Химическая энциклопедия - динамическая стереохимия

раздел стереохимии, изучающий влияние пространств. строения молекул на скорости и направление р-ций, в к-рых они участвуют. Осн. характеристикой пространств. протекания р-ции является ее стереоселективность (или стереоспецифичность), определяемая стереоэлектронными требованиями, участием соседних групп и стерич. требованиями. Если исходные соед. и (или) продукты р-ции могут существовать в двух или нескольких стереоизомерных формах, часто наблюдается преимуществ. образование одного из возможных продуктов. Такое предпочтение одного пути р-ции наз. стереоселективностью (СС). Она определяется как отношение разности кол-в образующихся изомеров А и Б к их сумме, СС = (А Ч Б)/(А + Б). Протекание р-ции исключительно по одному пространств. пути из нескольких возможных наз. стереоспецифичностью, т. е. стереоспецифичной является полностью стереоселективная реакция. Р-ции стереоизомеров обычно протекают по неидентичным направлениям, приводящим к продуктам разного хим. или пространств. строения. Наиб. сложный случай р-ции быстро взаимопревращающихся конформеров, к-рые подчиняются Кёртина Гаммета принципу. При участии в р-ции двух центров образование и разрыв связей возможны с одной стороны к.-л. мол. фрагмента (супраповерхностно, с сохранением или обращением конфигурации обоих центров) или с разных сторон (антараповерхностно, с сохранением конфигурации одного реакц. центра и инверсией другого). Направление р-ции определяется наиб. энергетич. выгодностью и принципом наименьшего движения миним. изменений положений атомов и исходной электронной конфигурации, включая сохранение орбитальной симметрии (см. Вудворда-Хофмана правила).

Стереоэлектронные требования. Заключается в необходимости определенной пространств. ориентации орбиталей образующихся и разрывающихся в ходе р-ции связей. Одно из осн. требований расположение атомов, участвующих в элементарном акте р-ции, в одной плоскости (копланарность) или на одной прямой (коллинеарность). При этом обеспечивается благоприятствующее р-ции макс. или миним. перекрывание участвующих во взаимод. орбиталей. Эти общие правила проявляются в стереохимии р-ций разного типа. При бимолекулярном нуклеоф. замещении у насыщенного атома С атака реагентом происходит со стороны грани тетраэдра, противоположной уходящей группе. Переходное состояние тригональная бипирамида с радикалами R, R', R:, находящимися в экваториальной плоскости; заместитель X и уходящая группа Y занимают апикальные положения (см. Конформационный анализ):

При этом рвущаяся и завязывающаяся связи коллинеарны. Происходит обращение конфигурации центр. атома [правило SN2-замещения Инголда (Ингольда)]. Обычно оно носит назв. вальденовского обращения по имени П. Вальдена, к-рый обнаружил в 1898 изменение знака оптич. вращения яблочной и хлорянтарной к-т, являющееся следствием обращения конфигурации в одной из последовательно проводимых р-ций:

Мономолекулярное нуклеоф. замещение проходит через плоский интермедиат карбкатион RR'R:C⁺. Обычно возможна нестереоселективная атака с обеих сторон с рацемизацией (правило SN1-замещения Инголда). Если же в образовавшейся ионной паре уходящая группа затрудняет доступ к катионному центру со стороны разорвавшейся связи, наблюдается частичная инверсия конфигурации, причем степень рацемизации зависит от времени жизни карбкатиона в данных условиях:

Сохранение конфигурации возможно при связывании реакц. центра со стороны, противоположной уходящей группе. При замещении по внутримолекулярному механизму конфигурация сохраняется вследствие образования циклич. интермедиата, напр.:

Бимолекулярное электроф. замещение у насыщенного атома С идет через пентакоординированные интермедиаты разл. структуры. В случае ртутьорг. соед. конфигурация сохраняется, но в ряду кремнийи оловоорг. соед. наблюдается частичная инверсия конфигурации. Для мономолекулярного электроф. и радикального замещения характерна рацемизация. Электрофи радикальное замещение у алкенового атома С протекает с сохранением конфигурации двойной связи (Несмеянова-Борисова правило), вероятно, через циклич. переходное состояние. Напр., изотопный обмен атома Hg идет по схеме (звездочкой обозначен меченый атом):

Присоединение электрофилов к кратным связям протекает антараповерхностно с промежут. образованием p-комплекса, в к-ром доступ к атомам С открыт только со стороны, противоположной направлению первоначальной атаки, так что образуются продукты транс -присоединения:

Также реагирует тройная связь в р-циях с Вr2, НВr или при восстановлении. Каталитич. восстановление цис -стереоселективно:

Супраповерхностное цис -присоединение происходит при гидроксилировании олефинов под действием перманганата, при гидроборировании; оно включает циклич. интермсдиат или имеет многоступенчатый механизм. При 1,2-элиминировании действует правило копланарности четырех центров: в бимолекулярной р-ции отщепляются группы, расположенные антипсрипланарно, что для циклич. соед. соответствует диаксиальной конформации (правило Е2-отщепления). Поэтому для разных конформеров характерны разл. р-ции элиминирования, напр.:

При неблагоприятном расположении отщепляющихся фрагментов молекула должна предварительно претерпеть конформац. переход. Элиминирование в этиленовом ряду с образованием тройной связи подчиняется тому же правилу. Мономолекулярное элиминирование идет через карбкатион, и стереохим. направленность р-ции зависит от его времени жизни. цис -Отщепление через циклич. переходное состояние осуществляется, напр., при расщеплении ацетатов, ксантогенатов, аминоксидов. Стереоэлектронные требования, в первую очередь сохранение орбитальной симметрии, играют определяющую роль в пространств. направленности перициклич. р-ций. Циклоприсоединение и обратная р-ция циклоэлиминирования могут протекать супраили антараповерхностно (соотв. цис- и транс -присоединение). Диеновый синтез за редкими исключениями стереоспецифичен и дает продукты циc -присоединения.

Участие соседних групп. Проявляется, напр., в содействии сохранению конфигурации в р-ции нуклеоф. замещения при наличии в субстрате групп В нуклеоф. характера (OR, SR, NR2, O^-, OCOR, Hal, Ph), фиксирующих карбкатионный центр и находящихся в вицинальном положении к нему. Эффект этих групп заключается в образовании внутр. комплекса, так что в переходном состоянии экранирована та сторона карбкатионного центра, которая противоположна направлению движения уходящей (замещаемой) группы, и для атаки реагентом открыта только одна сторона:

Фактически на первой стадии происходит "внутренняя" р-ция