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

тивации, и их скорости реакции много выше, чем скорости 3-эпимеро'В. Тот факт, что кислоты или основания с карбоксиль­

При реакциях, в ходе которых удаляется заместитель, ак­ сиальный изомер реагирует быстрее,, так как удаление заме ­

медленнее и скорость окисления в общем одинакова для всех экваториальных групп:

группа гранс-изомера. В обоих случаях происходит вальденовское обращение, как это обычно в реакциях SN2. Замещени е аксиальной группы сопровождается значительным элиминирова­ нием, так что «{ис-изомер дает 42% г/?анс-4-трег-бутилцнклогек- силфенилсульфида и 32% 4-7, /?ег-бутилциклогексена.

Образование новых асимметрических атомов

- На - легкость подхода реагента к . реакционному Центру ока­ зывает влияние степень замещения вблизи последнего.- Если молекула обладает, как это обычно имеет место в производных циклогексана, хиральной структурой, то подход реагента к одной стороне молекулы осуществляется легче, чем подход к другой

101

стороне. Д в а возникающих переходных состояния характе ­ ризуются неодинаковым напряжением благодаря различиям в величине несвязанных взаимодействий, так что из них обра­ зуются конечные продукты с различными скоростями и в раз ­ личных количествах. В циклогексановой серии стереоспецифичность этих реакций достаточно велика. Хорошим примером является восстановление замещенных циклогексанонов в соот­ ветствующие спирты. Каталитическое гидрирование Приводит к возникновению аксиальной гидроксильной группе, особенно, если гидрирование, проводится в кислой среде. С другой сто­ роны, реакции с металлическими восстанавливающими агентами или с металлами (а т а к ж е реакции присоединения металлоорганических соединений) позволяют получать соединения с эквато­ риальной гидроксильной группой в согласии с реакционными механизмами обоих типов восстановления (подробнее см. гл. V I ) .

Влияние конформации на образование циклических соединений

членение колец, а оба заместителя находятся в экваториальном положении. При реакции 1,6-ди-0-бензоил-В-маннита с форм­ альдегидом с последующим дебензоилированием был получен 2,4:3,5-ди-0-метилен-0-маннитол. Д л я него выполняется требо­ вание экваториальной ориентации только в высокоэнергетиче­ ской цис-сочлененной форме ( X X X ) :

Н

102

членного цикла, тогда этот угол уменьшается, что обязательно искажает правильность формы кресла. Попытка привести две экваториальные связи в одну плоскость вызывает значительную деформацию кольца (увеличивающаяся вспученность) и возра­ стание внутреннего напряжения . В случае аксиально-эквато­ риальной пары связей все кольцо становится более плоским с одновременным уменьшением угла, определяемого этими, свя­ зями, благодаря чему внутреннее напряжение увеличивается в меньшей степени: • -

103

уже упоминалось, пришлось пересмотреть первоначальную фор­

относительную конфигурацию на основании простых физических свойств веществ. Разница между аксиальным и экваториальным положением заместителя в некоторых случаях может - прояв­ ляться в весьма значительном, влиянии на спектральные свой­ ства соединений. Например, характеристическая полоса погло­

ваксиальном положении не вызывает сдвига. Характерные

отличия встречаются в случае стероидных спиртов и их аце­ татов.

В условиях бумажной или колоночной (на окиси алюминия) хроматографии соединения с аксиальными гидроксильными группами элюируются раньше, чем изомеры с экваториальными гидроксильными группами. Экваториальная гидроксильная группа, очевидно, облегчает адсорбцию на поверхности адсор­ бента.

Основные физико-химические методы, используемые для конформационного анализа

Измерение дифракции электронов, имело принципиальное значение в первых исследованиях Хесселя. Этот метод позво­ ляет установить локализацию атомов и определить межатомные расстояния. Так как измерения проводятся в газовой фазе, меж­ молекулярные силы притяжения или отталкивания, не оказы­ вают влияния. Эти силы неблагоприятно влияют на результаты других методов.

Измерение дифракции рентгеновских лучей позволяет опре­ делить конформацию вещества в твердом состоянии. Конформация стабилизирована действием всех о к р у ж а ю щ и х молекул и может отличаться от конформации, которую принимает моле­ кула в жидкой или газовой фазе . Вследствие этого выводы, сде­ ланные на основании этих измерений, следует применять с осто­ рожностью к соединениям в растворах.

Ядерно-магнитный резонанс, единственный метод, непосред­ ственно определяющий положение ядер водородных атомов и их общее положение, исключительно пригоден для решения стереохимических проблем. В области конформационного ана­ лиза этот метод позволяет установить частную конформацию

104

при определенных связях (например, наличие аксиального или экваториального атома водорода или определение характера сочленения соседних колец), д а ж е если молекулярный сегмент принадлежит к углеводородному типу.

Дисперсия оптического вращения, особенно в области эф­ фекта Коттона, позволяет определить частную конформацию вблизи оптически активного хромофора . Если использовать пра­ вило октантов,' то сравнение с модельными веществами не является здесь необходимым. Метод применим только для оп­ тически активных соединений с характеристическим поглоще­ нием в доступной УФ-области. Он имеет особое значение при исследовании вторичной структуры макромолекулярных веществ. Аналогично применение метода циркулярного дихроизма.

Измерение дипольных моментов позволяет выбрать опреде­

ничивается число возможных конформаций и облегчаются даль­ нейшие исследования.

Термодинамические расчеты, где сравнивается энтропия, рас­ считанная из термодинамических данных, с энтропией, рассчи­ танной из спектроскопических данных, применимы только для простейших соединений. Эти расчеты сыграли большую роль при выводе основных энергетических параметров, характеризую ­ щих индивидуальные состояния вращательной изомерии.

К О Н Ф О Р М А Ц И Я М А К Р О М О Л Е К У Л

Если мы попытаемся расширить область применения метода конформационного анализа, как он описан выше, включив ма­

водит к регулярности пространственного расположения . Взаи­ модействия между структурными единицами одинаковы или, по

не о конформации, а используют термин вторичная или третич­ ная структура в противоположность первичной структуре, под

106

Д о сих пор наибольшее внимание было уделено вопросам, касающимся пространственного строения полипептидной цепи

—NHCHCO[NHCHCO]„NHCHCO—

в которой регулярно повторяющейся единицей является а - ами - нокислотный сегмент (часть 4 формулы внутри скобок) . Вслед-

У

Рис. 12. Схема структуры типа «сложенного листа» (р-струк- тура).

ствие возможной мезомерии пептидной связи, связь между карбонильным атомом углерода и атомом азота имеет частично

106

3.PI л и э л Э., А л л и ы ж е р Н., Э и ж и а л С, М о р р и с о н Г., Конформационный анализ, «Мир», М., 1969.

4.B a l a s u b r a m a n i a n М., Chem. Revs., 62, 591 (1962).

электрофильньге

электронами, которые принадлежат нуклеофильному реагенту.

как нуклеофильное замещение. Во втором случае электронная пара для создания новой связи предоставляется молекулой, в которой происходит замещение. В этом случае говорят об электрофильном замещении. Реакции нуклеофильного замещения характерны для алифатических и алициклических соединений, в то время как электрофильное замещение превалирует в аро­ матическом ряду. К приведенным выше типам реакций замеще ­ ния следует добавить реакции, в ходе которых связи разры­ ваются гомолитически (радикальный механизм):

Y-. + R-.J.X - н - Y—R + X . (SR)

Классификация реакций замещения на нуклеофильные .и электрофильные дает только картину начального и конечного состояний реакции. Общее изменение системы не определяется ^этими граничными состояниями, а связано главным образом .с

ствует числу молекул, в которых на этой стадии происходит из­ менение числа ковалентных связей.

Реакции замещения могут протекать по двум /механизмам . При мономолекулярном механизме соединение сначала диссо­ циирует на ионы или радикалы и скорость их образования

109