Файл: Моррисон Д. Асимметрические органические реакции.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 263

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

которые обладают подобными же свойствами. Известпы и другие типы спиральных соединений, которые сильно различаются по своей стереохимической стабильности * ) . Три-о-карвакротид пред­ ставляет собой необычное соединение, которое, как сообщается [89], обладает оптической активностью не только за счет диссимметрии

(симметрия класса С3 ) типа право-

{37А)

или левоспирального

{37Б)

трехлопастного винта, но также и за счет спиральной дис­

симметрии (симметрия класса С,).

Из данных ЯМР-спектров най­

дена

свободная

энергия

активации

превращения

конформации

винта

в

копформацию

спирали

[AG^ =

20,6 ±

0,2 ккал/моль

(86,2 ± 0,8 кДж/моль)],

обратного

превращения [AG''- = 20,3 +

±

0,2 ккал/моль

(85,0 ±

0,8 кДж/моль)] и превращения конфор­

мации

спирали в

копформацию эиантиомерной спирали [AG^ =

=

17,6 ±

0,2 ккал/моль

(73,7 ±

0.8

кДж/моль)].

 

37 А

37Б

Еще один тип

вращения

по простой связи, которое приводит

к рацемизации

хиральных

форм, обнаружен в циклофанах

и родственных соединениях. Вращение^бензольного кольца, содер­ жащего карбоксильную группу, например в соедпнеиии 38 А, приводит к образованию зеркального изомера {38Б). Производное, в котором т = п --- 2, стереохимически стабильно [90]. тогда как производное с п = 3, ???. = 4 рацемизуется при температуре около 160 °С, а производное с т = п = 4 ие удается разделить на изоме­ ры при температуре выше 0 °С.

В связи с проблемой несвязанных электронных взаимодействий представляют интерес данные ЯМР, полз'ченные при разных температурах, по изучению скорости «проворачивания» кольца в л/етл-циклофанах 30, 40 и 41 [91]. (Сообщается [93] о дополни-

*) Сноски на аналогичные соединения

можно найти в статьях [ 8 4

— 8 6 ] .

Об определении абсолютной конфигурации

соединения 36/1 см. в работе

[ 8 8 ] .


тельных исследованиях энергетического барьера инверсии ирн «проворачивании» кольца в соединениях ряда .«<?/??д-щгклофанов.)

2.2'-Дтшетильпып гомолог соединения 5,9 разделяется на изо­ меры [92] п стереохпмическн стабилен до 200 °С, тогда как само

,(СН,)„

,(СН2)„

ноос

соон

соединение 39 по обнаруживает склонности к «проворачиванию»

кольца вплоть до 190 °С IAG-

— 27 ккал.моль

(113

кДж/моль)].

Однако азотистый аналог

(40)

обнаруживает

слияние сигналов

Я Ш ' для дпастереотопных

протонов метилсновой

группы при­

близительно при 13.5 °С [Д(9^ — 14.8 ккал/моль (61.9 кДж/моль)],

а у

фуранового производного при (іЗ °С [AG* • 16,8 ккал/моль

(70,3

кДжмоль)]. Если реагент и продукт представляют собой

39А

 

сн . сн 2

с н , с н 2

< С^ -Jo)

/'

 

ч

40

CH2 Cf

диастереомеры, в которых стереохпмическнлабилен только один из двух или из большего числа асимметрических центров, то вза­ имное превращение изомеров в растворе приведет к неодинаковым количествам эпимеров, различающихся в осповпом состоянии по своим свободным эпергиям (например, рис. 1-1.Б, A G * = 0) * ) . Мутаротация служит доказательством того, что действительно этот процесс протекает. В этом отношении установление равно­ весия между эпимерами отличается от установления равновесия

*) Это различие в энергиях

может

быть невелико,

п тогда отношение

эпимеров будет очень близко к

50 : 50.

В особых и очень

редких

случаях

отношение эпимеров может

быть

равно

точно 50 : 50. Если

предположить,

что в равновесии при одной

температуре эпимеры дают

отношение

49 : 5 1 ,

а при другой температуре 51 : 49, то прп некоторой промежуточной темпе­ ратуре отношение может быть равно точно 50 : 50.


между энантиомерами, которые в состоянии равновесия (в ахиральном окружении) должны давать всегда статистически эквимолеку­ лярную смесь 50 : 50 (т. е. А&° = 0), и, следовательно, в последнем случае равновесие приводит к рацемизации. Взаимное пре­ вращение эпимеров в растворе получило название «асимметриче­ ских превращений первого рода» [25]. Если установление равно­ весия сопровождается выделением кристаллической фазы из раствора, то мы имеем дело с «асимметрическим превращением второго рода», или с «оптической активацией» *).

Молекулы со стереохимически подвижной структурой, такие, как 35—41, могут дополнительно обладать стереохимически ста­ бильным хиральным звеном. Процессы, которые ведут к рацемиза­ ции молекул с одним подвижным хиральным центром, вызывают мутаротацшо в определенных условиях и у тех молекул, которые обладают как стереохимически лабильными, так и стабильными хиральными центрами. Имеющее важное стереохимическое значе­ ние и часто встречающееся па практике «асимметрическое пре­ вращение второго рода», или «оптическая активация», происходит в тех случаях, когда один эпимер легко взаимопревращающейся пары диастереомеров хуже растворим, чем другой, и выкристал­ лизовывается из раствора при той температуре, при которой наступает равновесие.

Кристаллизация этого менее растворимого диастереомера пре­ пятствует установлению равновесия, и выделение кристаллов может продолжсгться до тех пор, пока исходная смесь в значитель­ ной степени не превратится в одну кристаллическую форму.

Эта ситуация встречается чаще всего в тех случаях, когда разделение стереохимически лабильного субстрата протекает че­ рез образование соли с алкалоидом по следующей схеме:

ґ(-|-)-субстрат ~^

— >

ґ ( — )-субстрат "1

>

J ( — ) - субстрат

\ ( + )-алкалопд J

<

Т ( + )-алкалоид J

<—

\ ( + )-алкалопд J

раствор

 

раствор

 

твердая фаза

Тернер и Гаррис [25] обратили внимание на своеобразное явле­ ние в таких превращениях: скорость образования кристалла возрастает, если раствор не охладить, а подогреть. Решающим доказательством того, что такой процесс не является простым разделением, служит тот факт, что более 50% от исходного раце­ мата получается в виде одной оптически активной формы.

Весьма характерен пример, взятый

из работы Мислоу

[94]

по мостиковым бифенилам: рацемическая

1, 2, 3, 4-дибензоцикло-

нонадиен-1,3-карбоновая-7 кислота

(42)

существует

в виде

R-

и .У-форм благодаря препятствиям

вращению двух

фенильных

*) Обсуждение этих терминов см. на стр . 46 в книге [30] и на стр. 304 в статье [25] .


колец в результате сращения карбоциклической системы по орню-положеныям. Кипячение раствора в ацетоне 0,500 г рацеми-

Я-(+)-42.

S-M-42

ческого соединения 42

и эквивалентного количества хшшднна

в течение і ч вызывает

выделение кристаллов из первоначально

гомогенного раствора. Кристаллы (Н-)-хпппдииовой соли (0,824 г; выход 8 4 % ; [а]г>25 + 129°, с 1 СЫС13) обрабатывают разбавленной соляной кислотой при 0 °С; продукт кристаллизуется при —20 °С, при этом образуется 0,370 г возвращенной кислоты ([all? —42,3°, с 1. СПС13 ). Есть все основания полагать, что этот продукт пред­ ставляет собой одно соединение її что исходная рацемическая смесь, взятая в количестве 0,500 г, дала 0,370 г, или 7 4 % , сравни­ тельно чистого S-{—)-пзомера. Так как это составляет более 50% от исходной рацемической смеси, то, следовательно, имело место асимметрическое превращение второго рода. Период полупревра­

щения

для этого соединения равен 53 мин при 50 °С в

ксилоле.

Т а к т і

образом, в кипящем ацетоне оба изомера быстро

приходят

в равновесие, а хпнпдиновая соль (—)-кислоты. которая

довольно

плохо растворима, выпадает из раствора, сдвигая равновесие вправо. Пространственное отталкивание при вращении и сильное искажение углов в переходном состоянии достаточны, для того чтобы предотвратить в заметной степени взаимное превращение

при 0 °С. Энергия активации

рацемизации найдена равной

24 ккал/моль (100 кДж/моль).

 

 

 

1~4.3в.

Взаимные

преарищенин

хиралъных

центров

через

axujHi.i

ыюе

промежуточное

 

соединение

Установление равновесия декалоиа-1 (43) представляет собой эпимеризацию одного из двух асимметрических центров в молеку­ ле в результате кето-еиольной таутомерии [95].

Этот процесс, как известпо, катализуется кислотой или осно­ ванием; в последнем случае он может быть отнесен к стереохимически лабильным процессам, так как при этом образуется карбаииои. а не енол. (-і-)-ірс-Декалои-І в растворе образует с ( + ) - транс-изомером равновесную смесь состава 5 : 95, обогащенную соединением с системой ??г/)а«с-сочлененных колец. Показано, что это взаимное превращение имеет место при переходе 9{R)-{—)- г/.ис-изомера {43А) в 9(5)-(—)-т.рамс-изомер {43В). Промежуточ­ ный енол {43Б) больше ие имеет хиральиого центра при С-9, и ког-


да он превращается

в кетон, он может дать либо 43 А, либо 43В.

Так как 43А и 43В

обладают разной свободной энергией в основ­

ных состояниях, то

они и образуются в неравных количествах.

 

Н О

н

 

(5%)[<xJD~7/c

(95%)[a]D-fo°

43А

43В

Если бы в растворе в присутствии следов кислотного или основного

катализатора

существовал бы

чистый изомер

43А, то вращение

должно

было

бы измениться

от

первоначальной

величины [ a ] D

—71° до

равновесной величины

[ a j D —16°,

что

соответствовало

бы смеси 43А. и 43В в соотношении 5 : 95. При этой изомеризации стереохимия второго хирального центра при С-10 не затрагивает­ ся. Чистый изомер 43В может быть легко выделен из равновесной смеси. Преобладание в смеси системы с ?;іракс-сочленением колец не всегда велико. 10-Аигулярный метильный гомолог дает при равновесии смесь изомеров транс-цис состава 60 : 40 [96].

Наиболее широко пзучеипым примером кольчато-цепной тауто­ мерии является мутаротация глюкозы. сс-о-Глюкоза (а-44) под действием кислоты или щелочи в качестве катализатора приходит в равновесие с В-ь-глгокозой (В-44) через промежуточную альде­ гидную форму. Если водный раствор глюкозы медленно упаривать при температуре в интервале 35—40 °С, то из раствора выпадают кристаллы CC-D-ГЛЮКОЗЫ. Таким образом, термодинамически менее

с н 2 о н

 

СН2 ОН

СН2 ОН

 

НО--Л.

п

 

н о - ^ \ ^ . о н

н о - ^ ,

_ 0

 

Н 0 ^

н Ь

Г н

 

НО

НОГ

ОН

 

 

он

 

( в 4

Н

7 0

(36%)

[«]£*

+ //о"

44 А

- 1 9 ,

 

-44J

 

 

о<,-44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стабильная а-форма выделяется из раствора, содержащего пзоыток 6-формы. и равновесие сдвигается так, что смесь а- и В-форм глюкозы в растворе почти полностью превращается в кристалли­ ческую а-и-глюкозу; по если глюкоза кристаллизуется из горя­

чей уксусной

кислоты, то выделяется В-форма.

 

Водный раствор глюкозы при достижении равновесия при ком­

натной температуре

имеет [ос]ц° +

52,6°, что

отвечает

смеси 36 %

a-n-глюкозы

(а-44)

и 64% B-D-глюкозы

(6-44),

а разница

в свободных

энергиях (AG°) составляет около 0,37

ккал/моль

(1,55 кДж/моль) с

преобладанием

значения

G для

полностью