|
|
|
Главная --> Справочник терминов Рацемизация происходит Возможно, быстрая рацемизация оптически активных четвертичных аммониевых солей является следствием того, что в растворе они находятся в динамическом равновесии с продуктами своего распада — третичными аминами и галоидными алкилами: В пользу теории Миллса говорит также наблюдение, что рацемизация оптически деятельных производных дифенила, т. е. поворот одного из бензольных ядер на 180°, происходит легче тогда, когда заняты не все четыре орто-положения, а, например, только три из них; так, о,п,я'-тринитродифеновая кислота II, в отличие от о,п,о',п'-тетранитро-дифеновой кислоты I, легко рацемизуется Первая реакция, вероятно, имеет механизм SV2 и осуществляется как прямое замещение с нуклеофилъной атакой по углероду, связанному с хлором. Третья реакция может осуществляться или через ионные пары или по механизму S^T (см. ниже). Так, рацемизация оптически активного MeCH=CHCHZMe (Z = пара-нитробеизоат) происходит быстрее сольволиза в 90%-м водном ацетоне, а изомеризация СН2=СНСМе2С1 в С1СН2СН=СМе2 идет быстрее ацетолиза. Ни в одном случае не происходит диссоциации, поскольку эти реакции не замедляются при добавлении соли с общим ионом. Ряд авторов полагают, что обе реакции сольволиза идут по механизму SV2 (КИП). Возможно, что рацемизация оптически активного бые-иодме-тилата никотина (LXII) под действием водных растворов оснований при 100° происходит также через образование иона этого типа [61, 79]. Рис. 6.5. Рацемизация оптически активного алкилгалогенида (I) в результате образования двух энантиомеров (П) и (Ш) возникновению карбаниона, который стабилизирован образованием делокализованной циклической системы из шести к-электронов (два электрона двойной связи + два электрона карбаниона 4- два электрона неподелённой электронной пары атома О); эта система является квазиароматической, поэтому процесс образования азлактона (называемого также окса-золоном) достаточно выгоден энергетически. Для химии аминокислот существенно то, что образование азлактона сопровождается возникновением плоскостного цикла, и последующее превращение планарного карбаниона в азлактон может произойти в результате равновероятного подхода протона с любой из двух сторон плоскости. Вследствие этого в тех случаях, когда а-аминокислота обладает хиральным центром (в большинстве ос-аминокислот это а-углеродныи атом), в процессе установления равновесия азлактон ~> карбанион (и обратно) происходит превращение оптически деятельного сте-реоизомера в эквимолярную смесь двух энантиомеров (в рацемат), т.е. наблюдается рацемизация оптически активной аминокислоты; Хотя удаление протона из алкильного заместителя в положениях 2 и 4 хинолина или пиридина протекает легко, а удаление протона из алкильного заместителя в положении 3 в аналогичных условиях обычно не имеет места, однако известны, по крайней мере, две реакции, которые могут протекать через промежуточное образование карбаниона. Такими реакциями являются легко протекающая рацемизация дииодметилата ( — )-никотина, которая, невидимому, катализируется щелочью, образующейся в результате кипячения раствора вещества в стеклянном сосуде в течение 2 час. [267], а также рацемизация оптически активного 1-циклогексил-1-(3-пиридил)этана, происходящая при кипячении в течение 13 час. раствора этого вещества в три-этилкарбиноле в присутствии калиевой соли триэтилкарбинола [268], Рацемизация оптически активных дикетопиперазинов в щелочной среде изучалась Левиным и сотрудниками [283]. В щелочном растворе дипептиды обнаруживают минимальные оптические изменения, ив 1,0 н. щелочи гидро-• лиз дикетопиперазинов до дипептидов происходит быстро и без рацемизации. Однако в 0,1 н. щелочи гидролиз дикетопиперазинов идет гораздо медленнее, и, прежде чем закончится расщепление до дипептидов, рацемизация происходит в общем на 70—80%. Максимальная рацемизация наблюдается у дикетопиперазинов, наиболее устойчивых к гидролизу. Если гидролиз вообще не происходит, как это имеет место в случае ангидрида с^-лейцил-^-лейцина в щелочной воднопиридиновой среде, то рацемизация идет до конца. Так как рацемизации не происходит, если асимметрический атом углерода четвертичный, то Левин предположил, что потеря оптической активности, наблюдаемая у производных других типов, обязана енолизации, результатом которой является образование углерод-углеродной двойной связи. Однако при изучении инфракрасных спектров растворов ангидрида глицина в 0,1 н. щелочи Ленорман [2796] не нашел подтверждений для этого типа структур. Согласно современным воззрениям, достаточной предпосылкой для рацемизации оптически активных кетонов [284] в щелочной среде является образование карбаниона, так как резонансные структуры этого карбаниона таковы, что сс-угле-родный атом становится трехвалентным, а его заместители располагаются в одной плоскости. Эту теорию можно приложить к дикетопиперазинам, если постулировать, что ионизация включает, хотя бы в слабой степени, удаление протона от сс-углеродного атома без таутомеризации в енольную форму. Хотя удаление протона из алкильного заместителя в положениях 2 и 4 хинолина или пиридина протекает легко, а удаление протона из алкильного заместителя в положении 3 в аналогичных условиях обычно не имеет места, однако известны, по крайней мере, две реакции, которые могут протекать через промежуточное образование карбаниона. Такими реакциями являются легко протекающая рацемизация дииодметилата ( — )-никотина, которая, невидимому, катализируется щелочью, образующейся в результате кипячения раствора вещества в стеклянном сосуде в течение 2 час. [267], а также рацемизация оптически активного 1-циклогексил-1-(3-пиридил)этана, происходящая при кипячении в течение 13 час. раствора этого вещества в три-этилкарбиноле в присутствии калиевой соли триэтилкарбинола [268], Рацемизация оптически активных дикетопиперазинов в щелочной среде изучалась Левиным и сотрудниками [283]. В щелочном растворе дипептиды обнаруживают минимальные оптические изменения, ив 1,0 н. щелочи гидро-• лиз дикетопиперазинов до дипептидов происходит быстро и без рацемизации. Однако в 0,1 н. щелочи гидролиз дикетопиперазинов идет гораздо медленнее, и, прежде чем закончится расщепление до дипептидов, рацемизация происходит в общем на 70—80%. Максимальная рацемизация наблюдается у дикетопиперазинов, наиболее устойчивых к гидролизу. Если гидролиз вообще не происходит, как это имеет место в случае ангидрида с^-лейцил-^-лейцина в щелочной воднопиридиновой среде, то рацемизация идет до конца. Так как рацемизации не происходит, если асимметрический атом углерода четвертичный, то Левин предположил, что потеря оптической активности, наблюдаемая у производных других типов, обязана енолизации, результатом которой является образование углерод-углеродной двойной связи. Однако при изучении инфракрасных спектров растворов ангидрида глицина в 0,1 н. щелочи Ленорман [2796] не нашел подтверждений для этого типа структур. Согласно современным воззрениям, достаточной предпосылкой для рацемизации оптически активных кетонов [284] в щелочной среде является образование карбаниона, так как резонансные структуры этого карбаниона таковы, что сс-угле-родный атом становится трехвалентным, а его заместители располагаются в одной плоскости. Эту теорию можно приложить к дикетопиперазинам, если постулировать, что ионизация включает, хотя бы в слабой степени, удаление протона от сс-углеродного атома без таутомеризации в енольную форму. При нагревании в спиртах происходит рацемизация оптически активных N-замещенных а-аминонитрилов89* В среде растворителей, не имеющих активных атомов водорода, рацемизация идет крайне медленно18. Рацемизация объясняется89 обратимым отщеплением цианистого водорода. Вопросы строения карбанионов тесно связаны с проблемой стереохимии реакций SE!. Если карбанион плоский, в ходе реакции должна иметь место рацемизация; если же он пирамидальный и способен удерживать эту форму, реакция должна происходить с сохранением конфигурации. Однако, если пирамидальный карбанион меняет свою форму, например претерпевает инверсию, как амины (т. 1, разд. 4.2), реакция также сопровождается рацемизацией. К сожалению, изучению поддаются только те карбанионы, которые стабилизированы резонансом и потому являются плоскими (т. 1, разд. 5.5). Так, главный подход к определению структуры простых алкильных карбанионов состоит в изучении стереохимии реакций SE!. Найдено, что в этих случаях реакции почти всегда сопровождаются рацемизацией; связано ли это с тем, что карбанионы плоские, или с тем, что пирамидальные карбанионы претерпевают быструю инверсию, не известно. Во всяком случае рацемизация происходит независимо от того, является ли карбанион свободным или симметрично сольватированным. В этом случае информацию о механизме реакции можно получить, измеряя отношение константы скорости изотопного обмена (ke) к константе скорости рацемизации (ka). Если отношение kc/k значительно больше единицы, это означает, что реакция происходит с сохранением конфигурации, поскольку процессы изотопного обмена не вызывают изменения конфигурации. Величина отношения ke/ka, близкая к единице, указывает на рацемизацию, а величина этого отношения, равная Vz, говорит об обращении конфигурации (разд. 10.1). В зависимости от природы R, основания и растворителя наблюдается один из трех типов стереохимического поведения. Как и в реакции расщепления алкоксидов, в растворителях с низкой диэлектрической проницаемостью обычно наблюдается сохранение конфигурации, в полярных апротонных растворителях — рацемизация, а в протонных растворителях — обращение конфигурации. Однако в реакциях обмена протона появляется и четвертый тип стереохимического поведения. Было найдено, что в апротонных растворителях и с апротонными основаниями, подобными третичным аминам, отношение ke/ka меньше '/2', это свидетельствует о том, что рацемизация происходит быстрее, чем изотопный обмен (такой процесс известен как изорацемизация). В этих условиях сопряженная кислота амина остается ассоциированной с карбанионом в виде ионной пары. Иногда ионная пара диссоциирует достаточно медленно, для того чтобы карбанион успел вывернуться и снова захватить протон: Для объяснения процессов рацемизации был выдвинут ряд гипотез. Одной из распространенных является выдвинутая Бекманом в прошлом веке гипотеза об енолизационном механизме рацемизации. В" основе ее лежат экспериментальные данные, показавшие, что рацемизация происходит особенно легко, если рядом с хиральным центром стоит карбонильная группа. Например, при енолизации ментона исчезает один из двух имеющихся в этом веществе асимметрических центров, а при обратном превращении енола в кетонную форму может образоваться не только исходная конфигурация, но и антиподная ей по «нижнему» центру: Было четко доказано, что рацемизация происходит именно в процессе реакции, сам же эфир XLVI не рацемизуется даже при длительном нагревании. Установив это, авторы исследования провели далее декарбоксилирование ряда солей кислых эфиров метилэтилмалоновой кислоты с разными алкалоидами; полученная метилэтилмалоновая кислота и здесь оказалась оптически неактивной. Легкость вращения зависит от размера цикла. г/шке-Циклооктеи вполне устойчив по отношению к термической рацемизации; он не теряет вращения после 7 дней выдерживания при 61 °С [16]. Если кольцо больше, то вращение плоскости двойной связи облегчается и рацемизация происходит легче. Период полурацемизации трдке-циклононена составляет 5 мин при 0°С I17J. Расщепление граяс-циклодецека проводилось по методике, разработанной для г-раяс-циклооктена и транс-циклононена, однако траяс-циклодецен рацемизовался сразу же при Аналогична динамическая стереохимия биарнлов. Энергетический барьер для рацемизации оптически активного ^'-биыафтила (см. также формулу на схеме 2.1) составляет 21—23 ккал/моль [18]. В основном состоянии два кольца не копланарны, рацемизация происходит вследствие вращения вокруг Ы'-связи. * Акт обмена в отделив взятой молекуле не может приводить к рацемизации: результатом может быть либо сохранение, либо обращение конфигурации. Рацемизация происходит кз-за того, что в миссе молекул оба процесса (подход с О^ЕОЙ из двух сторож) равновероятны из-за симметричности аниона^ — Прим. pecL . В иоииой паре происходит ионный обмен брозилат-иона OBs" на перхлорат C1CV. В результате этого обмена «внутренний возврат» с образованием исходного, но рацемизированиого брозилата становится невозможным. Ионная пара с перхлорат-анионом при внутреннем возврате может превратиться только в ковалентный перхлорат ИОСЮз. Известно, что соединения RO-СЮз гораздо более реакциоииоспособны в реакциях сольволиза, чем брозилаты RGBs. Следовательно, замена аниона OBs" на анион ClO/f в иоииой паре фактически ликвидирует замедляющий скорость сольволиза эффект стадии возврата k.\ нз иоииой пары R Bs~ (уравнение (9.6)). Однако обмен иона OBs" на С1О4" происходит не в той же иоииой паре, которая отвечает за быструю рацемизацию, а в иоииой паре какого-то другого типа, так как в противном случае и в рацемизации тоже проявлялся бы специальный солевой эффект, который ив самом деле не наблюдается (рис. 9.7). Поэтому логично предложить, что рацемизация происходит на стадии возникновения самой первой формы иоииой пары, в то время как в сольволизе принимает участие другая форма ионных пар, которая образуется нз первоивчальной формы иоииой пары. Это позволяет предположить, что перераспределение изотопной метки кислорода происходит на стадии внутреннего возврата нз контактной иоииой пары, тогда как рацемизация происходит ив стадии сольватно-разделейной иоииой пары. В контактной иоииой паре два атома кислорода карбоксилатного аниона эквивалентны, и процесс внутреннего возврата приводит к статистическому распределению метки 18О между обоими атомами кислорода карбоксилат-иоив. Однако для рацемизации требуется, чтобы анион и-МС^-СбЩСОО" перешел с одной стороны бензгидрильного катиоив на другую его сторону. Очевидно, этот процесс гораздо легче осуществляется в сольватно-разделеииой, чем в контактной («тесной») иоииой паре. Природа получающихся продуктов свидетельствует о возможности ионного механизма реакции. Правильность такого предположения подтверждается следующим фактом. При. обработке серебряных солей (-}-)- или (— )-2-этилгексановой кислоты бромом в четыреххлорисгом углероде образуются ацид-гшюгалиты, которые, присоединяясь к стиролу, дают эфиры (+)- или {— )-2-бром-1-фенэтШ1-2-этилгексановых кислот. Эти эфиры при гидролизе под действием щелочи образуют (+)- или (— )-2-этилгексановые кислоты, сохраняющие в значительной степени оптическую активность исходных кислот [51J. Тем не менее при этой реакции не затрагивается асимметрический атом углерода, а потому она не может служить основанием для суждения о механизме. По-видимому, частичная рацемизация происходит во время гидролиза, поскольку было показано, что гидролиз сложных эфирои такого типа может сопровождаться их рацемизацией. рацемизация 'происходит до его образования на стадии оксазолоиа.  Работников химической Результате возникновения Результате вулканизации Результате замыкания Результатом взаимодействия Результатов испытаний Результатов необходимо |
- |
Навигация