стереоселективный синтез
СТЕРЕОСЕЛЕКТЙВНЫЙ СИНТЕЗ
реакции, предпочтительно или исключительно приводящие к образованию одного из возможных пространств. изомеров (см. изомерия). Такие реакции наз. стереоселективными. Например, при восстановлении 4-трет-бутилциклогексанона I с помощью Na[BH4] соответствующий спирт образуется в осн. в виде транс-изомера II:
Реакции, в которых исходными веществами служат стереоизомеры, превращающиеся в стереоизомерно разл. продукты, наз. стереоспецифическими. Например, при бромировании ма-леиновой кислоты III (цис-изомер) образуется 2,3-дибромянтар-ная кислота IV в виде трео-( b )-пары (рацемат), в то время как фумаровая кислота V (транс-изомер) в тех же условиях дает соед. IV в виде мезо-формы:
Все стереоспецифич. реакции обязательно стереоселективны, тогда как обратное утверждение не верно. Например, оба π-диастереомера этилового эфира β-хлоркоричной кислоты VI взаимодействуют с магнийорг. соед. с преимуществ. образованием одного и того же соед. VII. Следовательно, эта реакция стереоселективна, но не стереоспецифична.
Пример нестереоселективной реакции-гидратация Z- и E-2-бутенов VIII, приводящая в обоих случаях к рацемич. смеси R- и 5-2-бутанолов IX:
К реакций, в которой участвует соед., не имеющее стерео-изомеров, понятие стереоспецифичности не м. б. применено. Реакция такого субстрата м. б. только стереоселективной. Например, присоединение брома к метилацетилену X приводит к преимуществ. образованию транс-1,2-дибромпропа-на XI:
Обычно различают два вида селективности, один из которых относится к субстрату (субстратоселективность), а другой — к продуктам реакции (продуктоселективность). Субстратоселективность, проявляемую стереоизомерами, подразделяют на субстратную диастереоселективность и субстратную энантиоселективность. Субстратной энантиоселективностью в совр. терминологии называют превращения энантиомеров с разл. скоростями под действием цир-кулярно поляризованного света или нерацемич. хирального реагента.
Субстратная диастереоселективность обусловлена различием в реакц. способности диастереомеров относительно к.-л. реагента. Так, окисление диастереомерных циклогексанолов II и XII приводит к одному и тому же продукту XIII с разл. скоростями, напр. в 80%-ной уксусной кислоте kax/keq = 3,2 для след. реакции (ax-аксиальный, eq-экваториальный):
Диастереомеры могут превращ. в разл. диастереб-мерные продукты с разными скоростями (k1 > k2), как, напр., при дебромировании диастереомерных 2,3-дибром-бутанов XIV:
Различие в скоростях реакций диастереомеров м. б. столь значительным, что один из них оказывается нереакционно-способным. Например, (b)-1,2-дихлор-1,2-дифенилэтан XV де-гидрохлорируется в пиридине при 200 °C, а его мезо-изомер инертен в тех же условиях.
Диастереомеры могут превращ. в недиастереомерные соед., а также в соед. разного строения, что наглядно показано классич. примером перегруппировки Бекмана для Е- и Z-оксима XVI:
В 1971 И. Идзуми предложена классификация стереоселективных реакций, основанная на симметрии субстрата. В соответствии с этой классификацией реакции, приводящие к неравным количествам стереоизомеров, наз. стереодиффе-ренцирующими. В зависимости от природы субстрата к этому названию добавляют префиксы "энантио" и "диа-стерео" (если речь идет о стереоизомерах), "энантиотопно" и "диастереотопно" (если различаются группы), "энантио-фасно" и "диастереофасно" (в том случае, когда превращение затрагивает стороны субстрата).
Для возникновения энантиостереодифференциации требуется воздействие на субстрат хирального агента, в то время как для диастереодифференциации не требуется. Т. е., ключом к энантиодифференциации служит окружение (реагент, растворитель, катализатор), тогда как для диастереодифференциации такой ключ заложен в самой молекуле (пространств. затруднения, стереоэлектронные эффекты; см. динамическая стереохимия).
Под продуктоселективностью подразумевается тот случай, когда из одного субстрата предпочтительно образуется один, а не два или более стереоизомерных продукта. Однако понятие продуктоселективности' применимо также и к реакциям, в результате которых образуются два продукта (X и У). Тогда количественно селективность можно охарактеризовать либо соотношением продуктов (r), либо их процентным содержанием, либо избытком осн. продукта (е). Если количество [X] больше количества [У], справедливы след. соотношения:
Если число продуктов реакции превышает два, мерой стерео-селективности также является их соотношение или процентное содержание в смеси. Процент преобладающего стерео-изомера часто называют стереоселективностью реакции. Если в результате реакции возникает пара диастереомеров, мерой стереоселективности является диастереоселективность.
Образование диастереомеров в качестве продуктов реакции обязательно включает диастереомерные переходные состояния, энергии которых неодинаковы. В результате диастерео-меры всегда образуются в неравных количествах. Поэтому всегда, когда возможно образование диастереомеров, можно считать, что они получаются в неравных количествах. Наблюдаемое при этом соотношение продуктов контролируется или разл. относит. скоростями их образования (кинетически контролируемая стереоселективность), или константой равновесия продуктов (термодинамически контролируемая селективность), или и тем и другим факторами.
Факторы, контролирующие диастереоселективность, можно разделить на стереоэлектронные и чисто пространственные (стерические). Например, присоединение брома к малеи-новой кислоте III приводит к образованию 2,3-дибромянтарной кислоты IV в виде трео-(b)-пары, что хорошо объясняется на основании механизма реакции, протекающей исключительно как антиприсоединение (стереоэлектронный контроль).
Реакция Дильса-Альдера между циклич. диенами и несимметричными диенофилами в большинстве случаев протекает преим. как эндо-присоединение (стерический контроль):
Преимуществ. образование термодинамически менее выгодного аксиального спирта XVIII при восстановлении цикло-гексанона XVII-результат согласованного действия пространств. факторов: стерических затруднений, создаваемых для подхода гидрид-иона аксиальной метильной группой при атоме С-3 и объемностью восстанавливающего агента:
Термины "стереоселективность" и "стереоспецифичность" иногда употребляют в неск. другом смысле. Так, некоторые исследователи стереоспецифическими наз. реакции с высокой (более 98%) стереоселективностью, другие предлагают применять понятие селективности для отражения особенностей селекции изомеров исходного субстрата, а понятие специфичности-для характеристики протекания самой реакции и изомерного состава продуктов реакции. Частный случай С.с. — асимметрический синтез.
Лит.: Мислоу К., Рабан М., в кн.: Избранные проблемы стереохимии, пер. с англ., М., 1970; Идзуми И., Таи А., Стерео-дифференцирующие реакции, пер. с англ., М., 1979; Ногради М., Стереоселективный синтез, пер. с англ., М., 1989.
Е. Л. Гайдарова
