|
|
|
Главная --> Справочник терминов Термодинамически контролируемой В конкретном случае 2-метилциклогексанона кинетически контролируемым продуктом реакции является 151, а термодинамически контролируемым — 150. В результате углубленного исследования лих, казалось бы, частных вопросов химии енолятов удалось в дальнейшем разработать общий препаративный метод селективного алки-лирования по одному из альтернативных положений кс-тонов, не требующий трудоемкого разделения изомерных силиловых эфиров. В этом методе получение силиловых эфиров из кинетически контролируемых енолятов достигается путем обработки исходного карбонильного соединения возможно более сильным и пространственно затрудненным основанием с немедленным «гашением» получающихся енолятов триметилхлорсиланом. Напротив, для получения силиловых эфиров термодинамически контролируемых енолятов можно использовать более обычные основания (например, El3N), а перед введением си лидирующего агента следует увеличить время выдержки реакционной смеси или прогреть ее для достижения равновесия. В применении к 2-метилциклогексапопу это привело к следующим результатам 45: быстрее. Такой продукт называют кинетически контролируемым. Однако если реакции обратимы, соотношение продуктов может быть и иным. Если остановить процесс задолго-до достижения равновесия, реакция будет кинетически контролируемой, так как в смеси присутствует больше того продукта, который образуется быстрее. Но если позволить реакции достичь положения равновесия, преобладающим или даже единственным продуктом будет В. В этих условиях продукт С, образующийся первым, претерпевает обратное превращение в А, тогда как более устойчивый продукт В в меньшей степени подвержен обратной реакции. В таких случаях речь идет о термодинамически контролируемом продукте [9а]. Рисунок 6.3, конечно, не отражает все случаи, при которых соединение А может давать два разных продукта. Часто более устойчивый продукт одновременно является и тем продуктом, который образуется быстрее; тогда один и тот же продукт будет и кинетически, и термодинамически контролируемым. 151. Соединение А является термодинамически контролируемым продуктом. См. [2], I, с. 504—505. Таким образом, при повышенных температурах ускоряется образование 1,2-аддукта, а также увеличивается скорость его превращения в 1,4-аддукт. Последний также является аллилгалогенидом и ионизуется, образуя аллил-катион. При 40 °С 1,4-аддукт труднее отщепляет бромид-ион, чем 1,2-аддукт, так как энергия 1,4-аддукта ниже, чем энергия 1,2-аддукта (напомним, что неконцевая двойная связь устойчивее, чем концевая). Ввиду большей стабильности 1,4-аддукта его называют термодинамически контролируемым продуктом реакции. дукт, образующийся медленнее, но более устойчивый, называют термодинамически контролируемым продуктом. Это одно из объяснений, почему некоторые реакции при разных температурах приводят к различным продуктам. Можно задать вопрос: почему некоторое количество 1,4-аддукта все же образуется и при — 80 °С? Чтобы ответить на него, мы должны вспомнить, что при любой данной температуре молекулы вещества имеют различные Синтез енолацетатов (IV, 148, после выдержки из II8I). Было показано, по крайней мере в двух случаях, что катализируемое X. к. ацетнлирование енолов уксусным ангидридом является термодинамически контролируемым процессом П8а], Например, при реакции 17 р-ацетокси-5(3-андростанона-3 (1) с уксусным ангидридом в присутствии X к. получаются два енолацетата (2) и (3) в соотношении 93,5 : 6,5. Соотношение, вычисленное на основании относи- Ацетилироваиие еиолов. Было показано (V, 519), что ацетили-рование енолов стероидных кетонов уксусным ангидридом, катализируемое хлорной кислотой, является термодинамически контролируемым процессом- Однако этот ацетилирующий реагент в случае сопряженных кетонов дает сложную смесь 0-ацетилированиых и С-ацетилированных продуктов [1]. В случае А4-3-кетостероидов, алкилированных по Q или С,, наблюдалась диенон-фенольная перегруппировка [2]. Синтез енолацетатов (IV, 148, после выдержки из II8I). Было показано, по крайней мере в двух случаях, что катализируемое X. к. ацетилирование енолов уксусным ангидридом является термодинамически контролируемым процессом П8а], Например, при реакции 17 6-ацетокси-5(:>-андростанона-3 (1) с уксусным ангидридом в присутствии X к. получаются два енолацетата (2) и (3) в соотношении 93,5 : 6,5. Соотношение, вычисленное на основании относи- Ацетилироваиие еиолов. Было показано (V, 519), что ацетили-рование енолов стероидных кетонов уксусным ангидридом, катализируемое хлорной кислотой, является термодинамически контролируемым процессом- Однако этот ацетилирующий реагент в случае сопряженных кетонов дает сложную смесь 0-ацетилированиых и С-ацетилированных продуктов [1]. В случае А4-3-кетостероидов, алкилированных по Q или С,, наблюдалась диенон-фенольная перегруппировка [2]. 1,4-Дибромид как более замещенный алкен более устойчив (см, разд. 1.2.3.1) и от него труднее, чем от 1,2-дибромида, отщепляется бромид-анион. Благодаря этому он и накапливается в реакционной смеси, когда бромирование проводят при + 40 °С. Более устойчивый 1,4-дибромид называют термодинамически контролируемым продуктом реакции. Метатезис алкенов обычно является обратимым термодинамически контролируемым процессом. В случае простых алкенов энтальпия реакции практически равна нулю (образуются и разрываются подобные двойные углерод-углеродные связи), поэтому распределение продуктов определяется энтропийными факторами и алкилиденовые группы распределяются почти статистически. Таким образом, максимальная конверсия при метатези-се пентена-2 с образованием бутена-2 и гексена-3 может составить 50% [схема (2.100)]. В более сложных алкенах существенный вклад в термодинамическую устойчивость вносят электронные и стерические факторы, и в ряде случаев некоторые алкены могут быть получены с вполне хорошими выходами. Если имеются соответствующие термодинамические данные, ожидаемые выходы могут быть оценены. 1,4-Дибромид как более замещенный алкен более устойчив (см, разд. 1.2.3.1) и от него труднее, чем от 1,2-дибромида, отщепляется бромид-анион. Благодаря этому он и накапливается в реакционной смеси, когда бромирование проводят при + 40 °С. Более устойчивый 1,4-дибромид называют термодинамически контролируемым продуктом реакции. В некотором смысле альтернативным примером может служить адаман-тан (4). Этот утлеводород, скелет которого представляет собой повторяющийся элемент кристаллической структуры алмаза, вплоть до 40-х годов XX столетия еще считался довольно экзотическим веществом, поскольку его многостадийный синтез оставался слишком трудоемким делом. Впоследствии было установлено, что среди всех возможных изомеров состава CjoHie именно структура адамантана отвечает минимуму потенциальной энергии. Подобная исключительная термодинамическая стабильность 4 подсказала возможность его синтеза путем термодинамически контролируемой изомеризации других углеводородов CioHjS. Действительно, как было показано Шлейером [1Ь], легко доступный углеводород 5 может претерпевать под действием кислотных катализаторов превращение в 4. Впоследствии эта реакция была усовершенствована и стала удобным препаративным методом получения адамантана (4). Тот факт, что адамантан обнаруживается в заметных количествах в ископаемом углеводородном сырье (в некоторых сортах нефти), также является следствием и наглядной демонстрацией его высокой термодинамической стабильности. Тем не менее, возможность осуществления термодинамически контролируемой изомеризации была блестяще подтверждена более поздними исследованиями группы Принцбаха в Германии [6а]. Эта работа была начата с синтеза другого экзотического углеводорода состава С20Н2о, пагодана (34), полученного из продажного инсектицида изодрина по пути, представленному на схеме 4.10 (15 стадий, общий выход 15-18%). Авторы работы рассудили, что пагодан, также содержащий 12 пятичленных циклов (но во всех остальных отношениях не имеющий структурного родства с додекаэдраном), может быть превращен в углеводород 3 при действии катализаторов гидрирования/дегидрирования. Такую реакцию действительно удалось осуществить, но с удручающе низким выходом (схема 4.10). Формально изомериза- В некотором смысле альтернативным примером может служить адаман-тан (4). Этот углеводород, скелет которого представляет собой повторяющийся элемент кристаллической структуры алмаза, вплоть до 40-х годов XX столетия еще считался довольно экзотическим веществом, поскольку его многостадийный синтез оставался слишком трудоемким делом. Впоследствии было установлено, что среди всех возможных изомеров состава Ci0Ht6 именно структура адамантана отвечает минимуму потенциальной энергии. Подобная исключительная термодинамическая стабильность 4 подсказала возможность его синтеза путем термодинамически контролируемой изомеризации других углеводородов СюН]б. Действительно, как было показано Шлейером [1Ь], легко доступный углеводород 5 может претерпевать под действием кислотных катализаторов превращение в 4. Впоследствии эта реакция была усовершенствована и стала удобным препаративным методом получения адамантана (4). Тот факт, что адамантан обнаруживается в заметных количествах в ископаемом углеводородном сырье (в некоторых сортах нефти), также является следствием и наглядной демонстрацией его высокой термодинамической стабильности. Тем не менее, возможность осуществления термодинамически контролируемой изомеризации была блестяще подтверждена более поздними исследованиями группы Принцбаха в Германии [6а]. Эта работа была начата с синтеза другого экзотического углеводорода состава С20Н2о, пагодана (34), полученного из продажного инсектицида изодрина по пути, представленному на схеме 4.10 (15 стадий, общий выход 15—18%). Авторы работы рассудили, что пагодан, также содержащий 12 пятичленных циклов (но во всех остальных отношениях не имеющий структурного родства с додекаэдраном), может быть превращен в углеводород 3 при действии катализаторов гидрирования/дегидрирования. Такую реакцию действительно удалось осуществить, но с удручающе низким выходом (схема 4.10). Формально изомериза- Сочетание фенолят-иона с катионом ареидиазония тоже представляет собой пример термодинамически контролируемой реакции. Катион диазония в результате очень быстрой обратимой реакции с кислородным центром фенолят-иона образует диазоэфир, который легко ионизируется и в воде диссоциирует на исходные реагенты. Последующее более медленное взаимодействие катиона диазония с углеродным центром амбидентного фенолят-иона прнаодит в конечном итоге к азосоединению. и обратимой (термодинамически контролируемой) региоселективной реакции. и обратимой (термодинамически контролируемой) диастереоселективной реак- Альдозы и кетозы обычно существуют в виде циклических по-луацеталей, поэтому при их взаимодействии с простыми спиртами в условиях кислотного катализа образуются полные ацетали, в которых сохраняется циклическая полуацетальная структура исходного сахара. Эта реакция, известная как синтез гликозидов по Фишеру [87] , является термодинамически контролируемой и приводит к шестичленным пиранозидам. D-Глюкоза существует в основном в виде р-аномера (64 %), однако термодинамически более выгоден метил-а-?>-глюкопиранозид (13) и его содержание в равновесной смеси аномеров составляет 66%. Причиной такого различия является то, что аномерный эффект (см. разд. 26.1.3), благоприятствующий образованию а-аномера, ярче выражен в менее полярных растворителях, например в метаноле. Более того, если в случае D-арабинозы фуранозная форма является лишь минорным компонентом (3%) (см. табл. 26.1.1), то для метиларабино-зида в равновесной смеси в подкисленном метаноле содержание фуранозной формы составляет 29 %. Причина такого различия не ясна, однако это может быть обусловлено аномерным эффектом для фуранозидов в менее полярном метаноле (аномерный эффект в данном случае как и для D-глюкозы менее выражен в воде). р-Фуранозид, являющийся преобладающим аномером (22%), может существовать в ?°-конформации (94) или родственной твист-конформации, в которой 1-О-метильная группа может быть ква-за-аксиальной (вследствие аномерного эффекта), а объемистая гидроксиметильная группа — «ваза-экваториальной. Кроме того, в р-фуранозиде не должно быть вицинальных ^«с-взаимодействий. ос-Фуранозид (7 %) не может принимать такую предпочтительную конформацию, и у него 1-О-метоксигруппа остается аксиальной. В равновесной смеси в случае метилгалактозидов содержание фуранозной формы составляет 22%, причем соотношение р- и а-ано-меров равно 2,7 : 1 [88J, В некотором смысле альтернативным примером может служить адаман-тан (4). Этот углеводород, скелет которого представляет собой повторяющийся элемент кристаллической структуры алмаза, вплоть до 40-х годов XX столетия еще считался довольно экзотическим веществом, поскольку его многостадийный синтез оставался слишком трудоемким делом. Впоследствии было установлено, что среди всех возможных изомеров состава C10Hi6 именно структура адамантана отвечает минимуму потенциальной энергии. Подобная исключительная термодинамическая стабильность 4 подсказала возможность его синтеза путем термодинамически контролируемой изомеризации других углеводородов СюН^. Действительно, как было показано Шлейером [1Ь], легко доступный углеводород 5 может претерпевать под действием кислотных катализаторов превращение в 4. Впоследствии эта реакция была усовершенствована и стала удобным препаративным методом получения адамантана (4). Тот факт, что адамантан обнаруживается в заметных количествах в ископаемом углеводородном сырье (в некоторых сортах нефти), также является следствием и наглядной демонстрацией его высокой термодинамической стабильности. Тем не менее, возможность осуществления термодинамически контролируемой изомеризации была блестяще подтверждена более поздними исследованиями группы Принцбаха в Германии [6а]. Эта работа была начата с синтеза другого экзотического углеводорода состава С20Н20, пагодана (34), полученного из продажного инсектицида изодрина по пути, представленному на схеме 4.10 (15 стадий, общий выход 15—18%). Авторы работы рассудили, что пагодан, также содержащий 12 пятичленных циклов (но во всех остальных отношениях не имеющий структурного родства с додекаэдраном), может быть превращен в углеводород 3 при действии катализаторов гидрирования/дегидрирования. Такую реакцию действительно удалось осуществить, но с удручающе низким выходом (схема 4.10). Формально изомериза- Если реакция идет при повышенной температуре, имеет место и обратная реакция дегидробромирования. В реакционной смеси накапливается продукт 1,4-присоединения, так как он термодинамически более стабилен (по правилу Зайцева как более замещенный алкен). В этих условиях состав продуктов реакции определяется термодинамическим контролем. Важно отметить, что при повышенной температуре индивидуальный 1,2-аддукт постепенно превращается в равновесную смесь с 1,4-аддуктом. Например, нагревание до 45 °С реакционной смеси, полученной при -80 °С, ведет к получению 15% 1,2-аддукта и 85% 1,4-аддукта. При повышенной температуре речь идет, таким образом, о термодинамически контролируемой реакции. термодинамически контролируемой, то есть идет с об-  Топологической структуры Традиционной технологии Трансоидным расположением Требованиям фармакопеи Требованиям технических Техническим свойствам Требуемое количество Требуется дополнительное Требуется несколько |
- |
Навигация