книги из ГПНТБ / Краббе П. Применение хироптических методов в химии
.pdf70 Глава 2
метрически возмущенный) . Изучены т а к ж е эффекты Коттона продуктов конденсации димедона и дигидроре-
зорцина с аминокислотами и некоторыми |
пептидами |
|||
[390—394]. |
|
|
Таблица 8 |
|
|
|
|
||
УФ-спектры поглощения и ДОВ |
димедонильных производных |
|||
алифатических и алицнклических |
аминов |
|
|
|
|
УФ-спектр |
Д О В |
||
П р о д у к т конденсации |
поглощения |
Молекуляр |
||
днмедоиилп и аминов |
А, ИМ |
log е |
ная |
ампли |
|
туда |
а, град |
||
(S) -2-Аминопентан |
279 |
4,36 |
|
- 2 3 |
(S) -2-Амино-З-метилбутан |
279 |
4,42 |
|
- 8 |
(S) -1,3-Диметнлбутиламнн |
279 |
4,38 |
|
-21 |
(3R) -а-Амино-5а-прегнан |
280 |
4,43 |
|
+62 |
(3S) -В-Амино-5а-прегнан |
280 |
4,44 |
|
- 7 0 |
(35)-В-Амнно-17В-окси-5а-андростан |
281 |
4,42 |
|
- 8 4 |
(3S)-В-Амино-20В-оксипрегнен-5 |
280 |
4,43 |
-183 |
|
(3S) -В-Аминопрегнен-5-он-20 |
280 |
4,43 |
—192 |
|
(17R) -а-Амино-38-окси-5а-андростан |
297 |
4,50 |
+957 |
|
(175)-В-Амино-3(3-окси-5а-андростан |
298 |
4,51 |
-607 |
|
(35), (175)-ЗВ-17В-Диаминоандро- |
295 |
4,81 |
-1253 |
стен-4
В случае оптически активных арилалкиламинов эф фекты Коттона, обусловленные ароматическими перехо дами, могут давать иногда полезную стереохимическую информацию [67, 291, 396—398]. Очень часто, однако,
имеют дело со сложными эффектами Коттона на |
кривых |
|||||||
Д О В |
и К Д . К тому ж е |
изменение |
природы или |
положе |
||||
ния заместителя в ароматическом кольце влияет |
на |
знак |
||||||
и интенсивность эффектов Коттона, затрудняя |
иногда |
|||||||
определение |
конфигурации. |
|
|
|
|
|||
|
2.17. ДИТИОКАРБАМАТЫ |
И |
ДИТИОУРЕТАНЫ |
|
||||
Кроме производных |
аминов, перечисленных |
в |
разд. |
|||||
2.12 |
и 2.16, |
для |
определения |
конфигурации оптически |
||||
активных аминов и а-аминокислот |
т а к ж е довольно |
часто |
||||||
используют N-нитробензоильный [395] и дитиокарбамат - |
||||||||
ный |
[386, 387, |
399, |
400] |
хромофоры. |
|
|
ДОВ и КД |
функциональных |
групп |
71 |
Полосу при 340 нм для асимметрических |
дитиокарба- |
||
матов и дитиоуретанов |
связывают |
с п |
я*-переходом, |
тогда как полоса поглощения приблизительно при 280 нм относится к я -»• я*-переходу. Д л я п - * я*-эффекта Кот тона дитиокарбаматов было предложено [401—403] про
стое |
правило квадрантов . Это правило, изображенное на |
|||
рис. 19, позволяет предсказывать |
||||
знак эффекта Коттона. Замести |
||||
тели, попадающие в верхний пра |
||||
вый |
и нижний |
левый |
квадранты |
|
дают |
положительные вклады, тог |
|||
да как заместители в верхнем ле |
||||
вом |
и нижнем |
правом |
квадран |
|
тах |
дают |
отрицательные вклады |
||
в эффект |
Коттона. |
|
Рис. 19. Правило квадрантов для дитиокарбаматного хромофора [402].
Хотя эффект Коттона, связанный с п-*- я*-переходом хромофора NCS2, довольно слаб, правило квадрантов для дитиокарбаматов успешно применено для многих алифатических и алициклических аминопроизводных.
2.18. АЗИДЫ
Алкилазиды имеют довольно слабый переход вблизи 285 нм, приписываемый переходу электрона с несвязы-
вающей |
2/?у -орбитали, расположенной главным образом |
||||
на атоме |
азота N1, связанного |
с алкильной группой, на |
|||
антисвязывающую |
я5-орбиталь. Эта орбиталь |
относится |
|||
главным |
образом к 2р.т;-атомным орбиталям |
оставшихся |
|||
двух атомов азота |
( N 2 и N 3 ) . |
|
|
||
Было |
предложено правило октантов дл я |
азидного |
|||
хромофора |
[404—407]. Как и в случае насыщенных кето- |
||||
нов, только |
две поверхности, |
образующие октанты, хо |
рошо определены с точки зрения симметрии. Д л я того чтобы определить знак отдельного октанта, необходимо взглянуть на хромофор вдоль оси N3—N2 —N1 от N 3 по
72 |
Глава 2 |
направлению |
к N h причем иеподеленная пара электронов |
на Ni должна лежать в вертикальной плоскости, как по казано на рис. 20. Знаки азидных октантов являются такими же, как и у карбонильных октантов [404—407].
Передние
N 3
октанты октанты
Задние октанты
Рис. 20. Правило октантов для азидного хромофора [404].
Правило рассмотрено на примере ацетата 7а-азидо- холестерина 41. Так как большая часть тетрациклической
системы |
попадает в верхний |
правый октант, |
соединение |
|
41 обладает |
отрицательной |
молекулярной |
эллиптич- |
|
ностью |
( [ 0 Ь , = |
- 2 0 4 0 ° ) . |
|
|
АсО
42 |
4 3 |
|
Правило октантов для азидов можно применить для не которых азидосахаров, но при этом необходимо учиты вать как конформацию циклической системы, так и кон фигурацию заместителей [408].
2.19. АЗОМЕТИНЫ, НИТРОЗАМИНЫ, N-ХЛОРАМИНЫ, НИТРО- И НИ! РИЛОКСИПРОИЗВОДНЫЕ,
АЗИРИДИНЫ, ПИРАЗОЛИНЫ
В настоящее время имеется несколько правил, пред сказывающих знак эффекта Коттона в циклических азо-
ДОВ |
и |
КД функциональных |
групп |
73 |
||
метинах [409—412], |
|
нитрозаминах, |
нитропроизводных |
|||
[352—355, 413, 414], а также N-хлораминах [415]. |
|
|||||
Хромофор C = |
N |
в |
азометинах |
имеет слабую |
полосу |
|
поглощения около |
250 |
нм, которая |
становится оптически, |
активной в диссимметрическом окружении. Правило, основанное на многочисленных примерах, предсказывает,, что циклические азометины в конформации ( V I I I ) обла дают положительным эффектом Коттона, а отрицатель ный эффект Коттона обусловлен конформацией (IX) [409—412].
VIII |
IX |
В N-нитрозопроизводных оптически активных аминов переход nN—>п3 проявляется в области 370 нм, где об наруживается эффект Коттона, являющийся функцией стереохимии окружения хромофора [352—355, 413, 414]. Правило секторов, предложенное для этого хромофора [352—355, 413, 414], приведено на рис. 21.
На основании |
данных К Д многочисленных соединений |
было предложено |
правило секторов для нитрохромофора |
[10, 11, 413, 414, |
416], показанное на рис. 22. |
Были получены спиропиразолмновые производные мо нотерпенов, сесквитерпеновых лактонов, гомосопряжен-
ных диенов, а |
т а к ж е некоторых стероидов [419—424]. |
Азогруппа этого |
гетероцикла является оптически актив |
ной в асимметрическом окружении. Эффект Коттона
азогруппы, проявляющийся при |
330 нм, |
становится |
||
более |
интенсивным |
в присутствии |
соседнего |
карбонила |
[419—424]. |
|
|
|
|
Показано, что пиразолиновые производные флорибан- |
||||
дина |
и вермеерина |
располагают |
удобным |
хромофором |
для |
определения |
конфигурации |
метилен-у-лактонной |
группировки в этих изомерных сесквитерпеновых дилактонах. Действительно, пиразолиновое производное флорибандина 42 имеет положительную молекулярную эл липтичность ([0]з19 = + П 800°), тогда как пнразолин
74 |
|
Глава |
2 |
вермеерина |
43 |
обнаруживает |
отрицательный максимум |
на кривой |
КД |
([9]з24 = — 10000°) . Такие эффекты Кот |
тона означают, что диазометан присоединяется к метиленовой группе с а- и 6-сторон соответственно. Это сви
детельствует о цис- |
и гране-конфигурации у-лактона |
в этих сесквитерпепах |
[419—424]. |
Нитрилоксистероиды обнаруживают три слабых эф фекта Коттона в областях 270, 230 и 210 нм. Эти полосы на кривых К Д могут использоваться для определения
Рис. 21. Правило сек |
Рис. |
22. Правило секто |
|
торов для N-нитрозо |
ров |
для |
нитрохромо- |
хромофора [354]. |
|
фора |
[417]. |
положения гидроксильных групп, а т а к ж е для решения стереохимических задач [425].
N-Хлорамины и N-хлораминокетали имеют слабую полосу поглощения между 250 и 280 нм. Обнаружено со ответствие между стереохимией окружения хромофора и знаком эффекта Коттона [415].
Асимметрический |
центр в 2-алкилазиридине обуслов |
||
ливает образование |
устойчивого |
асимметрического атома |
|
азота при стереоселективных реакциях |
N-галогенирова- |
||
ния. Описаны кривые Д О В некоторых |
галогенированных |
||
азиридинов [426]. |
|
|
|
2.20. ТИОЦИАНАТНЫЙ |
ХРОМОФОР |
Опубликованы работы, посвященные исследованию оптических свойств изотиоцианатных [129] и метилизотиоцианатных [351] производных некоторых аминоспир-
ДОВ и КД функциональных групп |
75 |
тов, аминокислот и пептидов. Исследование ряда сте роидных тиоцианатов с помощью Д О В и К Д показало, кроме того, что переход при 250 нм является оптически активным [427]. Учитывая то, что этот переход качествен но напоминает п-*- л*-переход азидов, для тиоцианатного хромофора было предложено правило октантов (рис . 23) . Появление оптической активности, обусловленной азидным хромофором [404—407] (который рассматривается
|
Передние |
\ |
Задние |
|
Передние |
\ Задние |
/ |
<3. |
N |
С |
S |
a. |
N |
|
|
|
октанты |
! октанты |
|
октанты |
\ октанты |
|
Передний |
Задний |
октант |
октант |
Рис. 23. Правило октантов для тиоцианатного хромофора [427). |
|
как внутренне симметричный), позволяет высказать пред |
положение, что аналогичные представления могут быть
распространены и на |
изоэлектрический |
тиоцианатный |
хромофор (—S—C = |
N ) . Следовательно, |
оптическая |
активность, обусловленная этими группами, является следствием диссимметрического окружения. Таким обра зом, знак и величина эффекта Коттона таких соединений зависят от природы и расположения атомов вблизи хро мофора. Тиоцианатный переход приблизительно при 245 нм может принадлежать переходу электрона с несвязывающей Зру-орбитали, расположенной главным об разом на атоме серы, на антисвязывающую л*-орбиталь, образованную в значительной степени 2рж -атомными орбиталями углерода и азота [427].
Если смотреть вдоль оси от атома азота через атом углерода на атом серы (рис. 23), то плоскостями сим метрии являются: а) плоскость xz, содержащая атомы S, С и N и атом углерода группы R, связанной с атомом
76 |
Глава 2 |
серы; б) плоскость уг, |
ортогональная к плоскости xz и |
содержащая атомы S, С и N; в) слабо выраженная по |
|
верхность, замененная |
третьей плоскостью {ху), ортого |
нальной к другим плоскостям и проходящей через атом углерода в S — C ^ N - г р у п п и р о в к е [427].
Как и в случае азида, вращательная сила тиоцианатного хромофора слабее, чем вращательная сила карбо
нильной группы. |
Были получены кривые К Д различных |
||
тиостероидов и |
показана |
потенциальная |
применимость |
нового правила |
октантов к |
анализу вращательных вкла |
|
дов различных |
стероидных |
тноцианатов. |
Д л я изучения |
эффекта свободного вращения была т а к ж е исследована температурная зависимость К Д [427].
2.21.ФОСФОРСОДЕРЖАЩИЕ ХРОМОФОРЫ, ДИСУЛЬФИДЫ. СУЛЬФОКСИДЫ
ИДРУГИЕ СЕРУСОДЕРЖАЩИЕ ПРОИЗВОДНЫЕ
Кроме хромофоров, упомянутых выше, были |
изучены |
||
с применением |
методов Д О В и |
К Д некоторые |
другие |
серусодержащие |
функциональные |
группы. Среди |
иссле |
дованных групп необходимо упомянуть ксантаты [428— 432], дитиокарбоксильные производные [401—403], днтиокарбаматы[432], тнонокарбалкоксипроизводные [386,387, 433], тиогидантоины [21, 386, 387], ацилтиомочевины [434, 435], сульфиды [436, 437], дитианы [438—441], дитиоланы [442], тионы [730—732], (см. также тиоэфиры [735—737]), сульфоксиды и родственные соединения [443—461].
Описаны оптические свойства оптически активных органических сульфитов [462] и алкилсульфинилстероидов [463—465]. Обсуждалось, кроме того, влияние этиленацетальной, монотиоацетальной и дитиоацетальной групп на эффект Коттона, обусловленный соседней кетогруппой [466].
Изучение хироптических свойств и сопоставление эф фектов Коттона различных окисей и сульфидов фосфина говорит о прямом конфигурационном соответствии сульфоксидов и фосфиноксидов [467, 470]. Сходство в явле ниях К Д обеих систем позволяет предположить возмож ность существования правила замещения, которому под чиняются сульфоксиды и фосфиноксиды. При длине вол-
ДОВ и КД |
функциональных |
групп |
77 |
ны X, удаленной от центра оптически |
активного |
перехода, |
|
молекулярное вращение |
[М] пропорционально сумме всех |
||
переходов aJ/?//(a,2 — |
где ki и |
— длина волны |
центра полосы и вращательная сила /-го перехода [467— 470].
Соединения 44 и 45, как |
следует из результатов дру |
|||||
гих методов, имеют одинаковую абсолютную |
конфигура |
|||||
цию |
и различаются |
только |
замещением |
группы |
||
\ |
I |
|
|
|
|
|
S = 0 |
на С Н 3 — Р = 0 - |
|
группу |
и одну |
метальную |
|
/ |
I |
|
|
|
|
|
группу |
в пара-положении |
в |
ароматическом кольце 44. |
|
4 4 |
4 5 |
|
Кривые |
К Д сульфоксидов точно соответствуют по |
знаку |
|
и форме |
кривым |
К Д фосфиноксидов, что служит |
ясным |
подтверждением абсолютных конфигураций, определен ных независимыми методами [467—470].
Р я д работ посвящен исследованию хироптических свойств других фосфорсодержащих оптически активных
соединений (например, фенилфосфинатов, |
бифениленфос- |
|||
форных |
ионов, фенилфосфиноксида |
и т. д.) [467—484]. |
|
|
Исследованы т а к ж е оптические |
свойства асимметри |
|||
ческих тиепаионов-2 и политиолэфиров |
[485]. Д в а |
эф |
||
фекта |
Коттона вблизи 298 нм |
(/г->-я*-переход) |
и |
234 нм (я->-п*-полоса) принадлежат тиолактониому хромофору.
Дисульфидный хромофор (—S—S—) играет важную роль особенно в химии и биохимии. Эта функциональная группа имеет несколько оптически активных переходов в УФ-области [349, 438—441, 486—499]. Обычно, первый УФ-переход в дисульфидах с открытой цепью не являет ся оптически активным, тогда как этот переход в цикли ческих дисульфидах обладает большой оптической актив ностью [80]. Системы с шестичленным кольцом, вклю-
78 Глава 2
чающим дисульфидный хромофор, изогнутые в виде правой спирали, обнаруживают сильный отрицательный эффект Коттона около 280—290 нм. Такой переход обус ловлен внутренней диссимметричностыо хромофора. Вто рой эффект Коттона, противоположного знака, меньший по величине и более чувствительный к слабым воздей ствиям, проявляется приблизительно при 240 нм [80, 486—499]. Например, в ацетиларанотине 46, участвующем в метаболизме, наблюдаются три оптически активных перехода при 345, 310 и 268 им, принадлежащих дисульфидному хромофору.
4 6 47 4 S
Химическое превращение соединения 46, близко связан ного с антибиотиком глиотоксином 47, приводит к диолу 48. На кривой К Д этого диола имеется только три эф фекта Коттона ниже 230 нм (222, 210 и ниже 200 нм),
соответствующие |
циклическому |
дикетопнперазиновому |
||
хромофору [258, |
532, |
533] |
(разд. 4.1). Это показывает, что |
|
в ацетиларанотине |
46 |
оптически |
активные переходы |
в более длинноволновой области обусловлены дисульфидной группировкой [486—499].
2.22. ЭФИРЫ, ОЗОНИДЫ, НИТРОНЫ, НИТРОКСИЛЫ, ИМИНЫ, С-НИТРОЗОСОЕДИНЕНИЯ, ПОЛИЕНЫ И Т. Д.
Изучены оптические свойства некоторых алифатиче ских и циклических эфиров (тетрагидрофурана, тетра-
гидропирана) и |
их комплексов [500—505], а |
т а к ж е тио- |
||
эфиров [735—737]. Получены |
т а к ж е |
кривые |
Д О В озони- |
|
дов [506]. |
|
|
|
|
Получен ряд |
нитроксилов, |
среди |
которых |
исследован |
камфенил-грег-бутилнитроксил, который оказался опти чески активным свободным радикалом; изучен его К Д [507].
|
ДОВ и К.Д функциональных |
групп |
|
79 |
|||
О б н а р у ж е но по крайней мере четыре перехода, при |
|||||||
надлежащих нитронному |
хромофору |
('N^C=N—о) ; |
на |
||||
пример, слабая п->-л*-полоса |
приблизительно |
при 295 |
нм, |
||||
сильных |
я я * - п е р е х о д |
вблизи 230—250 нм, |
п -> а*-по- |
||||
лоса приблизительно |
при |
207 нм и |
четвертый переход, |
||||
вероятно |
я-»-я*-типа. |
В |
асимметрическом |
окружении |
эти переходы становятся оптически активными [508]. Фо тохимическое воздействие на нитроны приводит к оксази-
ранам. Оксазирановая |
группа |
\ ^ / ^ |
N—у — т а к ж е |
||
оптически |
активный |
хромофор, |
который |
обнаруживает |
|
по крайней мере два эффекта |
Коттона |
(вблизи |
225 и |
||
195 им) [509]. |
|
|
|
|
|
Изучены |
оптические свойства алифатических |
С-нит- |
розосоединений, которые имеют несколько оптически ак тивных переходов [510]. Кроме того, изучены хромофор ная азоксигруппа [511], имины [113, 512], уреиды [735— 737], З-метилпирролидинон-2 [513] и дитиокарбэтоксипро-
изводные |
антибиотиков |
[514]. |
|
|
|
Сопряженные полиены, относящиеся к каротиноидам, |
|||||
обладают |
несколькими |
эффектами |
Коттона между 200 |
||
и 400 нм [515—520]. Знак и интенсивность этих |
эффектов |
||||
Коттона |
отражает |
стереохимию |
хиральных |
концевых |
|
групп. Д а н н ы е Д О В |
и |
К Д позволяют установить корре |
ляцию соединений, принадлежащих к различным клас сам, и определить их абсолютную конфигурацию. Напри мер, была установлена хиральность каротина, а-крипт- оксантина, крококсантина и ксантофилла. Далее, с по
мощью Д О В |
и |
К Д показано, что хиральность у центра |
|
С-6 является |
одинаковой в |
природных (-Ь)-а-каротине, |
|
( + )-б-каротине |
и е-каротине |
[515—520]. |
Наконец, несколько работ было посвящено изучению оптических свойств соединений, в которых асимметриче скими центрами служат не атомы углерода, серы, фос фора или азота, а другие атомы (например, кремний, германий, селен, теллур и т. д.) [19, 20, 521—531].