5.O‘rin almashish reaksiyalari jarayonida konfiguratsiyalar aylanishi
6.Valden aylanishining efirlanish va gidrolizlanish reaksiyalari mexanizmini o‘rganishdagi ahamiyati.
7.Valden aylanishining mexanizmi.
1. Asimmetrik sintez va uning ahamiyati
1. Asimmetrik sintez va uning ahamiyati
Tarkibida izomerlar miqdori bir xil bo‘lgan ratsematlarni ajratish orqali optik faol birikma olishga muqobil ravishda, olinadigan izomerlar miqdori teng bo‘lmagan - asimmetrik sintezni amalga oshirish mumkin. Asimmetrik sintezda asimmetrik atom paydo bo‘lishi jarayonida proxiral molekulaga xiral reagent ta’sir qilinadi. Dastlabki substrat xiral molekula bo‘lsa, qisman asimmetrik sintez, reagent xiral bo‘lganda esa absolyut asimmetrik sintez amalga oshiriladi.
Tabiiy optik faol spirt - (-)-mentolning fenilglioksil kislota bilan hosil qilgan efiriga magniyorganik birikma birikishi va reaksiya mahsulotining gidrolizi natijasida olingan α-oksikislotada enantiomerlar nisbati bir-biridan katta farq qiladi (62.5%: 37.5%):
Tabiiy optik faol spirt - (-)-mentolning fenilglioksil kislota bilan hosil qilgan efiriga magniyorganik birikma birikishi va reaksiya mahsulotining gidrolizi natijasida olingan α-oksikislotada enantiomerlar nisbati bir-biridan katta farq qiladi (62.5%: 37.5%):
2005 yili sintez qilingan N,O-dibenzilsinxonidin katalizatorini qo‘llab aromatik qatordagi nukleofll almashinish reaksiyasi yordamida asimmetrik sintez amalga oshirilgan:
2005 yili sintez qilingan N,O-dibenzilsinxonidin katalizatorini qo‘llab aromatik qatordagi nukleofll almashinish reaksiyasi yordamida asimmetrik sintez amalga oshirilgan:
Optik tozalik (unum) - reaksiya mahsuloti solishtirma burish burchagining ([б]kuzat) optik toza modda solishtirma burish burchagi ([б]toza modda) ga nisbatan hissasi sifatida foizlarda aniqlanadigan kattalikdir:
Optik tozalik (unum) - reaksiya mahsuloti solishtirma burish burchagining ([б]kuzat) optik toza modda solishtirma burish burchagi ([б]toza modda) ga nisbatan hissasi sifatida foizlarda aniqlanadigan kattalikdir:
Ko‘pincha solishtirma burish burchagining qiymati konsentratsiya bilan chiziqli bog‘lanadi. Bu holda optik tozalik enentiomerlardan birining boshqasiga nisbatan qancha ortiqligi bilan aniqlanadi:
Masalan, enantiomerlar 62,5: 37,5 nisbatlarda olingan bo‘lsa, optik tozalik 62,5 – 37,5 = 25% bo‘ladi. Optik tozalikni YaMR va boshqa usullarda ham aniqlanadi.
Optik faol molekulalar ta’sirida asimmetrii sintez va asimmetrik parchalanish
Optik faol molekulalar ta’sirida asimmetrii sintez va asimmetrik parchalanish
Aminokislotalarning asimmetrik sintezi. Optik faol α-aminokislotalarni misorganik komplekslar orqali sintez qilish samarali usullardan biridir hisoblanadi (Belokon, 1982y). Dastlab optik faol N-benzil- prolinning o-aminoatsetofenon bilan ta’siridan amid olinadi. Amidning mis(II) tuzlari ishtirokidagi glitsin bilan kondensatsiyasi faol metilen gurahga ega misorganik kompleksga olib keladi. Metilen guruhi ishtirokidagi aldol kondensatsiyasidan α -amino- β-gidroksikislotalar, uni alkillash orqali esa yuqori optik tozalikdagi turli aminokislotalar sintez qilinadi:
Optik burilish dispersiyasi birikmadagi fonksional guruhlarni va molekula konfiguratsiyasini aniqlashda, nozik tuzilish xususiyatlarini o‘rganishda muhim ahamiyatga ega. 2001у Nobel mukofoti sovrindorlarining izlanishlari katalizatorlar ishtirokidagi asimmetrik sintez rivojiga katta hissa qo`shib, fundamental tadqiqotlarni yangi dori vositalari, boshqa biologik faol birikmalar va materiallar sintezini sanoat miqyosida qo‘llashga olib chiqdi. Enantiomerlarning teng miqdorlardagi aralashmasi hosil bo‘lishi bilan boradigan sintez simmetrik sintez deyiladi. Asimmetrik sintezda esa enantiomerlardan biri ko‘p miqdorda hosil qilinadi. Tirik organizmdagi hujayralar faqat enantiomerlardan birini ishlatadi. Xiral molekulaning ikkita enantiomeri hujayraga turli xil ta’sir ko‘rsatadi. Shuning uchur ham ulardan birini sintez qilish muhim ahamiyatga ega.
Optik burilish dispersiyasi birikmadagi fonksional guruhlarni va molekula konfiguratsiyasini aniqlashda, nozik tuzilish xususiyatlarini o‘rganishda muhim ahamiyatga ega. 2001у Nobel mukofoti sovrindorlarining izlanishlari katalizatorlar ishtirokidagi asimmetrik sintez rivojiga katta hissa qo`shib, fundamental tadqiqotlarni yangi dori vositalari, boshqa biologik faol birikmalar va materiallar sintezini sanoat miqyosida qo‘llashga olib chiqdi. Enantiomerlarning teng miqdorlardagi aralashmasi hosil bo‘lishi bilan boradigan sintez simmetrik sintez deyiladi. Asimmetrik sintezda esa enantiomerlardan biri ko‘p miqdorda hosil qilinadi. Tirik organizmdagi hujayralar faqat enantiomerlardan birini ishlatadi. Xiral molekulaning ikkita enantiomeri hujayraga turli xil ta’sir ko‘rsatadi. Shuning uchur ham ulardan birini sintez qilish muhim ahamiyatga ega.
Ko‘pchilik dorivor moddalar xiral molekulalarga ega bo‘ladi. Ayrim hollarda xiral molekulaning enantiomerlaridan biri zararli bo‘lishi ham mumkin. Masalan, xomilador ayollarda qo‘llanilgan Talidomid preparati enantiomerlaridan biri ko‘ngil aynishini kamaytirsa, boshqasi homilaga salbiy ta’sir ko‘rsatadi. Limonenning ham ikkita enantiomeri bo‘lib, ulardan biri limon, ikkinchisi apelsin hidiga ega:
Ko‘pchilik dorivor moddalar xiral molekulalarga ega bo‘ladi. Ayrim hollarda xiral molekulaning enantiomerlaridan biri zararli bo‘lishi ham mumkin. Masalan, xomilador ayollarda qo‘llanilgan Talidomid preparati enantiomerlaridan biri ko‘ngil aynishini kamaytirsa, boshqasi homilaga salbiy ta’sir ko‘rsatadi. Limonenning ham ikkita enantiomeri bo‘lib, ulardan biri limon, ikkinchisi apelsin hidiga ega:
Yuqori tozalikdagi optik faol moddalarni ko‘p miqdorlarda (sanoat miqyosida) sintez qilishda katalizatorlarning ahamiyati juda katta. Xiral katalizda oraliq metallarni ishlatilganda ular xiral bo‘lmagan molekulalarga xirallikni uzatishi mumkinligi aniqlangan (Noulz). Katalizatorning bitta molekulasi kerakli enantiomerning millionlab molekulalari sintezida ishtirok etadi. Noulz gipotezasiga ko`ra asimmetrik gidrogenlashda uning kompleksidagi trifenilfosfinni xiral fosfinga almashtirilsa xiral katalizator hosil bo‘ladi. Xiral fosfinlar sintezini Xorner va Mislou amalga oshirdilar:
Yuqori tozalikdagi optik faol moddalarni ko‘p miqdorlarda (sanoat miqyosida) sintez qilishda katalizatorlarning ahamiyati juda katta. Xiral katalizda oraliq metallarni ishlatilganda ular xiral bo‘lmagan molekulalarga xirallikni uzatishi mumkinligi aniqlangan (Noulz). Katalizatorning bitta molekulasi kerakli enantiomerning millionlab molekulalari sintezida ishtirok etadi. Noulz gipotezasiga ko`ra asimmetrik gidrogenlashda uning kompleksidagi trifenilfosfinni xiral fosfinga almashtirilsa xiral katalizator hosil bo‘ladi. Xiral fosfinlar sintezini Xorner va Mislou amalga oshirdilar:
Qo‘l bilan salomlashishda ikkita o‘ng qo‘lning ishtiroki o‘ng va chap qo‘llar ishtirokiga nisbatan qulay va mos bo‘ladi. Katalitik asimmetrik gidrogenlashni takomillashtirish, ya’ni enantiomerlar-dan birining miqdorini ko‘paytirish uchun, oraliq komplekslarning energiyalari orasidagi farqni kattalashtirish zarur. Bu iqtisodiy tejamkor va ekologik toza, chiqindilari kam usul bo‘ladi va u sanoatda katta ahamiyatga ega. Shunday usul Noyori tomonidan ishlab chiqildi.
Noyori gidrogenlash katalizatori. Noyori difosfin ligandi BINAP ning ikkita enantiomerini sintez qildi:
Bu enantiomerlarning Rh bilan komplekslari ayrim aminokislotalarda enantiomerlardan birini 100% unum bilan sintez qilish imkonini berdi. Masalan, BINAP xiral mental sanoatida ishlatiladi. Rodiy Rh(I)ni boshqa oraliq metalga almashtirildi - Ru(II)-BINAP kompleksi turli funksional guruhlarga ega molekulalarni gidrogenlashda ishlatildi. Masalan, undan (R)-l,2-propandiol olishda foydalanilgan. Bu ikki atomli spirt esa levofloksazin (levofloxazin) antibiotigining sintezida qo‘llanilgan.
Sharplessning xiral katalitik oksidlashi. Gidrogenlashdan farqli o‘laroq oksidlanishda funksional guruhlar soni ortadi. Bu esa yangi kompleks molekulalar hosil qilishga imkoniyatlar yaratadi. Sharpless xiral usulda allil guruhli spirtlarni oksidlab epoksidlar oldi. U reaksiyada titan va xiral ligand katalizatorini ishlatib, enantiomerlardan birini yuqori unumda olishga erishgan. Masalan, (R)-glitsidol epoksidi sintezi quyidagicha boradi:
Sharplessning xiral katalitik oksidlashi. Gidrogenlashdan farqli o‘laroq oksidlanishda funksional guruhlar soni ortadi. Bu esa yangi kompleks molekulalar hosil qilishga imkoniyatlar yaratadi. Sharpless xiral usulda allil guruhli spirtlarni oksidlab epoksidlar oldi. U reaksiyada titan va xiral ligand katalizatorini ishlatib, enantiomerlardan birini yuqori unumda olishga erishgan. Masalan, (R)-glitsidol epoksidi sintezi quyidagicha boradi:
Glitsidol farmatsevtika sanoatida yurak vositalari bo‘lgan P-blokatorlar olishda oraliq mahsulot hisoblanadi.
Dinamik stereokimyo
Dinamik stereokimyo
Organik birikmalarda optik faollikning paydo bo‘lishi yoki o‘zgarishini kimyoviy reaksiya jarayonida o‘rganish - dinamik stereokimyoning tadqiqot sohasidir. n-Butanni yorug‘lik nuri ta’sirida bromlashda (R)- va (S)-brombutan ratsematlarining ekvimolyar aralashmasi hosil bo‘ladi. Reaksiyada oraliq birikma sifatida hosil bo‘ladigan ikkilamchi-butil radikali tekis tuzilishga ega bo‘lib, tekislikning har ikki tomonidan bir xil ehtimollik bilan hujumga uchraydi:
Ikkita bir xil atomlarining (butandagi ikkilamchi ugleroddagi H atomlari) bittasini boshqa guruhga almashtirish natijasida xiral markazga o‘tadigan C atomi proxiral atom deyiladi. Shunday atomga ega molekulalar proxiral molekulalar deb ataladi. Almashinish sodir bo‘ladigan C atomi esa enantiotop deyiladi. Tabiati turlicha bo‘lgan qaytaruvchilarni qo‘llash orqali 4-uchl.- butilsiklogeksanonni qaytarishda tegishli sis- va trans-siklogeksil spirtlarini toza holda alohida sintez qilish mumkin:
Ikkita bir xil atomlarining (butandagi ikkilamchi ugleroddagi H atomlari) bittasini boshqa guruhga almashtirish natijasida xiral markazga o‘tadigan C atomi proxiral atom deyiladi. Shunday atomga ega molekulalar proxiral molekulalar deb ataladi. Almashinish sodir bo‘ladigan C atomi esa enantiotop deyiladi. Tabiati turlicha bo‘lgan qaytaruvchilarni qo‘llash orqali 4-uchl.- butilsiklogeksanonni qaytarishda tegishli sis- va trans-siklogeksil spirtlarini toza holda alohida sintez qilish mumkin:
Sinton (synthon)- molekulaning haqiqiy yoki ideallashtirilgan tuzilish birligi bo‘lib, ma’lum usullar yordamida kimyoviy sintezga kiritiladi. Bu tushuncha E.J.Kori tomonidan taklif etilgan (1967y). Sinton ma’lum reagent sifatida mavjud emas, u rasmiy zarracha (ion, radikal yoki karben) dir. Har bir sintonga bir yoki bir necha reagent mos kelishi, va aksincha, bitta reagent bir necha sintonlarning sintetik ekvivalenti bo‘lishi mumkin. Sinton yondashuvi organik sintezni rejalashtirishda ishlatiladi. Masalan, retrosintez tahlilida tajribani amalga oshirishdan oldin sintezi maqsad qilingan molekula (Target Molecule) fikran sintonlarga bo‘linadi va bu sintonlarga mos haqiqiy reagentlar tanlab olinadi. Odatda sintonlar C atomlari soniga qarab klassifikatsiya qilinadi.
Sinton (synthon)- molekulaning haqiqiy yoki ideallashtirilgan tuzilish birligi bo‘lib, ma’lum usullar yordamida kimyoviy sintezga kiritiladi. Bu tushuncha E.J.Kori tomonidan taklif etilgan (1967y). Sinton ma’lum reagent sifatida mavjud emas, u rasmiy zarracha (ion, radikal yoki karben) dir. Har bir sintonga bir yoki bir necha reagent mos kelishi, va aksincha, bitta reagent bir necha sintonlarning sintetik ekvivalenti bo‘lishi mumkin. Sinton yondashuvi organik sintezni rejalashtirishda ishlatiladi. Masalan, retrosintez tahlilida tajribani amalga oshirishdan oldin sintezi maqsad qilingan molekula (Target Molecule) fikran sintonlarga bo‘linadi va bu sintonlarga mos haqiqiy reagentlar tanlab olinadi. Odatda sintonlar C atomlari soniga qarab klassifikatsiya qilinadi.
O‘rin almashish reaksiyalari jarayonida konfiguratsiyalar aylanishi
O‘rin almashish reaksiyalari jarayonida konfiguratsiyalar aylanishi
Optik soflik. Rasematlarni optik antipodlarga ajratish usullari ko‘rib chiqilganda shu narsa ayon bo‘ldiki, bu ajratish hech qachon to‘la bo‘lmaydi. Ajratish darajasini baholash uchun mahsulotning optik sofligi degan kattalik kiritilgan. Agar modda faqat bitta optik izomerdan tashkil topgan bo‘lsa, uni optik sof deyiladi. Sivush moyidan ajratib olingan va solishtirma burish burchagi -5,7560 ga teng bo‘lgan 2-metilbutanol-1 optik sof hisoblanadi. Bu birikmaga vodorod xlorid ta’sir ettirilganda, solishtirma burish burchagi +1,64° bo‘lgan 1-xlor-2-metilbutan olinadi. Reaksiya davomida asimmetrik markaz o‘zgarishga uchramaydi va har bir spirt molekulasi A huddi shunday konfiguratsiyali xlorid-B ga o‘tadi. Xloridning burish burchagi +1,64° ga teng:
Reaksiya boshlangandan biror vaqt o‘tgach, aralashmaning burish burchagi o‘lchanganda +0,820 natija olinsa, ya’ni reaksiya to‘la borganda hosil bo‘ladigan xloridning burish burchagi (+1,640) ning yarmini tashkil etsa, optik soflik 50% ga teng. Oddiy qilib tushuntirilsa, optik soflik deganda bir enantiomerning ikkinchisiga nisbatan qancha miqdorga ko‘pligi tushuniladi. Turli miqdordagi enantiomerlar aralashmasida moddaning optik sofligini hisoblaganda, miqdori nisbatan kam bo‘lgan enantiomer ratsematning bir qismi deb qaraladi.
Masalan, 70% (+)-2-xlorbutan va 30% (-)-2-xlorbutan aralashmasi 40% (+) va 60% (+) lardan tashkil topadi. Optik soflik 40% ga teng. Optik soflikni quyidagi formuladan hisoblanadi:
Masalan, 70% (+)-2-xlorbutan va 30% (-)-2-xlorbutan aralashmasi 40% (+) va 60% (+) lardan tashkil topadi. Optik soflik 40% ga teng. Optik soflikni quyidagi formuladan hisoblanadi:
Optik soflikni aniqlashning bir nechta usullari mavjud bo‘lib, ularga fermcntativ va qo‘shaloq parchalanish, gaz-suyuqlik xromatografiyasi, YaMR spektroskopiya, izotop suyultirish usullari kiradi.
Valden aylanishining efirlanish va gidrolizlanish reaksiyalari mexanizmini o‘rganishdagi ahamiyati
Valden aylanishining efirlanish va gidrolizlanish reaksiyalari mexanizmini o‘rganishdagi ahamiyati
Valden almashinuvi. 1896 yili P. Valden olma kislotadagi gidroksil guruhni xlorga almashtirish maqsadida chapga buruvchi kislotaga fosfor (V) – xlorid bilan ishlov berdi va o‘ngga buruvchi mahsulot oldi. Huddi shu xlor atomi tutuvchi birikmaga kumush oksidning ammiakli efirdagi eritmasi bilan ta’sir qilib, o‘ngga buruvchi olma kislota hosil qildi. Reaksiyalarning ikki bosqichidan birida konfiguratsiya teskarisiga almashinadi. Bu hodisani keyinchalik inversiya yoki Valden almashinuvi deb ataldi. Shunga o‘xshash, Valden (-)-xlor kahrabo kislotaga o‘yuvchi kaliy bilan ishlov berganda (+)-olma kislota, kumush oksidning namli eritmasi ta’sir ettirilganda esa, (- )-olma kislota hosil bo‘lishini kuzatdi:
I reaksiyada gidroksil guruh xlor atomining o‘rnini oladi. Ikkinchi reaksiya II da esa u tetraedrning xlor atomi tashlab ketgan emas, boshqa uchi bilan bog‘lanadi. I reaksiyada asimmetrik uglerod atomining konfiguratsiyasi teskarisiga almashinadi. II da esa u o‘zgarishsiz qoladi. I reaksiyani Valden almashinuvi deyiladi. To‘g‘ri, burish ishorasi hali hech nimani isbotlay olmaydi. Chunki o‘ngga buruvchi lekin L (S), chapga buruvchi D (R)- konfiguratsiyaga ega bo‘lgan birikmalar oz emas. Bir xil konfigurasiyali birikmalar qutblanish tekisligini qarama-qarshi tomonga buradigan hollar ham uchraydi. Masalan, sut va glitserin kislotalaming burish ishorasi, bu kislotalar efirlariniki bilan qarama-qarshi. Lekin kislotalar va ularning efirlarining konfiguratsiyalari bir xil. Oksikislotalarning burish qobiliyati tuzlarinikidan farq qiladi. Chapga buruvchi amil spirtini oksidlanganda, o‘ngga б-buruvchi metilmoy kislota hosil bo‘ladi. Keltirilgan misollaming birontasida ham o‘rin ohsh asimmetrik uglerod atomida sodir bo‘lmaydi, ya’ni konfiguratsiya o‘zgarishsiz qoladi.
I reaksiyada gidroksil guruh xlor atomining o‘rnini oladi. Ikkinchi reaksiya II da esa u tetraedrning xlor atomi tashlab ketgan emas, boshqa uchi bilan bog‘lanadi. I reaksiyada asimmetrik uglerod atomining konfiguratsiyasi teskarisiga almashinadi. II da esa u o‘zgarishsiz qoladi. I reaksiyani Valden almashinuvi deyiladi. To‘g‘ri, burish ishorasi hali hech nimani isbotlay olmaydi. Chunki o‘ngga buruvchi lekin L (S), chapga buruvchi D (R)- konfiguratsiyaga ega bo‘lgan birikmalar oz emas. Bir xil konfigurasiyali birikmalar qutblanish tekisligini qarama-qarshi tomonga buradigan hollar ham uchraydi. Masalan, sut va glitserin kislotalaming burish ishorasi, bu kislotalar efirlariniki bilan qarama-qarshi. Lekin kislotalar va ularning efirlarining konfiguratsiyalari bir xil. Oksikislotalarning burish qobiliyati tuzlarinikidan farq qiladi. Chapga buruvchi amil spirtini oksidlanganda, o‘ngga б-buruvchi metilmoy kislota hosil bo‘ladi. Keltirilgan misollaming birontasida ham o‘rin ohsh asimmetrik uglerod atomida sodir bo‘lmaydi, ya’ni konfiguratsiya o‘zgarishsiz qoladi.
Valden aylanishining mexanizmi
Valden aylanishining mexanizmi
Demak, asimmetrik uglerod atomi bilan bog‘langan o‘rinbosarlar ikki marta almashtirilsa, dastlabki izomerning antipodi hosil bo‘ladi. Xlor qahrabo kislotadagi Valden almashinuvlari quyidagicha ifodalanishi mumkin:
Keyinchalik E.Fisher va A.Mak-Kenzining tadqiqotlari konflguratsiyaning teskarisiga almashinuvi reaksiyalari keng tarqalgan hodisa ekanligini, u barcha sinf birikmalarida uchrashini ko‘rsatdi. Bunga konfiguratsiya almashinuvlarini keltiramiz:
Keyinchalik E.Fisher va A.Mak-Kenzining tadqiqotlari konflguratsiyaning teskarisiga almashinuvi reaksiyalari keng tarqalgan hodisa ekanligini, u barcha sinf birikmalarida uchrashini ko‘rsatdi. Bunga konfiguratsiya almashinuvlarini keltiramiz:
Valden almashinuviga juda ko‘p omillar ta’sir ko‘rsatadi. Bular birikmaning tuzilishi, reagentning tabiati, erituvchi va temperaturalardir.
α-galoid kislotalarning gidroliz va alkogoliz reaksiyalarida kuchli asoslar ta’sirida konfiguratsiya teskarisiga almashinadi. Gidroliz reaksiyalarini kuchsiz asoslar bilan o‘tkazilganda esa, dastlabki konfiguratsiya saqlanadi. Lekin galoid kislotalar efirlari va amidlarining gidroliz hamda alkogoliz reaksiyalarining barchasida burish ishorasi teskarisiga o‘zgaradi. Reagent ta’siriga oid bitta misol keltiramiz:
α-galoid kislotalarning gidroliz va alkogoliz reaksiyalarida kuchli asoslar ta’sirida konfiguratsiya teskarisiga almashinadi. Gidroliz reaksiyalarini kuchsiz asoslar bilan o‘tkazilganda esa, dastlabki konfiguratsiya saqlanadi. Lekin galoid kislotalar efirlari va amidlarining gidroliz hamda alkogoliz reaksiyalarining barchasida burish ishorasi teskarisiga o‘zgaradi. Reagent ta’siriga oid bitta misol keltiramiz:
Valden almashinuvi reaksiyalariga temperatura ham ta’sir ko‘rsatadi. Reaksiyani sovuqda olib borilganda bir izomer, qizdirilganda esa ikkinchisi hosil bo‘ladigan holatlar ma’lum. Ba’zi reaksiyalar asimmetrik markazda ratsematlanish, boshqalari esa Valden almashinuvi bilan kechadi. SN1 va SN2 mexanizmda boruvchi o‘rin olish reaksiyalari ana shunday jarayonlardir.
Valden almashinuvi reaksiyalariga temperatura ham ta’sir ko‘rsatadi. Reaksiyani sovuqda olib borilganda bir izomer, qizdirilganda esa ikkinchisi hosil bo‘ladigan holatlar ma’lum. Ba’zi reaksiyalar asimmetrik markazda ratsematlanish, boshqalari esa Valden almashinuvi bilan kechadi. SN1 va SN2 mexanizmda boruvchi o‘rin olish reaksiyalari ana shunday jarayonlardir.
