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

О б щ ее положение заместителей системы с четырьмя асим­ метрическими атомами обозначается посредством аналогичных префиксов, выведенных из названий гексоз:

с префиксом, соответствующим остающемуся числу асимметри­ ческих атомов. Префиксы могут быть т а к ж е использованы для соединений, в которых асимметрические атомы непосредственно друг с другом не связаны. Однако префиксная система дает однозначное название только в том случае, если у всех асим­ метрических атомов имеется по крайней мере по одному иден­ тичному заместителю (за исключением атомов, образующих цепь) или если присутствуют заместители со столь сходным ха­ рактером, что не возникает сомнения, к каким группам отно­ сится префикс. Структура Сахаров вполне отвечает этому усло­ вию. Префиксная номенклатура рекомендована для использо­

жены абсолютно различными заместителями или атомами, тогда эта номенклатура не может быть использована без дополни­

зом. Следовательно, префиксная номенклатура имеет ограни­ ченную ценность. Однако ее преимущество в том, что она применима как к оптически активным соединениям, так и к ра­ цематам и лгезо-формам, поскольку здесь обозначают не энантиомеры, а только диастереомеры. Система обозначения к а ж ­ дого индивидуального центра хиральности более громоздка в случае оптически неактивных соединений.

Преодоление второй трудности при номенклатурном обозна­ чении молекулы как целого, а именно различение энантиомеров, было менее успешным. От первоначальной попытки обозначать энантиомеры согласно их знаку вращения быстро отказались, поскольку это не согласовывалось с фундаментальным требова­ нием связывать название и символ только со структурой (моле-

40

ность синтеза обрих энантиомеров какого-либо соединения из одного и того ж е исходного вещества с помощью ряда простых реакций. Например, можно получить производные обеих энан-

быть обозначены противоположными символами, а согласно принципу «генетического ряда» они должн ы были бы иметь один и тот ж е символ. Подобные примеры наглядно показывают, что нельзя создать номенклатурную систему на основе химических соотношений. Построение названий, основанное на принципе генетических рядов, применяется в химии углеводов и аминокис­

41

углеродный атом имел первый порядковый номер; это обеспечи*

Другие аминокислоты обозначаются символами D или L со­ гласно тому, соответствует ли положение их аминогруппы поло­ жению в D- или L-серине. Карбоксильная группа помещается наверху. Приведенное выше обозначение конфигурации угле­

серина, затем конфигурационным префиксом, выбранным со­ гласно числу асимметрических атомов на основе относительного расположения функциональных групп в проекции Фишера, на­ конец, систематическим или тривиальным наименованием, на­ пример:

не связан непосредственно с конфигурацией; он имеет характер тривиального,' но не систематического обозначения. Д л я того чтобы отразить конфигурацию аминокислот с несколькими асимметрическими атомами, следует использовать ту ж е но­ менклатуру, что и в .случае.углеводов. Если соединение обла­ дает характером аминокислоты и одновременно является угле­ водным производным, символы D и L д о л ж н ы сопровождаться подстрочным индексом «g» или «s» согласно тому, связывается

42

ходимо большое число не всегда четких предварительных ого­

однозначное написание проекции Фишера; далее следует уточ­

центра хиральности. Простейшей и наиболее приемлемой яв­

гда используется в химической литературе для того, чтобы опи­ сать абсолютную конфигурацию соединений, не относящихся к углеводам или пептидам. Обозначение конфигурации выводится непосредственно из молекулярной модели, так что нет необхо­ димости определять правила для написания ее проекции. Од­ нако символ может быть т а к ж е выведен и из формулы, если определена ее связь с моделью. К а ж д ы й асимметрический атом рассматривается и обозначается независимо, и для полного наи­ менования соединения требуется столько символов, сколько имеется асимметрических атомов"(или элементов хиральности) . Методика построения названия аналогична и для соединений, где встречается атропоизомерия или другие типы оптической изомерии. Чтобы обозначить конфигурацию какого-либо центра

атом или группу атомов, непосредственно связанных с центром,

последовательности заместителей, расположенных по старшин­ ству.

Д л я определения старшинства заместителей авторы выбрали атомный номер (но не атомный вес) элемента, непосредственно связанного с асимметрическим атомом. Если некоторые атомы, непосредственно связанные с асимметрическим атомом, иден­ тичны и их старшинство не может быть определено этим пер­ вым слоем, принимают во внимание второй или еще более вы­ сокий слой, т. е. атомный номер атомов, присоединенных к

43

ато мам первого слоя. В качестве примера можно рассмотреть определение старшинства в молекуле молочной кислоты:

° Ч С/ ° ~ Н

I

н—с—о—н

• I

с

Первый слой составляют атомы О, С, С и Н, непосредственно связанные с асимметрическим атомом углерода. Самой старшей группой является гидроксильная; атом водорода — самый млад­ ший заместитель. Второе и третье место нельзя определить по первому слою, оба заместителя начинаются с углеродных ато­ мов. В одном случае (карбоксильная группа) к атому углерода присоединен атом кислорода, в другом (метильная группа) — атомы водорода. Следовательно, карбоксильная группа яв­ ляется второй по старшинству, а метильная группа — третьей.

Если асимметрия молекулы обусловлена различными изото­

щиеся обозначения не всегда согласуются с общепринятыми, но несколько нестрого определенными названиями . В случае псев­ доасимметрических атомов, которые всегда имеют два замести­ теля, отличающиеся только по абсолютной конфигурации, пре­ имущество должно быть отдано заместителю с ^ - конфигурацией

ститель имеет преимущество перед более удаленным. В таких случаях пары более удаленных заместителей могут быть иден­ тичны и, согласно предыдущим правилам определения порядка старшинства, между ними нельзя сделать выбора.

Ввиду большого значения указанной /?/5-системы следует обобщить все необходимые правила:

1) ближний конец оси и ближняя сторона плоскости имеют преимущество перед более удаленными;

44

2)атом с более высоким атомным номером имеет преиму­ щество перед атомом с более низким номером;

3)более высокий атомный вес имеет преимущество перед более низким;

заны, и к каждому последующему из них прибегают, если нельзя определить старшинство'заместителей на основании предыду­ щего правила .

После того как порядок старшинства установлен, молекулу ориентируют таким образом, чтобы иметь возможность обозна­ чить ее конфигурацию корректным символом. Согласно пред­ ложению авторов молекула рассматривается со стороны наибо­

лагаются или по часовой стрелке, или против часовой стрелки. Расположение по часовой стрелке обозначается буквой R, а

левый) . Авторы выбрали символы отличные от ранее применяв­

рического атома, к которому они относятся, перед системати­ ческим общим названием соединения.

ванная спираль обозначается символом Р (плюс), левоориенти-..

рассмотрения модели, которая может быть описана конфигура­ ционными символами (R, S) или символами спиральности (М, Р).

Принимая во внимание большое значение этой системы описания конфигурации, рекомендуется изучить ее принципы более детально по оригинальной литературе [6] или по обзорной

л.Определение несколько раз пре­терпевало изменения, но в насто­

положение по отношению к этой метнльной группе. В обычно употребляемой проекции стероидов связи с а - заместителями обозначаются посредством прерывистых линий, а связи с р-заме- стителями-—сплошными линиями. О б о з н а ч е н и я , а и |3, имеющие тот ж е смысл, в настоящее время становятся обычными для ряда других полициклических систем, особенно там, где применяется аналогичный метод проекции при написании формул.

Р А С Щ Е П Л Е Н И Е Р А Ц Е М А Т О В НА Э Н А Н Т И О М Е Р Ы

>

Большинство природных веществ с асимметрическими цен­ трами существуют в оптически активной форме. При з т о м со­ единения с несколькими асимметрическими атомами в виде ра­ цематов в природе не встречаются; обычно имеется только один из возможных энантиомеров (D-глюкоза, D-галактоза, L-араби- ноза, L-аминокислоты протеинов и т. д .) . Природные вещества образуются при высоко стереоспецифических биологических про­ цессах. Синтез ж е в лаборатории, как правило, дает асимметри-

46

ческие соединения в форме рацематов . Оптически активное со­ единение непосредственно получается, если только исходное ве­ щество было само оптически активно. Отдельные случаи синтеза оптически активных веществ из симметричных или рацемических исходных соединений без содействия энзимов имеют до сих пор малое препаративное значение (см. гл. V I I ) .

Вследствие этого часто возникает з а д а ч а расщепления раце­ мического соединения на оптически активные компоненты. Р а з ­ работаны физические, химические и биологические методы рас­ щепления рацематов . К а к у ж е упоминалось (см. стр. 15), ра­ цематы иногда являются физическими смесями равных количеств энантиомеров, но. чаще они представляют собой молекулярные соединения. Очень редко удается разделить рацемат на компо­ ненты физическим способом, т. е. механическим отбором кри­ сталлов. Хотя самое первое искусственное разделение рацемата было выполнено именно таким образом, этот метод не имеет практического значения.

Большинство препаративных разложений на оптически дея­ тельные компоненты было осуществлено химическими методами. Принцип их состоит во введении в молекулу нового центра асим­ метрии с помощью сочетания с вспомогательным оптически активным веществом. При этом из рацемата образуются два диастереомерных соединения, которые могут быть выделены в индивидуальном состоянии обычными методами разделения, наиболее часто кристаллизацией. -После разделения диастереомеров вспомогательное соединение удаляется, и первоначальное вещество получают у ж е в оптически активной форме. Схемати­

где ( ± ) А — рацемат, который требуется расщепить, ( + ) В и ( — )В — оптически активные вспомогательные соединения.

Из сказанного ясно, что необходимо иметь некоторое соеди­ нение в оптически активной форме, обычно это природное веще­ ство. З а д а ч а исследователя состоит в том, чтобы найти такое соединение В, при взаимодействии с которым будут получены

В идеальном случае один диастереомер нерастворим, а другой хорошо растворяется в выбранном растворителе, так что после комбинирования компонентов А и В один диастереомерный про­ дукт выпадает в осадок, а другой остается в растворе. Обычно

47

плен на энантиомеры олефин алициклического ряда через обра­ зование комплекса с палладиевым производным, включавшим асимметрическое органическое основание. Примеров успешного разделения насыщенных углеводородов химическими методами пока еще нет.

при условии, что нет побочных реакций или не происходит по­ тери молекулярной асимметрии. Трудности, возникающие при расщеплении рацемических соединений без функциональных

тают с оптически активным материалом . Стадия синтеза, на ко­ торой осуществляется разделение, может быть самой различной, и наилучший метод работы всегда должен быть определен .экспе­ риментально.

Хотя химическое расщепление используется наиболее часто,

достаточно общих рецептов выбора способа проведения опера­

ни один из них не является общепринятым. Здесь будут рас­ смотрены лишь способы, имеющие практическое значение.

Особое внимание в последнее время уделялось хроматогра­ фии вследствие высокой' эффективности разделения этим мето­ дом. В принципе, имеется два способа использования хромато­ графии для расщепления рацематов . Первый из них, как бы мо­ дификация описанного ранее метода, состоит в том, что диастереомеры разделяют не кристаллизацией, а с помощью - препа ­ ративной газовой хроматографии . Однако такое применение хроматографии очень ограниченно, поскольку промежуточными диастереомерами обычно являются соли. В этом отношении хро­

Второй метод разделения рацематов заключается в хроматографировании на оптически активном носителе; он оказался в не­ которых случаях весьма удачным. При использовании этого ме­ тода нет необходимости получать два диастереомера реакцией рацемата и вспомогательного оптически активного соединения, так как два энантиомера рацемата с различной силой могут ад­ сорбироваться на подходящем носителе с хиральной структурой, благодаря чему и возможно их разделение. Хорошие результаты были получены с лактозой и крахмалом как носителями. В каче­ стве асимметрического носителя может быть т а к ж е использована

49