Главная --> Справочник терминов


Хиральных соединений Гидроформилирование [435] олефинов проводят действием моноксида углерода и водорода в присутствии катализатора, обычно карбонила кобальта, но это может быть и родиевый комплекс [436], например гидридокарбонилтрис(трифенилфос-фин)родий, или другое соединение переходного металла.В промышленности эта реакция называется оксо-синтезом, но ее можно провести и в лабораторных условиях в обычном аппарате для гидрирования. Субстраты по реакционной способности можно расположить в следующем порядке: терминальные оле-фины с нормальной цепью>внутренние олефины с нормальной цепью>олефины с разветвленной цепью. Из сопряженных диенов получаются диальдегиды при катализе соединениями родия [437], но в присутствии карбонила кобальта образуются насыщенные моноальдегиды (вторая двойная связь восстанавливается). В молекуле субстрата могут присутствовать различные функциональные группы, например ОН, СНО, COOR, CN, однако галогены, как правило, мешают реакции. Гидроформилирование тройных связей происходит очень медленно, и известно лишь небольшое число примеров таких реакций [438]. Побочно протекают альдольная конденсация (реакция 16-40), образование ацеталя, реакция Тищенко (т. 4, реакция 19-71) и полимеризация. Сообщалось о стереоселективном сын-присоединении (см., например, [439]). С помощью хиральных катализаторов проведено асимметрическое Гидроформилирование [440].

Помимо этого, трудно сделать какие-либо простые обобщения. При использовании хиральных катализаторов [806] оптически активные циклопропаны синтезированы с высокой энантиоселек-тивностью. '

Наличие высоко нуклсофильного атома азота в составе 255 обусловливает способность этого соединения образовывать с боранами комплексы типа 256. Такое комплексовбразование приводит к повышению активности борана как донора гидрида и росту электрофилъности атома бора, содержащегося в катализаторе 255. Благодаря этому облегчается связывание с карбонильным субстратом и образование интсрмедиата — тройного комплекса субстрат/катализатор/реагент (258). Как показывает анализ молекулярных моделей, жесткость гетероциклического скелета катализатора и стсрическме препятствия со стороны заместителей в интермедиате 256 приводят к тому, что одна из двух возможных диастереомерных конфигураций его комплекса с субстратом (258) оказывается резко предпочтительной. В результате внутримолекулярный перенос гидрида на одну из энантиотопных сторон карбонильного углерода субстрата должен происходить с высокой стсреоселективностью. В согласии с такими предсказаниями восстановление различных кетонов происходит с предпочтительным образованием одного энантиомера спирта259 с S 90—97% се. Каталитический цикл, предсташтенный на схеме 4.79, напоминает операцию на конвейере, гак что Кори [37п] не без основания предложил для катализаторов типа 255 название «молекулярный робот». Интересно, что принципы, заложенные в дизайне этого катализатора, базировались на высказанных ранее предположениях о причинах стереоспецифичности биохимического восстановления карбонильной группы ферментом редуктазой [Зба]. Стоит заметить, что важным преимуществом искусственных хиральных катализаторов является отсутствие субстратной специфичности и, следовательно, широта области применения, тогда как ферменты узко специализированы и настроены на катализ превращения определенного субстрата, соответствующего форме и размеру связывающего сайта в их активном центре.

Подход, подобный вышеописанному, был успешно распространен на приготовление рада высокоэффективных хиральных катализаторов большого числа реакций, как ведущих к образованию связей С-С (таких, например, как этикилированис альдегидов [37о], реакция Дильса-Альдера, альдольная конденсация [37р]), так и относящихся к разряду трансформаций функциональных групп (например, вицинальное гидроксилирование некоторых ал-кенов [37q]).

Soc., ИЗ, 8977 (1991); (k) последние успехи в энантиоспецифическом синтезе, включая применение хиральных катализаторов, очерчены в обзоре: Seebach D. Angcw. Chem., Int. Ed., Engl,, 29, 1320 (1990); (1) представительные примеры при-готоыения эффективных катализаторов для энантиоселективных реакций можно найти в работах: Hanson R. M., Sharpless К. В. J. Org. Chem., 51, 1922 (1986); Corey E. J.L Org. Chem., 55, 1693 (1990); внедрение карбена всвязьС-Н илицик-лопропанирование — обзор: Doyle M. P. Rec. Trav. Chim. Pays-Bas, 110, 305 (1991); примеры: Doyle M. P., Dyatkin А. В., Roos G. H. P., Carias F., Pierson D. A., van Basten A., Mutter P., Po/leux P. J. Am. Chem. Soc,, 116, 4507 (1994) и цитированная там литература; (m) Corey E. J., Bakshi R. K., Shibata S. I. Am. Chem. Soc., 109, 5551 (1987); см. также: Corey E. J., Bakshi R. K., Shibata S,, Chen C.-P., Singh V. K, J. Am. Chem. Soc., 109, 7925 (1987); (n> Corey E. J. Angcw. Chem., Int. Ed., Engl., 30, 1455 (1991); см. также: Corey E. J, Pure Appl. Chem., 62, 1209 (1990); (o) Corey E. J., Cimprich K. A. J. Am. Chem. Soc., 116, 3151 (1994); (p) Corey E. J., Immnkelried R., Pikul S., Xiang Y. B. J. Am. Chem. Soc., Ill, 5493 (1989); (q) Corey E. J., DaSilva Jarden P., Virgil S., Yuen P.-W., Cornel R. D. J. Am. Chem. Soc,, 111, 9243 (19S9).

Наличие высоко нуклсофильного атома азота в составе 255 обусловливает способность этого соединения образовывать с боранами комплексы типа 256. Такое комплексовбразование приводит к повышению активности боранакак донора гидрида и росту электрофильности атома бора, содержащегося в катализаторе 255. Благодаря этому облегчается связывание с карбонильным субстратом и образование интсрмедиата — тройного комплекса субстрат/катализатор/реагент (258). Как показывает анализ молекулярных моделей, жесткость гетероциклического скелета катализатора и стсрические препятствия со стороны заместителей в интермедиате 256 приводят к тому, что одна из двух возможных диастереомерных конфигураций его комплекса с субстратом (258) оказывается резко предпочтительной. В результате внутримолекулярный перенос гидрида на одну из энантиотопных сторон карбонильного углерода субстрата должен происходить с высокой стсреоселективностью. В согласии с такими предсказаниями восстановление различных кетонов происходит с предпочтительным образованием одного энантиомера спирта259 с а 90—97% се. Каталитический цикл, представленный на схеме 4.79, напоминает операцию на конвейере, так что Кори [37п] не без основания предложил для катализаторов типа 255 название «молекулярный робот». Интересно, что принципы, заложенные в дизайне этого катализатора, базировались на высказанных ранее предположениях о причинах стереоспецифичности биохимического восстановления карбонильной группы ферментом редуктазой [Зба]. Стоит заметить, что важным преимуществом искусственных хиральных катализаторов является отсутствие субстратной специфичности и, следовательно, широта области применения, тогда как ферменты узко специализированы и настроены на катализ превращения определенного субстрата, соответствующего форме и размеру связывающего сайта в их активном центре.

Подход, подобный вышеописанному, был успешно распространен на приготовление ряда высокоэффективных хиральных катализаторов большого числа реакций, как ведущих к образованию связей С-С (таких, например, как этинилированис альдегидов [37о], реакция Дильса-Альдера, альдольная конденсация [37р]), так и относящихся к разряду трансформаций функциональных групп (например, вицинальное гидроксилирование некоторых ал-кенов [37q]).

Soc., 113, 8977 (1991); (k) последние успехи в энантиоспецифическом синтезе, включая применение хиральных катализаторов, очерчены в обзоре: Seebach D. Angew. Chem., Int. Ed., Engl,, 29, 1320 (1990); (1) представительные примеры при-готоачения эффективных катализаторов для энантиоселективных реакций можно найти в работах: Hanson R. М., Sharpless К. В. J, Org. Chem., 51, 1922 (1986); Corey E. /Л. Oig. Chem., 55, 1693 (1990); внедрение карбена всвязьС-Н илицик-лопропанирование — обзор: Doyle М. P. Rec. Trav. Chim. Pays-Bas, 110, 305 (1991); примеры: Doyle M. P., Dyatkin А. В., Roos G. H. P., Carias F., Pierson D. A., van Basten A., Mailer P., Polleux P. J. Am. Chem, Soc., 116, 4507 (1994) и цитированная там литература; (m) Corey E. /., Bakshi R. K., Shibata S. L Am. Chem. Soc., 109, 5551 (1987); см. также: Corey E. J., Bakshi R. K., Shibata S., Chen C.-P., Singh V. K. J. Am. Chem. Soc., 109, 7925 (L987); (n) Corey E. J. Angew. Chem., Int. Ed., Engl., 30, 1455 (1991); см. также; Corey E. J. Pure Appl. Chem,, 62, 1209 (1990); (o) Corey E. J., Cimprich K. A. J. Am. Chem. Soc., 116, 3151 (1994); (p) Corey E. J., Immnkelried R., Pikul S., Xiang Y. B. J. Am. Chem. Soc., Ill, 5493 (1989); (q) Corey E. J., DaSilva Jarden P., Virgil S,, Yuen P.-W., Connel R. D. J. Am. Chcm. Soc., Ill, 9243 (1989).

Изучено влияние природы хиральных катализаторов и условий реакции (температура, растворители) на оптическую индукцию при присоединении нитроалканов, тиофенола и других нуклеофилов к а.р-непредельным кетонам, сульфоксидам и сульфонам. Среди большого числа хиральных четвертичных аммониевых солей наилучшими оказались /У-(о-ннтробензил)хи-нинийхлорид (в его присутствии тиофенил присоединяется к циклогексен-2-ону-1, давая З-фенилтно-5-фенилциклогексанон с оптическим выходом 35,6%), М-додецил-^-метилэфедринийбро-мид и Ы-бензил-Ы-метилэфедринийбромид (при их использовании нитрометан присоединяется к гранс-халкону с оптическим выходом 24 и 26,4%, соответственно). Установлено, что повышение температуры, а также увеличение диэлектрической постоянной растворителя снижает оптический выход [342].

Межфазный катализ с использованием хиральных катализаторов был применен для окисления халконов пероксидом водорода в щелочных средах с целью получения оптически активных оксидов [417—419]. Оказалось, что в присутствии N-бен-зилхининийхлорида удается получать избыток одного из энан-тиомеров (до 25%).

зависит не от симметрии одного лишь реагента, а от полной симметрии реагирующей системы. Поэтому при проведении асимметрического синтеза используют (1) хиральные субстраты, содержащие прохиральные группы, (2) хиральные реагенты (например, хиральные гидриды при гидрировании кратных связей), (3) хиральные катализаторы и (4) хиральные растворители. Стереоселективность (энантиомерный избыток) асимметрического синтеза колеблется в широких пределах, достигая 98% при использовании некоторых хиральных катализаторов (см. ииже, а также гл. 27), а в ферментативных реакциях даже 100%. Реакции с селективностью 100% называются стереоспецифическими.

Систему DL-обозначений по существу вытеснила система Кана — Ингольда — Прелога, в которой четыре группы при асимметрическом углероде классифицируют в соответствии с определенным набором правил последовательности [54]. Приведем несколько таких правил, достаточных для рассмотрения подавляющего большинства хиральных соединений.

Циклические стереоизомеры, имеющие только два различно замещенных атома углерода, называют цис- или транс-изомерами, как указывалось ранее. Система обозначений Z, Е для циклических соединений не используется. Однако способ наименования изомеров циклических соединений, имеющих более двух различно замещенных атомов, только с помощью приставок цис-и транс-, использовавшийся до недавнего времени, вызывает ряд трудностей. Например, соединение 39 можно однозначно описать приставками цис,цис-, однако соединение 40 можно назвать и как гране, транс-, и как цис,транс-. Для хиральных соединений выход можно найти, используя систему RS для обозна-

55. Обсуждение этих правил, а также обзор методов установления конфигурации хиральных соединений, не содержащих хиральных атомов, см.: Krow, Top. Stereochem., 5, 31—68 (1970).

4.4.3.6. Возникновение хиральных соединений

Если органический синтез исходит из ахиральных соединений и/ проводится в нехиральной среде (под хиральной средой понимают, например, хиральный растворитель или хиральный-катализатор), то нельзя получить один-единственный антипод. Результатом реакции всегда будет рацемическая форма. Это-объясняется тем, что вероятности образования обоих антиподов совершенно одинаковы, так что они появляются в одинаковом количестве. В качестве примера приведем реакцию присоединения бромоводорода к бутену-1:

4.4.3.6. Возникновение хиральных соединений . 95

220*. У приведенных ниже соединений отметьте хиральные, ахиральные и прохиральные центры. Для хиральных соединений приведите пространственные формулы энантиомеров. У прохи-ральных укажите энантиотопные группы:

Превращение показанного типа особенно важно в химии полигидрок-сильных соединений, таких, как углеводы. Многочисленные синтезы хиральных соединений из доступных углеводов основаны на возможности в необходимый момент осуществлять такое расщепление. Рассмотрим, например, как с помощью такой реакции решается задача получения оптически чистого D-глицеринового альдегида (456, схема 2.148).

Превращение показанного типа особенно важно Б химии полигидрок-сильных соединений, таких, как углеводы. Многочисленные синтезы хиральных соединений из доступных углеводов основаны на возможности в необходимый момент осуществлять такое расщепление. Рассмотрим, например, как с помощью такой реакции решается задача получения оптически чистого D-глицеринового альдегида (456, схема 2.148).

Следует подчеркнуть, что ахиральная молекула не вращает плоскость поляризации света только при определенной ее ориентации по отношению к падающему лучу. Например, ахиральная молекула, имеющая плоскость симметрии, не вращает плоскость поляризации лишь в том случае, если плоскость поляризации совпадает с плоскостью симметрии. Все же остальные молекулы, не ориентиров энные таким образом, вращают плоскость поляризации, даже не будучи хиральными. Однако в целом образец не вращает, так как в массе молекулы ориентированы беспорядочно, и одни молекулы вращают плоскость поляризации в одном направлении, а другие молекулы, встречающиеся на пути светового луча, вращают ее в противоположную сторону. Таким образом коллектив ахиральных молекул имеет суммарное вращение, равное нулю, хотя каждая молекула может вращать плоскость поляризации. В случае хиральных соединений молекул противоположной

Приведем несколько правил последовательного старшниства, достаточных для рассмотрения подавляющего большинства хиральных соединений.




Холодильник добавляют Холодильник примечание Характеристик вязкоупругих Холодного насыщенного Холоднопламенное окисление Хроматография позволяет Хромового катализатора Характеризуется образованием Характеризуется относительно

-