального центра — углеродного атома. После превращения в третичный амин этот полимер (18, R = СН 3 , С 2 Н 5 и СН2 СвН5 ) оказался меиее стереоселективным катализатором циангидринового синтеза (0—2% асимметрического синтеза). Эти результаты были сопоставлены с данными, полученными при применении катализаторов на осно­ ве днэтиламиноэтилцеллюлозы (6% асимметрического синтеза), шерсти, содержащей диэтиламиноэтильные группы (2% асим­ метрического синтеза), и сшитого полистирола, связанного с триацетилглюкозамином (1—2% асимметрического синтеза). Эти реак­ ции являются интересными моделями ферментативного циангидри-

нового синтеза, но далеко уступают ему в отношении эффективно­ сти асимметрического синтеза и дают весьма ограниченную инфор­ мацию о стереохимических факторах, контролирующих стереоселективность.

Наиболее детальное стереохимическое исследование асимметри­ ческого циангидринового синтеза выполнили Прелог и Вильгельм [26], изучая эту реакцию в неводном растворителе (хлороформ, содержащий 1 % этанола). Ранее [27] было найдено, что скорость реакции беизальдегида и H C N в неводном растворителе, катали­ зируемой гидроцинхонидином, подчиняется уравнению первого порядка по бензальдегиду и второго порядка по алкалоиду или по другому добавленному основанию и практически не зависит от концентрации H C N . Прелог и Вильгельм для объяснения этих данных предположили, что реакция протекает в три стадии (где В — алкалоид или другое введенное в сферу реакции основание):

Основным различием при проведении этой реакции в хлоро­ форме и в водной среде является то, что в хлороформе основание и HCN реагируют с образованием прочно связанной ионной пары [уравнение (5)3, а в воде образуются отдельные гидратированные ионы. Согласно этой схеме, стереохимический ход реакции опре­ деляется процессом, представленным уравнением (7).

Вследствие обратимости реакции истинное значение стереоселективности должно быть определено путем экстраполяции до нулевого времени. Это было выполнено для трех примеров, в кото­ рых было найдено, что степень стереоселективности реакции корич­ ного альдегида с H C N в растворе хлороформа, катализируемой хинином, цинхонидином или бисиодметилатом хинина в присут­ ствии диэтиламнна, составляет приблизительно 10, 2 и 25% соот­ ветственно.

Последний из упомянутых катализаторов представляет особый интерес. В присутствии бисиодметилата хинина коричный альде­ гид не реагирует с H C N до тех пор, пока не добавят следы диэтиламииа; тогда реакция протекает со стереоселективностыо, которая превосходит наблюдавшиеся ранее величины при применении алкалоидов хины в качестве катализаторов. Чем выше относитель­ ная концентрация катализатора — нехирального амина, тем ниже стереоселективиость. Однако при применении одного хинина

стереоселективность почти не зависит от концентрации основания. Эти результаты ясно указывают на двойственную природу катали­ затора: в переходном состоянии одна молекула реагирует в форме

катализируемой 25 различными алкалоидами хины с известной конфигурацией. Кроме того, они собрали п сопоставили результа­

R = С 6 П 5 ), полученные ИМИ при применении 29 оснований ряда алкалоидов хпны. Алкалоиды хины принадлежат к четырем кон­ фигурационным типам, представленным формулами 19—22 (здесь не указаны преимущественные конформации). Изучено влияние изменения конфигураций у хиральных центров С-8 и С-9 в этих алкалоидах на стереоселективность. Сложность стереохимнческого контроля этого асимметрического синтеза видна из следующего.

н.—с=— он

Хинин и цинхонидин, которые различаются только замещением метокси-группы С-6' на водород в хинолпиовом ядре, катализи­ руют образование энантиомерных (i?) - (+) - и (S)-(—)-нитрплов миндальной кислоты (2,6 и 8,7% и. э. соответственно); но эти же катализаторы оба катализируют образование (Л)-(+)-циангидрина коричного альдегида (5,7 и 1,1% и. э.). Это различие в поведении весьма удивительно, если учесть большое расстояние между С-6'- заместителем и основными атомами азота. Дигидропроизводпые