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

работа. Лучше всего изучены условия разделения на крахмале, что позволило сформулировать некоторые достаточно общие

самого крахмала . Весьма благоприятно, если одна из полярных групп непосредственно связана с асимметрическим атомом. Аминокислоты лучше расщепляются в виде бензоильных про­ изводных.

"Менее изучено разделение рацематов с помощью ионообмен­ ных смол. Этот метод только начал применяться, но его исполь­ зование, без сомнения, будет расширяться . Д о сих пор метод состоял в том, что оптически активное соединение (например, тирозин) адсорбировалосьна ионообменной смоле и рацемат хроматографировался на обработанной таким образом колонке. Более эффективный метод заключается в прямой химической модификации ионообменника, например, реакцией с тионилхлоридом и этерификацией получившегося промежуточного соеди­ нения хинином. Амберлит, обработанный подобным образом, был успешно применен для расщепления D, L-миндальной кислоты.

Хроматография на оптически активном носителе имеет сход­

Этот метод дает положительные результаты с частичным рас­ щеплением рацемического соединения, если один из энантиоме­ ров более растворим в данном хиральном растворителе, чем дру­ гой. Больший практический интерес представляет расщепление рацемата спонтанной кристаллизацией или, другими словами, кристаллизацией из пересыщенных растворов. Метод основан на том, что после добавления одного из энантиомеров к рацеми­ ческому раствору этого ж е соединения из раствора кристалли­ зуется большее количество оптически активного вещества, чем было добавлено. Хотя метод применим только для некоторых соединений, он' имеет большие технические преимущества. При повторении процесса можно получить оба энантиомера в чистом виде путем простой кристаллизации. Метод используется в прак­ тике для получения аминокислот.

Самопроизвольное расщепление на энантиомеры иногда имеет место при образовании продуктов включения с мочевиной. Кла - траты мочевины существуют в двух антисимметричных формах,

50

В особо благоприятных случаях одна из них может начать кри­ сталлизоваться первой. Получение оптически активного соедине­ ния облегчается, если имеется чистый изомер для внесения за­

метрического углеводорода 3-метилоктана, который не поддается расщеплению другими методами.

щего периода времени, остающийся раствор содержит оптически активный компонент взятого соединения в более или менее чи­

соответствующий период культивирования, поскольку после по­ требления более благоприятного для себя энантиомера плесень начинает потреблять и другой энантиомер, и в результате все вещество может исчезнуть из раствора после более продолжи - ' тельного периода времени.

Второй вариант непосредственно использует специфические энзиматические реакции. Как правило, энзимы катализируют реакции определенных типов с веществами только одно,й кон­ фигурации. Таким образом, если рацемат обрабатывается энзи­ мом, то будет реагировать только один компонент, а второй останемся неизмененным, так что в благоприятном случае можно

мого оптически активного соединения. При работе с изолирован­ ным энзимом не приходится опасаться, что реакция зайдет слишком далеко, как это может быть при использовании живой культуры. Были описаны примеры, когда метод приводил к по­ лучению одного из энантиомеров в количестве больше «теорети­

5!

Если в приведенном примере гидролиза амида кислоты ис­ ходный амид был оптически нестабильным соединением, быстро рацемизующимся в реакционной среде, а возникающая при гид­ ролизе кислота оптически устойчива, тогда под действием эн­ зима один энантиомер (L) гидролизуется, а второй, остающийся в реакционной смеси, рацемизуется, т. е. превращается в L-KOH- фигурацию, пока не будет достигнуто равновесие, а затем пере­ ходит в стабильную L-кислоту. Этот процесс повторяется до тех пор, пока практически весь амид не превратится в одну конфи­ гурацию свободной аминокислоты. Хотя такой случай оптиче­ ского превращения возможен и при химическом разделении от­ носительно оптически нестабильных (3-аминокетонов, это чаще встречается при энзиматических реакциях.

Недостатком энзиматического метода является обычно от­ сутствие экспериментальных навыков подобной работы у боль­ шинства химиков-органикбв. Все ж е энзиматическо.е расщепле­ ние рацематов, без сомнения, займет ведущее место в этой области химии, поскольку указанный метод более прост по срав­ нению со всеми остальными и может давать практически коли­ чественные выходы. Метод ограничен тем, что может быть ис­ пользован лишь в случае соединений очень близких по строению к природным, так как энзимы, необходимые для веществ, не встречающихся в природе, отсутствуют: Таким образом, границы применимости рассмотренного метода сужены малым количе­ ственным набором соответствующих чистых культур или чистых энзимов.

конфигурации изомера, у которого эти группы находятся па противополож­ ных сторонах плоскости двойной связи, приписывается префикс Е (от не­

52

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ И АБСОЛЮТНОЙ КОНФИГУРАЦИИ

Х И М И Ч Е С К И Е М Е Т О Д Ы О П Р Е Д Е Л Е Н И Я А Б С О Л Ю Т Н О Й К О Н Ф И Г У Р А Ц И И

П ри установлении структурной формулы того или иного со­ единения часто приходится проводить ряд химических реакций. В' случае диастереомеров и энантиомеров необходимо, кроме того, определить и их пространственные формулы. Установле­ ние связи вещество — химическая индивидуальность — простран­ ственная формула или молекулярная модель обычно обозна­ чается как определение относительной или абсолютной конфи­ гурации.

Корреляция

Почти до середины нашего века можно было определить конфигурацию соединения только по отношению к конфигурации

приписана чисто произвольна, путем договоренности, и конфи­ гурация других соединений была корректна только в отношении выбранного стандарта. Д л я различных типов соединений, а имен­ но для различных типов асимметрических атомов углерода, не­ обходимо выбирать различные стандартные соединения. Таким образом, были созданы корреляционные ряды, причем долгое

кислот является ( + ) -энантиомер серина, которому была припи­ сана пространственная формула ( X X I V a ) . Аналогичным образом

* Приведены правила стереохнмическон номенклатуры, рекомендованные IUPAC. — Прим. перев.

63

были выбраны стандартные соединения с произвольно припи­ санной конфигурацией для некоторых других типов оптически активных соединений.

Конфигурация, выведенная на основании ряда химических соотношений (корреляции) соединения со стандартом, корректна только в том случае, если корректна конфигурация стан­ дарта . Конечно, была определенная вероятность, что все про­ странственные формулы и з о б р а ж а ю т именно те эиантиомеры соединений, которым они приписаны. К счастью, оказалось, что выбранные 'конфигурации глицеринового альдегида и, следова­ тельно, т а к ж е конфигурации серина о т р а ж а ю т истинное про­ странственное расположение, так что все формулы, вывод кото­

дить атаку асимметрического атома прямым или косвенным пу­ тем. Определение конфигурации, выполненное с учетом этого основного требования, в общем, считается вполне надежным . Д л я химической корреляции можно использовать все реакции, протекающие без изменения структуры при асимметрическом атоме. Чем больше конфигурационная стабильность асимметри­

этой корреляции следует обсудить. Например, конфигурация глицериновой кислоты, образующейся при окислении глицери­ нового альдегида, непосредственно выводится из конфигурации стандартного соединения — глицеринового альдегида:

54

определена, например, циангидринным синтезом л е в о в р а щ а ю - щего энантиомера из D-глицеринового альдегида. (З-Гидрокси- масляна я кислота может быть получена из молочной кислоты, конфигурация которой у ж е известна; р - Гидрокснмасляная кис­ лота восстанавливается через четыре стадии в оптически актив­ ный 2-бутанол, простейший асимметрический спирт:

ственную структуру почти всех соединений с гидроксильной группой при асимметрическом атоме углерода и прежде всего конфигурацию углеводных соединений.

Направление синтеза не имеет значения д л я корреляции. _ Можно исходить из соединения с известной конфигурацией и синтезировать соединение, конфигурацию которого необходим.0 определить; можно использовать т а к ж е и обратный путь. Часто работают в обоих направлениях одновременно, получая третье

тез по двум путям дает не идентичные соединения, а энантиомеры. Примером служит корреляция пространственной струк­ туры органических оснований и аминокислот;

55

L-валнн

Интересным примером является корреляция между алифа ­ тическими и .ароматическими аминосоединеииями, которая была применена д л я определения конфигурации феннлэтиламина и родственных соединений:

L-Аланин и 0-фенилглицин(1) могут 'быть легко связаны между собой. Механизм реакций, используемых д л я корреляций, всегда должен быть точно известен; конфигурации не могут быть приписаны на основании только конфигурационных символов. Это одно из многих свидетельств того, что номенклатурный сим-

56

вол нельзя связывать с исходным соединением или методом по­

ная углеродная цепь) . В качестве стандарта в этой серии можно выбрать простейший ферментативно получаемый оптически ак­ тивный амиловый спирт, структура которого коррелирует со структурой многих терпенов относительно сложным путем, вклю­ чающим образование метиладипиновой кислоты. В настоящее время проведена взаимная корреляция почти между всеми обыч­ ными терпеноидными соединениями.

Другие серии составляли, используя реакции оптически ак­ тивных производных дифенила, например восстановление нитрогрупп дииитродифеновой кислоты в аминогруппы, реакции кар ­ боксильных групп и т. д.

Основной принцип химической корреляции, з а п р е щ а ю щ и й проведение реакций непосредственно по асимметрическому центру, однако, не допускает образования аналогичных соотно­ шений между описанными выше рядами . Таким образом, хими­ ческая корреляция вынуждает априори определять стандартное •соединение д л я каждого типа асимметрических соединений. Были уже приведены примеры четырех стандартов: глицерино­

народного признания. В з а и м н а я корреляция серий, а именно

лютной конфигурации, которые будут обсуждены позже; мето­

ваются ключевыми соединениями); определяют относительную

Во втором методе используют современные данные по сте­ реохимии реакций замещения и на этой основе определяют кон­

R—OTs + Щ —-> R—N3 + OTs~

57

тально обсуждены в дальнейшем (стр. 114).

Третий метод основан на использовании известных законо­ мерностей протекания асимметрического синтеза; например, аб­ солютная конфигурация серии дифенильных атропоизомеров была определена именно таким образом . Это д а л о возможность про­ вести корреляцию м е ж д у производными дифенила и серией гли­

ксильных групп относительно конфигурации глицеринового аль­ дегида. Связь между асимметрическим атомом углерода, несу­

(—)-L-cepnn

Проведенная таким образом корреляция подтвердила кон­ фигурацию серина, произвольно приписанную ранее, относитель­ но конфигурации глицеринового альдегида, т а к ж е выбранной произвольно.

Определение относительной конфигурации

К а к следует из уж е приведенных примеров, в принципе можно определить конфигурацию веществ с несколькими цен­ трами хиральности посредством химической корреляции, если

58

известна абсолютная пространственная структура стандартных соединений. Следовательно, можно выяснить взаимную связь этих центров в индивидуальных диастереомерах, так называе ­ мую относительную. конфигурацию (например, эритро- и трео- конфиг'урации соединений с двумя асимметрическими а т о м а м и ) . Обычно, однако, используются более простые методы для опре­ деления взаимной связи между несколькими центрами в мо­ лекуле. Эти методы показывают распределение заместителей в молекуле с относительной надежностью и, таким образом, т а к ж е позволяют определить связь между отдельными конфигурационными сериями.

известно, что неактивная лгезо-форма соединения с двумя асимметрическими атомами имеет зрыгро-конфигурацшо, а вто­ рой диастереомер должен быть трео-формой. Если добиться по­ ложительного результата при расщеплении на оптически актив­ ные соединения одного из двух полученных при синтезе диастереомеров этого типа, то расщепляемый изомер должен иметь

средством какой-либо простой операции вводится плоскость сим­ метрии. Например, оптически активная эритроза восстанавли­ вается в тетритол (эритритол), который оптически неактивен, в' то время как ее диастереомер, треоза, дает при восстановлении

Наличие оптической активности у продуктов восстановления или ее отсутствие совершенно'четко определяет взаимное отно­ шение обоих асимметрических атомов исходных тетроз, т. е. эрытро-конфигурациго эритрозы и грео-конфигурацию треозы. Отнесение к серии D или L, т. е. абсолютная конфигурация, определяется другими способами — химической корреляцией с глицериновым альдегидом' или физическими методами. Соеди­ нения с идентичными асимметрическими атомами, конечно, не могут быть ключевыми соединениями, и этот простой метод нельзя использовать дл я определения связи между корреля­ ционными сериями; для этого требуются другие методы.

В химических методах определения относительной конфигу­ рации используется различное протекание некоторых р е а к ц и й , двух диастереомеров на основании известных данных по

59