|
|
|
Главная --> Справочник терминов Обращенной конфигурацией Если диполь имеет обратное направление, то следовало бы ожидать приближения атакующего иона с той стороны молекулы, где расположена вытесняемая группа, что должно было бы привести к сохранению конфигурации. Однако, вопреки этому, замещение четвертичной аммониевой группы опять-таки ведет к обращению конфигурации. Квантовомеханический эффект, управляющий реакцией, преобладает над электростатическим: Проекции Фишера могут быть различным образом преобразованы с сохранением или обращением конфигурации. Перестановка любых двух заместителей ведет к обращению конфигурации Циклическая перестановка сразу трех заместителей не ведет к обращению конфигурации, поскольку равнозначна повороту тетраэдра вокруг оси, проходящей через одну (фиксированную) вершину и центр противоположной грани. Формально этот поворот адекватен Проекции Фишера нельзя поворачивать в плоскости чертежа на 90° или 270°, но можно — на 180°. Поворот на 90° ведет к обращению конфигурации, что нетрудно проверить методом парных перестановок заместителей: повернутый на 90° чертеж D-глицеринового альдегида сводится к L-глицериновому альдегиду путем двух перестановок где 9 — это интимная, контактная или тесная ионная пара, 10 — рыхлая или сольватно-разделенная ионная пара и 11—диссоциированные ионы, каждый из которых окружен молекулами растворителя [36]. Х~ в 9 и 10 называют противоионом. Реакция, в которой контактная ионная пара рекомбинирует, давая исходный субстрат, называется внутренним возвратом. Продукты реакции могут образоваться в результате атаки нуклео-фила на любой стадии. В тесной ионной паре 9 поведение R+ отличается от поведения свободного катиона в системе 11. По-видимому, R+ и Х~ в значительной мере связаны, поэтому асимметрия может сохраняться [37]. Х~ «сольватирует» катион с той же стороны, с которой эта группа уходит, в то время, как молекулы растворителя, находящиеся вблизи ионной пары 9, могут сольватировать катион только с противоположной стороны. Поэтому нуклеофильная атака молекулой растворителя на 9 приводит к обращению конфигурации. и представляет собой по существу два акта 5н2-замещения, каждый из которых приводит к обращению конфигурации, поэтому окончательным результатом будет сохранение конфигурации. На первой стадии этой реакции соседняя группа выступает как нуклеофил и «выталкивает» уходящую группу, а сама при этом сохраняет связь с молекулой. На второй стадии внешний нуклеофил замещает соседнюю группу в результате атаки с тыла: он не может идти с содействием 1,6-связи, так как ее положение не способствует атаке с тыла, и, следовательно, сольволиз субстрата 46 протекает с «нормальной» скоростью. Тогда значительно более высокую скорость сольволиза изомера 43 должно обусловливать анхимерное содействие. Стереохимию продукта также можно объяснить участием в качестве интерме-диата иона 47, так как в этом неклассическом ионе положения 1 и 2 эквивалентны и атака нуклеофила по этим положениям должна происходить с одинаковой легкостью, но по э/сзо-направ-лению в каждом случае. Между прочим, ацетолиз 46 также приводит исключительно к экзо-ацетатам (44 и 45), поэтому в данном случае Уинстейн и Трайфен постулировали, что вначале образуется классический ион 48, превращающийся затем в более стабильный ион 47. Доказательством такой интерпретации служит тот факт, что продукт сольволиза субстрата 46 не полностью рацемичен, но содержит несколько больше изомера 45, чем 44 (что соответствует обращению конфигурации от 3 до 13 % в зависимости от природы растворителя) [128]. Это свидетельствует о том, что при образовании иона 48 часть 'его перед превращением в 47 дает продукт 45. алюмогидрид лития, который взаимодействует по механизму SN2, что приводит к обращению конфигурации. Эпоксидная группа замещенного циклогексана раскрывается таким образом, что получается аксиальный спирт. Как и следует ожидать для механизма SN2, при расщеплении обычно образуется третичный спирт, если это возможно. Если образование третичного спирта невозможно, то предпочтительно получается вторичный спирт. Однако в случае некоторых субстратов направление раскрытия эпоксидного цикла можно изменить при восстановлении NaBH3CN—BF3 [926], Me3SiCl—Zn [926a] или ВН3 в тетра-гидрофуране [927] в присутствии BF3 (для арилзамещенных эпоксидов) или BF4" (для тризамещенных эпоксидов) [928]. В реакции использовали также другие реагенты, например амальгаму натрия в этиловом спирте, литий в этилендиамине [929] и каталитическое гидрирование [930]. Триэтилборгидрид лития представляет собой удобный реагент для восстановления сильнозатрудненных эпоксидов без перегруппировки [931]. Другие типы восстановления эпоксидов обсуждаются в т. 4 при рассмотрении реакции 19-47. ответствии с правилами орбитальной симметрии эта термическая супраповерхностная [1,3]-сигматропная реакция действительно происходила с полным обращением конфигурации при С(7). Во многих других случаях были получены аналогичные результаты [424]. Однако, поскольку необходимо, чтобы вращение вокруг атома углерода С (7) происходило по часовой стрелке, путь, ведущий к обращению конфигурации, можно заблокировать введением в 106 эндо-метильной группы в положении С (7). В этом случае реакция будет происходить преимущественно с сохранением конфигурации [425]. Высказывалось предположение, что при этом имеет место запрещенный правилами орбитальной симметрии согласованный процесс [426]. Показано, что фотохимическая супраповерхностная [1,3]-миг-рация углерода, как и предсказывалось, происходит с сохранением конфигурации [427]. Реакции по механизму SN2 идут через переходное состояние, в котором вступающая группа взаимодействует с асимметрическим центром тогда, когда уходящая группа еще не потеряла связи с ним. Наиболее выгодной моделью такого переходного состояния является расположение входящей и уходящей групп на одной прямой с двух сторон от асимметрического центра. Замещение при этом приводит'к обращению конфигурации: Тот факт, что соединение VI является зеркальным отображением исходного соединения III, свидетельствует лишь о том, что вся серия реакций приводит к* обращению конфигурации. Однако из сказанного выше ясно, что это обращение может произойти только на стадии превращения тозилата в ацетат (IV-»-V.) Как показывает изучение большого числа превращений тозилата IV, при реакции его с другими анионами также наблюдается обращение конфигурации. Следовательно, со значительной долей достоверности можно полагать, что подобное же обращение происходит и при реакции с хлорид-ионом, так что конфигурация хлорида VII, так же как ацетата V, является противоположной конфигурации исходного спирта III. В некоторых случаях реакции нуклеофильного замещения, для которых кажется вероятной реализация «пограничного» механизма, на самом деле протекают по иному пути. Так, одним из главных указаний на «пограничный» механизм считалось обнаружение частичной рацемизации и частичной инверсии. Однако Вейнер и Снин [60] продемонстрировали, что такое стерео-химическое поведение вполне согласуется и с процессом, протекающим строго по механизму 8н2. Они изучили реакцию оптически активного 2-октилброзилата в 75%-ном водном диоксане и в этих условиях получили инвертированный 2-октанол с оптической чистотой 77%. При добавлении азида натрия наряду с 2-октанолом получается 2-октилазид, но спирт теперь инвертирован на 100 %. Ясно, что в первом случае 2-октанол образовывался в результате двух различных процессов: по реакции 8к2, приводящей к инвертированному продукту, и по другой реакции, интермедиат в которой приводит к рацемизации или сохранению конфигурации. Добавленные азид-ионы перехватывают этот интермедиат так, что вторая реакция теперь дает исключительно азид, в то время как 8^-реакция, на которую добавки азида не оказывают влияния, по-прежнему приводит к 2-октанолу с обращением конфигурации. Какова же природа интермедиата, образующегося во втором процессе? Вначале можно предположить, что это карбокатион, тогда обсуждаемая реакция станет еще одним примером одновременного осуществления механизмов SN! и SN2. Однако сольволиз 2-октилброзилата в чистом метаноле и 2-октилметансульфоната в чистой воде в отсутствие азид-ионов дает метил-2-октиловый эфир и 2-октанол соответственно со 100 %-ным обращением конфигурации, что указывает на осуществление только механизма 8н2 в этих растворителях. Поскольку метанол и вода более полярны, чем 75 %-ный водный диоксан, и увеличение полярности растворителя увеличивает скорость SN!-реакций за счет реакций 8к2 (разд. 10.14), то чрезвычайно маловероятно, чтобы 8н1-процесс мог происходить в 75 %-ном водном диоксане. Поэтому интермедиат во втором процессе не может быть карбокатионом. Указания на его природу получены из того факта, что в отсутствие азид-ионов количество 2-октанола с обращенной конфигурацией сни- Доказательство осуществления этого механизма заключается в следующем: добавление пиридина к смеси спирта с тионилхлоридом приводит к образованию алкилгалогенида с обращенной конфигурацией. Инверсия происходит потому, что прежде, чем сможет произойти любой другой процесс, пиридин Процесс изоинверсии осуществляется таким образом, что положительно заряженная частица постепенно мигрирует вокруг молекулы от одного нуклеофильного положения к другому. Например, предполагается, что в реакции обмена между 3-кар-боксамидо-9-метилфлуореном (3) и трипропиламином в трет-бутиловом спирте амин отрывает протон из положения 9, выводит его к кислороду карбонильной группы (соединение 5), затем проводит вокруг молекулы и возвращает в положение 9 соединения 3, но со стороны, противоположной аниону. При расщеплении 6 образуется продукт 7 с обращенной конфигурацией. Конечно, не исключена возможность обратимого превращения 5 в исходное соединение 3, но молекулы, участвующие в полном Миграция алкильной группы наступает, вероятно, исключительно быстро вслед за стадией отщепления Н2О, Вг~ или N2 (з рассмотренных случаях), а возможно, протекает даже одновременно с этой стадией, поскольку в соединениях, в которых карбониевьш атом углерода асимметричен, ион не успевает стать плоским и образовать рацемическую смесь. Найдено, что в этих случаях получается продукт с обращенной конфигурацией: Миграция алкильной группы наступает, вероятно, исключительно быстро вслед за стадией отщепления Н2О, Вг~ или N2 (з рассмотренных случаях), а возможно, протекает даже одновременно с этой стадией, поскольку в соединениях, в которых карбониевый атом углерода асимметричен, ион не успевает стать плоским и образовать рацемическую смесь. Найдено, что в этих случаях получается продукт с обращенной конфигурацией: Чтобы привести стереохимическис наблюдения в соответствие с этим ходом реакции, Хьюз и Ингольд ввели концепцию об экранировании карбениевого нона при Sjvl-механизме [й] *. Гидрюлйз 1-фенйЛэтил-.хлорида в 60%-ном водном ацетоне приводит к 1-фенилэтиловому спирту с 5%-ным суммарным обращением конфигурации и 95%-ной рацемизацией. Кинетический анализ указывает, что реакция на 100% протекает по S//1 -механизму. Было предположено, что ионизация субстрата приводит к образованию иона карбепия, который экранирован с фронта уходящим ионом хлора, что приводит к немного большей скорости атаки водой с тыла, чем с фронта. Если период жизни карбокатнона возрастает, то проходит больше времена до атаки иуклеофилом и степень рацемизации повышается. Чем менее устойчив карбениевый ион, тем меньше времени проходит между его образованием и атакой нуклео-фила, тем больше процент продукта с обращенной конфигурацией. Пентакоординадионное переходное состояние в ^Э-механнзме может привести только к продукту с обращенной конфигурацией. Пента-координационный интермедиат в формулировке Деринга — Цейсса мо- Продукт с обращенной конфигурацией образуется при непосредственной потере уходящей группы интермедиатом. Замена X на Y приводит к новому иитермедиату, который может дать вследствие симметрии только рацемический продукт. Наблюдаемый стереохимический путь зависит от относительных скоростей двух процессов. Как указывает Стрейтвизер, этот анализ позволяет объяснить неполную рацемин зацню с точки зрения конкурирующих реакций интермедиата, а не как следствие неопределенных концепций типа «экранированного карбока-тиона». Пример (4) соответствует упоминавшимся данным о стереохимии ацетолиза 2-октилтозилата. Выше мы видели, что после поправки на процессы рацемизации субстрата и продукта, з также на присоедине-Еие уксусной кислоты к окгецу в условиях реакция стадия замещения протекает стереоспецифичио с обращением конфигурации. Пример (5) иллюстрирует значение сольватации промежуточных лонных пар в реакциях нуклеофилыюго замещения вторичных субстратов. В водном диоксане промежуточная ионная пара может быть, сольватирована молекулами воды или диоксана. Продукт с обращенной конфигурацией образуется в результате сольватации водой, в то время как сольватация диоксаном не может привести к устойчивому продукту. Последующие стадии сольватации могут привести к симметричной сольватации или атаке водой с фронта с замещением диоксана. Наблюдаемый.результат— образование частично рацемнзаваннога октанола-2: для атаки нуклеофила, поэтому конечным результатом диссоциативного 5^1-механизма должна быть полная рацемизация продукта реакции. Если это условие не соблюдается и карбокатион сольватирован несимметрично, что, по сути, эквивалентно тому, что противоион Z" остается каким-то образом связанным с карбокатионом R+, может получиться оптически активный продукт, частично рацемизованный и с частично обращенной конфигурацией. На этом примере мы ясно видим, в чем состоит основное различие между реакциями SN1 и SN2. Если нуклеофил и уходящая группа различны, то исходное оптически активное соединение в случае 8]х}2-реакции образует хи-ральный активированный комплекс, распад которого приводит к оптически активному продукту с обращенной конфигурацией. Поскольку в аналогичной реакции, протекающей по 8к1-механизму, интермедиат (промежуточное соединение) ахирален, то образуется эквимолярная смесь энантиомеров (продукт реакции не обладает оптической активностью). Таким образом, можно сделать следующее обобщение: 8к2-реакции протекают с обращением конфигурации, a SN1 — с рацемизацией.  Обрабатывают хлористым Органических перекисей Органических продуктов Органических соединения Обрабатывают насыщенным Органических загрязнений Органическими надкислотами Окончания выделения Органическими соединениями |
- |
Навигация