книги из ГПНТБ / Моррисон Д. Асимметрические органические реакции

экваториальной 6-формы. В растворе в абсолютном метаноле при комнатной температуре равновесная смесь состоит из 45% а- и 55% (З-о-глюкозы. Если реагенты имеют подвижную структуру молекулы в противоположность жестким циклическим структурам декалона-1 и D-ГЛЮКОЗЫ, ТО получаются точно такие же результа­ ты. Например, Маккензи и Смит [97] изучали мутаротацию мен-

Маккензи и Смит предположили, что при этом наступает равно­ весие, приводящее к образованию неравных количеств обоих диастереомеров 45А и 45В (через форму, которую мы теперь изо­ бражаем как енол или енолят-анион 45Б), и что а-хлорфенилаце- тат в значительной степени рацемизуется при омылении.

Причины стереохимической лабильности асимметрического центра не всегда понятны. (—)-Мептилбеизоилформиат (46Б) при растворении в этаноле (по не в эфире) претерпевает мутаротацию. Этот факт, который ранее служил доказательством справедливо­ сти представления об «асимметрической индукции» по Маккен­ зи [98], был более логично объяснен Джемисоиом и Тернером [99] образованием в растворе в неустановленных концентрациях диастереомерных полуацеталей (46А и 46В).

и в форме натриевой соли имела максимальное вращение [M]D —91°. Эта натриевая соль в водном растворе имеет период полупревра­ щения 24 мин при 20 °С, а в растворе 0,1 н. гидроокиси натрия

—21 ч при 20 °С. Обработка исходного раствора соединения 4S бруцпиом дала соль, пз которой могла быть получена энаптиомерная кислота в виде раствора ее натриевой соли.

1-4.4. Кинетически контролируемые асимметрические превращения

Четвертый общий метод получения хпральных соединений — кинетически контролируемые асимметрические процессы — пред­ ставляет наибольший интерес с точки зрения выяснения механиз­ ма реакции, так как дпастереомериыо переходные состояния или промежуточные образования (включая комплексы и сольваты)

являются контролирующими факторами в стереохимическом ходе реакции. В этих процессах свободные энергии реагентов в основ­ ном состоянии для конкурирующих направлений процесса дол­ жны быть идентичны (AG0 = 0). Различаются только свободные энергии активации (AG^) для обоих направлений процесса: сте­ пень асимметрического превращения зависит только от разницы свободных энергий ( A A G ' ) конкурирующих процессов. Схема потенциального профиля пути реакции, представляющая такие кинетически контролируемые асимметрические процессы, изобра­ жена на рис. 1-3, на котором реагенты соединены с продуктами двумя потенциальными кривыми для диастереомеров. Для всех кинетически контролируемых асимметрических превращений реа­ генты имеют одинаковую свободную энергию в основном состоя­ нии (т. е. AG0 = 0). Это условие выполняется при протекании реакции по одному из двух путей. Либо рацемический^ субстрат

(—А) ( + А ) реагирует с хиральиым реагентом (R*) через два кон­ курирующих диастереомерных переходных состояния n C ( _ A ) R * и lIC(.j.A )R * [свободные энергии эпаптиомеров (—А) и ( + А ) всегда идентичны в ахиральпом окружении], либо один ахиральный суб­ страт (В)(или ахиральная группа в хиральной молекуле) реаги­ рует с хиральиым реагентом (R*) через диастереомериые переходные состояния.

переходное состояние с более высоким уровнем энергии, представ­ лена кривой с более высокой свободной энергией, чем в случае продукта, который образуется через энергетически более низкое переходное состояние. Однако это ие является необходимым усло­

тип асимметрического синтеза «с самопожертвованием» (разд. 1-1, формулы 1 -г 2—^-3), в котором для продуктов, образующихся из обоих переходных состояний, свободные энергии в основном состоянии одинаковы (рис. 1-3, В).

То, что свободные энергии в основном состоянии реагентов одинаковы, а также тот факт, что R* может либо быть хиральиым реагентом, либо оказывать хиральное физическое воздействие, позволяет выделить четыре типа кинетически контролируемых

жением.

б) Реакции ахирального (но прохиралыгого) субстрата с хи­ ральиым реагентом или реакции ахиралы-юй (ио прохиральной) группы в хиралыюм субстрате с ахиральпым реагентом с образо­ ванием хиралыюго продукта обычно называют асимметрическим синтезом (разд. 1-4. 46).

в) Реакции, в которых происходит преимущественное разру­ шение одного изомера в рацемической паре под влиянием физиче-

ского хпральпого воздействия, представляют собой класс процес­ сов, которые обычно называют абсолютным асимметрическим разложением..

г) Реакции ахирального субстрата и ахиралыюго реагента под влиянием физического хпральпого воздействия с образованием хнрального продукта обычно называют абсолютным асимметри­ ческим синтезом..

Абсолютные асимметрические разложения и синтез будут рас­ смотрены в разд. 1-4.46 и 10-4. Один и тот же профиль потенциаль­ ной энергии пути реакции может быть отнесен ко всем этим про­ цессам, и. следовательно, подразделение реакций на кинетическое разделение, асимметрический синтез, абсолютное асимметриче­ ское разложение и абсолютный асимметрический синтез является удобной классификацией, основанной на химических особен­ ностях процессов, а не на их различиях в кинетике или термо­ динамике. Для всех этих процессов, где AG° = 0 и АД67' Ф 0, следует, что если образуются стереопзомеры, то они будут полу­ чаться в неравных количествах, т. е. реакция будет стереоселектнвной. а степень стереоселективиости будет зависеть от вели­ чины A AG*.

в рацемическом субстрате с хиральным реагентом могут быть различны * ) . Эта разница важна в экспериментальном отношении с точки зрения кинетического разделения, когда данная реакция рацемического субстрата протекает пе до конца. Так, если раце­ мический субстрат реагирует с недостаточным количеством хпральпого реагента, то остающаяся иепревращеииой часть суб­ страта обогащается менее реакциоппоспособным изомером и рацемической смеси, содержащей изомеры в отношении 50 : 50, больше не останется. Это же справедливо, если имеются эквива­ лентные количества субстрата и реагента, ио реакция прекращает­

в котором обе группы у хирального центра различаются только за счет и з о ­ топного замещения, протекает па 0 , 5 % быстрее с одним эиантиомером, чем с другим. Возможны случаи, когда обе скорости могут быть п идентичными,

ннтрила была больше скорости этерпфикации (+) - мептилацетилхлорпда . Обратные зависимости наблюдались при проведении реакции в жидком сульфоксиде. Теоретически можно ожидать, что в определенной смеси этих двух растворителей скорости реакций могут быть одинаковыми.

страте разрушается во врехлш реакции, то может быть получен только один оптически активный изомер, по если хиральпый центр сохраняется на протяжении реакции, то в продукт перейдет более реакциониоспособный энаптиомер субстрата и таким обра­ зом могут быть получепы обе хиралыше формы или их произ­ водные.

Крайний случай кинетического разделения при получении оп­ тически активных соединений встречается, когда &<_, настолько больше к(+) (или наоборот), что может быть достигнуто почти полное превращение одного из энаитномеров без заметной реакции другого. Этот метод исключительно успешно использовали Гринштейи с сотр. (см. работу [104] и литературу, на которую ссылают­ ся авторы этой работы) для получения оптически активных амино­ кислот. N-Ацетильиое или N-хлорацетилыюе производное раце­ мической аминокислоты (R-49, S-49) под действием выделенного из гомогената печени свиньи фермента «ацилазы I» (хиральпый реагент) при 37 °С в течение 12 ч дает гидролизованный природ­ ный энаптиомер (S-50), который выделяют из реакционной среды обычными методами. Затем выделяют незатрагиваемый ферментом

эиантиомер R-49 (иеприродный) и гидролизуют его с образованием Д-аминокислоты. Скорость гидролиза б'-энантиомеров распро­ страненных в природе аминокислот в 10—40 тыс. раз больше ско­ рости гидролиза неприродных Д-энантиомеров, и оба*изомера получаются с чистотой порядка 99,9%. Этот фермент может быть использован и для разделения некоторых аминокислот, которые не встречаются в природе, например а-аминоциклогексилкарбоно- вой кислоты и изовалина (а-метпл-а-аминомасляпой кислоты).

Частичное кинетическое разделение и образование хирального олефина с низкой энантиомерной чистотой происходит при дегид­ ратации рацемического спирта при использовании (+)-камфор- сульфоновой кислоты в качестве хирального катализатора [105].

Оро и сотр. [106—111] на основе метода кинетического разде­ ления разработали исключительно удачную систему установления корреляций конфигураций вторичных спиртов (или аминов) (Оро назвал этот метод «частичным расщеплением», но по существу

[111] при стереоселективности. варьирующей в пределах от 8 до 79%. Этот метод особенпо ценен тем. что позволяет предсказать конфигурацию данного вторичного спирта даже при отсутствии образца в виде оптически активного изомера, который к тому же часто бывает вообще труднодоступен.

Этим методом можно решить и обратную задачу, когда опти­ чески активным реагентом становится вторичный карбинол, а из­ быток рацемического субстрата создается оптически неактивным а-феиилмасляньш ангидридом * ) . Но при этом ангидрид берут в избытке, а затем определяют оптическое вращение а-фенилмасля- ной кислоты, выделенной после гидролиза иепрореагировавшего ангидрида. Опытным путем показано, что если оптически актив­ ный спирт имеет конфигурацию 54, то возвращенная сс-фенил- масляная кислота содержит в избытке 5-(-г)-энантиомер * * ) .

Такой подход оказался весьма ценным для успешного пред­ сказания конфигурации вторичных спиртов в ряду соединений, непосредственно не связанных с соединениями, послужившими исходным: материалом для выведения закономерностей: например, метод был применен для установления конфигурации карбинолов в ряду кариофиллела [115].

Метод обладает высокой чувствительностью к тонким измене­ ниям в строении молекул, что показано на примере (5)-(-г)-про- паиола-2-[1,1,1-03 ] (55), когда удалось обнаружить степень кинети­ ческого разделения, достигающую в ряде опытов 0,4—0.5%. Возвращенная сс-фенилмасляиая кислота (сев от 0,02 до + 0 , 1 2 +

± 0.002°) имела S-(—^конфигурацию, что возможно при условии, чтобы С П 3 ( R L ) было больше, чем CD з ( RM ), как и показано в фор­ мулах 54 и 55. Эти результаты, а именно то, что дейтерий оказывает

мерпых форм, которые, по-видимому, паходятся в равновесии в условиях