Стереохимия и хироптические свойства непланарных амидной и нитрозаминной групп в трехчленных азотистых гетероциклах тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНОВ ЛЕНИНА И ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩ® И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И.В. ЛОЮНЗООВА

pro 0D

„ ,-nrt Химический факультет

1 5 MAR 1993

На правах рукописи УДК 54I.6.E7.653:543.42:547.71

КАЧАНОВ Александр Валентинович СТЕРЕОХИМИЯ И ХИР01ТШЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕПШАРНЫХ А1ВДНОЙ И НЩРОЗАШНЮЙ ГРУПП В ТРЕХЧЛЕННЫХ АЗОТИСТЫХ ГЕТЕРСЦИКЛАХ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва 1992

Работа выполнена в лаборатории химии иутагенов и биостимуляторов Института химической Физики им. H.H. Семенова РАН.

Научные руководители: доктор химических наук, ведущий научны,

сотрудник Г.В. Шустов,

доктор химических наук, профессор Р.Г. Костяновский. <

Официальные оппоненты¡доктор химических наук, профессор

Ю.А. Устынюк, кандидат химических наук В.М. Демьянович.

Ведущее предприятие - Институт элементоорганической химии

им. А.Н. Несмеянова РАН.

Защита диссертации состоится "31 " карта 1993 г. в '{/

часов в ауд. 337 на заседании специализированного Ученого совета Д 053.05.46 по химическим наукам при Химическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: Москва, В-234, Ленинские горы, МГУ, Химический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ.

Автореферат разослан *ЛЛ 1993, г.

Ученый секретарь ' /

специализированного Совета П (

кандидат химических наук У уТ* Т.В. Кагдесиева

лтуальность исследования. Неординарные химические и спектроскопии еские свойства непланарных амидов и нитрозаминов, а также юс потенциальная фармакологическая активность привлекают•широкое внимании ^следователей. В последнее время эти соединения используются для оделирования действия протеолитических Ферментов, решения проблемы роксхозденил барьеров вращения и как хиральные' реагенты для асим-етрического синтеза. Нэпланарная амидная груша содержится в при-одных р-лактаыных антибиотиках (пенициллинах и цефалоспоринах) я бнаруяквается в некоторых пептидах.

Очевидно, что для развития химии, стереохимии и практического спользования непланарных амидов и нитрозаминов важное значение имэ-т распознавание этих соединений а растворах и определение абсолпт-ой конфигурации их оптических изомеров. Обе задачи репавтса одно-рвменно с помоцыэ спектроскопии кругового дихроизма (КД) на основе пин волн эффектов Коттона (ЭК) п правил хиральности, связывающих паки ЭК с абсолютной конфигурацией молекулы. Разработка и надежное рименение подобных критериев и правил требует исследования старео-кмии и хироптических свойств как можно более широкого круга кепла-ирных амидов и нитрозаминов различных структурных типов. Одним из 1ких типов являются малоизученные амиды м нитрозамины с атомом азо-1 в трехчленной цикле.

;ль работа. Исследование стереохимии и хироптических свойств Я-ацил-»иридинов, 1,3-диалкилаэиридинонов (<<-лактамов) и ГС-нитроэазири-гнов, содержащих непланарные амидный н нктрозаминный хромофоры. ручная новизна и практическая значимость. Синтезированы новые опти-!ски активные 1,3-ди-трет-алкилазиридиноны, Я-ацилзамещенные ази-дины, диазиридины и оксазиридины и изучены их спектры КД. Опти-ски активные Я-нитрозаэкридины впервые зарегистрированы по спекал 'ВД.

Проведены неэкпирическив квантово-хиыическив расчеты высокого

Т?овня (б-ЗК и стационарных и синглетно возбужденных сос-

тояний простых моделей - 1-формилазиридша, 1,3-диметилазиридина, -нитрозазиридина и его 2-метил- и 2,3-дшетильных производных.

Найдены факторы, определяющие конфигурационную устойчивость и )авновесную заселенность изомеров с право- и левоспиральной хирадь-юстьга непланарных аиидного и нитрозаминного хромофоров в трехчлен-¡ых азотистых гетероциклах.

Определена орбитальная природа низших синглетно возбувденных ;остояний этих хромофоров и предложены правила хиральности, связы-¡ащие знак эффекта Коттона п.-'к* перехода с абсолютной конфигураций молекулы.

В ходе исследований разработана схема синтеза (^-симметричных 13иридинов, в том числе ди-изо-пропилового эфира природного анти-5иотика - .{23,33)-азиридин-2,3-дикарбоновой кислоты. апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались ю объединенном 'семинаре органических лабораторий ИХФ РАН и на 4-й Международной конференции по круговому дихроизму (Бохум, ФРГ, 1991) без публикации тезисов), основное содержание диссертации опублихо-)ано в трех статьях, две статьи направлены в печать. 'бьем и структура работы. Диссертация изложена на 113 страницах шшшописного текста и состоит из литературного обзора по структурам особенностям и хироптическим свойствам непланарных амидов и !итрозаыинов, обсуждения результатов, экспериментальной части, вы-юдов, приложения и списка литературы из 158 наименований, содержи 17 рисунков и 14 таблиц.

I. Непланарная амвдная группа в Я-ацилазиридинах и 1,3-диалкил-азиридинонах.

Включение атома Я аыидной группы э напряженный трехчленный

^П'ОО амидное сопряжение, в результате чего этот атом имеет пирамидальную конфигурацию в основном состоянии. Непланарность аыидной групш в Я-ацилазиридинах и 1,3-диалкилазиридинонах ( <<-лактамах) установлена ранее (Р.Г.Костяновский и др., 1967, 1968; А.н.-]. е^ , 1972) по данным структурных исследований оптически неактивных соединений. Однако, практически не были изучены хироптические свойства трехчленных амидов и отсутствовали надежные данные по их инверсионным и конфорыационным превращениям.

1.1. ¡^-Ацилазиридины и подобные им амиды.

Оптически активные й-ацилазиридины (1-4), содержащие "чистый" ададный хромофор, получены из соответствующих ПН-азиридинов под действием хлорангидридов кислот (в присутствии ЕЦЯ) или бисСтрифтор-метил)кетена. Аналогично синтезированы оптически активные Л-ацил-замещенные диазиридины (5,6), оксазирвдины (7,8) и азетидин (9), а также диметиламид (10).

(гяхг) й=сн(сг3)г в=ме

(5-5)-(8)

Ме в*)-(9)

(5)-(<0)

Соединения (5-8) должны обладать еще более непланарной амидной группой, чем S-ацилаэиридины из-за -I-эффекта гетероатома, связанного с атомом Н этой группы, тогда как амиды (9,10) фактически пла-нарны. Таким образом, получен ряд амидов с повышением степени непла-нарности: (10)-»(9)-*(1-4)-»(5,6)-»(7,6).

I.I.I. Теоретическое исследование Я-форыилазиридина.

S-Формилазиридин (II) является одним из простейших трехчленных амидов. Согласно расчету ab initio в базисе MP2/6-3IG-", полностью оптимизированная структура втого соединения характеризуется пирамидальным атомом R и внутренне хиральной амидной группой, т.к. энергетически наиболее выгоден син-клинальный ротамер isc-(II), стабилизованный аыиднш rvjj-iiQQ сопряжением.

^ ар-СИ) (6.9< хкал/мол4)^>

>

vSc-(«) (Евтн'О TSirw (б-3г оль) -&с-(И) (О kk«»Vmo*)

Sp-(<<) (3.S кквл/иом) Схема I

Отклонение от максимального "jj-^qq перекрывание в ±Зс-(И) обусловлено вваимодеЯствиеы уолшевской u^-орбиталм цикла с Тф-орби-тадьа. Результатом последнего является так&е удлинение 1ф0кскыальн0я свяан СЯ авяридшового цикла:

С

изоА

А

Барьеры врщеиля вокруг связи М-С(О) в Я-фэрмилаэнридине (II) 1амного ниже, чем в планарных амидах (^20 кхал/моль), т.к. при пира-

;рпвнению с переходными состояниями - син- и анти- перипланарными эотамерами $р- и ор-(1Г). Более низкая относительная энергия ер-СП) связана с меньшим, чем у ар-ротамера, диполь-дипольным взаимодействием цикла и связи 00, а также с большей стабилизацией за счет

Рассчитанный барьер инверсии Я-<^ормилазиркдина СП) самый низкий из известных для азирединов, что свидетельствует о хорошей стабк лиэации пленарного состояния (ТБ;^) амидным сопряжением.

Таким образом, разделение и -ее энантиомеров ГС-ацилазириди-нов в нормальных условиях невозможно, а термодинамическая предпочтительность одного из ротамеров может реализовываться только при наличии углеродного хирального центра, это условие выполняется в Я--ацилазиридкнах С1-4).

1.1.2. Хироптвеские свойства Я-ацилазиридиноа.

По спектрам ВД Я-ацилазиридинов (1-4) наблидалэтея, в основном, два интенсивных ЭК с противоположными знаками (табл.1), которые воспроизводятся расчетом аЬ ¡гйЬо в базисе о-31+Сг* низших синглет-ных состояний +5с-(П)(энергия перехода дЕ^» 6.10 зВ, приведенная вращательная сила -14.1; 8.16 эВ, [Б^« +3.4). Первый,

длинноволновый, ЭК отнесен к по~*~СО пеРех0ДУ» второй ЭК - к рид-берговскому переходу. Участие ^.-электронов в первом ЭК под-

гидальнои азоте амидяое сопряжение слабо стабилизирует ±$с-(Ш по

- ь -

тверждается экспериментально его гипсохромным сдвигом при замен гептана метанолом. Слабый ЭК при 212 нм обусловлен самоассоциац: т.к. исчезает в разбавленных растворах.

Таблица I. Параметры спектров КДа^ П-ацилазмридинов (1-4).

Соединение Растворитель Полоса I (чо-^аР Остальные^'

(2Ю-1 Гептан 247(1.03?) 212(0.515), 200(-)

МеОН 237(1.415) 217пл(0.71), 195пл(-5.5о)

(2Ю-2 Гептан 251(1.983) 202(-10.74)

МеОН 243(1.402) 201(- 6.75)

(2Ъ)-3 Гептан 274(0.010) 212(-0.020), 200(-)

243(-0.026)

МеОН. 240(-0.630) 199(2.303)

(&)-4 Гептан 248(-0.717) 200пл(5.3б)

в 1115 ^пл - Плечо, (-> - отрицательный КД без манси

ма.

Ослабление амидного сопряжения при переходе от плпнарннх ам: дов (9,10) к сильно пирамидальным (7,6) приводит к снижению элер| 5С^-орбитали и, соответственно, к батохромному сдвигу первого ЭК (>т<,х в гептане): диметиламид (10X228 нм) < В-ацилазетцдин (9) (238 нм) < Я-ецилазирвдины (1-4)(~249 нм) < Я,К-диацилдиазиридины (6,6) (-^256 ны) < Н-ацилоксааиридины (7,8)(~265 нм).

Найдена также линейная корреляция (г = 0.981) первого Э.; амидов (1-10) с барьерами инверсии сходных К-ыетильных производя» амина, езетидина, азиридиня, диазиридина и оксазиридина.

Сложная борма полосы I в спектре КД Я-ацилязиридина (3) в ге тане (рис.1) является результатом наложения ЭК двух ротгмеров - ♦ и -5с. Более длинноволновый ЭК последнего обусловлен ослаблением вмццного сопряжения (уменьшение двугранного угла 'диз] ) из-за стер] ческого отталкивания £1 группы и прогонов цикла:

Н^_Н Кч м

¿г «V V4» ^

Ме Ме

+5С-(3)

Схема 4

Предполагаемые знаки ЭК - отрицательный для +5с- и по лежите ль-нй для -Бс-ротамера (3) согласуются с рассчитанным знаком враца-ельной силы первого перехода +-5с-(11). Замена гептана на МеОН сдви-ает равновесие в сторону более полярного - гс-ротамера (3) и поло-

х. пт

'ис.1. УЗ и 1ЭД спектры (область "о-Ноо перехода) ?1-ацилазиридина 3) в гептане (-) и МеОН С-).

са I приобретает нормальную форму и увеличивается по интенсивное^

(табл.1, рис.1).

В случае Н-ацилазиридинов (1,2) равновесие между и -®с XI

ральными ротамерами контролируется орбитальным ^-ТГ^ взаимоде^ств

ем (схема 2). Наиболее заселенным оказывается -зс-ротамер (1,2),

т.к.' связь азиридинового цикла лучший донор электронов, чем

связь из-за +М-зффекта метильной группы. Сдвиг равновесия в

сторону -5с-(1) подтверждается расчетом аЫп^'ю 6-ЗШ*//5Т0-3(*: КОЗ. . А.*

+ $С-(1) 07&* -&С-«) (5)

Е'сгги*3 кксмМом 0.0 ккал/моль

Энергетическая предпочтительность -$с-ротамеров (1,2) и +£с--(3,4) следует также из низкотемпературных спектров КД по которым наблвдается увеличение интенсивности первого ЭК - положительного до (1,2) и отрицательного для (3,4). Для всех случаев характерна лога-

т

ритмическая зависимость приведенной вращательной силы ГНд] от 1/Т, что обусловлено, по-видимому, влиянием сольватации на относительну* заселенность ротаыеров И-ацилазиридинов (1-4) и величину их вращательной силы.

1.2. 1,3-Диалкилазирвдиноны («с-лактамы).

Аэиридиноны («с-пактами) отличаются низкой устойчивостью и выс кой реакционной способностью по отноиениго к нуклео^илам. Поэтому дл изучения стереохимии этого класса трехчленных амидов нами синтезиро ваны оптически активные азирадиноны (12,13), содержащие объемные трет-алкилыше группы. Последние затрудняют диспропорциоиирование и препятствуют атаке нуклео^илов на углерод С=С группы.

Ки ОН <) 50С?г В«4' «ПК В*ОК в! Я'Ви

Ь< О г} Кнн4 Вг О ^

(Ю-Абсол*>тная конфигурация атома С^ азиридююнов (12,13) сл дует из стереохимии циклизации соответствующих амвдсв ($)-2-брсм-3.

-диметилмасляноП кислоты.

1.2.I. Теоретическое исследование 1,3-диметилазиридинона. 1,3-Диметилазиридинон (14) является наиболее близкой расчетной' чоделью азиридипонов (12,13). Расчет abinitio в базисе б-31+Gr* проведен для цис,транс-изомеров (14) и переходного состояния инверсии

fma. ч. Me Me Me

U^W ). 7 i ^ме if

транс-(<«) O^K цис-G'i) O9^" TSMir

Eor4 « 0.0 к.к<ы/мои* 1.1 кк<зл/моль 2.8 ккаи/мол&

Пирамидальный атом Я в основном состоянии цис,транс-(14) образует вместе с карбонилом внутренне хиралъную амидную группу. Пирамида Я в цис-азиридиноне (14) более уплощена по сравнен™ с транс-изо-дерсм из-за стерического взаимодействия метальных групп. Я-Метиль-^ая группа переходного состояния слегка выходит из плоскости цикла 1 имеет цис-ориентацию к метильной группе при С^) • Поэтому TS;nv гаходится по координате инверсии ближе к цис-(14).

НяПденч также небольшая пирамидальность карбонильного углерода i цис,гранс-(14), которая обусловлена, по-видимому, несимметричным »лектронным окружением со стороны соседнего а*гома N.

Заметная положительная разница (А) в валентных углах С(з)С(2)0 ! в обоих изомерах (14)(6.7° для цис и 7.9° для транс) отра-

:ает взаимодействие пп-орбитали кислорода с уолшевскими орбиталями

О

(икла:

Л / ^

I/

ч

Схема 7

Согласно рассчетным данным непленарная амидная группа в <<-лак-амах конфигурационно еце более лабильна, чем в Ji-ацилаэ иридии ах, у

которых имеется м^-Ч^ взаимодействие (схема 2), как дополнительны фактор стабилизации основного состояния. Тем не менее, полученные аэиридиноны (12,13) являются удобным объектом для изучения хиропти-ческих свойств непланарной амидной группы, т.к. в этом случае инве] сионное равновесие полностью смещается в сторону транс-изомера бла;

даря сильному сгерическоыу отталкивание трет-алкильных групп в цис-

BÎ У В^

i/o -

-форме:

ее)

0 о!

1.2.2. Хироптические свойства I,3-диалкилазиридинонов. По спектрам БД (ЗВ)-азиродинонов (12,13) наблюдается интенсивная полоса дихроичного поглощения при 250 нм (табл.2, рис.2), которая, как показывает анализ ее формы (разложение на гауссовы компо ненты)(рис.2), представляет собой суперпозицию двух отрицательных ЭК. Это согласуется с расчетом вращательных сил первых двух электро

Таблица 2. Параметры УФ и ВД спектров азиридинонов (12,13).

Соеди- Раство- ВД УФ

нение ритель нм ^тдх • 11М £

(3R)-I2 \ Гептан Газовая ' Лаза МеОН 255 205 251 195 243 202 -8.946 ыа> (+) -6.363 (♦> 250 213

(3R)-I3 Гептан МеОН 254 243 205 -9.581 -8.787 U) 251 194

4+) - Положительный КД без максимума. в см, измерена в 1 см кшете (чувствиг. 0.002 град/см) при 17°С.

At

-г.о

- 6.0

гоо

гго

гад 2во гго зоо л, nm

Рис.2. УФ'и ВД спектры аэиридинона (13) в гептане и их гауссовы компоненты (--).

ных переходов (Зй)-транс-азиридинона (I4)(&Ej= 6.15 эВ, [Rjj=> » -22.15; лЕ2» 7.97 эВ, [R]2= -24.83), тогда как (ЗЮ-цис-изомер (14) имеет положительную вращательную силу первого перехода (¿ьЕ^» з.31 эВ, tSlj« +36.98; ¿Eg» 7.82 эВ, [R]2- -3.90). Следовательно, »няк первого ЭК в азкридинонах определяется только конфигурацией ато-

ма Я, от которой зависит и хиральность амидного хромофора в целом.

Батохромный сдвиг первого ЭК азиридинонов (12,13) по сравнению с обычными планарными амидами (210-220 им), как и в случае N-ацил-азиридинов, обусловлен снижением энергии "iiQQ-орбитали из-за ного амидного сопряжения, т.к. согласно расчету, первый переход описывается как Iq-'Íqq- Второй, коротковолновый, ЭК отнесен к рццбср-говскому иJJ—3s переходу. Таким образом, наблюдается полная аналогия между азирвдинонами и R-ацилазиридинами в орбитальном происхождении, по крайней мере, первых двух электронных переходов.

1.3. Правила хнральности для неплянарного амидного хромофора.

Полученные данные по хироптическим свойствам N-ацилазирццкнов и Í,3-диалкилазиридинонов показывают, что правило спиральности (К.Btaha ei al. , 1977), связывающее знак первого ЭК с внутренней хи-ральностыо непланарного амйдного хромофора с пирамидальным атомом N применимо и к трехчленным амидем: соединения с положительным направлением двугранного угла 0=C-R-C имеют отрицательный ЭК по~^СО перехода и vice \rersa ,

+ -ЭКл_и* -W, +ЭКп.1гв

•i-SC-ротлмер -SC -рогшомер

(зЮ-транс-изомер (36) - изомер

Схема 9

В случае неплянарных амвдов, например, хинуклидона (1С) и аза-бициклононанона (16), для которых трудно определить знак двугранного угла лиг предложено обреченное правило октантов (0.D):

с

(5 R)-(<6), + ЭК„_71«<

Схема 10

Это правило базируется на подобии г^-'ЗГ^-орбитзльноП природы" эрвого ЭК непланарных амидов и обычных кетонов, для которых извест-э правило октантов (сЛ^вга^ е! ч£. , 1961). Октанты образуется

эление амндных октантов установлено исходя из анализа собственных литературных данных по хироптическим свойствам нопленарных амидов, рименение ОГЮ к цис-азиридщ;ону (14) указывает на необходимость говорки о решающем вкладе заместителя при азоте по'сравнению с за-эстителями при углеродах.

Таким образом, правило спиральности практически лучше применять и амидов с- явно выраженной скошенной кон^ормацией вокруг связи -С(0), a OID - л почти симметричной.

2. Непланарная-нитрозаминнал группа в Х-нигрозазиридинах.

N-Нитрозазиридины являются азотистыми аналогами N'-ци лазitpид ии согласно данным УФ спектров (К.Ъ.С?аг1< ef al. t 1954) и расче->3 МКОО( Р. НаЛагласЪег <»i ai., I9Ü1) содержат непллнарнул нитрозамин-

оресечением узловых поверхностей Пф- и Т^-орбиталей; знакораспре-

ную группу. Однако, эти соединения не были получены в оптически активной форме и также, как и в случае трехчленных амидов, для них отсутствовали надежные данные по структуре и динамической стереохимии.

Хироптичэские свойства непланарного нитроэаминного хромофора изучены на примере оптически активных Я-нитрозазиридинов (17-20), которые получаются при действии С1Ю на соответствующие ЯН-азириди-ны в эфире или гептане при -78°С. Из-за крайне низкой стабильности этих соединений их спектры КД записывали при Ю°С без выделения из растворов. Для сравнения измерен также спектр ВД стабильного планерного нитроэаыина (21).

Ме ' Ме С0£Ме

Для исходных С^-симметричных Ш-аэирединов (22,23) разработаны

схемы синтеза из оптически активных 1,2-гликолей:

Ме ОН Ъ50С1г > М. ОКсЦд Н,.Ме у*' ^

(гм$>-<гг)

Рг;0гС,_.0Н %0С(г Ру'ОгС<. о РЦР

Т ——* У 4=0-т> , Т ——>

ь»0гС он ¿о'с ^е^Чи

(гг,}5)-(гз)

Соединение (23) является диэфиром природного антибиотика -(25,3£)-азиридин-2,3-дикарбоновой кислоты, поэтому схема 12 имеет прикладное значение.

2.1. Теоретическое исследование Х-нитрозазирццинов.

Проствйшлй К-нитрозазирцдин (24) и его переходные состояния вращения вокруг связи Я-Я (°«р- и &р-(24)) и инверсии (ТБ^) рассчитаны в базисе 1Р2/6-ЗЫ***//б-31(Зг*. Стереохимия этого соединения (схема 13) во многом подобна стереохимии ."¡»-формилязиркдина (II).

САРг1 ря-ио

СОгРг;

согме ¿к-кО

«г&)-сгО

<3 . <<г)

Лго.Рг1

ар-(г1)) (3.99 ккчл^моль)

+5С-(г4) (5^=0 «хаи /мол») (-ГО. 33 икал/моль) - $с-(г (0 икал/моль)

ър-(г4)(?.о? хкчл/м ом) Схема 13

Все ротамерн (24) имеют пирамидальны?! атом Я, син-клинальная кон^зрмация наиболее выгодного изомера ±$с-(24) является компромиссом между п^ТГ^-сопряжением (основной стабилизирующий фактор) и и пяэ-иГ*вэа>шодеПствия1ми:

V

У

.к

К

7

7

^но-"*

Схема 14

Низкие барьеры вращения вокруг связи Я-Н в Я-нитрояаэиридине ',24) по сравнении с план ар! мл и нитрозамшаки С~22 ккал/моль) - след-

:твие ослабленного Пу"?^ сопряжения амидного типа в этом соединении.

' <

к>лэе высокая энергия переходного состояния вращения ?>р-(24) по :равненио с ар-(24) обусловлена дестабилизирующим взаимодействием йслоненных а-орбиталей атомов Я в $р-ротачере.

Влияние дополнительных хиральных центров на сдвиг равновесия в

сторону одного из хкралышх "ьс-ротамеров 1?-нитрозаэиридинов изуче:

на примере метальных производных (17,18) с помощью расчета аЬЫ^о

в базисе б-ЭК!*. Ме

Д. а

Л

Ъ) Ме

Ме

(-(7а) (Е'оти= 0 ккаи/моик)

1>о

(176) (<.53 ккал/моЛ)

"У

Ме

¿X .-Р

(<?аг) (0.23 ккаи/моль)

Ме

.0

.. 0. Не Ч>,

(1?г)(1.31 клал/ноль)

кксм/мвль)

Наиболее предпочтительными в каждом случае оказываются стери-чески наименее затрудненные изомеры (Ра) и (18а). Болылэя заселенность ротамера (17а) по сравнению с (176) объясняется стереоэлектрс ными эффектами 11 "од-1*1* взаимодействиями (схема 14), при к(

торых связь С(2)Н выступает как лучший донор, а связь С^Я как лучший акцептор электронов. Предполагая 0, равновесное соотноси ние изомеров (17а):(176):(17в):(17г) оценивается как 0.57:0.38: :0.04:0.01 и ротамеров (16п):(16б) как 0.74:0.26. Таким образом, метилз&чещенные И-нитрозазиридины (17,18) являются удобными объектг ми для экспериментального изучения непланарного нитрозаминного хромофора.

Ие '

(48а) (Ветн*1 ® ккау./мм)

Схема 15

2.2. Хироптические свойства ГС-нитрозазиридинов.

По спектрам КД Я-нитрозазиридинов (17-20) наблюдаются две основные полосы дихроичного поглощения (рис.3), первая (длинноволновая) из которых имеет колебательное расщепление, как и в случае пла-нарньгх нитрозаминов. Согласно расчетам низших синглетно возбужденных состояний в базисе б-ЗЮ-* для (17,18) и 6-31+£* для + -(24) (табл.3), первый ЭК отнесен к Под-^ переходу, а второй к ^¡щ)"^®•

Таблица 3. Рассчитанные энергии и приведенные вращательные силы первых двух электронных переходов ГС-нитрозазиридинов (17,18,24).

Соединение П!Ю" ДЕ1, эВ —* '"ГО [«1 \7Ш' ДЕт, эВ

17а 3.53 20.9 7.97 -118.2

176 3.51 -17.2 7.94 108.2

17в 3.57 -19.5 7.97 105.1

17г 3.55 21.6 8.04 -100.5

18а 3.52 32.5 7.87 -121.1

166 3.48 -14.2 7.94 54.0

+ ас-24 3.49 -16.2 7.71 Ш.6

Таким образом, непланарный нитрозаминннЛ хромофор в Я-нитроз-азиридинах имеет качественно такую ко орбитальную природу первых двух ЭК, как и планерный в обычных нитрозамкнах. Сильный батохромный сдвиг первого ЭК Я-нитрозазиридинов по сравнению с пленарными нитроз-аминами (ДА--100 нм) обусловлен, в основном, снижением энергии орбитали за счет ослабления "^^¡уд сопряжения. Этот сдвиг может служить хорошим тестом на непланарность хромофора.

Несмотря на то, что изомеры (17а-г) и (18я,б) ясляются, фактически, дияетереомерями, знаки первых двух ЭК в этих соединениях, как и в случае гомохирального +?с-(24) определяются только внутренней хиряльностыо нитрозаминноЯ группы (табл.3). Знаки и интенсивности

йЛ

2.0

де о

-го

■4.0

-«.о

и »

- га

- и

А

! ц Г *

V- м /

■ 1 -4...

• /

• t \ i i

- и

д£

ЮС Л О 120

КЗ <00 444 419 ив Jl.M

1 •*••« N0 i \ \

i / t - и . i i_ i.. —i— * у - \ " Л А, •у" 1 1 ----_L------i - --

а«

Ü2

О М

-cu

-ал

-о*

гао. но zso ш зер «оо 440 ш чо

Рис.3. Спектры ОД 5-нитрозазиридинов (17,18) в гептане (вверху), (19,20) и метилового эфира (25)-В-нитрозопролина (21) в МеСН (внизу)

этих ЭК, рассчитанные для равновесных смесей изомеров (17,18) согласуются с экспериментальными спектрами КД этих соединений.

Наличие сложноэфирньх групп в Я-нитрозазирццинах (19,20) приводит к изменению, как конформяционного равновесия, так и связи первого ЭК с внутренней хиральность» нитрозаминнсго хромофора по сравнению с соединениями (17,18,24). В соответствии со стереоэлектрон-

г»&

ними эффектами ьх^-'Т^ и п^-иг взаимодействий (схема 14), более выгодным является + ьс-ротамер (19), т.к. связь С^)® лучший акцептор, а связь С^Н лучший донор электронов. В случае (20) - 2с -ротамер стабилизирован электростатическим взаимодействием син-ориснтировпн-■ ных групп ЯО.и СО^И.

О^.СОгМе

5С - (-(3)

СОгРг'

(ЯО

-ее-(20) -»-¿е-сго)

В результате + 5с -ротамеры Я-нитрозаэиридинкпрбоновых эфиров

(19,20), в противоположность (17,18,24), характеризуются положительным знаком первого ЭК, а - ьс -ротамеры (19,20) - отрицательным, что объясняется образование нового сопряженного хромофора 0=ГС-С-С=0, электроны которого делокализовани за счет ^эд-^оо и П0~®Я1 взага',0~ действий: о ^о О

О

по'®нк

Несолрякенный ("чистый") непланарный нитрозам инный хромофор в Я-нитрозазиридинах (17,18,24) подчиняется, как правилу спиральности, так и обращенному правилу октантов, предложенным ранее для непла-нарного аыидного хромофора (см. раздел 1.3). Эти правила работают также и для ЭК "ф-Кфо перехода в скошенных (гош) циклопропилкетонов (Ъ.А.Ь^пег а1. , 1975).

^—Х чиплрозлгиркЗ^и*!: Х = у = ы

•+ ЭКг,.^* \ Н-ацилазчриЭины: Х=-М,У-СК

^ гоьи-цчклопропилкегпонь/: X « СЯ , й ■= СЯ

Драйи/ю спиральности". ОЗрлщеннсб пра&ило окиоито^

-х—О

+ эк

+эк

Схема 18

Таким образом, П-нитрозазиридины (17,18,24) по своим хироптиГ ческим свойствам скорее близки к их топологическим и электронным аналогам - К-ацилазиридинам и гои-циклопропилкетоням, чем к пленарным Я,П-диолкилнитрозаминам.

ВЫВОДЫ

1, Я-Ацилазиридины, азиридиноны и П-китрозазиридикы характеризуются пирамидальной конфигурацией эндоцихлического атома азота, который вместе с карбонильной или нитрозо группой образует непланарный внутренне хиральный амидмый или нитрозаминный хромофор..

2. Обращение хиральности ямидной группы в. азиридииах осуществляется путем инверсии атома азота 3 ккалДгаль); в Х-ацил- и Я-нитрозаэиридкнах наиболее низкоонергеткческим является вращение вокруг связи Х-С(С) через син-перипланарный рогамер в перром случае (дН^^З.б ккал/моль) и связи Ч-К(О) через анти-перипла-

нярный ротамер (4 икал/моль) во.втором.

3. Равновесная заселенность изомеров с право- или левоспиральной хиральностыо непланарных амидной и нитрозаминной групп трехчленных гетероциклов контролируется стерическиыи и электронными (и^-'Т -взаимодействие) факторами и зависит от конфигурации хи. ральных углеродных атомов в молекуле.

4. Хироптические свойства непланарного амидного хромофора, связанные с первым электронным переходом не зависят,от способа достижения непланарности. Я-Ацилазиридиш и азиридиноны имеют такие же особенности спектров ДЦ, как и би- или трициклические лакта-мы. Хироптические свойства Л-нитроэаэиридиноз подобны свойствам Я-ацилазиридинов и гош-Циклопропилкетонов.

Б. Непленарные амиды и нитроэамины отличаются от пленарных высокой пнтснсивностьо и существенным батохромныы сдвигом эффекта Котто-на п-">1а перехода; первая обусловлена внутренней хиральностьо хромофора, второй - снижением энергии "«^-орбитали вследствии ослабления сопряжения анидного типа.

6. Знак эффекта Коттона гх-н"* перехода непланарных амидного и нитроз-аыинного хромофоров подчиняется правилу спираяъности: левоспн-ральные изомеры характеризуются полоиительньм ЭК, правоспираль-ныэ - отрицательным. В случае амидов с почти симметричной конфор-ыацней вокруг связи Я-С(О) рекомендуется применять обращенное правило октантов.

7. Введение групп 00.gR к углеродным атомам цикла Я-нитрозазирвдинов оказывает аномальное влияние на конформационные и хироптические свойства этих соединений.

Основные результаты диссертации-опубликованы в работах:

1. G.V.Shustov, A.V.Kachanov, G.K.Kadorkina, R.G.Ko3tyanovsky, A.Rank, Chiroptical Properties of the Non-planar Hitrosamine Chromophore in K-Nitrosaziridines, J.Chem.Soc., Chem.Commun. 1992, №9, p.705-706.

2. G.V.Shustov, G.K.Kadorkina, S.V.VarlBmov, A.V.Kachanov,

R.G.Kostyanovsky, A.Kauk, The Nonplenar Amide Group in H-Acyl-aziridines: Conformational Behavior and Chiroptical Properties, J.Am.Chem.Soc. 1992, v.114, р.1б1б-1б23.

3. G.V.Shustov,.A.V.Kachanov, G.K.Kadorkina, R. G.Kostyanovsky, A.Bauk, Stereochemistry and Chiroptical Properties of the Hon-planar Hitrosamine Group in H-Hitrosaziridines, J.Am.Chem.Soc. 1992, v.114, p.8257-8262.

4. G.V.Shustov, A.V.Kachanov, I.I.Chervin, R. G.Kostyanovsky, A.Raxik, Stereochemistry and Chiroptical Properties of t,3-Dialkylaziridi-nones ( eC-Laotams). Chiral Rules for the Ron-planar Amide Chromophore, J.Am.Chem.Soc. in press.

5. G.V.Shustov, A.V.Kachanov, V.A.Korneev, R. G.Kostyanovsky, A.Rauk, Chiroptical Properties of Cg-Synmetric N-Halaziridines. Chiral Rules for the N-Helaziridine Chromophore, J.Am.Chem.Soc. in press