ІІ. Міграція фосфатокси-груп

Last updated
Save as PDF

Page ID: 28344

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

A. Механізм реакції

Спочатку два механізми розглядалися як можливості міграції фосфатоксигруп типу, показаного в еквалайзері 1. (Цей самий механістичний вибір існує для міграції ацилоксигруп і обговорюється в розділі В.А. Глави 8.) Перший з цих механізмів складався з пари конкуруючих, узгоджених реакцій, кожна з яких проходила через циклічний перехідний стан (Схема 1). ^3-7 Основна відмінність між цією парою полягала в тому, що в одній реакції один і той же атом кисню був пов'язаний з каркасом атома вуглецю як до, так і після міграції, але в іншій каркас мав інший атом кисню, приєднаний після міграції. Пропонуючи міграцію за допомогою комбінації цих двох реакцій, дозволило пояснити експерименти з підкладками, маркованими киснем, в яких лише частина міченого кисню була прикріплена до каркасу атома вуглецю після міграції. Результати ранніх досліджень сприяли цьому поясненню з двома реакціями, ^3—7, але результати пізніших досліджень вимагали його зміни, оскільки пізніші дослідження показали, що іонні проміжні продукти були залучені до процесу міграції.

Механізм, що задовольняє іонно-проміжну вимогу, показаний на схемі 2, де фрагменти β-фосфатоксирадикала 1 гетеролітично дають контактну іонну пару (CIP) 2. ^8-13 Ця іонна пара рекомбінується в розчинниках з низькою полярністю, утворюючи груповий мігруючий радикал 3, але в більшій кількості полярних розчинників CIP також може відокремлюватися, щоб стати іонною парою, розділеною розчинником (SSIP, 4), а потім вільними іонами 5. ¹⁰

Критична підтримка іонно-парного механізму міграції фосфатоксигруп походить від експериментів з лазерно-спалаховим фотолізом (LFP). Як SSIP 9, так і дифузно вільних радикалів катіон 10 можуть бути виявлені в дослідженнях, де LFP генерує радикал 6 (схема 3). ¹² Докази для CIP в цій реакції є непрямими, імовірно, тому що його термін служби занадто короткий, щоб дозволити пряме виявлення. Вивчення швидкості реакції в розчинниках різної полярності підтримує думку про те, що радикал 6 проходить через загальний проміжний продукт у формуванні або мігруючого радикала 8, або SSIP 9. Обґрунтованим висновком є те, що загальним проміжним є контактна іонна пара 7 (Схема 3). ¹² Ентропії активації, які однакові для утворення іонних пар у розчинниках з високою полярністю та групової міграції в розчинниках низької полярності, також сприяють загальному проміжному продукту, для якого 7 є основним кандидатом. ^10,12 Узагальнення цих результатів призводить до механізму реакції, запропонованого в схемі 2. (Формулювання в цьому пункті також міститься в розділі V.A.5 глави 8, оскільки інформація, що міститься, стосується механізму міграції ацилоксигруп.)

Міграції фосфатокси-груп не широко поширені в хімії вуглеводів; насправді всі зареєстровані реакції включають міграцію від С-2 до С-1 в піраноїдне або фураноїдне кільце. Ця ситуація існує тому, що стабілізація, що забезпечується кільцевим атомом кисню, є критичною при перехідному стані, що призводить до утворення радикального катіону. Дослідження реактивності безвуглеводних радикалів, показаних у рівняннях 4 і 5, є повчальним. Атом кисню повинен бути повністю здатний брати участь у стабілізації радикального катіону для розриву гетеролітичного зв'язку (еквалайзер 4). ¹⁴ Заміна метоксигрупи в субстраті в реакції, показаної в еквалайзері 4, на ацетильну групу, як це робиться в реакції, показаної в еквалайзері 5, запобігає утворенню радикального катіону, оскільки атом кисню з приєднаною групою відведення електронів не здатний стабілізувати достатню кількість переходу. стан, що веде до радикально-катіонного проміжного. ¹⁴

ІІ9 (4) .png

ІІ9 (5) .png

B. Відносні швидкості реакції

Відносні константи швидкості міграції фосфатоксигрупи в реакціях п'яти гексопіранозилбромідів 11 - 15 наведені в таблиці 1. ¹⁵ Константа швидкості реакції 6-дезоксиброміду 14 істотно більша, ніж для інших бромідів. Заміна відводить електронів ацилоксигрупи при С-6 атомом водню робить радикальний катіон 16 більш стабільним і при цьому стабілізує перехідний стан, що веде до нього (екв. 6).

ІІ9 (6) .png

Постійна швидкості реакції D -маннопіранозилу броміду 15 рішуче менше, ніж для реакцій бромідів 11 - 14. Одним з факторів, що сприяє цій зниженій реактивності, є підвищена стабільність радикала 17 порівняно з відповідними радикалами, отриманими з інших бромідів (11 - 14). Лише 17 залишається у відносно вільної від деформації, ⁴ С ₁ конформації, користуючись стабілізуючою взаємодією паралельних p _o, p _c та σ * орбіталей (табл. 2). ¹⁵ Щоб отримати вигоду від паралельно-орбітальної стабілізації, радикали, отримані з бромідів 11 - 14, повинні приймати менш стабільні конформації; наприклад, радикал, отриманий від 11, приймає конформацію човна B _2,5 18. ¹⁵ Оскільки міграція відбувається в кожному з радикалів 17 - 19, p _o, p _c, σ * орбітальна стабілізація втрачається, але для радикалів 18 і 19 ця втрата компенсується, при найменше частково, рухом до більш стабільної, ⁴ C ₁ конформації. Така компенсація означає, що перехідні стани для радикально-катіонного утворення від 18 і 19 не такі високі за енергією, як для реакції 17; отже, групова міграція для радикала 17 повільніше, ніж для 18 і 19.

Відповідна інформація про утворення та реактивність радикальних катіонів надходить з вивчення безвуглеводних систем. ^16,17 Нуклеофільне уловлювання катіона радикалу 21 метанолом (k< 1 x 10 ³ M ^-1 s ^-1) є повільним порівняно з абстрагуванням атома водню з 1,4-циклогексадієну (k = 6 x 10 ⁵ M ^-1 s ^-1) ( Схема 4). ¹⁷ Наскільки це спостереження є загальним, можна очікувати, що радикальні катіони матимуть більшу радикальну реактивність, ніж катіонна реактивність.

C. стереоселективність

Реакції, зображені в схемах 5 і 6, показують, що міграція фосфатоксигрупи є стереоспецифічним процесом; таким чином, епімерні радикали 22 і 24 дають продукту радикали 23 і 25 відповідно. ^1,15 Після того, як відбулася міграція, стереоселективна абстракція дейтерію завершує реакцію. Для радикальних 23 абстракція дуже стереоселективна, але це набагато менше для радикальних 25. Екранування α грані 23 осьової фосфатоксигрупою призводить до абстрагування дейтерію від β грані цього радикала (схема 5). Екваторіальна фосфатоксигрупа в 25 не настільки ефективна при форсуванні Bu ₃ sNd до протилежної межі піраноїдного кільця (схема 6).

Диференціальне екранування граней піраноїдного кільця впливає на здатність фосфатів 26 і 27 піддаватися утворенню нового кільця (ур. 7). Фосфат 26 дає рішуче вищий вихід глікалю 28, ніж його епімер 27. ¹⁸ Істотно менший вихід продукту від реакції 27 пояснюється стеричним перешкодою сусіднього фосфатного протиіона при циклізації радикального катіона 29 (схема 7). Коли 29 генерується з 26, однак, лічильник іон знаходиться на протилежній грані кільця і не перешкоджає циклізації (Схема 8).

ІІ9 (7) .png