ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 263
Скачиваний: 0
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 стереохпмическн4І лабилен 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 |