В.П. Дядченко, Г.В. Латышев - Топные отношения и стереоселективность восстановления комплексными гидридами (1132410)
Текст из файла
В. П.Дядченко, Г. В. ЛатышевТопные отношения и стереоселективность восстановлениякомплексными гидридами.На основе комплексных гидридов алюминия и бора разработаны реагенты,позволяющие проводить стереоселективное восстановление кетонов. Возможны дваварианта такого процесса: энантиослективное и диастереоселективное восстановление.В энантиоселективной реакции из ахирального субстрата преимущественнообразуется один из двух возможных энантиомеров. В диастереоселективной реакциипреимущественнообразуетсяодиниздвухдиастереомеров.Дляпониманияпроисходящих при этом процессов важны так называемые топные отношения атомов илигрупп атомов, входящих в состав молекулы.1.
Концепция топных отношений.Рассмотрим молекулу этилового спирта. Два выделенных атома водорода в этоймолекуле кажутся совершенно одинаковыми (схема 1а).HHб)а)H3COHСхема 1. Молекула этанола и однорукий молекулярный дизайнер.Зададимся целью удалить один из этих атомов водорода. Для этого прибегнем кпомощи “молекулярного дизайнера”, у которого есть только правая рука (схема 1б).Поручим ему “прогуляться” по углеродному остову молекулы в определенномнаправлении: от метильной группы до гидроксильной - и по пути удалить тот атомводорода группы CH2, который оторвать удобнее.
Естественно, наш молекулярныйдизайнер удалит из молекулы атом водорода, который находится от него справа.Главным в описанной ситуации является то, что молекулярный дизайнер различает“левое” и “правое”, поэтому атомы водорода группы СН2 оказываются для негонеодинаковыми. Несмотря на фантастичность описанной ситуации, она может бытьреализована в действительности. В качестве “молекулярного дизайнера” при этомвыступает фермент. Поскольку фермент хирален, он тоже способен различать “левое” и“правое”.
Так, фермент дегидрогеназа в присутствии NAD+ удаляет из молекулы этанолатолько “правый” атом водорода, что было показано в специальных экспериментах (схема2).DDMeHMeOHS-изомерOДегидрогеназа дрожжейили печени, NAD+HMeHDOHMeOR-изомерСхема 2. Действие дегидрогеназы на энантиомерные 1-дейтероэтанолы.Такимобразом,атомыводородавСН2-группеэтанолаоказываютсянеодинаковыми по отношению к хиральному объекту.
При замещении этих атомовдругими атомами или группами возникают два энантиомера (схема 3). Поэтому эти атомыводорода называют энантиотопными. Атом углерода CH2-группы этанола называетсяпрохиральным1, то есть предполагающим возможность возникновения хиральности.1Греческая приставка “προ” означает “предварять”, “подготавливать”. Например,программа (греч. γράµµα – запись) – предварительное описание предстоящих событийили действий; проректор (ректор – (лат.
rector) – правитель, руководитель) –предваряющий ректора, заместитель ректора.энантиотопныеатомы водородаH1прохиральныйатом углеродаH2CMeOHзамещение H2на дейтерийзамещение H1на дейтерийDHHэнантиомерыCMeDCMeOHS-изомерOHR-изомерСхема 3. Замещение энантиотопных атомов водорода на дейтерий.Термин “энантиотопный” употребляется в концепции топных отношений, илитопизма. Название этой концепции происходит от греческого слова “τοπος”, что означает“место”. Не следует путать термины “топные отношения” и “топизм” со словом“топология”.
В отличие от топологии, которая является разделом геометрии, концепциятопных отношений (топизм) относится к теории графов, изучающей связность частейцелого.В концепции топных отношений выделяют гомотопные и гетеротопные атомы илигруппы атомов в молекуле.Г омотопными называются атомы или группы атомов в молекуле,одинаковые по своей природе, которые переводятся друг в другаоперацией симметрии группы простых поворотных осей.C3C2HHHClClClC6HHHHHHHHСхема 4. Молекулы с гомотопными атомами: простые поворотные оси симметрии.Гомотопные атомы окрашены в одинаковый цвет.Гетеротопные атомы или группы атомов подразделяются на энантиотопные идиастереотопные.Как следует из определения, энантиотопные атомы (группы атомов) могут содержатьсятолько в ахиральных молекулах.PhCOOHCH2 COOH1)HOσCOOH2)iCH2 COOHPhHOOCСхема 5. Примеры молекул с энантиотопными группами атомов (окрашены в одинаковыйцвет).
Плоскость симметрии σ, перпендикулярная плоскости чертежа (1), и центринверсии i (2) переводят выделенные группы атомов друг в друга.CHO1)HCOOHOH2)H2NHHHCHMeMePhHH HMeMe3)OMeC24)MeHHCOOHHσHСхема 6. Примеры молекул с диастереотопными группами (окрашены в одинаковыйцвет). В молекулах (1) и (2) нет элементов симметрии, отличных от тривиального. Ось С2в молекуле (3) не переводит красные атомы один в другой.
То же касается двух синихатомов. Плоскость симметрии σ (плоскость чертежа) в молекуле (4) не переводитметильные группы друг в друга.Различие между энантиотопными атомами (группами атомов) проявляется толькопо отношению к хиральному объекту. Диастереотопные атомы (группы атомов)различаются своим окружением, поэтому для обнаружения различия между нимихиральный объект не нужен. Так, сигналы протонов двух диастереотопных атомов (группатомов) в молекулах 1-4 (схема 6) в спектрах ЯМР 1Н имеют различные химическиесдвиги.Замещение энантиотопных атомов на другие лиганды приводиткобразованиюэнантиомеров. Соответственно, при замещении диастереотопных атомов возникаютдиастереомеры.Аналогичные отношения существуют между сторонами молекулярных плоскостей.Так, атака карбонильной группы гидридом с двух сторон молекулярной плоскостиацетофенона (схема 7) приводит к образованию энантиомеров.Молекулярнаяплоскость(энантиотопные стороны)LiAlH4OabLiAlH4PhMeатакасо стороны "b"атакасо стороны "a"HOHHHOPhPhMeMeR-изомер (50%)S-изомер (50%)Схема 7.
Действие ахирального реагента на молекулу с энантиотопными сторонамимолекулярной плоскости.Двесторонымолекулярнойплоскости,изображеннойнасхеме7,являютсяпрохиральными, а точнее, энантиотопными.Энантиотопными являются две стороны любой молекулярной плоскости,которая одновременно служит плоскостью симметрии молекулы ине содержит копланарной оси симметрииC2OOСтороныплоскости σэнантиотопны MeСтороныплоскости σгомотопныHMeσσMeСтороныплоскости σэнантиотопныMeHHMeСтороныплоскости σгомотопныHHC2MeMeσσСхема 8. Примеры молекулярных плоскостей с энантиотопными и гомотопнымисторонами.Существуют также диастереотопные стороны молекулярных плоскостей (схема 9).Д иастер еотопными являются две стороны любой молекулярной плоскости,которая не являются плоскостью симметрии молекулы ине содержит копланарной оси симметрииOHR1OHCH2R2Схема 9.
Молекулярная плоскость с диастереотопными сторонами.Атака реагентом с двух энантиотопных сторон молекулярной плоскости приводитк образованию энантиомеров. В случае молекулярной плоскости с диастереотопнямисторонами образуются диастереомеры.2. Стереохимия восстановления комплексными гидридами.Две стороны молекулярной плоскости ацетофенона являются энантиотопными, иатака карбонильной группы ахиральным реагентом - алюмогидридом лития - приводит крацемическому продукту (схема 10).В данном случае рацемат получается вследствие того, что переходные состояния,ведущие к R-изомеру и S-изомеру, относятся друг к другу как предмет и его зеркальноеотображение, то есть являются энантиомерными. Для энантиомеров все физическиехарактеристики (за исключением угла вращения плоскости поляризованного света)одинаковы, поэтому и свободная энергия активации для изображенных на схеме 10переходных состояний будет одинакова.
Вследствие этого продукты (R- и S-изомер)образуются с одинаковой скоростью (схема 10).плоскость зеркалаOOH3AlHPhMe∆G≠HPhAlH3Me∆G≠Схема 10. Действие ахирального реагента на ацетофенон. Энантиомерные переходные≠состояния: энергия активации ∆G одинакова.Если реагент хирален, то переходные состояния будут энантиомерными толькотогда, когда на субстрат “слева” и “справа” будут действовать, соответственно, R-изомери S-изомер реагента (схема 11, случай 1). В этом случае “левое” и “правое” переходныесостояния будут относиться друг к другу как предмет и его зеркальное отображение, тоесть будут энантиомерными.
Поэтому и свободная энергия активации для изображенныхна схеме 11 переходных состояний в случае (1) будет одинакова. Однако этот случайявляется чисто умозрительным даже при действии рацемического реагента.плоскость зеркалаСлучай 1(гипотетический)O(R)-изомерреагентаHOPh(S)-изомерреагентаHPhMeMe∆G≠∆G≠≠Энантиомерные переходные состояния: энергия активации ∆G одинаковаСлучай 2(реальный)(S)-изомерреагентаOOHPhMe∆G1≠(S)-изомерреагентаHPhMe∆G2≠≠Диастереомерные переходные состояния: ∆G1 ≠ ∆G2≠Схема 11.
Два случая действия хирального реагента на энантиотопные сторонымолекулярной плоскости субстрата.Если же на данный субстрат действовать либо R-изомером, либо S-изомеромреагента, стереоизомерные “левое” и “правое” переходные состояния не будут относитьсядруг к другу как предмет к его зеркальному отображению(схема 11, случай 2).Действительно, выделенные зеленым цветом части реакционного комплекса слева исправа на схеме относятся друг к другу как предмет и его зеркальное отображение.
В тоже время, S-изомер реагента при отражении в зеркале должен переходить в R-изомер, но вслучае 2 (схема 11) это не так. Поэтому реакционные комплексы в целом, изображенныеслева и справа на схеме 11 в случае 2, являются диастереомерами по отношению друг кдругу. Диастереомеры отличаются друг от друга обычными физическими свойствами.Поэтому изображенным в случае 2 на схеме 11 переходным состояниям соответствуетразная свободная энергия активации. Соответственно, продукты атаки “слева” и “справа”будут получаться с разной скоростью, а следовательно, в разных количествах.
Один изэнантиомерныхпродуктовбудетпреобладать,тоестьреакциястанетэнантиоселективной. Такое взаимодействие называют кинетическим расщеплением.Именно так происходит взаимодействие ацетофенона с R- и S-изомерами BINAL-H,которые получаются при действии R- и S-изомеров 1,1’-бинафтола на этоксиалюмогидрид[Noyori R., Tomino T., Tanimoto Y., Nishizawa M., J. Am. Chem. Soc., 1984, v. 106, p.6709],схема 12.LiAlH420oC+ EtOH(1 : 1)Li[EtO-AlH3]ТГФR-(+)-бинафтол(1 моль)OOPhOHMeH2S-(-)-бинафтол(1 моль)OEtAlOLiHAlOEtOHLi( S)-BINAL-H(R)-BINAL-HH+O(S)-BINAL-H(R)-BINAL-HPhR-изомер(основной продукт)MeHOPhHMeS-изомер(основной продукт)Схема 12.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
