Cтраница 2
Атомы фтора не обмениваются при вращении. Это можно увидеть, применив критерий замещения для диастереотопных групп; замещение атома F на хлор в любом из трех конформеров ( XlVa - Х1Ув) всегда приводит к тирео-изомеру ВгСШС - CFClBr, тогда как аналогичное замещение атома F всегда дает вритро-изомер. [16]
Молекулярная диссимметрия не является ни необходимым, ни достаточным условием для наличия диастереотопных групп. Так, хиральный транс-i 2-дихлорциклопропан ( ХПа) не имеет диастереотопных групп, тогда как пять ахиральных молекул ( Х1г, Х1д, Х1е, Х1ж и Х1з) содержат один или более наборов таких групп. Хлориндан ( Х1д) ( Cs) имеет два энантиотопных набора диастереотопных ( или два диастереотопных ряда энантиотопных) метиленовых атомов водорода. В бициклобутане ( Xle) ( C2D) оба ряда диастереотопных метиленовых атомов водорода эквивалентны. В цикло-гексане в конформации кресла ( D3d) имеется шесть наборов диастереотопных ( аксиальных и экваториальных) атомов водорода, которые взаимопревращаемы при помощи операций Сг или Cs и поэтому эквивалентны. [17]
Через структуру XXV с призматической конфигурацией октаэдри-ческая структура XXI Va переходит в энантиомерную или энантиото-померную ( а в) форму XXIVe. Если в хелатном кольце соединений XXII, XXIII один из заместителей R содержит диастереотопную группу, можно, как и в случае интерконверсии тетраэдрических комплексов XVIII, определить с помощью ЯМР-спектральных исследований скорость процессов рацемизации октаэдрических комплексов XXIV, не проводя разделения энантиомеров. Комплексы XXII, XXIII с М Al, Ga, In, Sc, Mn, Fe обнаруживают стереохимическую нежесткость, и энергетические барьеры для перегруппировки по типу тригонального твиста находятся в пределах 45 - 90 кДж / моль. [18]
Очевидно, что не симметрия, а другие факторы определяют величину неэквивалентности химических сдвигов. Принципы симметрии позволяют сделать выводы лишь о том, будут ли окружения двух групп диастереомерными или нет. Величина же различия в химических сдвигах двух диастереотопных групп определяется специфическими различиями в окружениях этих двух групп, включая тип и анизотропию других частей молекулы, расстояния между группами и частями молекулы, определяющими диастерео-мерный характер окружения, и конформационными факторами ( см. разд. [19]
В диастереомерных эфирах 0-метилминдальной кислоты [ например, в диастереомерной смеси ( R, R) - и ( К, S) - эфиров ] имеются диастереотопные метильные группы, протоны которых дают в ЯМР-спектре сигналы с различными химическими сдвигами [ 5, 14], В этом случае мы имеем два параметра: различные химические сдвиги и относительные интенсивности сигналов, которые будут прямо пропорциональны отношению R, R - и R, S - диастереомеров в смеси. S) - метилфенилкарбинолов ], необходимо, чтобы соблюдались следующие условия: а) реагент должен быть устойчивым к рацемизации в условиях получения производных; б) образование диастереомеров должно протекать количественно по отношению к энан-тиомерным субстратам, чтобы избежать неправильных результатов вследствие кинетического расщепления; в) не должно происходить обогащения одним из диастереомеров по сравнению с другим в результате любой очистки, например фракционной кристаллизации диастереомерной смеси; г) реагент должен содержать соответствующую метку ( или метки), которые обеспечивали бы хорошо различимые сигналы в ЯМР-спектре, такие, как например, метильная, метоксильная или шреи-бутильная группы для ПМР-спектров или СГ3 - группа для 1аГ - ЯМР-спектров. Хороший реагент для получения отчетливой неэквивалентности диастереотопных химических сдвигов должен иметь определенные конформационные ограничения, так, чтобы диастереотопные группы находились в различных магнитно-анизотропных окружениях. Большое значение играет наличие бензольного кольца и функциональных групп, которые оказывают эффективное экранирующее или дезэкранирующее влияние на диастереотопные группы. [20]
Диастереотопные группы можно легко различить по их отношению ( рядом или удалены) к к. Так, геминальные атомы Н в каждой группе СН2 цикло-пентанояа К ( группа симметрии С2) диастереотопны, причем один атом Н расположен рядом с соседней метальной группой, а другой-удален от нее. Для конформаци-онно подвижных молекул, таких, как VII и VIII, данное взаимоотношение ( близко-далеко) между диастереотопными группами справедливо только для определенной кон-формации; однако мол. Хотя величина этого различия ( выраженная к. [21]
Согласно Хансону [8], если получают хиральную совокупность при замене точечного лиганда в ограниченной нехиральной совокупности точечных лигандов на новый точечный лиганд, то первоначальная совокупность является прохиральной. Следовательно, любая молекула, содержащая энантиотопные группы, является прохиральной. Атомы, которые несут энантиотопные группы [8] или стороны [9], также называют прохиральны-ми. Атомы с диастереотопными группами могут быть или не быть прохи-ралыгыми. [22]
В диастереомерных эфирах 0-метилминдальной кислоты [ например, в диастереомерной смеси ( R, R) - и ( К, S) - эфиров ] имеются диастереотопные метильные группы, протоны которых дают в ЯМР-спектре сигналы с различными химическими сдвигами [ 5, 14], В этом случае мы имеем два параметра: различные химические сдвиги и относительные интенсивности сигналов, которые будут прямо пропорциональны отношению R, R - и R, S - диастереомеров в смеси. S) - метилфенилкарбинолов ], необходимо, чтобы соблюдались следующие условия: а) реагент должен быть устойчивым к рацемизации в условиях получения производных; б) образование диастереомеров должно протекать количественно по отношению к энан-тиомерным субстратам, чтобы избежать неправильных результатов вследствие кинетического расщепления; в) не должно происходить обогащения одним из диастереомеров по сравнению с другим в результате любой очистки, например фракционной кристаллизации диастереомерной смеси; г) реагент должен содержать соответствующую метку ( или метки), которые обеспечивали бы хорошо различимые сигналы в ЯМР-спектре, такие, как например, метильная, метоксильная или шреи-бутильная группы для ПМР-спектров или СГ3 - группа для 1аГ - ЯМР-спектров. Хороший реагент для получения отчетливой неэквивалентности диастереотопных химических сдвигов должен иметь определенные конформационные ограничения, так, чтобы диастереотопные группы находились в различных магнитно-анизотропных окружениях. Большое значение играет наличие бензольного кольца и функциональных групп, которые оказывают эффективное экранирующее или дезэкранирующее влияние на диастереотопные группы. [23]
Однако Огстон [24] первым показал, что асимметричный реагент, такой как фермент, может реагировать с симметричным соединением, таким как лимонная кислота, различая его идентичные группы. Лимонная кислота ( 24) принадлежит к классу молекул типа Caabc, для которых отмеченный звездочкой атом углерода является прохиральным центром. В молекуле лимонной кислоты группы а ( - СН2СО2Н) являются энантиотопными и по отношению к плоскости, проходящей через НООС - С-ОН, представляют собой объекты зеркального отражения. В L-фенилал анине ( 28) две группы а являются протонами, а прохиральным центром является атом углерода С-3. Два протона в соединении ( 28) диастерео-топно взаимосвязаны благодаря хиральности атома углерода С-2, содержащего - аминогруппу. В принципе, диастереотопные группы можно различить физическими методами и как энантиотопные, так и диастереотопные группы различаются в хиральном окружении, что и делает фермент. [24]
В ротамере А группа ХА сближена с а и с, а группа Хв - с группами Ъ и с. В ротамере Б ХА сближена саиЪ, аХв - саис. Таким образом, в каждом ротамере группы ХА и Хв неэквивалентны. Более того, можно показать, что при всех возможных переходах между ротамерами А, Б и В, т.е. в процессе внутреииего вращения, никогда не может быть конформации, в которой ХА имеет точно такое же окружение как Хв. Даже в условиях быстрого внутреииего вращения, когда происходит усреднение индивидуального структурного окружения отдельно групп ХА и Хв во времени, истинного усреднения при сравнении этих групп между собой в данный момент времени происходить не может. В этом наглядно проявляется истинная неэквивалентность диастереотопных групп. [25]
В ротамере А группа ХА сближена с группами а и с, а группа XB - с группами b и с. В ротамере Б группа ХА сближена с группами а и Ь, а группа XB - с группами а и с. Таким образом, в каждом ротамере группы ХА и XB неэквивалентны. Более того, можно показать, что при всех возможных переходах между ротамерами А, Б и Б, т.е. в процессе внутреннего вращения, никогда не может быть конформации, в которой ХА имеет точно такое же окружение, как XB. Даже в условиях быстрого внутреннего вращения, когда происходит усреднение индивидуального структурного окружения отдельно групп ХА и XB во времени, истинного усреднения при сравнении этих групп между собой в данный момент времени происходить не может. В этом наглядно проявляется истинная неэквивалентность диастереотопных групп. [26]
Однако Огстон [24] первым показал, что асимметричный реагент, такой как фермент, может реагировать с симметричным соединением, таким как лимонная кислота, различая его идентичные группы. Лимонная кислота ( 24) принадлежит к классу молекул типа Caabc, для которых отмеченный звездочкой атом углерода является прохиральным центром. В молекуле лимонной кислоты группы а ( - СН2СО2Н) являются энантиотопными и по отношению к плоскости, проходящей через НООС - С-ОН, представляют собой объекты зеркального отражения. В L-фенилал анине ( 28) две группы а являются протонами, а прохиральным центром является атом углерода С-3. Два протона в соединении ( 28) диастерео-топно взаимосвязаны благодаря хиральности атома углерода С-2, содержащего - аминогруппу. В принципе, диастереотопные группы можно различить физическими методами и как энантиотопные, так и диастереотопные группы различаются в хиральном окружении, что и делает фермент. [27]
G дает ряд диасте-реомеров, то группы G диастереотопны. Замещение одного или другого диастереотоп-ного атома водорода на дейтерий приводит к диастереомерам, которые можно легко различить, обозначив их цис-транс, экзо-эндо или аксиальный-экваториальный. Диастереомеры могут быть хиральными, например производные приведенных выше трех моральных молекул, или ахиральными, например производные хлорэтилена, бициклобутана и циклогексана в конформации кресла. В 2-хлориндане ( Х1д) и в трициклической молекуле ( Х1з) наборы диастереотопных атомов водорода имеют энантиотопные аналоги. Поэтому замещение диастереотопных атомов водорода в этих молекулах на атомы дейтерия дает хиральные диастереоме-ры, даже если до замещения сами молекулы были ахиральны. При подходящем масштабе времени наблюдения ( см. разд. VI) диастереотопные группы отличаются по своим физическим и химическим свойствам ( например, по химическим сдвигам в ЯМР-спектрах, по скоростям реакций) даже в ахиральном вне-молекулярном окружении. Подход хирального или ахирального реагента к двум диастереотопным сторонам приводит к двум диа-стереомерным переходным состояниям. [28]