книги из ГПНТБ / Моррисон Д. Асимметрические органические реакции

амш-юкетоиов следует учитывать эту дополнительную шестичлен­ ную циклическую модель.

Так как субстраты, содержащие в р-положении заместители с гетероатомами, по-видимому, реагируют через переходное сос­ тояние 33А в противоположность пятичленной циклической моде­ ли Крама, то следует ожидать, что влияние Р-заместителя будет приводить к обращению стереохимического направления реакции (табл. 3-4, № 24; табл. 3-5, № 28—33, 44 и 45) или к снижению

к почти постоянному отношению А : Б, равному 0,4 независимо от того, присутствует или нет в Р-положении гетероатом ( R L ) . Флеш и сотр. [47] пришли к выводу, что реакции этого типа лучше всего можно объяснить на основании простой открыто-цепной модели.

В связи с этим представляют интерес реакции восстановления соединений 34А и 34Б под действием литийалюминийгидрида, которые осуществили Паламета и Замбели [51]. Восстановление 34А приводит к й/>/?грео-триолу, конфигурация которого была установлена в другой работе. На основании принятой диполярной модели авторы объяснили полученные результаты и смогли уста­ новить, что образующийся при восстановлении соединения 34Б тетрол имеет /гс]зе0-конфигурацшо (по 2,3-диоксигруппам). В по­ следнем случае, однако, положение более сложное. Во-первых, в р-положении к карбонильной группе имеется другой хиральпый центр, а во-вторых, дополнительная оксигруппа в р-положении мо­ жет также образовывать комплекс с реагентом точно так же, как и в случае шестичлеииой циклической модели ЗЗА или ЗЗБ. Дей­ ствительно, эта модель, кроме того, может быть использована для объяснения образования /тгрео-формы; однако существует так много возможностей для участия реагента в комплексообразовании с различными гидроксилышми группами, что перенос стереохимических соотношений с соединения 34А на 34Б совершенно не оправдан.

3-2.6. Примеры 1,3-асіімметрическоіі индукции

Последние два примера 34Б и 34В затрагивают вопрос о вли­ янии введения группы между карбонильной группой и индуциру­ ющим хпральным центром на степень и знак асимметрического синтеза. Опубликованы три работы [52—541, специально рассмат­ ривающие этот вопрос па примере соединений с хиральным цент­ ром, находящимся в 6-положешш к карбонильной группе. Этот процесс, названный 1,3-аснмметрпческой индукцией [52]. может быть проиллюстрирован на примере реакции присоединения фепилмагнпйбромида к 4-фепплпептапону-2 (35) с образованием смеси днастереомериых карбинолов (35А и 35Б) в отношении 83 : 17

двух В-амшюкетонов иод действием литийалюмипнйгндрида [55]. В случае третичных амннокетонов степень асимметрического син­ теза достигала 54% с преимущественным образованием пгрео- изомера, при применении вторичных аминов степень асиммет­ рического синтеза либо равнялось нулю, либо была очень низкой при преимущественном образовании эршпро-изомера.

В табл. 3-6 и 3-7 приведены некоторые примеры, в которых хиральиый центр, находящийся в В-положепни, не содержит гетероатома, и поэтому эти примеры не осложняются необходи­ мостью учета циклического или диполярного переходных состоя­ ний. Из данных, приведенных в табл. 3-6 по реакциям кетонов, можно сделать следующие выводы. Степень асимметрического синтеза, хотя и не так высока, как в соответствующих случаях 1,2-асимметрической индукции (см. табл. 3-1 и 3-2 и рис. 3-6), но все же значительна, несмотря на метиленовую группу, кото­ рая «отделяет» карбонильную группу от хирального центра. Из примеров, приведенных в табл. 3-6, видно, что обращение после­ довательности введения фенильной и метильной групп у нового хирального центра приводит к образованию в избытке противо­ положных диастереомеров. Например, если вместо реакции метилкетоиа 35 с фепилмагпийбромидом провести реакцию фенилкетона с метилмагнийбромидом (№ 10), то в избытке образуется 35Б вместо 35А.

ционио более гибких и подвижных 1,3-систем, по-видимому, преждевременно.

Определенный вывод, который может быть сделай на основа­ нии данных, приведенных в табл. 3-7, состоит в том. что гем- диметильные заместители при углеродном атоме, отделяющем карбонильную группу от хпральпого цептра, увеличивают стерео-

бутилу (ср. № 4 и 0; 7 и 8) не вызывает значительных изменений в противоположность результатам, полученным при 1,2-аспммет- рической индукции (рис. 3-6).

При реакции кетонов, содержащих гидроксильиую группу при хиральном 6-атоме углерода (табл. 3-8), преобладающий изомер был обнаружен во всех случаях, кроме одного (№ 7), в результате реакций введения фенилыюй или метильной группы. Рассмотрена роль, которую играют в этих реакциях открыто-цепная, полярная и циклическая модели, аналогичные тем моделям, которые были предположены для 1,2-асимметрической индукции (ср. рис. 3-3— 3-5) [53]. Можно было ожидать, что реакция протекает через срав­ нительно жесткое шестичленное циклическое переходное состоя­ ние, приводящее к высоким степеням стереоселективности; однако величины, приведенные в табл. 3-8, не сильно отличаются от величии, приведенных в табл. 3-6. т. е. для случаев, когда такой механизм совершенно исключается. Поэтому был сделан вывод, что результаты лучше всего объясняются при помощи полярной модели, аналогичной рис. 3-4 [53].

При реакциях кетонов с метоксизаместителями при хиральном (3-атоме углерода образование преобладающего изомера, по-види­ мому, зависит от других факторов, а не от последовательности, в которой вводятся метильный и феиильный заместители в новый возникающий хиральный центр. Таким образом, отношение изомеров, образующихся при действии фениллития и феиилмагнийбромида (№ 9—12), колеблется в обоих случаях около 50 : 50 в зависимости от температуры. Рассмотрена возможная роль открыто-цепной, полярной и циклической моделей в этих реак­ циях асимметрического восстановления [53].

Тот факт, что изменение температуры вызывает обращение сте­ реохимического направления реакции, указывает на то, что мо­ гут существовать два конкурирующих механизма, имеющих со­ вершенно различные величины энтропии активации; возможно, что они могут быть представлены циклической и открыто-цепной моделями. (О связи этих исследований с механизмом стереоселективной полимеризации см. в работах [52, 53)].

При обработке 36А этилмагнийбромидом выделен только один дпастереомер (выход 60%), а при действии на 36Б фепилмагнийбромида выделяется только другой диастереомер (также с 6 0 % - ным выходом). Таким образом, реакция обнаруживает высокую стереоселективность, но конфигурации продуктов неизвестны.

3-3. Переходное состояние для реакций присоединения >>• хиральным кетонам

Возникает вопрос, в какой степени открыто-цепная, диполяриая и циклическая модели отражают действительные переходные состояния реакций, к которым они применяются? Как было показат но в предыдущих разделах, положение усложняется, когда с карбонильной группой связаны заместители, содержащие гете­ роатоми. Это вносит дополнительные факторы, изменяющие сте­ пень сольватации, степень комшгексообразования и электро­ статического взаимодействия и влияющие также на степень про­ странственного влияния. В настоящее время эти реакции следует обсуждать в основном в рамках тех экспериментальных результа­ тов, которые получены при исследовании рядов соединений, близких по строению. Однако реакции, к которым может быть применена открыто-цепная модель (табл. 3-1), предоставляют гораздо большие возможности для успешной теоретической трак­ товки, так как в этих случаях образование водородных связей, сольватация, комплексообразоваине и необычные электростати­ ческие взаимодействия сведены к минимуму * ) .

На рис. 3-8 приведены 12 из бесконечно большого числа конформаций основного состояния энантиомера соединения с откры­ той цепью; в представленных коиформациях хиральная функция расположена рядом с карбонильной группой. Эти формулы можно разделить на три группы: в первой группе (А — В) находятся три заторможенные конформации карбонильной группы; во вто­ рой {Г —• Е) представлены три заслоненные конформации карбо­ нильной группы, а в третьей (Ж — М) — шесть конформации, не имеющих групп в заслоненных коиформациях. Предположим, что переходные состояния для рассматриваемых реакций присое­ динения очень близки к конформациям основных состояний и что присоединяющийся реагепт приближается под прямым углом к карбонильной группе либо справа, либо слева. Суммиро­

*) Электроиодонориая фепшгьная группа в этпх соединениях, несом­ ненно, отзывается на изменения в степени сольватации, комплексообразования и т. д., но в гораздо меньшей степени, чем заместители, содержащие гетероатоми.

пнем разность энергий активации образования одного диастереомера и его эпимера.

Очевидно, что этот расчет в настоящее время невозможен. Теоретически для таких случаев можно применить метод, анало­ гичный методу расчета Угн — Руха (разд. 1-1.46), но, как выяс­ нилось в настоящее время, этот метод расчета неприменим к сис­ темам, в которых существующий и возникающий хиральные цент­ ры находятся рядом, вследствие возникновения определенного взаимодействия групп, которое пе учитывается при математиче­ ской обработке.

Крам [10] логично, но совершенно интуитивно принял конформацию А (где Н = R s ) в качестве основы для своей эмпирической модели с целью предсказания конфигурации преимущественно

"Ф-"*Ф^Ф» д . ж ж

"4x: ::d> ° 4 c ";Ф- - < k Л>»

А, Б, В — карбошш в заторможенной, a R в заслоненной конформации; Г, Д, Е — карбонлл в заслоненной, a R в заторможенной коиформацггп; Ж , З, И, Н, Л, М —

все группы в заторможенной конформации, заслоненная конформацпя отсутствует.

образующегося диастереомерного продукта в таких реакциях, как, например, представленные в табл. 3-1. Следовательно, было сде­ лано предположение, что конформации с наименьшей энергией должна иметь две меньшие группы в заторможенной конформа­ ции по отношению к карбонильной группе (при условии, что она больше, чем R, так как она образует комплекс с реагентом). Затем было сделано предположение, что подход реагента с простран­

преимущественно образующегося продукта. Успешное примене­ ние этой модели видно из того факта, что имеется лишь одно суще­ ственное исключение из 41 примера, приведенного в табл. 3-1. Однако важно также отаетить, что с тем же успехом можно было

Первый член в этих двух суммах благоприятствует конформа­ ции Д, второй член — конформации Е; поэтому в первом при­ ближении можно считать, что они взаимно компенсируютсяТогда разница в энергиях при подходе реагента справа в Д и слева

определена из разности конформацношюй энергии соответствую­ щих основных состояний (на основе первого предположения), то оказывается возможным провести полуколичествениый расчет стереоселектпвпостн. Было получено достаточно хорошее совпа­ дение экспериментальных и вычисленных величин. Этот метод расчета ие учитывает, однако, часто наблюдающегося значи­ тельного влияния на стереоселектнвность изменения природы реагента. Например, в первых шести примерах, приведенных в табл. 3-і, в которых содержатся данные по реакциям очень сходных по строению молекул субстрата с изопропилатом алю­ миния, лнтийалюминийгндрндом и реактивами Грипьяра, содер­

Как иоказапо на рис. 3-6, замена ахиралыюй группы R, свя­ занной с атомом углерода карбонильной группы, оказывает сильное влияние на стереоселектнвность, которая изменяется от 48 до 96% при замещении метальной группы на тре/тг-бутиль-

равно 600 кал/моль (2,5 кДж/моль)]. Хотя такой подход является существенным вкладом в копформационный анализ, однако он еще далек от того, чтобы его можно было бы принять в качестве достаточно удовлетворительного общего метода расчета для других случаев.

Фелкин и сотр. [141 дали объяснение стереохимических ре зультатов (которые также согласуются с результатами, получен­ ными в ряду циклических кетопов; см. разд. 3-4), основанное на следующих четырех предпосылках: 1) «Переходные состояния для этих реакций во всех случаях в основном обнаруживают сходство с реагентом, а ие с продуктом». 2) «Торсионное напряжение (напряжение Питцера), включающее связи, возникающие в пере­ ходных состояниях, составляет значительную долю напряжения между полностью образованными связями, если даже степень связывания низка». 3) «Основные взаимодействия в переходном состоянии включают взаимодействия R" (группа присоедиияюще-