GL_08_Стереохимия (1125816), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Подтверждением правила Прелога является, например, следующая реакция:

8.6.3. Присоединение к двойным связям С=С

Асимметрические синтезы, основанные на реакциях присоединения к двойной С=С связи, - это в основном гидроборирование алкенов с помощью хиральных боранов. Реакция гидроборирования подробно рассмотрена в гл.5. В результате окисления образующихся при присоединении боранов к алкенам борорганических соединений получаются спирты.

Кроме ди-3-пинанилборана можно использовать также и моно-3-пинанилборан (R^*BH₂). В настоящее время с помощью этих двух реагентов можно успешно осуществлять синтезы многих оптически активных спиртов (табл.8.3).

Таблица 8.3.

Из данных табл.8.3. видно, что R^*BH₂ более эффективен для транс-алкенов и пространственно затрудненных цис-алкенов, тогда как для пространственно незатрудненных цис-алкенов лучше использовать R^*BH₂. Это необходимо использовать при выборе реагента для конкретного синтеза.

Кроме гидроборирования для асимметрического синтеза на основе алкенов можно использовать реакцию Михаэля - присоединения реагентов с подвижным атомом водорода к активированной двойной связи (см.гл.16). Распознающий хиральный центр может или входить в состав одного из реагентов, или быть представлен оптически активным растворителем или катализатором, например:

(B^* = хинидин; природный алкалоид).

8.6.4. Асимметрический синтез аминокислот

Очень эффективным оказался путь синтеза оптически активных -аминокислот через медьорганические комплексы (Ю.Н.Белоконь, 1982). Сначала оптически активный N-бензилпролин превращают в амид реакцией с орто-аминоацетофеноном. Затем полученный продукт конденсируют с глицином (аминоуксусной кислотой) в присутствии солей меди (II) и в результате получают медный комплекс LIX, в котором СН₂-группа (на схеме выделена) обладает подвижным водородом. При альдольной конденсации с участием этой группы получают -амино--гидроксикислоты, а при алкилировании этой группы - разнообразные аминокислоты высокой оптической чистоты.

Энантиомерные избытки в таком синтезе достигают 97-100%.

8.6.5. Синтезы в хиральных средах

Если реагенты ахиральны, но один из них прохирален, то в оптически активных средах могут происходить асимметрические синтезы энантиоселективного типа. Например, при действии магнийорганических соединений на кетоны в присутствии эфиров винной кислоты один из энантиомерных спиртов получается, хотя и в небольшом (э.и. = 2,5%), но все же в избытке. При циклизации 2-аллилфенолов в -пинене (оптически активный растворитель) э.и. составил 12,5%.

Более того, если один реагент хирален, но вводится в реакцию в виде рацемической смеси, то в оптически активном растворителе один из энантиомеров хирального реагента реагирует быстрее другого, что приводит к оптически активному продукту, например:

Молекулы оптически активного растворителя [(+) 2,3-диметоксибутана] в силу пространственных причин образуют более прочные сольваты с одной из двух энантиомерных форм магнийорганического соединения. Сольваты левой и правой форм субстрата относятся друг к другу как диастереомеры, и поэтому возникает различие в скоростях их реакции с СО₂. Еще раз подчеркнем, что энантиомеры могут быть дифференцированы только с помощью оптически активных веществ, в данном случае - с помощью оптически активного растворителя.

Асимметрические синтезы проводятся также в хиральных (холестерических) жидких кристаллах. Например, таким путем можно осуществить синтез -аминокислот с невысокой оптической чистотой.

8.6.6. "Абсолютный" асимметрический синтез

"Абсолютным" асимметрическим синтезом называется такой асимметрический синтез, который осуществляется в отсутствие асимметрических химических реагентов, в том числе действующих в качестве катализаторов. Означает ли это, что в данном случае энантиомерные конфигурации образуются в неравных количествах без всякого асимметризующего агента? Вовсе нет. "Абсолютный" асимметрический синтез отличается от обычных асимметрических синтезов, рассмотреных выше, лишь тем, что в нем используется физический асимметрический агент, например, циркулярно поляризованный свет. Следовательно, и в этом случае Правое и Левое может отличить только хиральный агент (физический), взятый в своей "правой" или "левой" форме, и термин "абсолютный" не должен вводить в заблуждение по поводу обязательного условия - наличия асимметрического фактора.

"Абсолютный" асимметрический синтез уже давно привлекает к себе особое внимание ученых, прежде всего проблемой возникновения оптически активных молекул на Земле в первоначальных абиогенных условиях. Одна из гипотез состоит в предположении, что причиной возникновения первоначальных оптически активных соединений был циркулярно-поляризованный свет, т.к. такая поляризация возникает при отражении естественного света от водных поверхностей.

В лабораторных условиях первые синтезы такого типа были осуществлены в начале 1930-х годов. Например, при освещении рацемического диметиламида -азидопропионовой кислоты СН₃СН(N₃)CONMe₂ циркулярно-поляризованным светом наблюдалась преимущественная деструкция одного из энантиомеров, и остаток приобретал оптическую активность (асимметрическая деструкция). В 1970-х годах с помощью циркулярно-поляризованного света были получены гелицены в оптически активной форме, например:

Величина энантиомерного избытка при фотохимических асимметрических синтезах зависит от того, насколько сильно отличаются между собой коэффициенты поглощения правого и левого циркулярно-поляризованного света данным веществом.

В последнее время используют циркулярно-поляризованное лазерное излучение. Таким путем из замещенных тропонов (LX) были получены бициклические кетоны LXI.

Известны также "абсолютные" асимметрические синтезы в твердой фазе, причиной которых является воздействие энантиоморфной кристаллической решетки. Например, при бромировании парами брома энантиоморфных кристаллов² халкона (LXII) происходит транс-присоединение брома по двойной связи и получаются два энантиомера

8.6.7. Асимметрическая индукция аксиальной и планарной хиральности

Выше мы рассматривали асимметрические реакции, в которых возникал хиральный центр под воздействием другого хирального центра (например, из диастереотопных карбонильных соединений образовывались диастереомерные спирты; раздел 8.6.2). Известны также примеры, когда хиральный центр индуцирует хиральную ось или хиральную плоскость.

Так, наиболее распространенным методом синтеза аксиально хиральных алленов в оптически активной форме является переход от пропаргильных соединений с хиральным центром. Например, при восстановлении тозилатов гидридами:

Асимметрическую индукцию планарной хиральности можно проиллюстрировать на примере синтеза оптически активного транс-циклооктена:

8.6.8. Асимметрический катализ

Один из путей повышения эффективности асимметрического синтеза состоит в использовании каталитических количеств хирального агента. Наиболее общим из известных в настоящее время энантиоселективных каталитических методов является применение хиральных комплексов переходных металлов. Известно, что ионы металлов способны катализировать многие органические реакции и путем варьирования природы металла, органических лигандов и хиральных добавок, можно направить пространственное течение реакции практически по любому нужному пути.

Металлокомплексный катализ растворимыми комплексами металлов, в том числе и энантиоселективный, его принципы и механизмы, подробно рассматриваются в гл. 27. Здесь же мы приведем лишь некоторые синтетические примеры каталитических реакций, приводящих к продуктам с высоким избытком одного из энантиомеров.

Чтобы создать эффективный каталитический энантиоселективный метод синтеза, необходимо иметь простой, очень реакционноспособный катализатор, обладающий хорошей способностью к хиральному распознаванию энантиотопных сторон прохиральных молекул. Следовательно, помимо выбора центрального иона металла, практически важно иметь молекулярный дизайн (т.е. проекты возможных структур) хиральных лигандов. Хорошие лиганды должны содержать подходящие для связывания с данным металлом функциональные группы, подходящие молекулярные элементы симметрии, заместители, способные дифференцировать разные области окружающего пространства стерически или электронно; кроме того, лиганды должны обладать или скелетной (каркасной) жесткостью, или, наоборот, скелетной гибкостью (в зависимости от конкретной реакции).

Одним из первых примеров асимметрического синтеза из прохиральных соединений, катализируемого растворенными хиральными комплексами металлов, был опубликованный в 1996 г. синтез эфира цис- и транс-2-фенилциклопропанкарбоновой кислоты с использованием хирального комплекса шиффового основания с Cu^II (LXIII). Реакция протекает через карбеноид меди в хиральном окружении.

В этом первом случае энантиомерный избыток составил всего 10%, но после систематического скрининга (т.е. простого перебора методом проб) хиральных оснований Шиффа, был найден катализатор, приводящий к э.и. = 94%. На этом основании был разработан метод промышленного синтеза (S)-2,2-диметилциклопропанкарбоновой кислоты (которая необходима для получения фармпрепарата ингибитора дегидропептидазы-1).

В настоящее время наиболее эффективные энантиоселективные металлокомплексные синтезы главным образом основаны на реакции гидрирования C=C, C=0 и C=N-связей в основном на комплексах родия и рутения. Ниже приведены наиболее яркие примеры (см. также гл. 27).

1) Синтез (-)ментола

Характеристики

Список файлов книги