Wyklad-6

STEREOCHEMIA
ORGANICZNA
Sławomir Jarosz
Wykład 6
Typowe energie (eV) i współczynniki orbitalne
X
+3.0
LUMO
1.5
C
1.0
Z
0
X
C
HOMO
-10.5
-9.1
-10.9
Z
-9.0
Typowe energie (eV) i współczynniki orbitalne
X
+2.5
C
Z
1.0
+0.5
LUMO
-0.5
C
-9.1
HOMO
X
Z
-8.2
-9.5
-8.5
Typowe energie (eV) i współczynniki orbitalne
X
+2.3
1.0
+0.7
LUMO
C
-0.3
-9.1
HOMO
Z
C
-8.5
-9.3
Z
-8.7
X
Drugorzędowe efekty stereochemiczne reakcji pericyklicznych
O
O
O
+
O
O
O
O
O
+
O
produkt uboczny
egzo
główny produkt
endo
O
O
O
+
O
O
endo
O
egzo
Kataliza reakcji Dielsa-Aldera kwasami Lewisa
CH3
MeO2C
reakcja biegnie
dość dobrze
typ Z
MeO2C
CH3
typ X
+ 10% izomeru 'meta'
CO2Me
Kataliza reakcji Dielsa-Aldera kwasami Lewisa
AlCl3
obniżenie
energii
O
CH3
MeO
CO2Me
reakcja biegnie
bardzo dobrze
MeO2C
CH3
CH3
CH3
MeO2C
MeO2C
AlCl3
+ 2% izomeru 'meta'
1,3-cykloaddycja dipolarna [3+2]
O
O
+
O
HOMO
O
+
O
N
O
CH2
+
+
N N
CO2Me
CO2Me
O
O
O
HOMO
N
N
C
LUMO
N
O
O
O
LUMO
N
N
N
LUMO
nLUMO
Reakcje pericykliczne w stanie podstawowym (termiczne) są
dozwolone wtedy gdy ogólna kiczba par uczestniczących
jest nieparzysta (2n+1) - procesy suprafacjalne
jest parzysta (2n) - procesy antarafacjalne
N
reakcje cheletropowe
Jest to sub-klasa reakcji cykloaddycji. Jedyna różnica polega na tym, że oba
nowe wiązania są tworzone na jednym atomie jednego z reagentów
procesy, które przebiegają łatwo
C
CH2
+
liczba par elektronowych = 2
(parzysta)
CH2
∆p
+
: SO
2
∆T
SO2
SO2
+ SO2
liczba par elektronowych = 3
nieparzysta
liczba par elektronowych = 4
parzysta
Reakcje pericykliczne w stanie podstawowym (termiczne) są dozwolone wtedy
gdy ogólna liczba par uczestniczących jest:
nieparzysta (2n+1) - procesy suprafacjalne parzysta (2n) - procesy antarafacjalne
procesy 1 i 3 powinny być antarafacjalne a proces 2 suprafacjalny
Karben singletowy
C
CH2
+
CH2
podejście suprafacjalne
HOMO
LUMO
LUMO
HOMO
podejście antarafacjalne
HOMO
LUMO
LUMO
HOMO
Reakcje cheletropowe
+ : SO2
SO2
+ : SO2
SO2
ułożenie grup metylowych
wskazuje na podejście suprafacjalne
S
HOMO
LUMO
S
Reakcje elektrocykliczne
∆T
hν
p ro c e s
k o n ro ta c yjn y
∆T
proces
dysrotacyjny
p ro c e s
d ys ro ta c yjn y
hν
proces
konrotacyjny
∆T
proces
konrotacyjny
proces
konrotacyjny
∆T
proces
dysrotacyjny
proces
dysrotacyjny
Przegrupowania sigmatropowe
Są to takie reakcje, w których wiązanie przesuwa się wzdłuż
systemu sprzeżonego w nowe położenie. Typowym przykładem
jest przegrupowanie [1,5] oraz [3,3]
H
H
LUMO
Jeśli proces jest uzgodniony ('concerned') to wiązania
powinny tworzyć się (i rozrywać) w tym samym czasie.
Ponieważ liczba par elektronowych jest nieparzysta (n = 3)
to proces powinien być suprafacjalny.
HOMO
H
250 oC
H
Me
D
Me
Et
Me
D Me
H
Et
Substytucja nukleofilowa (SN2) i elektrofilowa (SE2)
Podstawienie SN2 biegnie z inwersją konfiguracji, zaś podstawienie SE2 zwykle z retencją
E+
NuX
E (LUMO)
Nu (HOMO)
oddz.
antywiążące
oddz.
wiążące
O
AcHN
Cl
Nu (HOMO)
E (LUMO)
inwersja
oddziaływania
wiążące (1x)
inwersja
oddz.
wiążące
retencja
oddziaływania
antywiążące
BnO
BnO
BnO
E
X
Nu
R3Sn(-)
retencja
oddziaływania
wiążące (2x)
BnO
BnO
BnO
O
SnR3
AcHN
Burkhart, Kessler Tet. Lett. 1998
BnO
BnO
BnO
O
AcLiN
Li
Reakcja SN2 vs reakcja SN1
R
R
Nu
R
Nu-
OR
R=H
R = Ms, Ts etc
reakcja SN1 racemizacja
R
Nu
reakcja SN2 inwersja
R
= fenyl
= alkil
Eliminacja E-2 vs E-1
B
B
-
X
A
A
X
A
A
A
B
B
B
A
B
H
B
B
H
A
C
B
+
A
-H +
A
A
B
B
B
Substytucja nukleofilowa (SN2 vs SN2')
koniec miękki
duży współczynnik orbitalny c na LUMO
+δ
-δ
Cl
X
Nu-
LUMO
anionu
koniec twardy
istotniejsze oddziaływania kulombowskie
Chlorek allilu (elektrofil) angażuje swój orbital LUMO
nukleofil (np. CN-, RS-) angażuje swój orbital HOMO
Jeśli nukleofil jest miękki to oddziaływania orbitalne są istotne i atak następuje w pozycję γ
Jeśli nukleofil jest twardy to dominują oddziaływania kulombowskie i następuje atak na Cα
HOMO
anionu
LUMO
kationu
Rozdział racematu
A (50%) + ent_A (50%)
B*
A-B*
ent_A-B*
Różne związki
Mają różne własności fizykochemiczne
O
OH
CO2H
O
C6H13
CH3
O
CH3
O
oktanol-2
pirydyna
C6H13
O
enancjomery
H N
MeO
H
N
MeO
H
H
O
H
O
brucyna
OH
C6H13
NR3
*NR3
CO2H
O
OH
CH3
C6H13
CH3
Krystalizacja,
regeneracja
O
diastereoizomery
CH3
*
C6H13
1.
2.
Rozdział racematu wymaga przeprowadzenia go w układ
DIASTEREOIZOMERYCZNY.
Wtedy to są różne związki, które można rozdzielić
Rozdział mieszaniny racemicznej na CHIRALNEJ kolumnie
Kinetyczny rozdział racematu
tBuOOH
O
Ti(Oi-Pr)4
OH
winian (D lub L)
+
OH
OH
Kinetyczny rozdział racematu
przykład
A
O
Chx
szybko
Chx
OH
OH
O
OH
98%
2%
A = Ti(O-iPr)4, l(+)-DIPT
t-BuOOH, -20 °C
A
wolno
OH
O
Chx
OH
O
Chx
OH
62%
38%
Desymetryzacja symetrycznych pochodnych
1. Chemiczna
2. Enzymatyczna
O
O
O
H
H LiNR*
2
H
R
H
H
H
H
O
O
RO
O
OR
R
lub
R
H
H
H
O
O
O
OH lub HO
RO
R
OR
R
M. Majewski, et.al. "Chiral Lithium Amides on Solid Support: Synthesis and Applications in
Enantioselective Deprotonation of Cyclic Ketones" Tetrahedron Letters, 1999, 40, 8755-8758.
Reakcje enancjoróżnicujące
O
[H]*
CH3
Ph
H
Ph
OH
H
+
OH
CH3
Ph
CH3
%R %R + %S = 100 %S
ee = %R - %S
Reakcje diastereoróżnicujące
O
[H]
Ph
CH3
CH3
OH
OH
Ph
CH3
CH3
%A
+
Ph
%A + %B = 100
de = %A - %B
CH3
CH3
%B
Addycja do grupy karbonylowej
S L
Nu-M
R
M
S L
M
MO
O
R
Nu
główny diastereoizomer
LR
S
R
L
S
Cram
O
M
M
Felkin
(Anh)
O
Addycja do grupy karbonylowej
S OMe
M
R
S OMe
Nu-M
M
MO
O
R
Nu
główny diastereoizomer
S
R
OMe
MO
M
MeO
M
R
S
O
Felkin
(Anh)
Kondensacja aldolowa
tworzenie enolanów
kontrola kinetyczna szbciej tworzą sie izomery Z
szczególnie gdy mamy duże (stosunkowo) podstawniki
O
O
LDA
Li
R
R
R
Z
mały
duży
O
R = OMe
Z =
3%
R = Ph
Z = 100 %
Li
E
E = 97%
E = 0%
Kondensacja aldolowa
O
Li
HO
+
PhCHO
Ph
R
O
HO
R
syn
Ph
O
anti
R=H
50%
50%
R = t-Bu
98.7%
1.3%
O
Li
HO
i-Pr
OR
O
HO
R
i-Pr
O
R
R = Me Me
55%
45%
R=
< 2%
>98%
Me
R
Kondensacja aldolowa
Me
O
Ph
+
Li
O
OH
Ph
H
Me
HO
O
Ph
H
syn
Z-enolan
Me
Ph
R
R
R
O
O
+
Li
R
O
H
OH
Ph
H
Me
HO
O
Ph
R
anti
O
R
Kondensacja aldolowa
O
Ph
+
Li
O
Ph
OH
H
H Me
Me
HO
O
O
Ph
R
R
anti
R
enolan E
O
Ph
Me
+
Li
R
O
H
OH
H
Ph Me R
HO
O
Ph
syn
O
R
Kondensacja aldolowa
OH
O
zasada
+
H
H
Ph
Ph
OH
O
O
O
OH
Ph
Ph
OH
O
H
Ukierunkowana ‘directed’
Należy tak prowadzić reakcję aby uzyskać pożądany produkt
O
Ph
Kondensacja aldolowa
Ukierunkowana ‘directed’
Należy tak prowadzić reakcję aby uzyskać pożądany produkt
O
O
LDA
H
OH
Ph
[ enolan ]
O
Ph
H
O
OH
O
LDA
Ph
[ enolan ]
O
H
Ph
Stereoselektywne reakcje w układach cyklicznych
OR
RO
RO
RO
O
MsO
MsO
O
RO
OR
H
-
RO
RO
RO
OR
RO
RO
O
H RO
-
RO
RO
OR
O
RO
RO
OR
MsO
RO
RO
OR
RO
RO
RO
RO
O
RO
RO
RO
OR
RO
O
RO
OR
O
RO
OR
O
RO
OR
Stereoselektywne reakcje w układach cyklicznych
RO
RO
O
RO
RO
OR
RO
RO
Nu
RO
O
OR
OR
O
Nu
OR
OR
Nu
O
HO
O
RO
RO
HO
O
RO
RO
+
O
HO
RO
O
RO
RO
OR
HO
O
Nu
OR