Рентгеноструктурное исследование стереоизомерных производных 3-азабицикло/3.3.1/нонана и декагидрохинолина. Влияние заместителей на тонкую геометрию молекул тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУН РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМ5НИ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКИХ НАУК им. А.Б. БЕКТУРОБА

На правах рукописи

ГЛАДИЙ Юрий Патрович

УДК ЬЧЪ.ЪЪЪШ.Ю

РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОВ ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕРЕОМЗО^РНШС ПРИЗ-ВОДНЫХ 3-АЭАБИЦИКЛ0/3.3.1/Н0НАНА И ДБКАШРОХИНОЛИНА. ВЛИЯНИЕ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ НА ТОНКУЮ ГБОМЗТШ МОЛЕКУЛ

(02,00.03 - органическая химия)

АВТОРЕ$ЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидат химических наук

Алма-Ата - 1991

Работа выполнена в Казахском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. Аль-Фараби, ордена Трудового Красного Знамени Институте химических наук им. А.Б. Бектурова АН РК й Алма-Атинском филиале Днсамбульского технологического института легкой и пищевой промышленности.

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Т.Т. Омаров, кандидат химических наук, СНС Г.С. Литвинекко

Официальные оппоненты:

доктор химических наук О.В. Агашкин, кандидат химических наук А.Ш. Куанышев

Ведущая организация:

Институт органического синтеза и угдехимии центрально-казахстанского отделения АН РК

Защита состоится "<№> 9 1992 г. в ¿А

часов на заседании специализированного Совета Д 006.04.01 ордена Трудового Красного Знамени Института химических наук им. А.Б. Бектурова АН РК по адресу: 480100, г. Алма-Ата, ул. Красина, 106, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в специальном фонде библиотеки Института химических наук АН РК.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного Совета, д химических- наук

Ержанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Ваднейией проблемой современной стереохимии является исследование закономерностей конформационного поведе-1шя циклических соединений и влияния на него различных внутримолекулярных взаимодействий. Актуальной задачей является объективное установление пространственного строения исслодуемых объектов для объяснения их химических и физико-химических свойств, биологической активности, интерпретации спектральных характеристик. В этой связи метод рентгэноструктурного анализа, как один из наиболее объективных методов исследования строения веществ, находит все большее применение. Удобными моделями для исследования информационных превращений являются бицикличес-пие соединения, особенно гетероаналоги бицикло/З.ЭЛ/нонана и декалина и их производные, которые находят применение в различных областях в качестве физиологически активных веществ.

Цель работы. На основании расвифровки структуры 19 кристаллов впервые синтезированных соединений:

Г. Определить конформацип и геоштрическке параметры ряда етэ-реоизомерных производных 3-азабицккло/3.3.1/нонана и дека-гидрохинолина;

2. Цутем анализа геометрических параметров молекул исследовать механизмы ослабления внутримолекулярных напряжений, вносимых заместителями;

3. Определить абсолатныэ конфигурации катионов оптических антиподов За-матил-^а-оксп-транс-декагидрохинолина в структурах оптических энангкокэров, используя в качестве асимметрического репера анионы ¿^-винной кислоты.

Научная новизна. - Установлено пространственное строение и определены геометрические параметры 19 новых соединений производных 3-азабицикло/3.3.1/нонана и докагадрохинолина;

- С учетом литературных данных определены условия стабилизации конформаций двойного кресла и ванна-кресло для производных 3-азабяцикло/3.3.]/нонана;

- Проведан конфоряационннй анализ изизнония геометрии производных декагидрохииолина с точки зрения отталкквампих взаимодействий валентно несвязанных атомов;

- Опредолены абсолютные конфигурации оптических антиподов изомеров 2-метил-4-окси-транс-декагидрохинолина в энантиомер-ных а -битартратах.

Практическая значимость. Объективные данные по составу и структуре исследованных соединзнай имэвт болывое значение для интерпретации их химических и фиэико-хиничвеких свойств, реакционной способности и биологической активности, позволяют более направленно вести исследования по синтезу новых веществ с заранее заданными свойствами. Найденные закономерности конфор-мационного поведения производных 3-азабицикло/3.3.1/нонана и декагидрохинолина вахны для ревения проблем теоретической органической химии. Полученные данные можно использовать в качестве справочного кате риала, для проведения теоретических к квантовохиыическнх расчетов, интерпретации спектральных СИК—, ЯМР-, ПИР- и т.п.) данных.

Защкааоиые положения.

1. Определение кристаллической и молекулярной структуры 19 новых соединений стереоизомзрных производных 3-азабицикло /3.3.1/нонана и декагидрохинолина;

2. Условия стабилизации конфориаций двойного кресла и кресло-ватт в ряду производных 2,4-дифвнил-З-аза- и 3,7-диазаби-цикло/3.3.Х/нонана;

3. Зависимость геометрических параметров молекул от природы, каста присоединения и пространственной ориентации заместителей на пришрз занзценних транс- и цис-дзкагидрохинолана (отличие геоизтрических параыгтров реальных иолекул от геометрических ларамзтров канонических структур); Определение абсолвткой конфигурации¿оптических антиподов 2а-метил-4а-окси-транс-дакагидрохинолина.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на III Всесовзноы совещании по органической кристаллохимии (Горький, 1981), конференциях молодых ученых и специалистов КазГУ ни. С.Н. Кирова (Алма-Ата, I9Ö7 и I9Ö9). По тока диссертации опубликовано 10 работ в центральных журналах.

Объем работы. Диссертация изложена на 169 страницах машинописного текста и состоит из введения, трах глав ~ литературного обзора, методики окспзришита н анализа экспериментальных данных, вклвчаюдих II таблиц и ¿6 рисунков, выводов, списка цитируемой литературы, содержащего 182 наименования, и 27 таблиц приложения, содерзацих координаты атомов и некоторые тор-сионныэ углы исследованных соединетай.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I поовящена обзору литературы по иоаледуемым соединениям. Для производных бицикло/3.3.1/нонана заместители оказывает существенное влияние на геометрию и конфориацип юлекул. Это влияние определяется, о одной стороны, природой и характером гетероатоыов п полярных групп и их положением в скелете бицикло/3.3.1/нонана. С другой стороны, характер и расположение заместителей вызывает появление, главный образом, стериче-оких напрямняй, для уменьшения которых молекулы изменяет своп геометрии о сохранением конформации, а для критических случаев - изменяет и конфорцацию. Для 2,4-дпзаиещентя производных би-цикло/Э.Э.1/ноиана геометрия и кенформация определяетоя характером и размером заместителей, а тахже наличием гетероатамов или полярных групп в положениях 3 и 9. Для 3,7-дизамеценных производных бйцикло/З.ЗЛ/нонана конформация двойного креола о экзо-замеотителями в положениях Э п 7 обычно сохраняется, однако, для эндо-замеотптелей в'этих положениях происходит переход в конформацио вапна-креоло, а при определенных условиях -и в конформацио двойной твиот-ванны.

Для производных декагидрохинолина замещение атомов водорода более обьемиотыми группами приводят к напряжениям и деформации молекул, наиболее характерными среди которых являютоя несвязыва1эщие 1,3-ди аксиальные в за кно действия заместителей между ообой и атомами водорода сиотемы. Характер деформации ("кручение или уплоиение циклов, изменение межплоско отных, валентных и тороионных углов, изменение длин связей) определяется оообениоотями строения оамой оиотемы и в каждом случае резуль-тируыцую геоиетрив молекул следует рассматривать конкретно.

В главе 2 изложена методика проведения дифрактометричео ких экспериментов п*расаифровки отруктур. Экспериментальные данные для воех соединений получены на ручном Окружном рентгеновском дифрактометре ДРОН-2,0 при нормальных условиях

графитовый монохроиатор, СО-метод). Криоталлы XIII и ХУК при комнатной температуре па воздухе оказываются неуо-тойчивыми, разлагаптоя, поэтому для XIII пабор интегральных кнтеноюшоотей был получен о 5 различных кристаллов и затеи пртаеден к общей шкале. Для ХУИ, чтобы замедлить процеоо раз-

локения, крноталл при оьошге был помещен в капилляр из целлофана, что внесло некоторую ошибку в экспериментальные значения интегральных интеноивноотей.

Вое расчеты выполнены по комплекоу программ "Рентген-75" на ЭВМ БЭСП-б. Структуры расшифрованы прямым методом, за исключением двух (I и 1У), определенных из анализа межатомной функции Патероона. Неводородные атоиы уточнены методом наименьших квадратов в полноматричном анизотропном приближенна. Атомы водорода локализованы из разноотних синтезов и включены в уточнение: *

а) в изотропном приближении - структуры I, II, 1У, У, УН, И-ХУ1;

б) о фиксированными температурными факторами т структуры III, У1, ЛИ, ХУП; ХПН (Ви30= 5,0 X2), XIX (Ви30= 4,0 X2).

Криоталлографичеохие характеристики иоследованных соединений и окончательные значения факторов расходимости при уточнении- отруктур предотавлены в таблице I.

Для соединения I был проведен более детальный анализ распределения электронной плотноо-ти вблизи атома азота, поскольку определение ориентации неподеленпой электронной пары атома азота нмеез принципиальное значение для интерпретации "больма-новоких полоо" в Ж-спектрах этих соединений. Полное уточнение структуры без атома Н на Н дало Й = 0,037. Проведенный на данном этапе разноотный оинтез выяви два пика электронной плотности, соответствующих и экваториальной, а акоиальной ориентации атома II о соотношениям интеноивноотей как 2:1. Раздельное уточнение каждого пика в качестве атома Н дало для экваториальной ориентации атома (I - 0,034 п индивидуальный тепловой параметр Виз0,3>1 К а мя ак0Еальа0й ориентации атома К «■ 0,037 и Ви30»« 8,3 1 . Таким образом, еоть оонованва выбрать в качеотве атша Н пик электронной плот но от и в экваториальной ориентации, а "размытую" электронную плотность в акок-альной ориентации считать неподелеяной электронное парой гвте-роатома. Проведенные аналогичные расчеты для соединения П даст такой же результат.

В структурах ХУШ и XIX выбор криоталдографичеоккх ооей проводился исходя из требований пространственного отроения анионов с1-винной киоаоты.

• - Таблица I

Криоталлогра$ичеокие характеристики иооледованных соединений, чиоло о*ракани4, иоподазован-ных в уточнаниз (Я), число независящие наводородаях атоиов (п) и Q —факторы

а, 1 в,х ! o, X i Проотр. группа i* 1 P ВЫЧ-, ! r* ou ! я < I 3 ! n í R

I 20,825(3) 10,506(1) 7;205(I) Cmo2j 4 I 23 543 13 0;034

II 31 i 620(3) 31,620(3) 6;829(1) - I4j0¿ 16 I 23 1359 24 0;053

III I3;585(2) 13,585(2) 2I;I62(3) X * 120 ' ?65 6 I 20 1692 31 0,052

1У 20;375(2) 10,-380(1) 7,-710(1) - Cmc2j 4 I 19 692 13 0;04I

У 11,470(2) 14,-902(2) I0;7I8(2) I05;92(5) P2j/o 4 I 22 2008 24 0,048

71 II;I43(2) 15,032(2) 10,626(2) 99¡23(5) P2j/o 4 I 23 1138 24 0,078

УН 12,943(2) 6;994(I) 20;873(3)' I25;0I(3) P2j/o 4 I 25 2242 22 0;054

УШ Ю;417(2) 18,145(3) I4;977(2) I30;53(5) P2j/o 4 I 15 2406 28 0;062

IX 8,-560(1) 10,233(1) I2;456(2) II3;70(2) P2j/a 4 I 12 1135 12 0;05I

X 9;037(I) II;684(I) 10,-655(2) 119,17(2) P2j/o 4 I 14 1093 12 0,048

XI 23;897(3) 23;897(3) ' 6,895(2) » IVa 16 I 14 1323 12 0,-063

XII 8;837(1) 10,846(1) 13,-084(2) 129,77(2) P2j/o 4 I 16 1205 12 0,053

XIII 8,933(2) 20,705(2) 10; 591(3) I02~6I(2) Р2т/о 8 I 16 1662 24 0;066

Х1У 12,829(2) 40,657(3) 8,289(3) - Pdi2 16 I 16 1137 12 0,049

Х7 17;469(2) И;Э25(2) 15,186(3) 92,92(2) P2j/o 12 I 12 2318- 36 0,067

ХУ1 7;5I8(I) I4;298(3) I2;649(2) I09;I9(2) P2j/o 4 I 19 1555 15 0,056

ХУН ' 7;964(I) 22 , 493(3) 11,929(2) 113,25(1) P2x/o 8 I 13 1630 24 0,085

ХУШ 7,208(1) 11,366(1) 21,565(3) - P2I2I2I 4 I 33 1423 ' 24 0,061

XIX 10,528(2) 7,715(2) 10,821(2) 109,49(2) P2I 2 I ,35 1410 23 0,066

- б -

Раздел 3.1 главы 3 поовящен опиоанив иоолоддванных структур производных 3-азабицикло/3.3.1/нонана и их обоуждетго. Среди этих соединений можно выделить три группы о характерной для каждой из них геометрией: двойного кресла С1-Ш, полу-креоло-креола (УН) и креоло-ванны (У, У1, ИИ), Для информации двойного креола характерны большие отеричеокие напряжения, вызванные взаимодейотвием анинной группы в положении Э о меткленовой группой в положении 7. Поскольку оредние значения длин овязей С-С в этих ооединениях.мало отличаются от соответствующего значения в циклогексане, то ослабление напряже-

ний в молекулах вызвано, в ооновном, за счет угловых деформаций. Для этой группы наблюдается увеличение угла между центральными плоокоотями циклов и уплощение крыльев молекул (соответственно, угла 6 , ^ и fj в табл. 2) по сравнению о теоретическими значениями 109,5 и 125,3°. Соответственно, валентные углы С(2)С(1)С(8) и W4)C(5)C(6) увеличиваются в среднем до 116,0(4)°, а С(5)0(6)0(7) и С(1)С(8)С(7) - в среднем до 113,8(3)°. В пиперидиновом цикле валентные углы С(1)С(2)Н(Э) в Н(3)С(4)С(5) стабилизированы экваториальными заместителями в положениях 2 и 4 и в ореднем принимают значения 110,7(3)°. Для этих соединений раоотояние Н(3)...С(7) ооотавляет 2,925-3,021(4) X, при этой максимальное значение соответствует спирту III, по-видимоиу, в результате взаимодейотвия фенклъных групп о экзо-замеотителем на Н(3) и увеличения межплоокоотного угла до 131,9°. Определенное влияние на аминную группу оказывает также, по-видимому, и акоиальная к пиперидиновому циклу гидрокоильлая группа, поокольку аналогичные деформации наблюдаютоя и для ооедииения II, в отличие от соединений I и 1У. В ооединении II 1,3-диакоиальные взаимодейотвия гидро-коильной и этинильной групп о соответствующими атомами Н при

Таблица ?

Некоторые геометрические характеристики колекул 1-УЩ

Соединение i 0,° ! и» о ! i Ч'р i Ф 0 i | <?3,° ] ! 4V° : 1 «з... 07,

I 116,4 124,6 124,9 139,8 118,7 2,935(4)

II 116,0 131,0 125,0 139,6 119,1 2,971(4)

III 116,7 131,9 123,3 DB,4 120,0 3,021(4)

1У 115,*» 124,7 120,9 142,2 123,7 2,925(4)

У •113,2 123,1* 122,8 127,0 124,0 -

У1 110,0 119,6" 126,6 127,8 123,4 -

УН III,6 168,6 126,8 134,0 121,5 3,186(4)

пи 110,3 125,3 119,8 124,7** 129,9 -

* цикл в форме ванны

С(2), СМ, С(б) и С(8) приводят к уменьшении угла С(1)С(9)С(5) до 105,7(2)° и увеличение длин связей C(l)-CÍ9) и С(5)-С(9) в среднем до 1,559 (О X по сравнение со средним значением остальных связей С-С в молекуле 1,287(0 t

В соединениях У, У1 и У1П образование ваннообразных конформаций вызвано, в основном, стерическими причинами. Для У и У1 два фенильных заместителя при CÍ2) и CÍ4) в аксиальных положениях приводили бы к большим стеричвским напряжениям, что в^уждаэт их занять экваториальнув ориентации). Образовании ваннообразных конформаций способствует, в одном случае, наличие оксогруппн в положении CÍ9), ослабляющее взаимодействие Я0) и С(9) (соединение У), и в другом случае - образование внутримолекулярной водородной связи 0(Ю)-Н.. .Я(3) (0(10)...N(3) 2,639(6) /.O(IO)HNÜ) 101(3)°) (соединение У1). Для соединения УIII образование ваннообразной конформа-

s «v о

ИЙ PW Л ou 11

u-P Q \f

У. У1 ^ HjC=UH%H УН1

ции вызвано, в основном, наличном объемистого заместителя при Н(7) в эндо-положении, а также наличием оксогруппы в положении С(9). Отсутствие 3,7-взаимодействия в соединениях У, У1 и /III приводит к уменьшение деформации формы кресла и ванны, что проявляется в уменьшении валентных углов в крыльях молекул, а также углов связи циклов С(2)С(1)С(8) и С0»)С(5)С(6) по сравнение с соответствующими значениями для конформации двойного кресла. Для соединения УШ эти значения приближается к тетраэдрическнм значениям и составляет в среднем 110,8°. Для соединений У и У1 внутримолекулярные взаимодействия приводят к различным значениям валентных эндо-циклических углов при сСб) и С(8) (среднее 111,4°.), С(2) и СМ (среднее 107,8°; и С(2)С(1)С(8) и С0»)С(5)С(б) (среднее 111,5°), однако, общая тенденция уменьшения углов по сравнение с конформацией двойного кресла сохраняется. Ооответствен-но, умэньиавтея и значения двугранных углов: угод 0 стремится к идеальному значение 109,5°, а двугранные углы в крыльях молекул (и формы кресла, л формы ванны) - к 125,3° (табл. 2). Для соединения У1 образование внутримолекулярной Н-связи уменьшает двугранный угол <fj до 119,6°.

Помимо угловых деформаций для ваннообразных конформаций наблвдается увеличение длин связей C(l)-C(2) и С0»)-С(5) в форме ванны в среднем до 1,566 X.

В соединении УН введение двойной связи fl(3)-C(4) в азотсодержащий цикл вызывает его уплощение до формы полукресла, двугранный угол C(2)R(3)C(4)-C(I)C(2)C(4)C(5) увеличивается до 168,6°, а расстояние Я(3)...С(7) - до 3,186(4) в результате ослабления 3,7-взаимодействия угол между центральными плоскостями циклов стремится к тетраэдрическому значение и составляет 111,6°, а двугранный угол в крыле карбоцикла fj принимает среднее значение 134,0° между соответствувщими зна-

О

II

РИ

ш

чвниями для конформаций двойного кресла и ванна-кресло. Повышенной значение его по сравнении с теоретическим значением 125,3° вызвано, по-видимому, сохранением в какой-то степени 3,7-взаимодействия, характерного для конформации двойного крэ-сла для бицикло/3.3.1/нонанов. Фенильныа заместители в молекуле имеет различнув ориентации: заместитель при С(2) находится в экваториальной ориентации и его плоскость образует о плоскостью С(1)С(2)С0»)С(5) угол 61,6°, тогда как заместитель при СОО находится в псевдоэкваториальной ориентации и соответствующий двугранный угол составляет 7,5°.

Межмолекулярные контакта в структурах 1-УП1 соответствует только ван-дер-ваальсовым взаимодействиям, что, по-видимому, является результатом экранирования аминной группы (в УН1 С"0 группы) экваториальными фенилышми заместителями и практически не оказывает влияния на внутримолекулярные взаимодействия.

В разделе 3.2 проводится описание строения исследованных структур производных декагидрохинолина и обсуждение их геометрии. Геометрия молекул определяется, в основном, особенностями пространственного строения изомеров Стране- или цис-), типом заместителей (СН3, ОН, "0Г ЙС), местом их присоединения и ориентацией в молекула. Геометрия молекул изменяется таким образом, чтобы ослабить возникавшие отталкивавшие взаимодействия валентно несвязанных атомов, при этом линейные и угловые параметры молекул находятся как бы в динамическом равновесии. Наиболее "чувствительными" к изменениям геометрии является значения тарсионных углов и в меньшей степени - значения валентных и межплоскостных углов и длин связей.

Межмолекулярные взаимодействия и требования упаковки молекул в кристалле играет определеннуо роль в строении изомеров, однако, их влияние меньше, чем внутримолекулярных несвязывао-

цих взаимодействий.

Влияние ориентации заместителя"можно проследить на прибора гндроксильной груши при С(5) в транс-изомерах декагидрохи-нолина: в экваториальной ориентации (IX) вследствие взаимодействия с экваториальным атомом Н при С0») происходит ее торсионное смещение в сторону "малого" атома Н при С(Ю)а приводящее к скручиванию циклов, в результата чего торсионный угол С(4)-С(Ю)-С(5)-0(12) увеличивается до 63,7°, а угол С(7)-С(б)-С(5)-0(12) уменьшается до 172,4°. В аксиальной ориентации (X) торсионная подлинность ОН-группы ограничена вследствие взаимодействия с 1,3-син-аксиаяьными атомами Н при С('>), С(7) и С(9), поэтоцу происходит ее отклонение от оси цикла о увеличением торсионного угла С(7)-С(б)-С(5)-0(12) до 64,7°.

|Ьса---\ ||3с V—

XI XII ' XIII

Аналогичные деформации циклов наблюдаются также и в структурах XI н XII.

Ангулярная метальная группа в положении С(Ю) (XI-XIII) уменьшает углы при четвертичном атоме углерода практически до тетраэдрических значений. Так, среднее значение валентных углов С(5)С(Ю)С(9), С(4)С(Ю)С(9) и С(4)С(К)С(5) для соединений XI—XIII составляет 108,7°, в то время, как для соединений без ангулярной метильноЯ группы (IX-X ., ХУШ, XIX) аналогичное значение составляет 111,6° (табл. 3). Длины связей четвертичного атома углерода с соседними атомами углерода увеличиваются до 1,54-1,55 X тогда как длины остальных связей С-С в цикле составляют 1,51-1,53 X.

Наиболее радикальное влияние ангулярнбй метильноЯ группы заключается в уменьшении угла сочленения циклов на 6-8° в соединениях XI и XII в результате отталкивания Qlj-группц с аксиальными атомами Н при CÜ), С(б) и С(8) по сравнению с соеди-

нениями без такой группы (IX и X) (табл. 3). 3$?акт отклг; ния аксиальной ОН-группы от оси цикла, характерный для со*;. и нения X, усиливается в соединении XII вследствие сблхжежы аксиальных атомов Н при СОО, С(7) и С(9) с ОН-группоЯ пол влиянием ангулярноЯ СН^-группн (торсиошшЯ угол С(7)-С(б)-С(5)-0(12) увеличивается до 68,3°).

Введение оксогруппы з положение С(5) (XIID приводит, с одной стороны, к уплосенип карбоцикла, и вследствие вэпимогл:/ ствия ео с ангулярной СН^-группоЯ угол сочлонония циклов уменьшается еяо больео - до 172,7 и 173,0° в двух независима молекулах. С другой стороны, оксогруппа, по-зидимому, пр;:ьо-дит к долокализации неподоленноЯ электронной пари атома аэгга и, следовательно, к уменьшению отталкивания послодноЯ с CHj~ группой, при этой угол отгиба фрагмента C(2.)N(l)C(9) увеличн ваотся до 57,4 и 57,2° относительно среднего значения 45,8° и спиртах XI и XII, что также способствует уменьсению угла сочленения циклов.

В производных цис-декагидрохинолина (Х1У-ХУП) моино ьь-делить два основные тенденции, опредолянщиэ их геометрии. С одной стороны, взаишюо отталкивание аксиальных атомов Н при С(3), С(5), с(7) и неподеленноЯ электронноЯ пары атома азота, ориентированных внутрь сложенных циклов, увеличивает угол сочленения, которыЯ для цис-декалина составляет 128,1° по сравнения ео 120е в идеальной случаз модоли твердых паров. С дру~ гей стороны, ангулярная иэтилъная группа в положении С(Ю) велвлеттю взаимодействия ее с аксиальными атомами Н при С(6) п С(8) стремится укэнызить этот угол. В результате, угол при . гсшао? значения от 124-126° в спирта ХУ до 118-121° в кетоне (табл. 3). При этом происходит выравнивание валентных углоп

оч ХУ1

ХУН

равнение геометрических характеристик соединений IX-XIX

! .¡Углы отгиба от плоек. Пг и 1Ь,°!о длинен«, ! ^ПхПг.° - , ■ .1 СЦГСЦ.*

IX

' h i ^ i <5 ! 183,3K 55,9 50,2 46,5 50,0

IÖ2,3* 48,0 49,1 51,1 49,5

XI

175,2 44,6 48,5 51,7 50,3 1,538(2)

XII

176,4 47,0 50,9 50,5 49,7 1,539(2)

XIII 172,7 57,4 49,7 45,7 51,0

173,0 57,2 50,3 47,7 51,6

1,5460) 1,543 0)

Х1У

123,2 50,9 49,8 49,5 47,5 1,528(5)

ХУ

123,9 125,0 126,3

58,1 46,9 51,5 50,6 56,3 47, T 52^3 49,1 60,8 52*7 55*6 48,0

1,534(4) 1.545(3) l(579(4J

ХУ1

122,4 52,4 49,0 50,3 50,3 1,535 0)

ХУП 118,0 60,0 51,4 38,7 53,7 1,560(7;

121,4 57,7 50,3 41,5 48,8 l|542(6.

ХУШ 184,1* 51,8 47,6 50,1 51,1

XIX

182,6* 51,7 48,4 51,8 49,7

Двугранный угол со стороны атома Н при С(9)

X

Таблица 3

Валентина углы.

Средн. торсион, углы, !

пипорид.ццкл! карбоцикл! | ! С^С10а;

57,5

53.6 113.2(1) 112,5(1) 109,1(2) Ш,2 Си

53,8

55,7 112,9(1) 110,9(2) 110,7(1) 113.2(1)

53.1

56,1 112,9(2) 107,0(1) 107,3(1) 109,9(2)

54.1

55,4 111.9(1) 108,5(2) 107.9(1) 110,6(1)

53,« 5бГ£

53,1 110,1(2) 107,6(2) 103.0(2) III, 4 (2) 54,1 110,0(2) 106,8(2) 107,8(2). III,4С2)

54,5

53,3 114,8(3) 109,7(4) НО,6(4) 110,70)

56,5 56) I 61.1

55,2

55,7

57^

112,7( 111,5 108,8 (

108 ПО 107

,9р) 108,90) ,2(2) 108*812) ,9(3) 107,4(3)

112,0(3) 110,0(2] 111,6(3,

54,8

55,4 115,0(2) 107,8(2) 109,5(2) 110,7(2)

59,4 57,9

50,7 113,0(4) Ш,0(4) 109,Ор) 111,2(3) 50,0 112.7(3) 109*8(3) 108,9(4) 111,7(4)

54,6 56,4 114,20) НО,80) 111,50) 113,80)

54,9 56,1 115,40) 108,6(4) 112,3(4) 112,60)

WH четвертичном атоко углерода и приближенно их к тетраэдры-(еским з .ачениям.

При введении в молекулу Х1У экваториальной гидроксильной группы в положение С(5) (ХУ) появляются дополнительные взаимо-лояствия метильной и гидроксильной групп, а также образуемые последней сильные водородные связи, которые могут вызывать внутримолекулярные взаимодействия в молекуле-комплексе. В кристалле имеются различные виды водородных связей, и соответственно их набору, - три вида независимых молекул - А. Б и В. Наиболее важной является аксиальная водородная связь, поскольку она создает дополнительные взаимодействия акцептора с атомами Н при С(5) и С(7). В молекулах ХУ Б и ХУ В, где такая связь имеется, угол С(5)С(Ю)С(П) увеличивается, соответственно, до 1Г2,7(2) и 115,0(3)°, а угол C(<t)C(l0)C(lI) уменьшается до 106,2(2) и 104,0(3)°; при этом большим углам соответствуют более короткие связи С(5)-С(Ю) - Г,500(3) и 1,491(4) X, а меньшим углам - более длинные связи С(4)-С(Ю) - 1,559(4) и 1,565(4) X. В молекуле ХУ А. где аксиальная водородная связь через атом азота отсутствует, угловая симметрия тетраэдра при С(Ю) сохраняется - все углы, образуемью метальной группой со связями цикла, близки к тетраэдрическим (108,0(3); 109,3(3), 109,7(3)), но длина связи С(Ю)-С(П) увеличивается до 1,572(5) А. Во всех независимых молекулах ХУ вследствие взаимодействия гидроксильной группы с Н при С(4) несколько увеличен по сравнению с теоретическим лись экзоциклический угол C(4)C(I0)C(5) (110,0-112,0(3)°).

Оксогруппа в положении С(5) вследствие уплоиения карбо-цикла усиливает взаимодействие его с ангулярной CHj-группой и уменьшает угол сочленения циклов в ХУП до минимальных значений. Деформации циклов транс-кетона XIII характерны и для инс-кетона и имеют близкие значения геометрических параметров: среднее значение эндоциклического валентного угла С(6)С(5)С(ГО) плоского фрагмента С(6)С(5)С(Ю)0(12) составляет 116,8°, среднее значение торсионных углов пиперидинового цикла увеличено до 58,5° относительно среднего значения 55,3° в насыщенных гетероциклах, двугранный угол С(2)Я(1)С(9)-С(2)С(3)С(Ю)С(9) увеличен в-среднем до 58,1°, в то вромя, как двугранные углы остальных пэри-плоскостеЯ молекул имеют гораздо меньшие значения (табл. 3).

Конформационная подвижность цис-декагидрохинолина способствует тому, чтобы максимально ослабить напряжения, вносимые в молекулу ноевязываюдими взаимодействиями. Например, а изомере ХУ1 взаимодействия заместителей между собой и с атомами в.о-дорода уменьшавт угол сочленения циклов до 122,4°, что подтверждает большую напряженность изомера. Длина связи С(5)-С(Ю) при этом увеличивается до 1,562(3) X и валентный угол С(Ю)С(5)0(12) уменьшается до 106,2(2)°. Однако здесь не происходит переход в альтернативную конформацию с транс-диакси-альным расположением аминной и метильной групп относительно карбоцикла (в которой находятся другие три изомера, исследуемые в работе), поскольку отталкивавшие взаимодействия, в основном, этинильной группы в положении С(5) с 1,3-син-аксиаль-ными С(3)Н2~ и IliDHj- группами, по-видимому, при этом будут значительно больше.

Обычный ронтгеноструктурный анализ не позволяет различать зеркальные формы. Однако, если в структуре присутствует несколько диастереомерных форм и известна конфигурация одной из них, то появляется возможность определить конфигурацию остальных. В качестве объекта с известной конфигурацией можно использовать анионы d -винной кислоты. Соединения ХУШ u XIX представляют собой оптически активные кристаллы с левым (ХУШ) и правым (XIX) вращением плоскости поляризации. Поскольку в обоих случаях абсолютная конфигурация d-винной кислоты известна, то используя ее в качестве системы для фиксирования тройки координатных векторов а, в и о, определена абсолютная конфигурация катионов: для дигидрата ¿¿-битартрата (-)-2а-мэтил-4а-оксн-транс-декагидрохинолина (ХУШ) - 2S ,4R , 9S , I0S и для моногидрата d -битартрата (+)-2а-метил-4а-ок-ои-трано-декагидрохинолина (XIX) - 2R ,9ft ,I0R .

В соединениях ХУШ и XIX с транс-сочленением циклов два ■ объемистых заместителя находятся в 1,3-диаксиальных положени-

ях и испытывает отталкивания между собой и аксиальными атомами Н при г(5) и С(9), что приводит к деформации молекул за счет отклонения заместителей от оси молекулы с уменьшением угла сочленения циклов со стороны атома Н при С(Ю) до175,9 . Двугранный угол с(3)С(4)С(Ю)-С(2)С(3)С(Ю)С(9) в ХУШ и XIX уменьжается до 47,6 и 48,4°, а торсионный угол С(2)-С(3)-С(4)-0(12) увеличивается до -68,6 и 69,9°, соответственно Сих идеальные значения составляют 54,7 и 60°). Аксиальная метальная группа при С(2) отклоняется еще больше - торсионные углы C(9)-N(I)-CC2)-C(II) и C(4)-C(3)-C(2)-C(ll) в среднем увеличивается до 74,0°. Для сравнения, метильная группа в экваториальной ориентации (IX и X) практически не вносит заметных искажений в каноническую конфигурацию, например, торсионный угол C(9)-N(D-C(2)-C(ll) в среднем составляет 178,7°.

Водородные связи в кристалле, хотя и в меньшей степени, чем внутримолекулярные взаимодействия, все же оказывает определенное влияние на геометрив изомеров. Например, в соединениях IX и X сильная водородная связь R-H...0 в аксиальном направлении способствует наибольвему отклонение фрагмента C(2)R(l)C(9) от центральной плоскости (IX), в то время, как экваториальная 0-H...N связь, наоборот, уменьшает отклонение фрагмента до минимума (X) (табл. 3). В соединении ХУ в молекулах Б и В сильные Н-связи через аксиально расположенную неподоленнув элект-роннув пару атома азота способствует внутрицикличееким отталкивающим взаимодействиям и увеличении угла сочленения циклов по сравнение с молекулой Л, в которой Н-связь с аксиальной недоделанной электронной парой атома азота отсутствует, и угол сочленения циклов имеет меньшее значение. В соединениях ХУШ и XIX небольшие различия в геометрии зеркальных антиподов 2а-метил-4а-окси-транс-декагидрохинолина связаны с различным окружением катионов в кристалле, в том числе, и с различным типом водородных связей.

Характерной особенностьв производных декагидрохинолина (как и других азагетероцикличесхих соединений), образующих соли (Х1У, ХУ1, ХУП1, XIX), является увеличение валентного угла С(2)П(1)С(9) в среднем до 114,9° относительно значений 110-113° для оснований, имеющих неподеленнув электроннув пару на атоме азота.

. ВЫВОДЫ

1. Методом рентгеностр/ктурного анализа определена молекулярная и кристаллическая структура 8 новых соединений ряда З-аэабицикло/З.З Л/нонана (1-УП) и 3,7-диазабицикло/3.3.1/

■ нонана (УШ):

а) установлена для производных 2,4-дифенил-З-азабицикло /3,3.1/нонана конформация двойного кресла С1-1У), полукрвсло-храсло (УП) и ванна-кресло (У, У1);

б) установлена для изомера 1,5-дифенил-3,7-диаллил-3,7-ди-азабиЦикло/З.3.1/нонана (.УШ) конформация ванна-кресло;

а) установлена аксиальная ориентация неподеленной электронной пары атома азота Я(3) в соединениях 1-УШ;

г) подтверждено экваториальное располоаение двух фенильных заместителей в положениях 2 и 4 для соединений I—/I и эквато-риалано-псевдоэкваториальное располоаение для соединения УП.

2. Выявлены общие закономерности изменения геометрических параметров производных З-азабицикло/З.3.1/нонана в зависимости от конфориации молекул:

а) для конфорыации двойного кресла стерические напряжения, вызванные, в основном, взаимодействием аминной группы в положении 3 и мотиленовой группы в полокении 7 приводят, во-первых» к увеличению углов кэзду центральными плоскостями циклов (и, соответственно, валентных углов) в среднем до 116,1° и, во-зторых, - к уплощения крыльев молекулы с увеличением валентных и кэзплосхоетных углов для карбоцикла в среднем до 113,8 и 140,0° по сравнэнив о идеальными значениями 109,5 и 125,3°; в пиг.аридиноэоы цикле фенильные заместители в положениях 2 и 4 стабилизируя» их тетраэдрическую гвоматрию;

д) для конформация ванна-креело отсутствие 3.7-взаииодейст-вия приводит к выравниванию формы кресла по сравненип о кон-форнацией дзойного кресла; для формы ванны валентные и двугран-ныэ углы также стремятся к идеальным значениям и отличаются от них на 1-2°; длины средних связей цикла в форме ванны увеличиваете« примерно на 0,03 X;

в) для конформации полукресло-крвсло двугранные углы и между центральными плоскостями, и в форм^ кресла принимав* средние значения между соответствующими значениями для конформаций двойного кресла и ванна-кресло, что свидетельствует о сохране-

нии в молекуле ослабленного 3,7-взаимодействия.

3. Методом рентгеноструктурного анализа определена молекулярная и кристаллическая структура Н стереоизомерных и 5-замещенных (ОН, "О, СН^, ОС) 2-мотил- и Ю-метил-транс- и цис-декагидрохинолина.

Проведен конформациинныи анализ геометрических параметров молекул: отклонения геометрических параметров от канонических копформаиий рассмотрено с точки зрения отталкивавших взаимодействий валентно несвязанных атомов. Показано, что хотя кристаллическая структура (особое место занимает водородные связи) и влияет на геометрии молекул,однако, в меньшой степени, чем внутримолекулярные взаимодействия; последние ее вызывает в молекулах такие изменения геометрии, которые ослабляет эти взаимодействия.

5. 3}>$екгы заместителей зависят от места их введения в циклическув систему и пространственной ориентации:

а) метильная группа при третичном углеродном атоме цикла при экваториальной ориентации не вносит существенных искажения в каноническус конформацив, аксиальная - в результате взаимодействия с 1,3-син-аксиальными атомами водорода смещается от оси цикла путем изменения, главным образом, торсионных и,

в меньшей степени, валентных углов. Ангулярная метильная группа уменьшает углы при четвертичном атоме углерода практически до тетраэдрических значений с увеличением длины связи СН^-С, или - при образовании аксиальной Н-связи На...Н-0 - наблвдает-ся искажение тетраэдра путем смещения метильной группы, при этом большим углам в тетраэдре соответствует более короткие связи;

б) гидроксильная группа в пери-положении цикла прк экваториальной ориентации вследствие взаимодействия с экваториальным атомом водорода в соседнем пери-положении смещается путом торсионного вращения в сторону малого атома - водорода при С(Ю) (скручивание циклов), аксиальная - отклоняется от оси цикла аналогично метильной группе;

в) аксиальные как метильная, так и гидроксильная группы уменьшает угол сочленения циклов;

г) карбонильная группа в пери-положении вызывает уплощение циклов и, вследствие межциклических взаимодействий, - уменьшение угла сочленения циклов;

д) при отталкивавших взаимодействиях валентно несвязанных атомов двух заместителей (например, СН^ и ОН в 1,3-диаксааль--ном положении) заместители отклоняется в сторону наименьяих пространственных взаимодействий путем изменения торсионных и, в меньшей степени, валентных углов и длин связей.

6» Используя анион d. -винной кислоты в качестве асимметрического репера, установлены айсолвтние конфигурации оптических антиподов 2а-иетил-4а-окси-транс-декагидрохинолина: d ХУШ - 2S ,4R ,9£ ,105» ив XIX - 2R ,9R ,I0R .

Основные результаты работы опубликованы в следувцих статьях:

1. Омаров Т.Т., Буранбаев M.S., Губин А,И., Сулейианов X. Т., Гладий Ю.П. К вопросу о конформационном эффекте п -пары

у 2,4-дифенил-3-азабцЦикло/3.3.1/нонан-9-она.// И. Общ. Химии. -1984.-Т. 54.-Вып. 2.-С. 440-443.

2. Буранбаэв МЛ., Гладий В.П., Омаров Т.Т., Q/лтанбаева Б.П., Зефиров Н.С. Кристаллическая и молэкулярная структура 2,4-Д1:фенил-3-(3-фенилпропин-2-ил)-3-азабицикло/3.3..1/нонан-9-ола. // Ж. Структ. Химии.-1990.-Т. 31.-» I.-C. 192-195.

3. Буранбаев МЛ., Гладий С.П., Онаров Т.Т., АлДаберге-ноз A.C., Аманжолоз И.А. Кристаллическая и молекулярная структура 2,4-дифэн11Л-9-амин-3-азабицикдо/3.3.1/нонана. // I. Структ. Хикнч.-1989.-Т. 30.-» б.-С. 168-170.

'». Буранбаэв 9.3., Гладий Ю.П., Омаров Т.Т., Губин А.И., Запорожская H.H., Оултанбаева Б.М., Зефиров Н.С. Кристаллическая а молекулярная структура б,б-диметал-цис-2,4-дифенил-3-аза-7-оксабицикло/З.3.1/нонан-9-она. // Химия Гетэроциоич. Соэд.-1990—.'k ГО.-С, I'iOU-1402.

5. Буранбаэв МЛ., Гладий 1).П., Омаров Т.Т., Губаяева А. 0., Палвлин В,А., Зефиров Н.С. йристаллическая и молекулярная структура 1,5-Д1:фЗ!П1Л-3,7-даалднл-3,7-дцазабицик »o/З.3,1/но-наи-9-она. // 3. Сгрукт. Химии.-1920.-Т. 31.-Ü I.-C. 169-192.

6. Гладий Э.П., Пяовонко Е.Г., Литвинснко Г.С., Буранбаев-¡1.3. Рентгеноструктурное исслодованио Ю-нотил-транс-дэка-г'лдрохшюлинона-5 и ого элитарных по С(5) спиртов. // Ирис» таллография,-1991.-T. Зб,-Вип. 2,-С. 399-404.

7. Гладий Ю.П., Яловенко Е.Г., Литвшшнко Г.С», Буранба-зв МЛ. Рэнтгеноструктурноз исследование Ю-нетал-цио-докаги;.

рохинолинона-5 и ого производных. // Кристаллография.-1991,— Т. 36.- ып. 2.-С. 405-410.

6. Гладий С.П., Буранбаов М.К., Яловеико Е.Г., Литви-ненко Г.С. Кристаллическая и молекулярная структура гидрохлорида Юг. -M3i3u-5t -этннил-5с-окои-цмс-декатидрохинолина. // Кристаллография.-1591.-Т. Зб.-Вып. 2.-С. 395-398.

9. Гладил С.П., Литвинонко Г.С., Буранбазв МЛ. Ронтго-ноструктурное исследование диастереомерных d-битартратов. Определение абсолвтной конфигурации производных декагидрохи-нолина. // Кристаллография.-1991,-Т, Зб.-Вып. I.-C. I2I-I27.

10. Гладий С.П., Ядовенко Е.Г., Литвиненко Г.С., Буран-баев М.К. Кристаллическая и молекулярная структура гидрохлорида 10-метил-цис-декагидрохинолина. // Кристаллография.-1990.-Т. Зб.-Вып. 4.-С. Ю19-Ю20.