книги из ГПНТБ / Блага К. Основы стереохимии и конформационного анализа

Р Е А К Ц И И Р А Д И К А Л Ь Н О Г О П Р И С О Е Д И Н Е Н И Я К Д В О Й Н О Й И Т Р О Й Н О Й У Г Л Е Р О Д - У Г Л Е Р О Д Н Ы М С В Я З Я М

Р а д и к а л ь н о е присоединение обычно катализируется металли­ ческими катализаторами, перекисями, ультрафиолетовым светом или соответствующими активными радикалами, получаемыми в реакционной среде. При этих условиях имеет место радикаль ­ ное присоединение следующих соединений: водорода, брома, бромистого водорода, бромтрихлорметана, таких серусодержа - щих соединений, как сероводород, меркаптаны, тиофенолы, тио-

Каталитическое гидрирование

Изолированные и неактивированные двойные связи могут быть восстановлены каталитическим гидрированием. Принимают, что при гидрировании ненасыщенное соединение сначала адсор­ бируется на поверхности катализатора, а затем происходит пе­ ренос адсорбированного водорода к субстрату. Поэтому при каталитическом гидрировании происходит :{ыс-присоединение во­ дорода. Стерически более доступные терминальные связи гидри­ руются с большей скоростью, чем двойные связи, удаленные от конца цепи, или двойные связи, включенные в состав цикла. С увеличением числа групп, присоединенных к двойной связи, гидрирование замедляется, тетразамещенные двойные связи ги­ дрируются с большим трудом или не гидрируются вообще. Ча ­ стичное гидрирование тройной связи циклоалкинов является удобным'методом получения £{ис-циклоалкенов со средними цик­ л а м и .

Радикальное присоединение соединений, содержащих бром

Бромистый водород и бром вследствие обратимого присоеди­ нения к двойной связи могут привести к частичной или полной изомеризации алкена прежде, чем полностью закончится при­ соединение; это затрудняет исследование и оценку реакции при-

160

соединения. Таких осложнений можно избежать, если использо­ вать циклические соединения, поэтому стереохимия радикальных реакций в основном изучалась на этих соединениях. Присоедине­ ние бромистого водорода к 1-бромциклогексену (XV) или 1-ме- тилциклогексену ( X V I ) дает почти исключительно один продукт, а именно термодинамически менее стабильные цмс-1,2-дибром-

ну (79:21; 94:6; 91 : 9 ) , указывает на стереоселективный харак­ тер присоединения. Все примеры относятся к анга-присоедине- нию, при котором атом брома, образующийся гомолитически из

кающего при ионных реакциях бромониевого иона. Последую­ щее взаимодействие с водородом приводит к образованию цис- изомера:

Возможно т а к ж е , что в первоначально образующемся ради­ кале с аксиальным атомом брома (XIX) или экваториальным атомом брома (XX) подход бромистого водорода со стороны, противоположному атому брома, в последнем случае стерически более благоприятен:

В г

выделен лгезо-2,3-дибромбутан; во втором было получено только рацемическое трео-производное. Однако при более высоких тем­ пературах образуется смесь обоих изомеров. Стереохимия при­ соединения бромистого водорода к тройной связи зависит в большой степени от стерических требований и полярности алкильных групп, присоединенных к атомам тройной связи.

Радикальное присоединение соединений, содержащих серу

Реакции радикального присоединения сероводорода, тпофенолов и тиокислот к олефинам не столь стереоселективны, как реакции присоединения, описанные выше. Высокая селектив­ ность может наблюдаться только в случае олефинов со значи­ тельными стерическими препятствиями при двойной связи. Изу­ чение реакций этого типа усложняется в основном тем, что отношение изомеров, получаемых путем сынили анты-присоедине­ ния, зависит от взятого соотношения исходных веществ. Присо­ единение /г-тиокрезола к норборнену дает только экзо-изомер. Присоединение тиофенола к 1-хлорциклогексену приводит к образованию 92„4% цыс-продукта, присоединение сероводорода— 74,8%, а тиоуксусной кислоты — 66—73% продукта этой же конфигурации. Характер присоединения, очевидно, связан со стабильностью первоначально образующегося радикала . Если принять, что атом серы в 2-замещенном 1-хлорцнклогексилы-юм радикале локализован в аксиальном положении и что присоеди­ нение происходит прежде, чем установится конформациониое равновесие, то получают цыс-продукт (XXI) в результате антыприсоединения; если конформациониое равновесие успевает установиться, следует ожидать образования обоих продуктов (XXI) и ( X X I I ) :

162

гранс-1-метил-2-нитроциклогексанола. Это существенное разли­ чие, как и в обсужденном ранее случае, связано со стабиль­ ностью образующегося радикала .

С Т Е Р Е О Х И М И Я Р Е А К Ц И Й П Р И С О Е Д И Н Е Н И Я ПО К А Р Б О Н И Л Ь Н О Й Г Р У П П Е

Карбонильная группа в алифатических соединениях является компонентом подвижной цепи, которая может принимать ряд конформации. Кроме полярных эффектов, на легкость присоеди­

Такие заместители могут затруднить или полностью исключить (в случае ди-грег-бутилкетона) присоединение нуклеофпльных частиц.

Легкость присоединения нуклеофпльных реагентов к карбо ­ нильной группе циклических кетонов определяется конформацией последних. Большая реакционная способность циклопропанона и циклобутанона обусловлена деформацией углов связей. Не­ связанные взаимодействия влияют на реакционную способность циклопентанона и циклогексанона, которая меньше в первом случае. В результате пониженной подвижности и связанного с этим меньшего числа возможных конформации реакции по карбонильной группе ал-нциклических соединений протекают сте-

гидроксисоединения с гидроксильной группой в экваториальном положении:

То ж е самое наблюдается при восстановлении оксимов цикли­ ческих кетонов. Во всех этих реакциях присоединения по карбо­ нильной группе образуется новый асимметрический углеродный атом; исключение составляют реакции с симметричными кетонами в качестве исходных веществ. Если рядом с карбонильной груп­ пой находится хиральный центр, то направление присоединения

нуклеофильных реагентов определяет так называемая асиммет­

хафез обобщили результаты исследований [4] по некаталитиче­ ским процессам этого типа, предложив так называемое правило стерического контроля асимметрической индукции. Исходный кетон реагирует в конформации, в которой двойная связь карбо­ нильной группы помещена между наименьшей группой и группой средней величины из трех групп, присоединенных к соседнему углеродному атому. Нуклеофильная группа приближается к кар­ бонильной группе с наименее затрудненной стороны, т. е. со сто­ роны наименьшего заместителя хирального атома, так что в ре­ зультате преобладает образование одного из двух возможных диастереомерных соединений (L обозначает стернчески наиболь­ ший заместитель, М — средний, a S — м а л ы й ) :

Сама формулировка правила у ж е включает оговорку, что оно верно только для процессов, в которых не используется катали­ затор. Применимость правила ограничивается реакциями, под­ чиняющимися кинетическому контролю.

П р а в и л о успешно применяется д л я анализа соотношения диа­ стереомерных спиртов, получаемых восстановлением кетонов с помощью комплексных гидридов, щелочных металлов и амаль ­ гамы натрия, а т а к ж е в реакциях с металлорганическими соеди­ нениями. При использовании литийорганических реагентов стереоспецифичность процесса ниже, чем в реакции с магнийорганическими соединениями, поскольку первые обладают пониженной склонностью к координации и ассоциации; следовательно, их эф ­

сительные различия м е ж д у переходными состояниями не опреде­ ляются взаимодействиями между а-заместителями и присоеди­ няющейся частицей, а зависят от общей конформации всего

164

ожидать более четкой ориентации атакующего реагента и, сле­

Реакции, в которых асимметрический атом влияет на стерео­ химию присоединения по карбонильной группе, приводящие к об­ разованию оптически активных соединений, обсуждаются в сле­ дующей главе, посвященной асимметрическим реакциям . Другим интересным примером является реакция Клайзена между бензальдегидом и енольной формой фенилуксусной кислоты:

165

ции. Порядок рассмотрения реакций, приводящих к оптически активным соединениям, подчинен принципу удобства преподнесе­ ния материала с методической точки зрения.

Х А Р А К Т Е Р Н Ы Е О С О Б Е Н Н О С Т И А С И М М Е Т Р И Ч Е С К И Х Р Е А К Ц И Й И ИХ К Л А С С И ­ Ф И К А Ц И Я

в соединениях с двумя возможными конфигурациями происходит

167

в различной степени. Конфигурация образующегося атропоизомера соответствует конфигурации более реакционноспособного энантиомера.

Без сомнения, реакции второго типа являются более распро­ страненными. Сюда относится широкий круг энзиматических процессов,- которые играют видную роль в биохимии, и хотя в органической химии их применение несколько ограничено, они экономически более выгодны, так как для их реализации тре­ буются меньшие энергетические затраты . Примером может слу­ ж и т ь получение оптически активных аминокислот и их производ­ ных из рацемических веществ под действием энзимов [2].

Действие катализатора биологического характера, энзима, можно проиллюстрировать на примере восстановления альдеги­ дов и кетонов с помощью оксидоредуктазы и пиридиннуклеотидного коэнзима [3]. К настоящему моменту известно, что в про­

Н

R

Н А Д Н А Д Н

Стереоспецифичность реакции энзиматического восстановле­ ния объясняется тем, что водород (или синтетически вводимый дейтерий) переходит только на одну сторону' никотинамидного кольца.

В присутствии этого ж е коэнзима отщепление водорода все­ гда происходит с той ж е самой стороны дигидроннкотинамидного

Знания о стереоспецифичности восстановления с помощью ферментативных д р о ж ж е й , например с помощью спиртовой д р о ж ж е в о й дегидрогеназы, были углублены Прелогом с сотруд­ никами, которыми было рассмотрено ферментативное восстанов­

низм восстановления кетонов декалинового ряда на основе ранее, установленной абсолютной конфигурации углерода С( 4 ) дигидро-

168

пиридинового кольца Н А Д Н . Повторное восстановление упомя­ нутых кетонов (или окисление соответствующих спиртов) с по­

ность спиртовой дегидрогеназе из лошадиной печени, которая

средство сравнения сегмент решетки алмаза . Восстановление в

яснить, если принять, что в переходном состоянии реакции вос­ становления субстрат координирован в плоскости, параллельной

вого кольца. Меньший заместитель М тогда координируется в на­ правлении амидной группы.

Восстановление дейтерированных альдегидов (или восстанов­ ление альдегидов с помощью Н А Д О ) т а к ж е протекает асиммет­ рично. Например, этим способом были получены оба энантио­

169