Cтраница 3
Конформационная жесткость гранс-декалинового скелета является причиной больших различий в реакционной способности экваториальных и аксиальных стереоизомеров. Эти различия проявляются, например, в реакциях ферментативного гидролиза / г-нитрофениловых эфиров декалинкарбоновых кислот. Экваториальный изомер эфира ( 145) гидро-лизуется химотрипсином в 103 раз быстрее, чем аксиальный. [31]
Причина, по которой эта величина несколько меньше, чем соответствующая величина для метильной группы ( 1 8 ккал / молъ), обсуждалась выше. При оценке энтальпии этилциклогексана с аксиальной этильной группой рассматривают две конформации, имеющие каждая на одно гош-метил-взапмодей-ствие ( 0 9 ккал / молъ) больше, чем аксиальная метильная группа. Для экваториального изомера, кроме двух аналогичных конформацнй, следует рассматривать третью, которая эквивалентна конформации с аксиальной метильной группой и поэтому обладает энтальпией, на 1 8 ккал / молъ большей, чем экваториальная метильная группа. В связи с этим при подсчете общей энтальпии экваториальной этильной группы принимают во внимание все три конформации пропорционально их содержанию в смеси. Очевидно, что наличие конформации с высокой энтальпией в экваториальном ( а не аксиальном) этилциклогексане будет способствовать уменьшению разности энтальпий двух изомеров. При расчете свободной энергии ( при 25) некоторое повышение энтальпии экваториального изомера, вызванное присутствием менее выгодной конформации, естественно, перекрывается в результате изменения энтропии за счет энтропии смешения. [32]
В тех случаях, когда конформеры быстро превращаются друг в лруга, можно либо охладить образец ( как это делали с бромцик-логексапом) до температуры, при которой превращение конформеров происходит достаточно медленно для проведения анализа описанным выше методом, либо воспользоваться усредненным спектром. В усредненном спектре химические сдвиги и константы спин-спинового взаимодействия усреднены и принимают значения, зависящие от относительного содержания конформеров. Например, бромциклогексап при 25СС содержит приблизительно 70 % экваториального изомера; следовательно, средневзвешенный химический сдвиг для сс-водорода должен быть равен б ( 0 7бэкр - f 0Збакс) / 2, где бэк и бакс - соответствующие сдвиги для чистых экваториального и аксиального конформеров. Дополнительное обсуждение этой методики приведено в гл. [33]
Кетонные группы гидрируются гораздо медленнее, чем двойные связи, медленнее, чем альдегиды, но быстрее сложноэфирной, нитрильной функции и бензольных колец. Скорости восстановления и стереохимия образующихся вторичных спиртов подробно изучались; они значительно меняются в зависимости от катализатора, растворителя и кислотности или основности среды, применяемой для восстановления. В качестве общего правила установлено, что использование основных катализаторов ( никеля Ренея или оксида платины в спиртовом растворе) или платиновых катализаторов в присутствии оснований приводит к более устойчивым эпимерам спиртов; в ряду циклогексана это обычно экваториальный изомер. Гидрирование а р-непре-дельных кетонов в насыщенные кетоны протекает особенно легко; обычно предпочитают палладиевые катализаторы, хотя оксид платины часто также дает отличные результаты. В нейтральных и особенно в основных средах удается гидрировать сопряженную олефиновую группировку, не затрагивая изолированной двойной связи. Стероидные ен-4 - оны - З, имеющие при С-10 ме-тильную группу или атом водорода, и их бициклические аналоги дают смеси продуктов с цис - и транс-сочленением колец, причем цас-изомер может значительно преобладать. Противоположный результат получается при восстановлении металлами в аммиаке. Однако стереохимические результаты могут резко меняться в зависимости от применяемых условий. Общее правило состоит в том [ 36, 398], что главный продукт образуется при ц с-присо-единении водорода с наименее затрудненной стороны молекулы, если применяются палладиевые катализаторы в нейтральной или слабокислой среде. [34]
Кетонные группы гидрируются гораздо медленнее, чем двойные связи, медленнее, чем альдегиды, но быстрее сложноэфирной, нитрильной функции и бензольных колец. Скорости восстановления и стереохимия образующихся вторичных спиртов подробно изучались; они значительно меняются в зависимости от катализатора, растворителя и кислотности или основности среды, применяемой для восстановления. В качестве общего правила установлено, что использование основных катализаторов ( никеля Ренея или оксида платины в спиртовом растворе) или платиновых катализаторов в присутствии оснований приводит к юлее устойчивым эпимерам спиртов; в ряду циклогексана это обычно экваториальный изомер. Гидрирование а ( 3-непре-дельных кетонов в насыщенные кетоны протекает особенно легко; обычно предпочитают палладиевые катализаторы, хотя оксид платины часто также дает отличные результаты. В нейтральных и особенно в основных средах удается гидрировать сопряженную олефиновую группировку, не затрагивая изолированной двойной связи. Стероидные ен-4 - оны - З, имеющие при С-10 ме-тильную группу или атом водорода, и их бициклические аналоги дают смеси продуктов с цис - и транс-сочленением колец, причем f uc - изомер может значительно преобладать. Противоположный результат получается при восстановлении металлами в аммиаке. Однако стереохнмические результаты могут резко меняться в зависимости от применяемых условий. Общее правило состоит в том [ 36, 398], что главный продукт образуется при цис-прпсо-единешш водорода с наименее затрудненной стороны молекулы, если применяются палладиевые катализаторы в нейтральной или слабокислой среде. [35]
Результаты такого расчета для метилциклогексана приводились на стр. Рассмотрим теперь, как необходимо модифицировать метод при проведении аналогичных расчетов для этилцик-логексана. Поскольку в первом приближении молекула не деформирована и имеет незаслоненную конформацию, можно положить ЕТ, EQ и EF равными нулю. Как для аксиального, так и для экваториального изомера следует учитывать ряд конформаций ( обсуждавшихся на стр. Следует учитывать также энтропию смешения этих конформаций ( стр. [36]
Еще два атома углерода, необходимые для построения цикла D, будут введены присоединением реактива Грнньяра к карбонильной группе, причем на этой стадии нежелательно присутствие гидроксильной группы. Ее окисление в карбонильную группу с помощью комплекса оксида хрома ( VI) с пиридином ( разд. Однако подход к этой карбонильной группе настолько затруднен, что она не подвергается действию реактива Гриньяра. ОН-группу), и образуется лишь малое количество экваториального изомера. Действие очень слабой кислоты приводит к тому, что гпдроксиацетиленовый эфир превращается в а р-ненасыщенный сложный эфир, при этом защитная группа остается нетронутой. [37]
Пространственной направленностью этого процесса управляет правило гидрирования Ауверса - - Скита ( не путать с конформационным правилом Ауверса - Скита, стр. Объяснение этого правила, по-видимому, заключается в том, что водород должен подойти к адсорбированной молекуле кетона со стороны поверхности катализатора, а так как кетону легче адсорбироваться менее пространственно затрудненной экваториальной стороной то с этой стороны и подходит водород, давая аксиальный спирт. Кислая среда, может быть, содействует быстрой десорбции уже образовавшегося спирта, так как если спирт задержится на катализаторе длительное время, он может обратно дегидрироваться в кетон и гидрироваться снова, возможно, после изменения его ориентации относительно поверхности катализатора. Если вести этот процесс достаточно долго, то получается равновесная смесь спиртов, богатая экваториальным изомером [73]; к этому же ведет и замедление процесса гидрирования. Лучший способ получить продукт, богатый аксиальным спиртом - ускорять гидрирование добавлением минеральной кислоты к раствору в уксусной кислоте. [38]
За исключением несколько большей относительной скорости для аксиальных соединений, этанолиз дает почти такую же картину, как и ацетолиз. Поскольку циклогексилтозилат исследовался при этанолизе как 4 - 7тгрето - бутилциклогексильных соединений [115], так и транс-2 - декалильных производных [83, 214, 220- 222] и были получены одинаковые скорости сольволиза, не возникает сомнений, что различия между двумя рядами вполне реальны. Причины этих различий в настоящее время еще не совсем ясны. Наконец, относительные скорости этанолиза / теракс-2 - метилциклогексилтозилата ( 0 30) и fyuc - 2-метилцикло-гексилтозилата ( 27) находятся в таком же соотношении, как скорости соответствующих тяракс-1 - декалилпроизводных. В этом случае, очевидно, применимо уже рассматривавшееся выше объяснение замедления скорости в экваториальном изомере и ускорения в аксиальном 2-изомере. [39]
Кроме приведенных выше обобщений, известны отдельные специфические правила, применимые лишь к некоторым реакциям и группировкам. Имеет смысл привести здесь несколько примеров. Во-первых, показано, что при дезаминировании экваториального али-циклического амина азотистой кислотой образуется экваториальный спирт. Во-вторых, найдено, что спирты экваториальной конформации сильнее абсорбируются при бумажной хроматографии [91], чем их аксиальные эпимеры. Далее показано, что полосы при 1240 см 1 для ацетатов этих спиртов тоже зависят от конформации: для экваториального изомера наблюдается один максимум, а для аксиального-целый ряд максимумов. [40]
Причина, по которой эта величина несколько меньше, чем соответствующая величина для метильной группы ( 1 8 ккал / молъ), обсуждалась выше. При оценке энтальпии этилциклогексана с аксиальной этильной группой рассматривают две конформации, имеющие каждая на одно гош-метил-взапмодей-ствие ( 0 9 ккал / молъ) больше, чем аксиальная метильная группа. Для экваториального изомера, кроме двух аналогичных конформацнй, следует рассматривать третью, которая эквивалентна конформации с аксиальной метильной группой и поэтому обладает энтальпией, на 1 8 ккал / молъ большей, чем экваториальная метильная группа. В связи с этим при подсчете общей энтальпии экваториальной этильной группы принимают во внимание все три конформации пропорционально их содержанию в смеси. Очевидно, что наличие конформации с высокой энтальпией в экваториальном ( а не аксиальном) этилциклогексане будет способствовать уменьшению разности энтальпий двух изомеров. При расчете свободной энергии ( при 25) некоторое повышение энтальпии экваториального изомера, вызванное присутствием менее выгодной конформации, естественно, перекрывается в результате изменения энтропии за счет энтропии смешения. [41]
Несколько иначе обстоит дело в случае так называемых реакции Sл - / ( см. стр. Хотя кинетические исследования в таких системах, по-видимому, невозможны, исследование продуктов реакции показывает, что экваториальные изомеры реагируют преимущественно или исключительно с сохранением конфигурации, ц то время как аксиальные изомеры склонны давать продукты эли минирования, смеси двух возможных продуктов замещения с преобладанием экваториального и иногда продукты перегруппировки. Высказано предположение [319], что сохранение конфигурации в случае экна-ториального изомера обусловлено механизмом реакции Sf i, приведенным на стр. Циклическое переходное состояние весьма благоприятно в случае экваториального и неблагоприятно ( ввиду пространственных препятствий) в случае аксиального заместителя. Другая интерпретация [323] реакции с азотистой кислотой несколько напоминает механизм ионной пары реакции S. Согласно этой интерпретации, сольватированяыйнон диазония выделяет азот, образуя сольватированный карбониевый ион. В случае экваториального изомера карбониевый ион претерпевает фронтальную атаку раство ригеля и образует экваториальный продукт. В случае аксиального изомера фронтальная атака ослаблена пространственными препятствиями и карбониевый ион существует достаточно долго, чтобы претерпеть атаку растворителя с тыла и образовать преимущест пенно более устойчивый экваториальный изомер или может быть претерпеть перегруппировку, если система для этого расположена благоприятно. [42]
Несколько иначе обстоит дело в случае так называемых реакции Sл - / ( см. стр. Хотя кинетические исследования в таких системах, по-видимому, невозможны, исследование продуктов реакции показывает, что экваториальные изомеры реагируют преимущественно или исключительно с сохранением конфигурации, ц то время как аксиальные изомеры склонны давать продукты эли минирования, смеси двух возможных продуктов замещения с преобладанием экваториального и иногда продукты перегруппировки. Высказано предположение [319], что сохранение конфигурации в случае экна-ториального изомера обусловлено механизмом реакции Sf i, приведенным на стр. Циклическое переходное состояние весьма благоприятно в случае экваториального и неблагоприятно ( ввиду пространственных препятствий) в случае аксиального заместителя. Другая интерпретация [323] реакции с азотистой кислотой несколько напоминает механизм ионной пары реакции S. Согласно этой интерпретации, сольватированяыйнон диазония выделяет азот, образуя сольватированный карбониевый ион. В случае экваториального изомера карбониевый ион претерпевает фронтальную атаку раство ригеля и образует экваториальный продукт. В случае аксиального изомера фронтальная атака ослаблена пространственными препятствиями и карбониевый ион существует достаточно долго, чтобы претерпеть атаку растворителя с тыла и образовать преимущест пенно более устойчивый экваториальный изомер или может быть претерпеть перегруппировку, если система для этого расположена благоприятно. [43]