книги из ГПНТБ / Моррисон Д. Асимметрические органические реакции
.pdfнужно учитывать, что при этом дипольиое взаимодействие может также играть определенную роль. Аналогичное, но не настолько яркое изменение происходит и при применении озона в качестве
о
о -Ч
62 63
окислителя; соотношение экваториального и аксиального окисле ний, равное 50 : 50 в случае исходного 60, становится равным приблизительно 90 : 10 в случае исходного 58. При действии озона па оксатпаи (62) соотношение аксиального и экваториального судьфокспдов составляет 67 : 33.
Известны и другие отдельные примеры, которые подтверждают ту точку зрения, что как природа реагента, так и строение моле кулы субстрата являются важными факторами в определении сте-
реохимпческого |
направления окисления |
циклических сульфидов |
в сульфоксиди. |
Окисление тиахолестана |
(64) лс-хлорпербензойпой |
кислотой дало приблизительно 2%-ный избыток экваториального сульфоксида [78]. В то же время окисление соединения 65 пербен-
65
зойной кислотой дает с 88%-ным выходом экваториальный про дукт [79], чего и следовало ожидать, поскольку В-ангулярная метильная группа должна в сильной степени экранировать акси альную электронную пару серы и способствовать экваториальной атаке.
Прекрасным примером стереоселективного пероксидированпя хирального сульфида в качестве субстрата является окисление
(R) - (—)-8-окси- 5 - метилдигидротиазол-[2,За] -пиридииий-3-карбо-
ксилата |
(полученного из |
L-цистеина) с |
образованием |
смеси |
цис |
|
ті, трокс-сульфоксидов |
в |
отношении |
9 : 1 (степень |
асимметри |
||
ческого |
пероксидированпя |
80%) [80]. Сульфоксид может |
быть |
|||
декарбоксилирован в мягких условиях, и таким образом исходный хиральный индуцирующий центр может быть удален.
Получены данные об образовании тетраковалентного промежу точного соединения при окислении сульфидов в сульфоксиди под действием треяг-бутилгипохлорита [81].
В двух работах по асимметрическому окислению сульфидной серы в хнральных производных пенициллина обнаружено влияние лигандов у [5-асимметрических центров. Было показано, что окис ление эпимеров метилфталимидопенициллината под действием лі-хлорпербензойной кислоты протекает под контролирующим вли янием 6-фталимидной группы; преимущественный подход осуще ствляется со стороны, противоположной этому объемистому заме стителю при азоте [82]. Такой вывод был подтвержден в работе [83]. Но вместе с тем в работе [83] было найдено, что окисление метил-6-6-фенилацетамидопенициллината под действием иодбензолдихлорида во влажном пиридине привело к эпимерным сульф оксидам в приблизительно равных количествах.
Бициклический сульфид 66 дает 95% экзо-сульфоксида 67 при окислении л-хлорпербензойной кислотой [78]; однако при дей ствии тре?7і-бутилгипохлорита наблюдается обратное соотношение продуктов. Эти результаты согласуются с данными, полученными
о
66 |
67 |
68 |
для 4-замещеиных тианов (табл. 8-8). В случае соединений как 66, так и 65 можно достаточно убедительно представить экзо- и эква ториальное окисление как формальное замещение пространственно менее затрудненных электронных пар в этих сульфидах. Механизм реакции лучше всего передается с точки зрения нуклеофилыюй атаки проотранственно менее затрудненной электронной пары серы на атом кислорода в перкислоте (см. разд. 8-1.2, формула 25). Естественно *) ожидать, что преимущественный подход будет осу ществляться с экзо-направления. Механизм реакции под действием mpem-бутшігинохлорита не имеет отношения к механизму, при нятому для реакций окисления под действием перкислот. Наиболее надежные имеющиеся данные [84, 85] позволяют сделать весьма вероятное предположение, согласно которому окисление под дей ствием гипохлорита протекает с образованием промежуточных
*) «Самоочевидные» аргументы в отношении предпочтительной к о н ф о р - мацпи субстрата и направления атаки перкнслоты в случае ациклических хнральных сульфидов приводят к ошибочным выводам (разд. 8-1.3). Однако для бицнклпческого скелета соединения 66, так ж е как н для стероидных колец 65, отнесение конфигурации и оценку относительных пространствен ных затруднений для днастереотопных электронных пар атома серы п р о вести проще.
соединений сульфонпя и дихлорида серы, алкоголиз |
которых с |
||
последующим удалением изобутилена и НС1 |
или трет-бутилхло |
||
рида приводит |
к сульфоксиду [84]. Таким |
образом, введение |
|
кислорода при |
действии 7нре»?-бутнлгішохлорпта |
происходит |
|
в результате осуществления довольно сложного механизма, при чем стереохпмпческие ограничения при окислении »?.ре»?-бутил- гппохлорптом сильно отличаются от ограничений, наблюдающихся при окислении различными окисляющими агентами типа перкис лот, которые в общем действуют, по-впдимому, с очень близкой стереоселектнвностыо.
Влияние водородной связи, Д1ШОЛЫ1ЫХ и других специфиче ских взаимодействий на стереохимию реакций окисления сульфи дов подробно не изучалось. В случае некоторых тиоксаитренов, таких, как. например, 69. обнаруживается влияние растворителя и концентраций реагентов на стереохимию окисления под дей ствием .к-хлорпербензойной кислоты [80]. В результате образуются цис- и 7?грянс-тиоксаитреи-9-ол-10-окспды, что может быть связано с различной степенью влияния внутримолекулярных водородных связей. Окисление соединения 70 дает 50°о-ный избыток сульфок-
69 70 71
сида, в |
котором S — О-связь и |
метальная группа |
находятся |
в ?пранс-ноложении [87]. Строение нгрякс-продукта |
установлено |
||
методами |
рентгеновского анализа, |
и. следовательно, |
стереохимия |
окисления твердо установлена. Необходимы дальнейшие исследо вания в этом направлении.
Соединение 71 служит примером системы, в которой при реакции осуществляется 1,3-индукция. Окисление соединения 71
периодатом дает тарянс-сульфоксид |
в качестве единственного выде |
|||
ленного продукта [88]. В то же время при действии N 2 0 2 |
(вероятно, |
|||
в равновесных условиях [69]) |
образуется 60%-ный |
избыток цис- |
||
сульфоксида. Эта система представляет еще интерес |
и в том отно |
|||
шении, что tyuc-сульфоксид |
под |
действием перекиси |
водорода |
|
может окисляться далее в сульфон, а мгрянс-изомер в этих усло виях не реагирует, вероятно вследствие пространственных затруд нений.
Известны также другие системы [89], в которых могут наблю даться подобные эффекты, и еще больше таких систем, как можно полагать, будет найдено в дальнейшем.
8-1.4. Синтез хиральных сульфннатов
нсульфннамндов
Реакция сульфинилхлорида 72 с оптически активным спиртом 73 приводит к неравному количеству диастереомерных сульфнна тов 74*). В качестве оптически активного спирта часто исполь~
O |
R |
O |
R |
|
R |
II |
I |
II |
I |
. |
. I |
R - S - C I + H O ^ C ^ H |
>• R —- S — О — С — H и |
R ^ S ^ O ^ C ^ H |
|||
|
І , |
" |
І |
II |
I |
|
R |
|
R' |
0 |
R' |
72 |
73 |
S*-74 |
|
|
R*-74 |
зуется (— )-ментол; несколько таких асимметрических реакций
приведено |
в табл. 8-10. |
При |
применении (—)-ментола |
во |
всех |
|||
|
|
|
|
|
Таблица |
8-10 |
||
|
Асимметрический |
синтез ментилсульфішатов |
а |
|
|
|
||
|
|
|
|
S-74 |
|
\ |
|
|
72 |
|
|
|
|
|
' , |
|
|
|
|
|
|
II |
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
R-74 |
|
|
|
|
Лі |
|
|
|
Отношение |
диастереомеров |
|||
п. п. |
|
R |
|
R-7 4 : S-7 4 |
|
|
||
1 |
н-Толпл |
|
|
1,75 |
: 1 |
|
|
|
2 |
п-Иодфенил |
|
|
1 , 8 6 : |
1 |
|
|
|
3 |
Бензил |
|
|
2,29 : 1 |
|
|
||
4 |
/(-Бутил |
|
|
2 , 7 7 : 1 |
|
|
||
5 |
Метил |
|
|
1,87 |
: 1 |
|
|
|
а Реакции проводились в эфире |
при —78 °С. Данные взяты нз работы |
[ 1 0 ] |
и ци |
|||||
тированных в ней статей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
примерах, |
изученных до |
настоящего времени, |
образующийся |
|||||
в избытке |
диастереомер |
имел |
^-конфигурацию по |
атому |
серы. |
|||
*) О конфигурационном отнесении атома серы в формулах S-74 п R-74 следует сказать, что в отношении номенклатуры существует предположение, согласно которому сера не имеет претгутцеств перед кислородом в правиле старшинства и связь S = О рассматривается как простая связь с точки зре ния номенклатуры. Подробности см. в ссылке [10] статьи [26] .
Хотя |
тот |
же эпимер |
сульфппата преобладает в равновесиях |
№ і |
п 2 |
(табл. 8-10), |
устанавливаемых при каталитическом дей |
ствии ЫС.1, было показано [10], что соотношение продуктов в реак циях сульфнннлхлорпда с образованием сулъфината практически во всех случаях контролируется кинетикой. Соотношение зпимеров в основном не изменяется независимо от того, какой реагент находится в избытке. Поэтому сульфиннлхлорпд, который хирален по своему строению, должен проявлять себя как ахиральпый либо вследствие быстрой инверсии в результате образования ахиральиого промежуточного соединения, такого, как, например, октаэдрп-
ческий комплекс с |
пиридином, |
либо |
вследствие |
образования |
|
в некоторых |
случаях |
сульфпна |
( R C H = |
S = О) в |
качестве про |
межуточного |
соедппения [10]. |
|
|
|
|
Если бы строение сульфнннлхлорпда можно было рассматри вать как ахпральиое, то тогда эту реакцию следовало бы считать асимметрическим синтезом. Но если сульфпнилхлорид — быстро взанмопревращатощпйся рацемат, то эта реакция представляет
собой случай асимметрических |
превращений второго |
рода |
(разд. 1-4.36). |
|
|
Реакция реактива Грииьяра с |
хиральным сульфниатом, |
как |
было показано, протекает с обращением конфигурации по атому серы с образованием хирального сульфоксида. Инверсия по атому
серы при замещении |
эфирной |
группы в хиральиом сульфииате |
|
о |
|
|
|
Rp—S—"О—R* |
+ R'MgX |
— |
R - S - R ' + R'QMgX |
|
|
|
О |
(см. табл. 8-11) в настоящее время твердо установлена при опреде лении абсолютной конфигурации с применением реитгеноструктурного анализа [90]. Очевидно, что сочетание синтеза (—)-ментил- сульфинатов с реакциями Гриньяра представляет собой удобный путь синтеза хиральиых сульфоксидов. Основпым результатом
ряда таких реакций является |
превращение |
сульфипилхлорида |
||
(в |
результате |
последовательных |
реакций с |
хиральным спиртом |
и |
ахиральным |
реактивом Гриньяра с образованием хирального |
||
сульфоксида); в последней стадии хиральиый индуцирующий агент регенерируется. Этот путь асимметрического синтеза сульфииата был использован для корреляции конфигурации некоторых спиртов, а также и для установления конфигурации сульфоксидов [91, 92].'
Результаты некоторых таких корреляций сведены в таблицу 8-11. Данные показывают, что спирты, представленные формулой 78, приводят к избытку £-(—)-77; поэтому избыток эпимера сульфината 76, имеющего Л-конфигурацию по атому серы [7], доджей возникнуть па стадии асимметрического синтеза. Чувствительность метода иллюстрируется тем фактом, что (S)-(4-)-nponamwi-2-[l-D3 ]
еще более расширены, если промежуточно образующиеся диастереомеры разделить дробной кристаллизацией до их взаимодействия с реактивом Гриньяра или алкиллитием. Андерсен [5] впервые воспользовался отим методом для стереоспецифического синтеза оптически активных сульфоксидов из сульфинатов, а последую щие широкие исследования [6—10] показали общий характер этой реакции. Мислоу и сотр. [10] сделали ряд обобщений в этой области.
Недавнее сообщение о разделении диастереомерных сульфитов, полученных при реакции метилхлорсульфината с S-( —)-дифен-
ацилмалатом [94] (С6 Н5 СОСНа ОСОСН 2 С НОНСООСН 2 СОС6 Н5 ) , открывает новые возможности осуществления асимметрических
синтезов по атому серы. |
|
|
|
8-2. |
Асимметрические |
синтезы |
|
по |
атомі/ |
азота. |
|
Реакция имниов с хиральными перкислотами приводит к опти |
|||
чески активным |
оксазиридипам [95, |
96]. Было получено два типа |
|
оптически активных продуктов; первые имели как асимметриче ский атом азота, так и асимметрический атом углерода [95], а у вторых активность была целиком обусловлена асимметрическим атомом азота [96]. Примеры № 1—6 в табл. 8-12 иллюстрируют результаты, полученные с некоторыми альдиминами при окислении их в оксазиридииы под действием (11 5)-(+)-моиоперкамфорной кислоты (1) [95]. Продукты, полученные в примерах № 5 и 6, были разделены на диастереомеры, что указывало на наличие асимметрии как по атому азота, так и по атому углерода. Инверсия по атому азота в этих случаях происходила достаточно медленно, что позволяет следить за процессом по изменению оптического вращения. Определенные указания об этом можно получить из при
меров № 8 — 11, в которых |
продукт не имеет асимметрического |
|
атома углерода (R' = R" = |
С 6 Н 5 ), |
а имин не может существовать |
в син- и акти-формах. |
|
|
Максимальные вращения для всех оксазиридинов, приведенных |
||
в табл. 8-12, неизвестны, поэтому |
степень асимметрического син |
|
теза ие могла быть вычислена. В |
одном из изученных примеров |
|
[95, 96] было проведено сравнение асимметрической направлен ности реакции асимметрического окисления с кинетическим разде лением. Взаимодействие 2-к-пропил-З-изобутил-З-метилоксази-
ридина (85; |
R |
= С 3 Н 7 ; R' =--трет-С4Яэ; |
R" = |
С Н 3 ; табл. 8-12, № 7) |
||
с |
бруцином |
приводит к частичному |
превращению |
оксазиридина |
||
в |
имин 84 |
с |
образованием N-окиси бруципа |
[97]. |
Непрореагиро- |
|
вавший оксазиридин был оптически активным ( [ a ) D —3,94°). Тот же оксазиридин, но полученный асимметрическим окислением имина под действием (+)-моноперкамфорной кислоты [95, 96], имел в два раза большую оптическую активность (табл. 8-12, № 7).
в принципе может служить путем синтеза оптически активных окисей аминов. Однако на практике было найдено, что некоторые амины дают окиси аминов, не активные (при проведении реакции при комнатной температуре) или обладающие лишь очень слабой
( <г-)-перка»д>орная |
|\ |
\\ |
/X / \ |
••N' — = ^ л > * |
Й £ > |
||
N |
I^^H |
N ^ |
^ N - 0 |
|
• ь |
d |
|
86 |
87А |
|
87Б |
оптической активностью (если окисление проводить при —70 °С [99]). Например, при окислении К-метил-1.2.3.4-тетрагидрохино- лииа [кайролина (88)] (+)-моноперкамфорной кислотой при —70 °С в растворе смеси хлороформ — эфир полученная (в виде гидро хлорида) N-окись кайролина (89) имела [a]5 .,l 6 -j-0,270 и [а] 4 0 ь + 0 . 5 4 (вода). Максимальная величина удельного вращения, най денная для N-окиси кайролипа (в виде гидрохлорида) составляет [cc]5 8 S 44,2 (вода) [100]. Окиси третичных аминов конфигурационно устойчивы как в свободном виде, так и в виде солей [101—106].
|
^ |
\ / \ |
I |
(-т-)-перкамфорпая / / \ / \ |
С Н 3 |
|
|
I |
I |
кислота |
NI / |
|
|
|
N |
*• |
|
|||
|
\/\/\ |
|
.. . |
, |
|
|
|
|
|
СНз |
( + )-89 |
О |
|
|
|
|
88 |
|
|
|
|
Окисление ряда 1Ч-алкил-]\т-метиланилинов |
( R N C H 3 C 6 H 5 , |
где |
|||
R |
— это С 2 Н 5 , « - С 3 Н 7 или mpeni-C/J±~9) в тех же условиях приводит |
|||||
к |
окисям аминов |
с очень низкими величинами вращения ([а] |
< |
|||
< |
0,8Э при 589—405 им); окиси аминов, получаемі>іе при окислении |
|||||
при комнатной температуре, не обнаруживают оптического враще ния [99]. Величина вращения, определенная после разделения рацемата на изомеры [101—106], дает возможность предположить, что асимметрическое окисление под действием (+)-моноперкам- форной кислоты в этих примерах протекает самое большее с 1 % и. э. Имеются данные [99], показывающие, что другие хиральные перкислоты могут оказывать несколько более высокую индукцию, но ожидать значительных успехов в осуществлении асимметри ческого синтеза в этих реакциях не приходится. Это не является неожиданным, если иметь в виду расстояние между хиральными центрами и конформационную подвижность реагентов.
Недавно открытая конфигурационная стабильность N-гало- азиридинов [107—110] и N-аминоазиридов [111] дает новые воз можности для изучения реакций замещения у асимметрического атома азота. Например, N-галоазиридины могут быть превращены в N-аминопроизводные по реакции с аммиаком или с литиевыми