3.1.Методы расщепления рацематов на антиподы.

Классические методы разделения рацематов на антиподы разработал Л. Пастер еще в середине прошлого века. Наиболее важными из них являются следующие:

1. Метод кристаллизации.

При кристаллизации рацематов в определенном температурном режиме осуществляется самопроизвольное их расщепление на антиподы, причем их кристаллы по форме относятся друг к другу как предмет к зеркальному изображению. Они энантиоморфны .Так, Л. Пастер в 1848 г. впервые получил оптически активные изомеры из рацемата натрийаммониевой соли виноградной кислоты, которую он кристаллизовал из раствора при 27^оС, а затем механически, с помощью лупы и пинцета разделил их на право- и левовращающие изомеры.

2. Биохимический метод.

Суть этого метода состоит в том, что некоторые микроорганизмы в процессе жизнедеятельности потребляют только один из оптических изомеров.Так чернильная плесень Penicillium glaucum в растворе виноградной кислоты “поедает,, (+)-винную и оставляет в растворе (-)-винную.

3. Химический метод.

Этот метод базируется на переводе рацематов в диастереоизомеры. Для этого рацемат вводят во взаимодействие с каким-нибудь оптически активным реагентом. В результате образуются два диастереоизомерных продукта. Которые отличаются растворимостью или другими свойствами, что позволяет выделить отдельно антиподы. Например, раствор рацемата, который содержит (+)- и (-)-кислоту, по этому методу обрабатывают активным (-)-основанием. Такими основаниями являются преимущественно сложные гетероциклические соединения: бруцин, цинхонин, стрихнин и др. В результате образуются диастереоизомеры: хорошо растворимая соль (+)-кислоты с (-)-основанием и труднорастворимая соль (-)-кислоты с (-)-основанием, которая выпадает в осадок. Действуя далее минеральной кислотой на полученные соли, получают (+)- и (-)-изомеры соответствующей оптически активной кислоты:

()-кислота

(-)-основание

соль (+)-кислоты с (-)-основанием соль (-)-кислоты с (-)-основанием

НCl HCl

(+)-кислота (-)-кислота

4. Хроматографический метод.

С помощью этого метода рацематы также переводят в диастереоизомеры. С этой целью раствор рацемата подвергают хроматографированию на оптически активном адсорбенте. При этом один из оптически активных изомеров образует с таким адсорбентом диастереоизомер, который прочно удерживается поверхностью адсорбента, а другой оптический изомер при этом легко вымывается с адсорбционной колонки соответствующим растворителем.

3.2.Стереохимия реакций замещения.

Большое теоретическое и практическое значение имеют реакции, которые осуществляются с участием связей асимметрического С*, в частности реакции замещения. Достаточно подробно изучены реакции нуклеофильного замещения возле асимметрического атома С* (S_N- реакции). Такого типа реакции впервые наблюдал и изучал Л. Вальден в 1896 г. Он установил, что реакции возле асимметрического атома С* во многих случаях сопровождаются инверсией (обращением) знака вращения плоскости поляризации света. Это явление было названо вальденовским обращением, т. е. изменением конфигурации молекулы в процессе реакции без рацемизации ее продукта.

Изменение или сохранение знака вращения, а соответственно и конфигурации молекул, существенно зависит от условий и механизма реакции замещения. Так, (-)-хлорянтарная кислота в процессе щелочного гидролиза превращается в (+)-яблочную. А при действии на (-)-хлорянтарную кислоту влажного оксида серебра, который трудно растворяется в воде и поэтому создает в растворе низкую концентрацию ионов ОН^-, образуется (-)-яблочная кислота. Таким образом, в первом случае осуществляется не только замена атома хлора на гидроксильную группу, но и перегруппирование (обращение) групп атомов, соединенных с асимметрическим атомом С*. Изменение конфигурации осуществляется также при действии PCl₅ на оптические изомеры яблочной кислоты, которые при этом превращаются в хлорянтарные кислоты с противоположными знаками вращения. Вышесказанное можно изобразить такой схемой:

(-)-хлорянтарная кислота

(-)-яблочная кислота

(+)-яблочная кислота

(+)-хлорянтарная кислота

Таким образом, замена возле асимметрического атома С^* галогена на гидроксильную группу во время гидролиза водным раствором щелочи и замена возле асимметрическогоС^* ОН-группы на галоген под действием PCl₅ осуществляется с изменением конфигурации. Установлено, что причиной такого обращения конфигурации является механизм реакции замещения. Вальденовское обращение наблюдается в реакциях нуклеофильного замещения, которые осуществляются по бимолекулярному механизму (S_N2-реакции). При таком механизме замещения анион ОН^- атакует асимметрический атом С₈ с противоположной относительно атома галогена стороны – с “тыла,,. В результате конечным продуктом реакции является молекула с противоположной конфигурацией соответственно с противоположным знаком вращения:

(-)-хлорянтарная кислота	переходное состояние	(+)-яблочная кислота

Таким образом, если в процессе химического взаимодействия наблюдается обращение конфигурации (изменение знака вращения), то можно сделать вывод, что эта реакция вероятно протекает по S_N2-механизму. В тех случаях, когда нуклеофильные реакции замещения возле асимметрического атома С^* протекает по мономолекулярному механизму (S_N1), осуществляется рацемизация, которая сопровождается частичным вальденовским обращением. Реакции этого типа проходят через стадию предварительной диссоциации исходного вещества с образованием карбониевого иона, который имеет плоскую конфигурацию, и анион ОН^- может его атаковать как справа, так и слева. Частичное вальденовское обращение объясняется тем, что карбониевый ион не успевает приобрести полностью плоскую конфигурацию.

В тех случаях, когда молекула содержит группу, которая препятствует карбониевому иону приобрести плоскую конфигурацию, например карбоксил, реакции S_N1 осуществляются с сохранением конфигурации:

медленно

быстро