立体专一性
立体化学术语
立体专一性,立体化学术语。当一个反应中,互为立体异构体的反应物分别生成立体特征不同的产物时,此反应具有立体专一性。SN2反应和光延反应是典型的立体专一反应。这个概念需要与立体选择性相区别。立体选择性是指,反应机理允许生成两种产物,但实际上只有一个为主要产物。立体专一的反应都具有立体选择性。
基本概念
1、立体专一性;stereospecificity:一种指定的立体异构反应物,在反应中只得到相应的一种立体异构产物。或者说,立体异构不同的反应物生成立体异构不同的产物。立体专一反应必然是立体选择反应,立体选择反应却不一定是立体专一反应。
2、区域专一性;regiospecificity:当一个有机反应可以有几个可能的反应方向时,只按一个方向进行反应、生成一个结构异构产物时,则称为区域专一性。如卤化氢与不对称烯烃的加成反应,卤原子只加到含氢较少的双键碳原子上。
3、立体选择性;stereoselectivity:在有机反应中,同一反应物可以生成不等量的两个立体异构体,其中一个立体异构体的量远优于另一立体异构体时,则称此反应具有立体选择性。
4、化学选择性;chemoselectivity:有机化合物分子中含有2个或多个相同或不相同的官能团时,其中之一的官能团可与某试剂发生反应,而其他的不反应。这种官能团之间的反应性能的差异,称为化学选择性。例如巴豆醛分子中的碳碳双键与醛基都可被还原剂还原,但用硼氢化钠(NaBH4)作还原剂时,只还原醛基而不影响双键。
5、区域选择性;regioselectivity:在有机反应中,同一反应物可以给出两种或两种以上的结构异构的产物,其中一种产物的量远优于其他产物,是这种反应的特性称为区域选择性。
举例
SN2反应
卤代烃中的卤素可以被其他原子或基团所取代。反应中,卤素以负离子的形式离去,取代原子或基团则是一些亲核试剂。亲核试剂进攻缺电子的碳形成取代产物——亲核取代反应,用SN表示。
SN2机理:对溴甲烷的水解,反应是同步过程。亲核试剂从离去基团的背面进攻中心碳原子,首先生成较弱的键,同时离去基团与碳之间的键有一定程度的减弱,碳原子上的另外三个键也逐渐发生变化,由伞形到平面形,这需要消耗能量(活化能)。随着反应的进行,当达到能量最高状态即过渡态后,新键生成,旧键断裂,碳原子上的其余三个键由平面形重新变为伞形。整个过程象雨伞在大风中翻转一样。当反应物生成过渡态时,需要吸收活化能,过渡态为势能的最高点,一旦形成过渡态,即释放能量,形成产物。由于控制反应速率的一步是双分子,需要两种分子相互碰撞反应,故反应为双分子的亲核取代,表现为二级反应。
SN2反应的立体化学:
从SN2反应机理可以看出,亲核试剂从离去基团的背面进攻,其结果发生了构型的转化。Ingold等人将光活性的2—碘辛烷与放射同位素碘离子在丙酮中进行交换反应,结果发现,消旋化速率是交换反应速率的两倍,说明产物的构型发生了转化——瓦尔登(Walden)转化。反应物2—碘辛烷是S构型,经SN2反应后,构型完全转化,成为R构型,旋光方向相反,R、S构型形成一对外消旋体,旋光抵消,因此,消旋化速率是交换反应速率的两倍。
立体化学的证据支持了SN2机理,从构型的完全转化,说明了亲核试剂是从离去基团的背面进攻中心碳原子。绝大多数亲核取代反应属于SN2机理,大量的实验事实证明了这一点。因此,SN2反应总是伴随着构型的翻转,或者说,完全的构型转化往往是SN2反应标志。 为什么亲核试剂总是从离去基团的背面进攻?这是由于①从正面进攻会受到携带电子的离去基团的排斥;②从背面进攻能形成较为稳定的过渡态,降低反应的活化能。
Mitsunobu 反应
1967年,Oyo Mitsunobu 报导了在三苯膦(PPh3)和偶氮二甲酸二乙酯(DEAD)作用下酸和醇缩合成酯的新方法。当底物为仲醇的时候,与羟基相连的碳原子的构型会发生翻转。
经过多年的研究和发展,形成了一大类合成方法,我们称之为Mitsunobu 反应。这类反应被广泛应用在有机合成,特别是天然产物的合成中。
在Mitsunobu 反应中,DEAD 和三苯膦首先生成一个活性的甜菜碱式中间体(betaine intermediate),这个活性中间体夺取作为亲核试剂的酸的质子并同时活化醇,随后经过SN2取代,得到手性翻转的酯;将得到的酯水解,其净结果是醇的构型翻转。
反应在很温和的条件下进行,通常反应温度是在0oC到室温,大部分基团都不会影响反应。但亲核试剂质子的pKa值必须小于甜菜碱式中间体(betaine intermediate)的pKa 值(~13),否则亲核试剂的质子不能被中间体(betaine intermediate)夺取,反应不能进行。低极性的溶剂有利于反应,通常用四氢呋喃,乙醚,二氯甲烷和甲苯作为溶剂,有时候乙酸乙酯,乙腈和DMF也用作溶剂。
1991年,Eli Lilly 的化学家 Martin 和 Dodge 发现用p-硝基苯甲酸(PNBA)作为亲核试剂对立体位阻较大的醇的翻转更有效。Buszek和Jeong据此合成了Octalatin A和B的前体。
参考资料
立体专一性.911查询.
最新修订时间:2022-08-25 18:38
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