STEREOCHEMIA
ORGANICZNA
SÅ‚awomir Jarosz
Wykład 6
Typowe energie (eV) i współczynniki orbitalne
X
+3.0
C
1.5
LUMO
1.0
Z
0
X
C
-9.1
-9.0
Z
-10.5
-10.9
HOMO
Typowe energie (eV) i współczynniki orbitalne
X
+2.5
C
Z
1.0
+0.5
LUMO
-0.5
C
X
Z
-8.2
-9.1
-8.5
HOMO -9.5
Typowe energie (eV) i współczynniki orbitalne
X
+2.3
1.0
C
+0.7
LUMO
-0.3 Z
C
X
-9.1
-8.5
-8.7
HOMO
Z
-9.3
Drugorzędowe efekty stereochemiczne reakcji pericyklicznych
O
O
+
O
O
O
+
O
O
O
O
produkt uboczny
główny produkt
egzo
endo
O
O
O
+
O
O
endo
O
egzo
Kataliza reakcji Dielsa-Aldera kwasami Lewisa
CH3
MeO2C
reakcja biegnie
dość dobrze
CO2Me
typ Z
CH3
MeO2C
typ X
+ 10% izomeru 'meta'
Kataliza reakcji Dielsa-Aldera kwasami Lewisa
AlCl3
CH3
obniżenie
O
energii
MeO
CO2Me
reakcja biegnie
bardzo dobrze
CH3
MeO2C
CH3
CH3
MeO2C MeO2C
AlCl3
+ 2% izomeru 'meta'
1,3-cykloaddycja dipolarna [3+2]
N
O +
N
+ +
CH2 N N CO2Me
O O
O
+
O O
CO2Me
O
O O
HOMO
HOMO N N
N
C N
O O
LUMO
LUMO
LUMO
N N
O
nLUMO
Reakcje pericykliczne w stanie podstawowym (termiczne) sÄ…
dozwolone wtedy gdy ogólna kiczba par uczestniczących
jest nieparzysta (2n+1) - procesy suprafacjalne
jest parzysta (2n) - procesy antarafacjalne
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
CH2 liczba par elektronowych = 2
C +
(parzysta)
CH2
"p
liczba par elektronowych = 3
:
SO2 nieparzysta
+
SO2
"T
liczba par elektronowych = 4
+ SO2
SO2
parzysta
Reakcje pericykliczne w stanie podstawowym (termiczne) sÄ… 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
CH2
C +
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
S
HOMO
LUMO
Reakcje elektrocykliczne
" T
h ½
proce s
proces
dysrotacyjny
konrotacyjny
h ½
" T
proces
proces
konrotacyjny
dysrotacyjny
" T
" T
proces
proces
konrotacyjny
dysrotacyjny
proces
proces
konrotacyjny
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.
H
Ponieważ liczba par elektronowych jest nieparzysta (n = 3)
to proces powinien być suprafacjalny.
HOMO
H
250 oC
H
Me
Me
D
D
Me
Et
Me
Et
Substytucja nukleofilowa (SN2) i elektrofilowa (SE2)
Podstawienie SN2 biegnie z inwersjÄ… konfiguracji, zaÅ› podstawienie SE2 zwykle z retencjÄ…
E+
Nu-
E
X
X
Nu
Nu (HOMO)
E (LUMO)
E (LUMO)
Nu (HOMO)
oddz.
inwersja
inwersja
antywiążące
oddziaływania
oddz.
oddz.
wiążące
wiążące (1x)
wiążące
retencja
retencja
oddziaływania
oddziaływania
antywiążące
wiążące (2x)
BnO
BnO
BnO O
O
R3Sn(-) BnO
O
BnO Li
SnR3
BnO
BnO
BnO
BnO
AcLiN
AcHN
AcHN
Cl
Burkhart, Kessler Tet. Lett. 1998
Reakcja SN2 vs reakcja SN1
R
R
R
Nu
Nu
Nu-
OR
R = H
reakcja SN1 R = Ms, Ts etc
racemizacja reakcja SN2
inwersja
= fenyl R = alkil
R
Eliminacja E-2 vs E-1
X
X
A A A A
A
B
A
B
B B
B B
H
-
H
A
B
+
A A
B
C
A - H +
B
B
B B
Substytucja nukleofilowa (SN2 vs SN2')
koniec miękki
duży współczynnik orbitalny c na LUMO
-
´
Cl
+
´
X
LUMO
anionu
koniec twardy
istotniejsze oddziaływania kulombowskie
Nu-
HOMO
anionu
LUMO
kationu
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 ł
Jeśli nukleofil jest twardy to dominują oddziaływania kulombowskie i następuje atak na Cą
Rozdział racematu
A (50%) + ent_A (50%)
B*
A-B* ent_A-B*
Różne związki
Mają różne własności fizykochemiczne
O
OH
CO2H
CH3
O
O
C6H13 CH3
O
C6H13
oktanol-2
pirydyna
O
enancjomery
N
H
MeO
H
NR3
MeO N
H
H
O
O
H
*NR3
brucyna
CO2H
CH3
O
*
OH
OH
C6H13
O
C6H13 CH3
C6H13 CH3
Krystalizacja,
regeneracja
diastereoizomery
1. Rozdział racematu wymaga przeprowadzenia go w układ
DIASTEREOIZOMERYCZNY.
2. Wtedy to są różne związki, które można rozdzielić
Rozdział mieszaniny racemicznej na CHIRALNEJ kolumnie
Kinetyczny rozdział racematu
t
BuOOH
O
Ti(Oi-Pr)4
+
OH
winian (D lub L)
OH
OH
Kinetyczny rozdział racematu
przykład
O O
Chx Chx
A
szybko
OH OH
OH
98%
2%
A = Ti(O-iPr)4, l(+)-DIPT
t-BuOOH, -20 °C
O O
Chx Chx
A
wolno
OH OH
OH
62%
38%
Desymetryzacja symetrycznych pochodnych
1. Chemiczna
2. Enzymatyczna
O O O
H H R R H
LiNR*2 H
lub
H H H H H H
O O O O O O
lub
RO OR RO OH HO OR
R R 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
OH
O
OH
[H]*
H
H
+
Ph CH3
Ph CH3
Ph CH3
%R
%R + %S = 100 %S
ee = %R - %S
Reakcje diastereoróżnicujące
O
OH
OH
[H]
Ph
Ph
Ph
CH3
+
CH3
CH3
CH3
CH3 %A + %B = 100 CH3
%B
%A
de = %A - %B
Addycja do grupy karbonylowej
L
L
S
S
Nu-M
R
R
M
M
MO
Nu
O
główny diastereoizomer
L
R R
S
L
S
M
M
O O
Felkin
Cram
(Anh)
Addycja do grupy karbonylowej
OMe
OMe
S
S
Nu-M
R
R
M
M
MO
Nu
O
główny diastereoizomer
R
R
S
OMe M
S
M
O
MeO
O
Felkin
M
(Anh)
Kondensacja aldolowa
tworzenie enolanów
kontrola kinetyczna szbciej tworzÄ… sie izomery Z
szczególnie gdy mamy duże (stosunkowo) podstawniki
Li
Li
O
O O
LDA
R
R R
Z
E
mały
R = OMe Z = 3% E = 97%
duży
R = Ph Z = 100 % E = 0%
Kondensacja aldolowa
Li HO O
HO O
O
+ PhCHO
Ph R
Ph R
R syn
anti
50%
R = H
50%
1.3%
R = t-Bu
98.7%
Li
HO O
HO O
O
i-Pr R
i-Pr R
OR
45%
55%
R = Me
Me
>98%
< 2%
R =
Me
Kondensacja aldolowa
Me
Me
O
HO O
+
O OH
Ph
O
Ph
Li
Ph R
H
H
R
syn
R
Z-enolan
Me
O
+
O
Me
HO O
Li
OH
O
H
Ph R
H
Ph
Ph R
R
anti
Kondensacja aldolowa
H
O
HO O
+
O OH
Ph
O
Ph
Li
Ph R
Me
H
R
Me
anti
R
enolan E
O
+
O
H
HO O
Li
OH
O
H
Ph R
Me
Ph
Ph R
syn
R
Me
Kondensacja aldolowa
OH O
O
O
zasada
+
H
H
Ph
OH O
OH O
OH O
Ph
Ph Ph
Ph H
Ukierunkowana  directed
Należy tak prowadzić reakcję aby uzyskać pożądany produkt
Kondensacja aldolowa
Ukierunkowana  directed
Należy tak prowadzić reakcję aby uzyskać pożądany produkt
O
O
OH O
Ph
LDA
[ ]
enolan
H
Ph H
O
OH O
O
LDA H
enolan
[ ]
Ph
Ph
Stereoselektywne reakcje w układach cyklicznych
OR
MsO
OR
MsO
RO
O
O
O
RO
RO
RO
RO
RO
MsO
RO
H
OR
OR
H OR
-
-
RO
RO
RO
RO
RO
RO
O
O
O
RO
RO
RO
RO
RO
RO
RO
RO
OR
OR
OR
RO
RO
O
O
RO
RO
RO
RO
OR
OR
Stereoselektywne reakcje w układach cyklicznych
RO RO RO
O O O
RO RO RO
O
+
OR OR OR
O
RO
RO
O
O
RO
RO
Nu
HO
HO
Nu
OR
OR
Nu
HO
RO
RO
O
O
RO
RO
OR
OR
HO
Nu