Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Краббе П. Применение хироптических методов в химии

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
5.75 Mб
Скачать

60

Глава 2

Коттона переходов при 240 и 285 нм в кодеине 36а яв­ ляются соответственно положительным и отрицательным, что согласуется с квадрантной проекцией 366.

б) Правило секторов для ароматических соединений

Исследование хироптических свойств тетразамещен - ных ароматических соединений, принадлежащих к алка­ лоидам типа ликорина, привело к формулированию пра­ вила секторов, которое устанавливает связь знака и величины эффекта Коттона с пространственным распо­ ложением атомов при бензольном хромофоре [295].

Тетразамещенные бензолы (рис. 15) имеют локаль­ ную симметрию С2 „. Электрический дипольный момент перехода ц е [уравнение (6)] для полосы поглощения при 290 нм направлен вдоль оси симметрии второго порядка хромофора z.

В соединениях типа, показанного на рис. 15, скаляр ­ ное произведение и е - ц т не равно нулю и переход при 290 нм является оптически активным [295]. Если на бен­

зольное

кольцо смотреть вдоль оси — z->- + 2, то

вклад

группы

в каждый квадрант является таким, как

пока­

зано на

рис. 15.

 

Правило проиллюстрировано на примере р-дигидро- каранина 37а, проекция которого показана на схеме 376. Сильный отрицательный эффект Коттона, которым обла­

дает

соединение

37а, принадлежит

кольцу

с гидрокси-

лом,

попадающим

в отрицательный

сектор

[295].

3 7а

3 7 5

Кроме работ по исследованию оптических свойств большого числа гибких систем [309—316], появился ряд сообщений по определению конфигурации важнейших представителей группы тетрациклина [317—320], та­ ких, как флаваны, изофлаваны и родственные соедине-

ДОВ и КД функциональных групп

61

ния [291, 321—328]. Кроме того, опубликовано большое число детальных работ по изучению хироптических свойств лигнанов [291], алкалоидов [291], включая неко­ торые производные иохимбана [329], кетоиндола [330],

I t

+ У

Рис. 15. Узловая плоскость и плоскость симметрии перехода при 290 нм замещенного бензольного хромофора и его октантная проек­ ция [295].

берберина [331, 332], ликорина [295, 333], а т а к ж е соеди­ нений с различными другими ароматическими хромо­ форами (например, хиноны, тропоны, пиразолы, фураны,

хиноксалиыы,

пиридины, бензимидазолы, бензазоцины

и т. д . ) . [19, 20, 259, 291, 334—340].

в) Правило

секторов для бензоатов

Сильный эффект Коттона бензоатов вблизи 225 нм, принадлежащий я->-я*-переходу с внутримолекулярным переносом заряда, позволяет предсказать абсолютную конфигурацию большого числа циклических соединений, содержащих гидроксильную группу при вторичном атоме углерода. Согласно правилу секторов для бензоатов, изо­ браженному на рис. 16, пространство, в котором нахо­ дится молекула, делится на четыре сектора плоскостями симметрии А и В и затем на восемь секторов двумя до­ полнительными плоскостями С a D, перпендикулярными к А и проходящими через оба кислородных атома. Было сделано предположение, что в предпочтительной ориен­ тации бензоилоксигруппа располагается в заторможен ­ ной конформации между карбинильным водородом и наименьшим заместителем [155, 156].

• Вращательные вклады а,В- и В,у-связей бензоатов определяются, если на них смотреть из «ара - положения . П р а в и л о секторов устанавливает, что связи, попадающие

62 Глава 2

в заштрихованный и незаштрихованный сектора, пред­

ставленные на

рис. 16, дают соответственно

положитель­

ный

и

отрицательный

вклады в

эффект

Коттона

при

230

нм.

В к л а д

двойной

связи будет

большим, чем

вклад

одинарной связи, из-за большей поляризуемости, а сек­

тор,

в

котором

располагается

(3,у-двойная

связь

(если

она

имеется в

молекуле),

будет

давать преобладающий

вклад .

Аналогично этому

сектор,

в который попадает

у,б-двойная связь, будет определять знак эффекта

Кот­

тона, если эта ненасыщенная связь

является

ближайшей

к карбинильному атому углерода [155, 156]. Теоретиче­ ское рассмотрение [341] подтвердило правило в случае napa - замещенных бензоатов холестерина, которые обна­

руживают

положительные эффекты

Коттона на кривых

Д О В (с,

от + 1 1 5 ° до +207°) [155,

156, 341].

Метод хиральности ароматических соединений был применен для установления абсолютной конфигурации антибиотика сервикарина 38а [342].

33а

3 8 6

Н а кривой К Д п-хлорбензоата 386

имеются два ин­

тенсивных эффекта Коттона противоположного знака .

Положительный

максимум

К Д при 242

им говорит о том,

что хиральность

между

длинной осью нафталинового

ядра и /г-хлорбензоатным

хромофором

является положи­

тельной, т. е. бензоатная

группа

имеет

{3-конфигурацию

[342].

 

 

 

 

г) Правило хиральности

для

дибензоатов

В случае дибензоатов циклических а-гликолей полоса поглощения при 230 нм связана с двумя очень сильными эффектами Коттона противоположного знака приблизи-

ДОВ и КД функциональных групп

63

тельно при 233 и 219 нм. Это означает, по-видимому, что оба эффекта Коттона обусловлены главным образом дипольным взаимодействием электрических моментов пере­ хода двух бензоатных хромофоров. Если хиральность дибензоата обозначить как положительную или отрица-

С В D

' ; ; <\ I / / '

Рис. 16. Правило секторов для бензоата [155].

тельную в соответствии с тем, является ли вращение

по спирали правым или левым, то

знак первого

эф ­

фекта Коттона соответствует знаку

хиральности

[155,

156, 343—346].

 

 

д) Правило хиральности для стирола

Исследование геометрии стирольного хромофора на молекулярных моделях показывает, что хиралы-юсть со­ пряженной системы в Д6 -ароматических стероидах 39а (правая спираль; отрицательный эффект Коттона) яв­ ляется противоположной Д9 (п '-соединениям 396 (левая спираль; положительный эффект Коттона) . Таким обра­ зом, сильный отрицательный эффект Коттона, принадле­ ж а щ и й переходу при 260—270 нм, указывает на то, что стирольный хромофор имеет форму правой спирали. На ­ оборот, сильный положительный эффект Коттона свиде­ тельствует об искажении молекулы в направлении левой спирали [347].

64

Глава 2

Эффекты Коттона, приведенные в табл . 6, говорят об успешном применении правила для определения конфи­ гурации и конформации скошенных стиролов. Правило хиральности для замещенных стирола было, кроме того, использовано недавно для определения абсолютной кон­ фигурации нафенопина и 1-арилтетралина [348]..

Таблица 6

Хироптические свойства некоторых замещенных стирола [154]

В е щ е с т в о

Эффект

Коттона

 

39 а

396

 

Эстра-1,3,5(10),6-тетраен

а)

3-ОН; 1 7 - 0 - ( С Н 2 ) 2 - 0 -

б)

3-ООССНз;

1 7 - 0 - ( С Н 2 ) 2 - 0 -

в)

3 - 0СН,С 6 Н 5 ; I7B-OH

г)

1-Ме, 3~-00ССН3 ; 17В-ООССН3

д)

1-Ме, 3-ОМе;

17В-ОН

е)

1-Ме, 2-Ме, 3-ОН; 17В-ООССН3

ж) 1-Ме, 2-Вг, 3-OOCCHj;

з)

17В-ООССН3

 

1-Ме, 2-Вг, 3-ООССНз; 17-0

и)

1-Ме, 2-ОМе,

3 - 00ССН 3 ; 17-0

к)

З-ООССНз, 7 - 0 0 С С Н 3 (енола-

 

цетат); 17-0

 

 

Эстра-1,3,5(10), 8-тетраен

а) 3-ОМе; 17-0 (14ВН)

б) 3-ОМе; 17а-0Н, 17ВС = СН (14ВН)

Эстра-1,3,5(10),9(11)-тетраен

а) 3-ОН; 178-ОН б) 3-ООССНз; 17В-00ССН3 в) 3-ОМе; 17В-0Н

Эстра-3,5(10),6,8-тетраен

а) 17В-СН(Ме)-СН =

= С Н - С Н - С Н - М е 2

I

Me

а

••

-283°

а ••

-337°

а ••

-316°

а •

-309°;

[0] =

-25 100°

а •

-118°

а ••

-113°

[в].

-37 800°

[0] =

-28 900°

[0] =

-30 200°

 

 

-40°

а =

+601°

а =

+288°

а =

+203°

а =

+194°

а =

+210°

а =

+35°

[0] =

+5 800°

Дл я замещенных стирола, как и для скошенных дие­ нов (разд. 2.4), иногда наблюдается существенная раз -

ДОВ и КД функциональных групп

65

ница в величине эффекта Коттона. Д л я новых, еще не изученных систем это правило необходимо применять с осторожностью, особенно когда имеются неожиданные электронные и (или) конформационные факторы.

2.15. ЭПИСУЛЬФИДЫ И ТИОКАРБОНАТЫ

При спектроскопическом изучении простых эписульфидов в области 260 нм обнаружен УФ-максимум погло­ щения небольшой интенсивности, сходный с п -*• ^ - п о л о ­ сой поглощения карбонильного хромофора. З н а к эффекта

Рис. 17. Правило секторов для эписульфида [108].

Коттона или вращательная сила, или оба эти параметра вместе могут быть использованы для установления по­ ложения и конфигурации эписульфидной группы в сте­ роидах и тритерг.еновых молекулах [105—108, 349].

Как и для карбонилсодержащих молекул, в случае эписульфидов экспериментально эффект Коттона прояв­ ляется только вследствие возникновения асимметрии в эписульфидной группе, вызываемой ее окружением. По­ скольку магнитный дипольный момент п -*• п*-перехода направлен вдоль оси, соединяющей ядра, он может на­ ходиться под прямым углом к п-уа*-переходу, как в сульфиде. Были обсуждены форма эписульфидных орбиталей и конформационные факторы, ответственные за эффект Коттона [349].

Правило

секторов, предложенное для

эписульфидного

хромофора

[105—108], объясняет знак

и величину п-*-

-> а*-эффекта

Коттона. Это правило

иллюстрируется

рис. 17.

 

 

3 Зак, 705

6S

Глава 2

Если в случае циклических дитио- и тритиокарбоиатов смотреть на плоскость, образованную гетероатомами бициклической системы и углеродным атомом тиокарбонильной группы, со стороны атома серы тиокарбонильной группы и далее в направлении атома углерода этой группы,то знак п-^-л*- и п—> л*-эффектов Коттона будет отражат ь хнралыюсть хромофорной системы, как это показано в табл. 7 [105—108].

 

 

 

Таблица 7

Знак эффектов

Коттона в дитио- и тритиокарбонатах

 

 

Эффект

Коттона

Хчралыюстчралыюсть

 

 

 

 

п я* - переход

я -> я* - переход

у/—-^"s

• У

Отрицательный

Положительный

ч

/

 

 

V

 

Положительный

Отрицательный

 

 

 

2.16. АМИНЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ

Большинство молекул, рассмотренных выше, обла­ дают или внутренне диссимметричным хромофором или внутренне симметричным хромофором, который асим­

метрично возмущен. Однако некоторые

функциональные

группы имеют

УФ-полосу поглощения

ниже

220 нм или

д а ж е 200 нм;

к

таким группам

относятся

большинство

алифатических

и

алициклических

аминов.

Действитель­

но, амины обладают сложным УФ-спектром поглощения, расположенным обычно в коротковолновой области. УФ-спектр простых алифатических аминов в парах имеет несколько переходов ниже 240 им, два из которых рас­ положены между 190 и 240 им. При изучении эффектов Коттона третичных аминов обнаружено два оптически активных перехода: слабая полоса поглощени-я при

ДОВ и КД функциональных групп

67

220—230 им и более интенсивный переход

около

195—205 нм [350].

 

Стереохимию большинства алифатических и алициклических аминов нельзя определить, пользуясь их хнроптическими свойствами, так как эффект Коттона не про­ является в спектральной области, доступной обычным приборам. Поэтому необходимо обратиться к производ­ ным, имеющим более удобные спектральные характери ­ стики. Были исследованы Д О В и К Д большого числа хромофорных производных оптически активных аминов и аминокислот (см. выше) как для специальных спектро­ скопических целей, так и для определения конфигурации. Из наиболее распространенных хромофорных производ­ ных аминов следует назвать изотиоцианаты [129], метил,- изотиоцианаты [351], нитрозоамины [352—355], нитрозоамиды [352—355], нитрозиты [356, 357], алкилнитриты

[358—360], основания Ш и ф ф а [361—366]

(например,

N-бензилиден- [367], N-изопропилиден- [368],

N-салици-

лидеи- [369—375] производные), фталимиды [376—379], малеил- [379, 380], фталоил- [380] и итаконил- [380] про­

изводные, а т а к ж е N-фенилтиоацетильные

[381—383],

N-тиобензоильные

[381—385] производные, фенилтиогид-

антоины [386, 387], сульфонамиды [388, 389],

тионамиды

[21] и т. д. (см. таблицу

хромофорных групп).

 

Эффекты Коттона этих хромофоров и других произ­

водных аминов

были

подробно исследованы [19—21].

К сожалению, некоторые эти производные или трудно получаются, или при их получении образуются рацеми­ ческие смеси; отдельные производные непригодны из-за

нежелательных

оптических свойств. Д л я определения

относительной

и (или) абсолютной конфигурации опти­

чески активных аминов и аминокислот [369—375] из большинства исследованных до сих пор производных наиболее применим салицилиденовый хромофор, полу­ чающийся при конденсации салицилальдегида с ами­ нами. Обычно амины с (S)-конфигурацией обнаруживают

положительный эффект

Коттона на кривых Д О В и К Д ,

а с (R)-конфигурацией

— отрицательный.

Другими полезными производными являются аддукты с димедоном и дигидрорезорцином. Обычно димедонильные производные алифатических и алициклических

3*

68

Глава 2

 

аминов, имеющих

{R)-конфигурацию,

проявляют положи­

тельный эффект

Коттона в области

280 им. Отрицатель-

15

10

5

й +

8- 0

Г)"о -

X 5

j .

10

 

15

 

го

 

25

 

15

 

10

о "

 

1

5

о

т

X

ф

о

I—J

 

200

[е]2 6 8 =+ 134оо°

Л*

М2 1 7 = + 7 , в 5 ' / ^ * т А

 

 

\

2 Я

 

2931

 

 

250

300

350

400

 

Л.нм

 

 

Рис. 18. Кривые Д0В - , КД- и УФ-спектров поглощения N- (5,5-ди- метилциклогексен-2-он- 1-ил-3)-гитингензина 40.

/ — Д О В ; 2 — К Д ; Я - У Ф .

ный эффект Коттона наблюдается для соединений, имею­ щих (S) - конфигурацию [390—393]. Кроме того, эффект Коттона при 280 нм изменяется в зависимости от при­ роды амина. Например, когда молекулярная амплитуда алифатических аминов довольно мала, как в случае на-

ДОВ и КД функциональных групп

69

сыщенных алицпклических аминов, интенсивность эф­ фекта Коттона является функцией конформационной жесткости системы. В случае этиленовых алициклических аминов и арилалкиламинов интенсивность эффектов Кот­ тона т а к ж е зависит от близости двойной связи или аро­ матической системы к амидному хромофору, содержа­ щему винильную группу (табл. 8) [390—393].

На рис. 18 приведены кривые Д О В ,

К Д и

УФ-спект-

ры поглощения

стероидного алкалоида

М-(5,5-диметил-

циклогексен-2-он-1-ил-3) гитиигензина

40.

Димедоновое

производное 40 содержит при винильной группе

амид-

ный хромофор

— С ( О ) — С = С — N — , поглощающий

при­

близительно при 290 нм. Углеродный

атом

С-3

имеет

(R) -конфигурацию и кривая Д О В характеризуется

поло­

жительным эффектом Коттона с пиком при 302 нм и впа­ диной при 274 нм. Точка Ка (290 нм) с вращением [М] = 0°, где обращается знак кривой, приблизительно соответ­

ствует длине волны

максимума К Д (288 нм) и УФ-полосе

поглощения (293

нм) (рис. 18) (разд. 1.3).

 

Соединение 40 имеет т а к ж е лактонный

хромофор. Так

как

на

кривой

К Д

легко обнаружить

положительный

эффект

Коттона

(около 217 нм), то для

метилзамещеи-

ного соединения

можно принять абсолютную конфигура­

цию

(20 5 ) , потому

что изомерные (20 R)-лактоны

имеют

отрицательный эффект Коттона в этой спектральной об­ ласти [390—393]. Необходимо отметить сильный отрица­ тельный фоновый эффект, наблюдаемый на кривой Д О В в коротковолновой области, который подавляет лактон­ ный эффект Коттона. Следовательно, с помощью кривой

К Д ,

приведенной на

рис. 18, можно определить абсолют­

ную

конфигурацию

углеродных атомов С-3 и С-20 в про­

изводном алкалоида

40 [390—393].

В табл. 8 показано, что, несмотря на большое сход­ ство УФ-спектров, экспериментально определяемый эф­

фект

Коттона

на

кривой

Д О В

этих

димедонильных

производных

может изменяться от

а = 8° в

алифатиче­

ском

ряду до

а =

960°

в алифатическом

и

алицикличе-

ском

рядах

и до а = 1570° в

ароматическом

ряду [390—

393].

Таким

образом,

интенсивность эффекта Коттона

не всегда определяется

природой хромофора

(внутренне

диссимметричный

или внутренне симметричный, но асим-

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ