Файл: Моррисон Д. Асимметрические органические реакции.pdf

1-4.3. Термодинамически контролируемые асиммет­ рические превращения стсреохпмнчески лабильных днастереомеров

Если разделяемые изомеры стереохимически неустойчивы в ус­ ловиях разделения, тогда пет резкой границы между физическим методом выделения, основанным на разделении изомеров, и так называемым асимметрическим превращением. Оба процесса — физический метод выделения и асимметрическое превращение — могут протекать одновременно, п четкую границу между ними провести трудно. Случай, когда имеют дело со стереохимически лабильным рацематом, нельзя рассматривать как истинное разде­ ление, и в то же время он не может быть классифицирован и как асимметрический синтез, так как исходным соединением служит рацемическая смесь, хотя в ней эпантпомеры приходят в равно­ весие через симметричное промежуточное состояние.

В связи с вопросом об изомеризации в результате инверсии пирамиды по атому азота интересно отметить 168], что нивертомеры азота у К-метокси-3,3-днметокснкарбоипл-5-цнапо-'1.2- оксазолипа устойчивы при комнатной температуре \Еят ~ ^=29 ккал моль (122 кДж/моль)]. N-Метнл- и ЛЧпрт-бутготди- фенплоксазпрпдтш получены в оптически активной форме и»

соответствующих иминов окислением под действием (-Ь)-ыоио- перкамфорной кислоты [69]. Скорость рацемизации трет-бугяіль-

Критический обзор асимметрических превращений стереохими­ чески лабильных соединений см. в статьях [25, 27].

Термодинамически контролируемые процессы могут быть пред­ ставлены в виде потенциальной кривой на графике энергия — координата реакции, где путь реакции (т. е. процесс превращения исходных реагентов в продукты реакции) допускает установление

равновесия в условиях опыта (рис. 1-1). Если энергетический барьер (Еакт рис. 1-1) этого процесса измеряется величиной 15— 18 ккал/моль (63—75 кДж/моль) или менее, то реагенты п продук­ ты при комнатной температуре находятся в равновесии и не могут быть разделены обычными экспериментальными методами. В та­ ких процессах с низким энергетическим барьером на пути реак­ ции между реагентами и продуктами состав однородной реакцион­ ной смеси зависит только от разницы в свободных энергиях основ­ ных состояний реагентов и продуктов (AG0 ) и не зависит от пути реакции, т. е.

Если реагенты и продукты энантиомерны, то их свободные энер­ гии идентичны в ахиралыюй среде, т. е. AG° = 0 и процесс представляет собой рацемизацию (рис. 1-1, /1), при которой моль­

диастереомерами, в которых имеется один стереохимически лабильный центр, то этот процесс представляет собой эпимеризацию (рис. 1-1, В и В), где AG°^=0. Оба процесса играют главную роль при образовании оптически активных соединений.

Существует большое число процессов (связанных со структур­ ными факторами или с особенностями механизма), которые до­ пускают термодинамическое равновесие оптически активных мо­ лекул:

а) внутримолекулярная инверсия без разрыва связи при не­ симметрично трехзамещенном тетраэдрическом атоме (азот, сера, фосфор или сурьма, разд. 1-4.За);

б) внутримолекулярное вращение по конформационио подвиж­ ной связи, приводящее к превращению одной хиральнон формы в другую (как в случае атропонзомерии opmo-замещенных бифенилов, разд. 1-4.36);

в) взаимное превращение хиральных центров, происходящее через ахиральное промежуточное состояние (например, кетоеиольная изомерия, кольчато-цепная таутомерия, образование

взаимно превращаются друг в друга (разд. 1-4.Зг).

Ниже мы рассмотрим вкратце некоторые характерные примеры этих различных типов процессов в асимметрических превращениях стереохимически лабильных эиаитиомеров и диастереомеров.

При нагревании хиральный сульфоксид претерпевает внутри­ молекулярную рацемизацию [71—73]. На рис. 1-2 изображено соответствующее нланариое (или близкое к планарпому) переход­ ное состояние, в котором электронная пара «проходит» через атом серы образующейся молекулы, вызывая ее инверсию. Время

Р и с . 1-2. Мономолекулярная термическая ипверспя сульфокепдов.

31 ккал/моль (126—130 кДж/моль), в среде бензола] [71], а для

с большой скоростью уже при комнатной температуре [74]. Одна­ ко соединения с трехзамещепным азотом стабилизуются в отно­ шении инверсии при введении галогена в качестве заместителя при азоте и при введении азота в трехчленный цикл [75—78]. Так, 7-хлор-7-азабицикло- [4,1,0]-гептап (32) разделяется при ком­ натной температуре па эидо- (32А) и экзо- (32Б) формы [75, 76], причем последняя довольно устойчива и выдерживает перегонку при 57—58 °С/11 мм рт. ст. (1466 Па). Аналогичным образом неза-

пая на учете стерпческих факторов, возникающих при введении различных заместителей в орто-положеиия, п эффекта поддержки при введении заместителей в .uema-положенпя. Определены энер­ гии активации рацемизации большого числа замещенных бифепила. представленных схемой

рах [соединение 35. когда R п X — это трет-бушл, a R' и Y — это Н, остается без изменений при плавлеппи при 191 °С]; другие не могут быть разделены даже при О °С (например, любое соединение 35, в котором Х . У н одна из групп R равны И); известны соедине­ ния с любой промежуточной степенью стерсохпмичсской устойчи­ вости.

Выделение или идентификация эпантиомерпых ротамеров (конформацпонных изомеров плп атропонзомеров) зависит не только от размера и природы различных групп, но также и от температу­ ры выделения н продолжительности наблюдения. Таким образом, граница между конформационной изомерией и стереоизомерпей

Другие интересные примеры рацемизации в результате вра­ щения по конформацпонно подвижным связям наблюдаются у сое­

86], представляет собой соединение, обладающее асимметрией за счет искажения структуры молекулы в результате выведения

с двумя молекулами, приходящимися на одно асимметрическое звено), которые могут быть механически разделены [86, 87]. Один из этих типов кристаллов образует раствор с [ a ] D +6200 + + 200° (GHGlg). Получены гекса- и геитагетерогелицены [87],