Главная --> Справочник терминов


Ионизации субстрата БРОМ- И ИОДСОДЕРЖАЩИЕ АЛКАЛОИДЫ МОРСКИХ МИКРООРГАНИЗМОВ И ГУБОК

В морских организмах, в отличие от наземных, часто обнаруживают гало-генированные вторичные метаболиты. Среди них видное место принадлежит различным алкалоидам, которые встречаются в некоторых водорослях и морских беспозвоночных. Ряд таких алкалоидов проявляют высокую биологическую активность, включая антимикробную и антиопухолевую. Среди гало-алкалоидов бромсодержащие - наиболее широко распространенная группа природных соединений, найденных преимущественно в морских организмах и значительно реже в микроорганизмах и практически отсутствующих в наземных растениях и животных [1-6]. Иодсодержащие алкалоиды - редкая группа природных соединений, выделенных только из морских организмов [1-7]. Одним из самых богатых природных источников галогенированных алкалоидов являются губки - примитивные морские беспозвоночные (тип Porifera). Известно только одно обитающее в пресных водах семейство Spon-gilidae, представители которого не содержат галоалкалоиды [3]. Многие губки являются симбиотическими организмами, причем содержание микробиальных эндосимбионтов в них может быть весьма значительным и сопоставимым по весу и объему с клетками самого хозяина. Это обстоятельство отчасти объясняется огромным разнообразием в губках вторичных метаболитов. В настоящей главе приведена информация о бром- и иодсодержащих алкалоидах морских губок и микроорганизмов.

В 70-х гг. XX в. открыта немногочисленная группа природных соединений, в основе углеродного скелета которых лежит карбазол [8]. Бром- и иодсодержащие алкалоиды (17-1)—(17-3), относящиеся к этой группе, выделены из морской цианобактерии Kyrtuthrix maculans (Stigonemataceae) [9]. Эти циа-

Бром- и иодсодержащие алкалоиды морских микроорганизмов и губок 247

Бром- и иодсодержащие алкалоиды морских микроорганизмов и губок 249

Бром- и иодсодержащие алкалоиды морских микроорганизмов и губок 251

Бром- и иодсодержащие алкалоиды морских микроорганизмов и губок 253

Бром- и иодсодержащие алкалоиды морских микроорганизмов и губок 255

Бром- и иодсодержащие алкалоиды морских микроорганизмов и губок 257

Бром- и иодсодержащие алкалоиды морских микроорганизмов и губок 261

Бром- и иодсодержащие алкалоиды морских микроорганизмов и губок 263

Роль растворителя в содействии ионизации субстрата может быть проиллюстрирована на примере этанолиза бензгидрилхло-рида, приводящего к бензгидрилэтиловому эфиру. Прибавление небольших количеств воды приводит к линейному увеличению скорости реакции, но образуется практически только эфир [22]. Ясно, что добавленная вода не может выступать частицей, атакующей субстрат с тыльной стороны (иначе в продуктах присутствовало бы пропорциональное количество бензгидрола). Роль воды должна заключаться в том, что она содействует уходу хлорида и выполняет это лучше, чем этанол.

Здесь учтены только те переходные состояния, которые обладают существенным карбанионным характером. в Если степень ионизации субстрата ниже почти максимальной, может иметь место специфической основной катализ. г Имеется в виду влияние на скорость реакции, не вызывающее изменения механизма; стерические факторы, возникающие

Таким образом, скорость ионизации субстрата не должна зависеть ии от природы, ии от концентрации нуклеофильного реагента Nu:.

органической молекулы должна происходить не в одну, а в несколько последовательных стадий. Первоначально при ионизации субстрата RZ образуется контактная («интимная» в терминологии Уйнстейна) ионная пара R+Z", где катион и анион непосредственно связаны между собой и между ними нет разделяющих их молекул растворителя. При дальнейшем разделении компонентов иоииой пары контактная иоииая пара превращается в сольватно-разделенную («рыхлую») ионную пару R~1 I Z", где ионы разделены одной или большим числом молекул растворителя. Сольватно-разд еле иная иоииая пара далее диссоциирует на «свободные» сольватированные ионы. Электростатическое взаимодействие в контактной иоииой паре гораздо сильнее, чем в сольватно-разделеииой иоииой паре, что предопределяет более высокую реакционную способность сольватно-разделейных ионных пар. Обе формы ионных пар не вносят никакого вклада в электропроводность раствора, которая целиком определяется вкладом свободных, диссоциированных ионов. Ионные пары существуют в растворе в том случае, когда энергия электростатического притяжения двух противоположно заряженных частиц превышает энергию теплового движения ионов.

Из этого следует,что невозможно составить единую, абсолютную шкалу нуклеофильности в реакциях замещения у электрофильного центра различной природы. Эта ситуация совершенно аналогична той, которая наблюдается для основности, где относительная сила оснований Льюиса зависит от используемой для ее оценки кислоты Льюиса (гл. 3). Даже для реакций нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода следует различать нуклеофильность в 5V2-реакциях от нуклеофильности оснований Льюиса в SV1 -реакциях. Скорость Sj/2-реакций непосредственно связана со способностью нуклеофильного реагента замещать уходящую группу в одностадийном процессе прямого замещения. В другом предельном случае Sjvl -замещения нуклеофильность реагента не влияет на скорость ионизации субстрата, но влияет на соотношение продуктов реакции, поскольку карбокатион R+ обладает различной избирательностью по отношению к нуклеофильным реагентам различной природы.

Первая стадия мономолекулярного элиминирования El идентична определяющей скорость стадии реакции мономолекулярного нуклеофильного замещения 5?Д (гл.9). Поэтому оба типа реакций, и El и ?д1, описываются одним и тем же кинетическим уравнением v = ?i[RX], где скорость реакции не зависит ни от концентрации, ни от природы основания, отщепляющего протон во второй, быстрой стадии El -процесса. Фактически карбокатион, образующийся в результате ионизации субстрата, участвует в двух параллельных, конкурирующих реакциях: присоединения нуклеофильного агента к карбокатиониому центру (?дД) и отщепления протона от р-углеродного атома при действии того же основания (El). В подавляющем большинстве случаев роль нуклеофильного агента при >!?лД - механизме и основания при El -механизме выполняет растворитель. В конкурирующих S^- и El -реакциях доля продукта

Реагент Y: или растворитель может действовать и как нуклеофил по отношению к атому углерода, и как основание по отношению к атому водорода при соседнем углеродном атоме. Поэтому реакции нуклеофильного замещения и элиминирования конкурируют друг с другом. В мономолекулярном процессе -El-механизм конкурирует с йдД-механизмом замещения. Действительно, первая стадия в механизме Е\ совпадает с первой ста-дией механизма 5д1 и заключается в ионизации субстрата с образованием карбокатиона. Во второй стадии Е\-процесса растворитель

Таким образом, скорость ионизации субстрата не должна зависеть ни от природы, ни от концентрации нуклеофильного реагента Nu:.

Эднако в примерах 2—5 наблюдаются частичная рацемизация или толная инверсия. Как можно объяснить частичную рацемиза-э? Самое простое объяснение заключается в том, что в этих параллельно реализуются оба механизма — и 5^2 и SNl. )дна часть молекул исходного субстрата реагирует по SNl-\ie\a-зму с полной рацемизацией, а другая часть — по механизму 2 с инверсией конфигурации. Однако с таким предположени-трудно согласиться. Так, скорость сольволиза оптически ак-гого 1-фенилэтилхлорида (пример 5) не возрастает при до-иении ацетата натрия, т.е. соли с общим ионом. Добавки аце-натрия не увеличивают также и степень инверсии в этой 1. Следовательно, инверсия в данном случае не связана с Ефаллельно реализующимся .^-механизмом. Другое объясне-те основано на предположении, что частичная рацемизация от-ает различие в стабильности карбокатионов. Менее стабиль-карбокатион реагирует очень быстро даже тогда, когда одна его сторон еще экранирована уходящей группой, и атака нук-эфила осуществляется преимущественно с тыльной стороны. ри полной диссоциации хирального субстрата образуется ахи-ьный карбокатион, для которого два альтернативных пере-одных состояния, соответствующих фронтальной атаке и атаке I тыла, являются энантиомерными и, следовательно, имеют оди-совую энергию. Частичная рацемизация означает, однако, что переходных состояния имеют разную энергию. Термин «эк-эование уходящей группы одной стороны карбокатиона» оз-чает, что уходящая группа в этих переходных состояниях все Не остается связанной с атомом углерода, и ахиральный ион не ся. Таким образом, на первой, самой медленной стадии RZ уходящая группа входит в состав переходного со-рояния, а интермедиат на рис. 9.6 уже нельзя описать как R+. С. Уйнстейн впервые обратил внимание на то, что иониза-[ ковалентной органической молекулы должна происходить не [.одну, а в несколько последовательных стадий. Первоначально : ионизации субстрата RZ образуется контактная («интимная» зминологии Уйнстейна) ионная пара R+Z~, где катион и анион тосредственно связаны между собой и между ними нет разде-ощих их молекул растворителя. При дальнейшем разделении тонентов ионной пары контактная ионная пара превраща-в сольватно-разделенную («рыхлую») ионную пару R+Z~, ионы разделены одной или большим числом молекул рас-ригеля. Сольватно-разделенная ионная пара далее диссоции-на «свободные» солъватированные ионы. Электростатичес-> взаимодействие в контактной ионной паре гораздо сильнее, в сольватно-разделенной ионной паре, что предопределяет

Из этого следует.что невозможно составить единую, абсолютную шкалу нуклеофильности в реакциях замещения у электрофильного центра различной природы. Эта ситуация совершенно аналогична той, которая наблюдается для основности, где относительная сила оснований Льюиса зависит от используемой для ее оценки кислоты Льюиса (гл. 3). Даже для реакций нуклеофиль-ного замещения у насыщенного атома углерода следует различать нуклеофильность в «УдЗ-реакциях от нуклеофильности оснований Льюиса в 5^1-реакциях. Скорость 5^2-реакций непосредственно связана со способностью нуклеофильного реагента замещать уходящую группу в одностадийном процессе прямого замещения. В другом предельном случае 5у1-замещения нуклеофильность реагента не влияет на скорость ионизации субстрата, но влияет на соотношение продуктов реакции, поскольку карбо-катион R+ обладает различной избирательностью по отношению к нуклеофильным реагентам различной природы.

Первая стадия мономолекулярного элиминирования El идентична определяющей скорость стадии реакции мономолекулярного нук-леофильного замещения SNl (гл.9). Поэтому оба типа реакций, и El и SNl, описываются одним и тем же кинетическим уравнением v - fcJRX], где скорость реакции не зависит ни от концентрации, ни от природы основания, отщепляющего протон во второй, быстрой стадии El -процесса. Фактически карбокатион, образующийся в результате ионизации субстрата, участвует в двух параллельных, конкурирующих реакциях: присоединения нуклео-фильного агента к карбокатионному центру (8^1) и отщепления протона от р-углеродного атома при действии того же основания (Е1). В подавляющем большинстве случаев роль нуклеофиль-ного агента при 8^1-механизме и основания при ?1-механизме выполняет растворитель. В конкурирующих 8^1- и El -реакциях доля продукта сольволиза оказывается значительно выше, чем алкена, образующегося в результате мономолекулярного элиминирования, например:




Использованием катализатора Использованием реагентов Использование эластомеров Использование органических Имеющегося заместителя Использование тривиальных Использовании ароматических Использовании комплекса Использовании полимеров

-