книги из ГПНТБ / Моррисон Д. Асимметрические органические реакции

Уги для разработки системы констант лнгандов произвольно принял, что X равна для водорода 0.00. а для метилыюй группы 1.00. Для всех других групп константы лнгандов оценены экспе­ риментально с учетом этой условно принятой относительной раз­ ницы между водородом it метальной группой. На практике это удалось осуществить путем сведения всех неизвестных величин в реакционный параметр — константу т при сравнении однотип­ ных реакций в идентичных условиях.

Предполагается, что реакционный параметр, константа т, является характерным свойством данного типа реакции в одних и тех же условиях (температура, растворитель и т. д.); однако она будет иметь иные значення для каждого другого типа реакции или других условий реакции.

Величину у/ (константа хпральностп для возникающего хирального центра) экспериментально не определ я ют; предполагает­ ся, что она должна быть одной и той же для всех реакций данного типа при одинаковых условиях п. таким образом, может быть включена в реакционный параметр — константу т. После введе­ ння этой константы выражение (1) преобразуется в выражение (4), которое может быть теперь использовано для определения соотно­ шения (Q) ппимерных продуктов в родственных реакциях:

Это уравнение в некотором отношении напоминает уравнение Гаммета, к которому добавлен фактор антисимметричности (5. Пара­ метры уравнения (4) найдены из экспериментальных результатов на одной данной системе для ряда значений X для разных лпгаи-

дов. Эти же величины X можно затем использовать для интерпре­ тации или предсказания результатов в различных системах, для которых, однако, экспериментально должно быть определено новое значение реакционного параметра т. Константы X впервые были получены из экспериментальных данных по асимметрическому синтезу эфиров атролактиповой кислоты (87) и эфиров В-феиил- масляной кислоты (88).

Значения степени асимметрического синтеза, как определенлые'экспериментально, так и вычисленные на основании уравне­ ния (4), приведены в табл. 1-1. Прекрасное совпадение между

ни асимметрического синтеза для первых семи примеров в асим­ метрическом синтезе эфиров атролактиновой кислоты 87 ие долж­ но удивлять, так как в каждом случае величина К для группы R 3 представляла собой параметр, который мог быть подобран так, чтобы получилось такое совпадение. Но в последних двух при­ мерах величины X обеих групп, определенных из предыдущих реакций. были использованы для определения степени асимметри­ ческого синтеза в третьей и четвертой реакциях. Прекрасное совпа­

при использовании нового реакционного параметра т, по при тех же значениях величин Я позволяет высказать весьма вероятное предположение, что этот теоретический подход довольно надежен. Приведенное в табл. 1-1 вычисленное молярное содержание и про­ центах дано с точностью до 0,1 °о, что значительно превышает точность экспериментальных результатов, па которых основаны эти расчеты. Следует подчеркнуть необходимость постановки до­ полнительных количественных опытов в строго контролируемых условиях с целью дальнейшей разработки теории (см. разд. 7-4.2).

Применение предложенной количественной интерпретации — это большое достижение в области исследования реакций асиммет­ рического синтеза. Существуют известные ограничения, присущие этому методу, так как в настоящее время он применим, по-види­ мому, только для тех молекул, у которых хиральпые центры не находятся рядом. Это аналогично в принципе ограничению (по по совершенно иным причинам) применимости уравнения Гаммета, которое применимо к пара- и мета-, по не к o/j/но-пронзводиым бензола (если не изменяется член о). Это обстоятельство исключает

ческая обработка в ее настоящей форме ие может быть применена к системам, которые реагируют с образованием жестких цикличе­ ских переходных состояний, таких, как. например, восстановление под действием реактивов Грнньяра. Возможности этого метода возрастают с увеличением числа примеров, исследованных в дан­ ной системе, однако метод обладает ограниченной предсказатель­ ной сплой в отношении новых систем. Если же ие принимать во внимание эти ограничения, то в целом метод представляет собой наиболее фундаментальную теоретическую разработку из всех предпринимавшихся в этой области и его дальнейшее использова­ ние и определение границ применимости представляется крайне важным.

Успешное распространение этого количественного метода па более широкие группы реакций с возможным учетом близких взаимодействий как электронного, так и пространственного характера создает реальные предпосылки для дальнейшего разви­ тия теоретического подхода, предложенного в работах Угн и Руха.

Привлекательность представлений об абсолютном асимметри­ ческом синтезе обусловлена его связью с проблемой происхожде­ ния первых хиральных органических соединений в живой приро­ де — с проблемой, которая вызвала к жизни большое число увлекательных гипотез 13, 28, 144]. Вместе с недавно развитыми представлениями о происхождении органических молекул в пер-

вичиых условиях на Земле [145—147] возобновился интерес и к этой проблеме. Под абсолютным асимметрическим синтезом следует понимать только те процессы, которые приводят к образо­ ванию хирального продукта в отсутствие воздействия любого другого хирального химического реагента * ) , и, следовательно, он ограничивается теми хиралышми процессами, которые могут быть вызваны хиралышми физическими агентами, например эллипти­ чески или циркулярно поляризованным светом. Первоначальное определение асимметрического синтеза (разд. 1-2) охватывало процессы, определяемые как абсолютный асимметрический синтез..

точно так же, как понятие «хиральпый агент» в широком смысле включает в себя и физические хиральные воздействия. При этом необходимо выполнение следующего условия: хиральпый физи­ ческий агент должен быть необходим для данной реакции, т. е. реакция невозможна без воздействия хирального физического агента. Иначе не существует рациональной основы для течения реакции в направлении синтеза хирального соединения.

Следует различать два типа процессов, происходящих под действием хирального физического агента: J) один из опаитиомеров рацемической пары претерпевает преимущественную реакцию —

абсолютное асимметрическое разложение; 2) ахиральный субстрат превращается в хиральпый продукт.

В литературе до 1930 г. имеются отдельные сообщения о безу­ спешных или неподтвержденных попытках осуществления абсо­ лютного асимметрического разложения и абсолютного асимметри­ ческого синтеза 121. 25, 27, 148]. Верпер Кун впервые ясно сфор­ мулировал условия, необходимые для успешного осуществления абсолютного асимметрического разложения пли синтеза, а затем Кун и Кнопф 1149, 150] экспериментально осуществили абсолют-

каких-либо хиральних агентов, имеющих происхождение, связанное с живой природой. Согласно этому определению асимметрическое каталитическое разложение метплэтилмалоната на хнральной поверхности кварца ** следует рассматривать как абсолютный асимметрический синтез. Однако мы не отно­ сим к абсолютному асимметрическому синтезу те процессы, в которых уча ­ ствуют ахпральпый субстрат и ахпральнъш реагент в присутствии либо гомогенного, либо гетерогенного катализатора. Основания для исключения

рое хпрально благодаря только своей кристаллической днеспмметрпн, а не молекулярпой структуре, как, например, кварца, является дискуссионным вопросом. Клабуновский [21] рассматривает оба эти каталитических п р о ­ цесса как примеры «общего асимметрического синтеза», тогда как мы счи­ таем, что такие катализаторы представляют собой хиральные реагенты, что согласуется и с мпенпом Працоюса [17] .

** Авторы, приводят пример, пе описанный в литературе.— Прим. перев.

ную асимметрическую деструкцию. Рацемический N . N-диметил- а-азидпроппонамид (89) облучали левым циркулярко поляризо­ ванным светом (2800—3100 А).

После достижения степени превращения, равной 1/3. оставшийся непрореагнровавшим амид был выделен и измерено его оптическое вращение, которое оказалось равным а5 7 й і—1.04. что соответ­ ствует избытку 0.7 "о лсвовращающего изомера. Правый циркуляр­ но поляризованный свет вызывал преимущественно разложение

(—)-:шаптномера. приводя к избытку (-г)-онаптномера. а-Азггдная группа обнаруживает максимум поглощения в обла­

чистоты должна составлять 0.84%. что находится в хорошем со­ гласии с экспериментально найденной величиной.

Попытки осуществить истинный абсолютный асимметрический синтез в противоположность описанному примеру абсолютного асимметрического разложения оказались либо неудачными, либо нерезультативными, либо дали противоречивые результаты. Оии будут подробно рассмотрены в гл. 10.

S o c , 85 , 1199 (1963).

2

Реакции ахпралы-тых реагентов с хиралышми сложными эфпрами кетокислот

2-1. Лведешіе

В 1900 г. Кнпшшг [1| п Коэи и Уаитлп [2, 3] независимо друг от друга опубликовали сообщения о безуспешных попытках осу­ ществить асимметрический синтез путем создания нового хираль­ ного центра в кислотной части сложного эфира, содержащего оптически активный спиртовой остаток. Исходный оптически активный спирт был удален при последующем гидролизе; кислота выделена и исследована па оптическую активность. Наряду с дру­

ментил]. Теоретические предпосылки этих работ были вполне пра­ вильными, однако эксперименты окончились неудачей из-за мето­ дических недостатков * ) .

в мягкпх условиях без рацемизации. Однако, поскольку указанные авторы выделяли молочную кислоту [4, R = С Н 3 ) из продуктов асимметрического восстаповлеппя пирувата в виде кристаллической цниковой соли, весьма возможно, что выделялась лишь рацемическая соль, а вся оптически актив­ ная молочная кислота оставалась в маточном растворе.

иьяра и тем самым исключил трудности, связанные с рацемизацией (рис. 2-2). Это открытие превратило асимметрический синтез на основе эфиров а-кетокислот в реакцию, удобную для широкого

изучения; Маккензи избрал эту реакцию в качестве основного объекта своих исследований в течение последующих 31 года. Эта реакция стала классической моделью для многих асимметрических синтезов и составила основу ценного метода, разработанного Прелогом [6], для установления конфигурационных корреляций среди вторичных спиртов.

Опыты Маккензи в основном были посвящены исследованию асимметрической ипдукции (разд. 1-1), которая в свою очередь тес­ но связана с явлением мутаротации, так как те оптически актив­ ные эфиры а-кетокислот, которые использовались в опытах по асимметрическому синтезу, обнаруживали и мутаротацию в спир­ товых растворах [71. Оба эти явления оказались связанными сле­ дующим образом: когда мутаротация была положительной, при

асимметрическом синтезе образовывалась левовращающая молочная или атролактиновая кислота, и наоборот; только в 5 из 34 случаев эфир с определенным направлением мутаротации приводил к мо­

были интерпретированы с точки зрения асимметрии, которая «индуцируется» в а-кетогруппе под действием оптически активной спиртовой группы (рис. 2-3). Формулы 5 и 6, которые были пред­ ложены Маккензи и Митчеллом, показывают, что кетогруппа в ее исходном состоянии является хиральной. Причина мутаротации в спиртовых растворителях в настоящее время вполне удовлетво­ рительно объясняется с точки зрения образования полуацеталей