03 - (2004) (1125802), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Преимущество, с которым конформер А' по сравнению с А достигнет переходного состояния (2), компенсируется малым содержанием А'. Это отражается на скорости реакции. Такие рассуждения справедливы и для достижения переходного состояния (1) из конформера А'. 503 Соотношение скоростей двух конкурирующих реакций через переходные состояния (1) и (2) также определяется только величиной Абс" — Абв~ и не зависит от Аб, если Абс~ и Абв >> Аб'.
Принцип Кертина — Гаммета имеет гораздо более широкое применение в органической химии, а не ограничивается только областью конформационного анализа. Те же самые аргументы могут быть применены и к другим случаям для оценки реакционной способности двух находящихся в равновесии соединений. Классическим примером служит соотношение понятий таутомерии и двойственной реакционной способности двух таутомеров. Например, для ацетоуксусного эфира в равновесии находятся две формы — кетонная и енольная: об СНзСОСНзСООСН~СНз ~ СНзС=СНСООСНзСНз ОН Совершенно необоснованно и ошибочно было бы пытаться делать вывод о том, какая из них вступает в реакцию, энергия активации которой, АО», значительно выше, чем свободная энергия Аб' для кетонной и енольной формы.
Соотношение продуктов не будет зависеть от положения легко устанавливающегося равновесия. Для чистого ацетоуксусного эфира в равновесии находится 92% кето- и 8% енольной формы. В малополярной среде (гексане, эфире, бензоле) концентрации двух форм близки, и невозможно установить, какая из них участвует в реакции. 22.5.
КОНДЕНСИРОВАННЫЕ ЦИКЛОАЛКАНЫ— ПРОИЗВОДНЫЕ ЦИКЛОГЕКСАНА Принцип Кертина — Гаммета накладывает жесткие ограничения на изучение реакционной способности функциональной группы в экваториальном или аксиальном положении любого моно- циклического соединения. Для корректных выводов о зависимости реакционной способности от конформационного состояния производных циклогексана, как это было уже отмечено ранее, необходимо наличие в кольце трет-бутильной или другой объемной группы в качестве экваториального «репера».
Однако, даже этот прием оказывается неэффективным в том случае, когда энергия активации химического превращения значительно превышает величину Ьб для равновесия двух конформеров. Следует отметить, что большинство данных о связи конформации с реакционной способностью были получены без учета принципа Кертина-Гаммета, и вызывают поэтому серьезные сомнения. Это не 504 относится, однако, к примерам, приведенным в разделе 22.3.
Для функциональных групп с очень низким значением свободной конформационной энергии Лб'(см. табл. 22.4) часто вообще невозможно корректно соотнести реакционную способность с положением конформационного равновесия. Таким образом, конформационно подвижная система самого циклогексана представляет собой неудобную модель для изучения сравнительной реакционной способности экваториальных и аксиальных заместителей.
Для этой цели гораздо больше подходят «жесткие» конденсированные циклические системы, не способные к инверсии цикла. Простейшим примером жестких систем может служить транс-декалин. Для этого соединения две кресловидные формы не могут соединяться с помошью двух аксиальных связей, поэтому инверсия двух кресловидных циклов невозможна. В производных пзрпнс-декалина заместитель занимает строго определенное, фиксированное положение — экваториальное или аксиальное: 'з' а з Н е .т 6 )( в 6 Н Н акснальный (2а; Зб)' экваториальный (2б; За)' "Термин а-обозначает, что элместитель в проекционной форме располонен за плоскостью проекции, термин р-означает, что заместитель находится перед плоскостью, ц-Заместитель часто обозначается пунктиром, ()-эемееппель — сплошной линией. 505 Так как аксиальные производные лзранс-декалина не превращаются в экваториальные, взаимоотношение между конформацией и конфигурацией в скелете лзранс-декалина и других родственных конденсированных систем сохраняется постоянным и для данной конфигурации заместитель занимает фиксированное еили а-положение.
Соединения, содержащие конденсированные шестичленные и пятичленные циклы с транс-сочленением колец А, В, С и з), составляют структурный скелет огромного количества стероидов. Ниже представлена пространственная конфигурация 5а-холестана — родоначальника многих биологически активных стероидов; приведены также аксиальные или экваториальные конформации )3-заместителей во всех положениях молекулы 5ге-холестана: с~но м м Снй!)) с,н„ 15а з з; н!а) н!е) м Н(а) зе аа Н бя 5п-холестан Очевидно, что конформация а-заместителей противоположна конформации !3-заместителей. Все 4 цикла 5а-холестана жестко связаны друг с другом и при трале-сочленении колец конверсия циклов невозможна. Поэтому каждый заместитель в кольце находится в фиксированном а- или е-положении.
Изучение реакционной способности функциональных групп в А-, В-, С- и 0-кольце стероидов дает редкую возможность получить прямой и однозначный ответ об относительной реакционной способности экваториальных и аксиальных заместителей, и эти данные можно затем перенести на более простые по структуре соединения только с одним циклом. Для эпимерных, не превращающихся друг в друга пар стероидных спиртов было впервые сформулировано правило, согласно которому спирты с аксиальной гидроксильной группой окисляются быстрее, чем с экваториальным гидроксилом. Действительно, аксиальный 5и-холестанол-2!3 окисляется хромовой кислотой в 20 раз быстрее, чем его экваториальный эпимер 5ахолестанол-2а.
Совершенно аналогичная закономерность наблюдается для реакций би- и мономолекулярного нуклеофильного замещения в стероидах, содержащих уходяшую группу в циклогексановом кольце А, В и С. Известны многочисленные примеры транс-диаксиального с2- элиминирования в ряду стероидов, где все четыре участвующих центра принимают в переходном состоянии антиперипланарную конформацию.
Так, например, метиловый эфир 11Р,!2сг-дибром5а-холановой кислоты, в котором оба атома брома аксиальны, отщепляет молекулу брома под действием иодид-иона в отличие от диэкваториального 11и,12)3-дибромпроизводного, который не претерпевает дебромирования в этих условиях. Вицинальные трансдиаксиальные галогенгидрины в согласии с антиперипланарным расположением галогена и гидроксильной группы гораздо легче образуют эпоксиды, чем их транс-диэкваториальные изомеры.
Для За-бром-5а-холестанола-2!3 время, необходимое для превращения в эпоксид в щелочной среде, составляет менее 30 с, в то время как для 2а-бром-5а-холестанола-3)3 для этого требуется 75ч: зяб Вг Цис-галогенгидрины, у которых одна из групп обязательно должна быть аксиальной, а другая экваториальной, при взаимодействии с основаниями подвергаются дегидрогалогенированию с образованием кетонов и вообще не дают эпоксидов. Электрофильное присоединение к двойной связи стероидов протекает также по диаксиальному пути. Так, присоединение брома к холестену-3 стереоспецифично и приводит к диаксиальному Зи,4~)-дибромиду: а Вг Н Стероиды широко распространены в природе, многие из них выполняют важнейшие физиологические функции в живом организме.
Некоторые стероиды выполняют функцию гормонов, регулирующих биохимическую активность. В организме человека стероидные гормоны контролируют, например, половое развитие и способность к произведению потомства, а также выполняют ряд других важнейших биологических функций. Половые гормоны можно разделить на три группы: мужские половые гормоны — андрогены, женские половые гормоны — эстрогены и прогестины (гормоны беременности). Наиболее важным мужским половым гормоном является тестостерон. Испытания показали, что он ответствен также за многие другие мужские признаки, например тембр голоса, рост волос и др.
Эстрадиол представляет собой основной женский половой гормон. Впервые несколько миллиграммов этого гормона были выделены экстракцией из 4 т яичников свиньи. Эстрадиол ответствен за развитие вторичных женских половых признаков и регулирует менструальный цикл. В качестве одного из простейших прогестинов (гормонов желтого тела) можно привести прогестерон: тестостерон прогестерон Структурное подобие стероидных гормонов является превосходной иллюстрацией их резко различной биологической активности и ясно указывает на чрезвычайно сложный механизм биохимического воздействия на организм. Ниже приведены структуры трех наиболее популярных в настоящее время противозачаточных (контрацептивных) препаратов — норэтинодрона, местранола и норэтинодрела: ОН ОН С СН Н норэтинодрон норэтинодрел месгранол СН ! СН-СН,СН,СООН СН СН, ! 1 Снснасн,сн,снс НО' Н Н холестерин холееая кислота 508 Среди всех стероидов в животном мире наиболее распространен холестерин.
У человека он присутствует почти во всех органах, особенно в центральной нервной системе (головном и спинном мозге). В организме взрослого человека содержится 200 — 300 г холестерина. Отложение холестерина в сосудах вызывает атеросклероз и различные сердечные заболевания. Несмотря на то, что биологическая функция холестерина не вполне ясна, он играет важную роль в качестве предшественника стероидных гормонов и желчных кислот. Желчные кислоты, например холевая кислота, синтезируются в печени. Они необходимы для эмульгирования и усвоения жиров. гг.б.
КОНФОРМАЦИИ ШЕСТИЧЛЕННЫХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. АНОМЕРНЫЙ ЭФФЕКТ При обсуждении конформационного состояния моно- и дизамещенных производных циклогексана мы пользовались только эффективным объемом заместителей, совершенно не принимая во внимание электронные эффекты заместителей. Такой подход был оправдан для карбоциклических соединений, но он оказывается совершенно неудовлетворительным для шестичленных гетероциклических соединений. Замена одного из атомов углерода в цикле на гетероатом кислорода, серы или азота существенно не изменяет кресловидную форму цикла для тетрагидропирана, тиана и пиперидина; небольшие изменения касаются лишь длин связей и валентных углов при гетероатоме.
Для всех этих гетероциклов наиболее стабильной конформацией остается конформация кресла: тетрагидропиран тиан пипериднн ф 1,4-диоксан 1.3-дитиан 1,3-дноксан ф 1,4-оксатиан Введение одного или двух гетероатомов в цикл приводит к частичному снятию ван-дер-ваальсовых взаимодействий несвязанных атомов двух заместителей.
Это можно наглядно проиллюстрировать на примере цис-5-п1рет-бутил-2-метил-1,3-диоксана, для которого преобладает конформация с аксиальным положением трата-бутильной группы и экваториальной метильной группой. При аксиальном положении трепа-бутильной группы в этом соединении нет 1,3-диаксиального отталкивания, поскольку эти положения занимают два атома кислорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
