Переходное состояние Реакционный конформации

Однако конформации с максимумами энергии не следует рассматривать только как барьеры вращения. Нередко они играют и другую важную роль. Так, многие реакции циклизации идут через переходные состояния, в которых реакционные центры молекулы сближены, причем образованию переходного состояния предшествует возникновение реакционной конформации (г-конфор-мации), в которой эти центры уже сближены. В таких конформациях чаще всего имеется большой избыток конформационной энергии, т. е. они являются одновременно барьерами вращения. Тем не менее их образование может играть важную роль в протекании реакции. Энергии напряжения /--конформации иногда можно рассчитать обычными методами конфор мационного анализа. Таким образом осуществляется сближение конфор-мационного анализа с теорией переходного состояния. Известен ряд некаталитических реакций, в которых некоторые стадии проходят только в определенных конформациях. Возможность того, что ход каталитических превращений тоже может определяться конформационными эффектами, в том числе высотой барьеров вращения, еще мало изучена, однако некоторые примеры этого уже имеются. Они будут приведены в последующих разделах. [c.17]

Изучение переходного состояния имеет важнейшее значение не только для органической химии. Все биохимические процессы фермент — субстратного взаимодействия также протекают через активированный комплекс. Специфичность биохимических процессов обусловлена не тем, что субстрат и фермент строго соответствуют друг другу как ключ и замок, такое соответствие приводило бы лишь к комплексообразованию с минимумом энергии для системы. Как показал Кошланд, подобное соответствие является индуцированным, оно возникает в момент взаимодействия фермента и субстрата и сопровождается деформациями молекул. Так, гидролиз гликозидной связи лизоцимом сопровождается изменением конформации пиранозы в полу-кресло только такая конформация соответствует стереохимии реакционного центра фермента. [c.164]

Химические свойства также зависят от относительной устойчивости конформаций реагирующих молекул или конформаций переходных состояний, через которые протекают реакции. В некоторых случаях устойчивость конформации только изменяет реакционную способность или ориентацию однако в других реакциях она может быть контролирующим фактором. [c.101]

Почти неисчерпаемые возможности варьирования как диена, так и диенофила делают реакцию диенового синтеза незаменимой в препаративном отношении для получения разнообразных моно-и полициклических систем. Диеновый синтез осуществляется в результате одновременного (или почти одновременного) образования двух новых а-связей в четырехцентровом переходном состоянии. Синхронный механизм предъявляет определенные стерические требования к стадии, определяющей скорость реакции. Все 4 реакционные центра должны иметь благоприятное расположение для успешного соударения. Для того чтобы могло осуществиться смешивание занятых и незанятых орбиталей диен должен иметь -цисоидную конформацию и лежать в плоскости, параллельной плоскости, занимаемой олефиновым фрагментом [c.273]

Следует отметить, что при использовании конформационных представлений для объяснения реакционной способности моносахаридов нужно обязательно исходить из характера рассматриваемого превращения. Для обратимых процессов результат определяется относительной выгодностью наиболее стабильных конформаций исходного вещества и конечных продуктов направление и скорость необратимых процессов зависят от стерических требований и величины свободной энергии переходного состояния. Последнее может в корне отличаться по своей конформации от наиболее стабильной конформации исходного вещества и возникать [c.45]

Влияние конформаций на реакционную способность рассматривается с точки зрения двух хорошо известных соотношений. Оба соотношения базируются на теории переходного состояния, т. е, на интерпретации скорости реакции как функции различия свободных энергий основного и переходного состояний в данной реакции. Первым из этих соотношений является следующее уравнение [c.37]

Вероятно, наиболее важным фактором, определяющим геометрию поверхностных комплексов, является необходимое расположение тех атомов, которые самым непосредственным образом участвуют в связывании субстрата или его производных (промежуточные соединения и переходные состояния) с центром на поверхности. Связь с поверхностью ограничивает движение остальной части молекулы субстрата, которая будет стремиться принять наиболее стабильную конформацию (или конформации). Другие взаимодействия, влияющие на отношение геометрически изомерных состояний, могут быть подразделены на взаимодействия а) между органической молекулой и реакционным центром катализатора и б) между частями органической молекулы. [c.150]

Для оценки влияния конформации на физические свойства (разд. 6-2) часто используют сравнение свойств диастереомеров. Аналогично влияние конформационных факторов на химическую стабильность и реакционную способность очень часто проявляется как различие в поведении диастереомеров, особенно в ациклических молекулах. В последующем обсуждении мы обратимся сначала к относительной устойчивости стереоизомеров, так как она связана только с различием основных состояний молекул. Затем будут рассмотрены различия в реакционной способности это более тонкие различия, потому что они зависят и от разницы в энергии основных состояний, и от разницы в энергии соответствующих переходных состояний. К счастью, различия основных состояний обычно малы по сравнению с различиями переходных состояний, и при обсуждении относительной реакционной способности диастереомеров обычно можно сосредоточить внимание на последних. [c.139]

Рассмотрение возможных конформаций соединения, выбор наиболее выгодной, а также сравнение конформаций переходных состояний, объяснение направления реакции с точки зрения конформационных представлений или предсказание этого направления объединяются понятием конформационный анализ. Особенно важны эти представления в алициклическом ряду для шестичленных и больших циклов. Рассмотрим некоторые примеры применения конформационного анализа для объяснения реакционной способности ациклических соединений. [c.482]

Некоторые примеры конформационного анализа. Рассмотрение пространственных эффектов и взаимодействий в молекулах в их различных конформациях и в конформациях переходных состояний позволяет предсказать или объяснить реакционную способность различных стереоизомеров или стереоспецифичность тех или иных реакций. Приведем несколько примеров этого рода. [c.486]

Ранее уже отмечалось, что присоединение Вгз и НОВг часто происходит как анти-процесс, обусловленный образованием ионов бромония, и что свободнорадикальная реакция НВг также представляет собой онтн-присоединение. При введении в любую из этих реакций циклогексена происходит ие просто анти-присоединение, но, кроме того, первоначально образующийся продукт отличается и специфичностью конформации— в основном это диаксиальный конформер [99]. Это происходит потому, что диаксиальное раскрытие трехчленного цикла обеспечивает максимальное сохранение копланарности участвующих реакционных центров в переходном состоянии. И действительно, при расщеплении эпоксидов также образуются диаксиальные продукты (см., например, [100]). Однако получающийся первоначально диаксиальный продукт может затем превращаться в диэкваториальный конформер (см. т. 1, разд. 4.20), кроме тех случаев, когда другие заместители в кольце делают последний конформер менее устойчивым, чем первый. В реакциях свободнорадикального присоединения к циклогексенам, когда циклический интермедиат не образуется, первоначальная атака радикала тоже, как правило, происходит по аксиальному направлению [101], в результате чего вначале образуется диаксиальный продукт, если общая реакция идет как анти-присоединение. [c.157]

Из вышеприведенной дискуссии ясно, что отталкивание между двумя неподеленными парами может увеличивать реакционную способность некоторых нуклеофилов и такое увеличение реакционной способности зависит от конформации. Этот эффект отталкивания изменяет также сродство к протону и, следовательно, влияет на рКа-Поэтому на первый взгляд неясно, почему а-эффект, который обычно определяется положительными отклонениями от уравнения Брёнстеда, должен зависеть от отталкивания неподеленных пар [138]. В попытке общего объяснения этой проблемы мы предположили, что кулоновское взаимодействие с протоном относительно важнее, чем взаимодействие с реакционным центром переходного состояния [139]. Это предположение было обосновано нахождением выражения для а-эффекта на основе многоэлектронного метода возмущений, который был использован для интерпретации реакционной способности полярных молекул [140]. В данном случае одноэлектронный гамильтониан, использовавшийся ранее (см. разд. 1,Б), заменен гамильтонианом, включающим в явном виде электрон-электронное взаимодействие, т. е. Я = Я + Элек- [c.220]

В 1958 г. было введено понятие о реакционной конформации , наиболее близкой по структуре к переходному состоянию. В такой конформации валентные углы и межатомные расстояния еще (или уже) не нарушены, но заместители уже (или еще) повернуты в соответствии с требованием конформации переходного состояния [3001. С помощью этой модели были получены в ряде случаев удовлетворительные результаты при сопоставлении ожидаемой реакционной способности с экспериментальной. Различия в кинетическом поведении диастереоизомеров могут быть обусловлены тем, что их реакциойные конформации в энергетическом отношении отличаются намного сильнее, чем устойчивые конформации. [c.122]

Наиболее обычным стерическим эффектом является классическое пространственное затруднение, при котором достаточно объемистые группы непосредственно влияют на реакционную способность того или иного участка молекулы, затрудняя подход реагента к реакционному центру или создавая напряжение в переходном состоянии (ср. разд. 2.2.1), и не влияют на доступность электронов. Это явление было тщательно исследовано в связи с проблемой устойчивости комплексов, образуемых триме-тилбором с различными аминами. Так, комплекс (34), образованный с триэтиламином, диссоциирует очень легко, тогда как комплекс (35) с хинуклидином очень стабилен, так как в нем три этильные группы, связанные с атомом азота, оттянуты назад , что исключает возможность образования конформации, в которой могли бы возникнуть стерические препятствия атаке по атому азота [c.38]

Вторым принципом, определяющим влияние конформаций на реакционную способность веществ, является принцип Кёртина — Гамметта [21]. Математическое выражение этого принципа хорошо известно (см. [41], стр. 150—151). Принцип Кёртина — Гамметта состоит в следующем. Если две или более изомерные формы соединения, находящиеся в состоянии подвижного равновесия (такие, как две различные конформации вещества), вступают в реакцию, в результате которой каждый исходный изомер образует характерный для него продукт, то соотношение продуктов реакции не определяется различием энергетических уровней исходных состояний, а зависит только от соотношения энергетических уровней переходных состояний, приводящих к образующимся продуктам. При [c.39]

При рассмотрении влияния конформаций на реакционную способность изомеров необходимо разграничить реакции экзо-циклических атомов и реакции, затрагивающие непосредственно атомы цикла. В первом случае необходимо рассматривать только пространственные факторы известно, что в общем случае подход к аксиальному поло5кению более затруднен, поэтому аксиальные группы реагируют медленнее, чем экваториальные. В реакциях, затрагивающих атомы цикла, положение сложнее. Так как геометрическая ориентация реагирующих групп чаще всего достаточно жесткая, в данном случае основную роль могут играть стерео-электронные факторы . Пространственные факторы в таких реакциях часто также имеют существенное значение, однако в связи с тем, что их действие может преобладать или в основном, или в переходном состоянии, они могут вызывать как стерическое замедление, так и стерическое ускорение реакции. Приводимые ниже примеры поясняют это положение. [c.92]

Природа влияния оснований на скорость гидролиза фосфодиэфирной связи продолжает оставаться предметом обсуждения. Возможно, что одной из основных причин меньшей реакционной способности фосфодиэфирных связей в пуриновых олигонуклеотидах являются межплоскостные взаимодействия, более сильные между пуриновыми основаниями 5 - (по сравнению с взаимодействиями между пиримидинами). В частности, для динуклеотндного звена они приводят к такой конформации, при которой атом фосфора удален от ОН-группы при С-2 остатка рибозы, а вращение связи С-З —О заторможено. Это затрудняет переход динуклеотидного звена в конформацию, необходимую для достижения переходного состояния реакции гидролиза. Предполагается, что при наличии межплоскостного взаимодействия оснований скоросЛ гидролиза фосфодиэфирной связи примерно в 10 раз меньше, чем при [c.557]

Реакционная способность циклических соединений зависит от величины цикла и его конформации вследствие этого она тесно связана с внутренним напряжением этих соединений. Внутреннее напряжение, которое Браун назвал 1-напряжением, включает искажение углов связей (байеровское напряжение), а также несвязанные взаимодействия (питцеровское напряжение). В процессе реакции, сопровождающейся изменением координационного числа, напряжение увеличивается или уменьшается, что оказывает влияние на легкость замещения (см. стр. 97). Изменение координационного числа от 4 к 3 происходит при мономолекулярном замещении 5 1 и 5л 1 изменение от 4 к 5 наблюдается при достижении переходного состояния бимолекулярных реакций 8к2. Циклоалкилгалогениды и сульфоновые эфиры циклоалканолов в случае малых (трех- или четырехчленных) циклов очень инертны во всех реакциях замещения. Изменение координационного числа от 4 к 3 в случае реакций 5 1 и соответственно от 4 к 5 — в реакциях S v2 сопровождается увеличением внутреннего напряжения, что обусловлено, в основном, искажением углов связей. Для производных циклопентана изменение углов связей не играет роли, и на величину внутреннего напряжения оказывают влияние главным образом несвязанные взаимодействия. Изменение координационного числа от 4 к 3 и от 4 к 5 сопровождается уменьшением этих взаимодействий, и поэтому реакционная способность возрастает. К аналогичным заключениям можно прийти при рассмотрении реакций соединений со средними циклами. Реакции замещения в шестичленных и больших циклах протекают медленнее, так как изменение координационного числа сопровождается увеличением внутреннего напряжения. В исходном состоянии эти соединения занимают конформации, лишенные стерического напряжения, а планарное расположение при углеродном атоме, принимающем участие в реакции, является неблагоприятным, так как нарушает расположение молекулы с оптимальной энерхией. Изменения координационного числа, конечно, относятся к такому атому, при котором происходит замещение. [c.117]

Аксиальный и экваториальный изомеры замещенных декалина не переходят один в другой, поскольку барьер интерконверсии велик (по существу это геометрические изомеры). В то же время первый из них менее стабилен. Если предположить, что энергии переходных состояний для обеих реакций примерно одинаковы (строго говоря, они разные, если X Ф V), то верхняя реакция идет быстрее. Опыт показывает, что это действительно так не только для замещенных декалина, но и для многих других жестких и полужестких систем, в том числе и некоторых замещенных циклогексана. Интенсивные исследования зависимости реакционной способности таких систем от конформаций начались вскоре после опубликования работы Бартона [12] (см. также 113 14, с. 160]). Многочисленные примеры, иллюстрирующие эту зависимость, приведены в обзорах [11, 15]. [c.267]

Предлагаемый вниманию советского читателя труд, написанный рядом авторов под редакцией М. С. Ньюмена, посвящен пространственным эффектам в органической химии. По существу, предметом книги является новая—динамическая—стереохимия, ведущая родословную в большой степени не от классической структурной или, лучше, конфигурационной статической стереохимии Вант Гоффа и Вислице-нуса, а от динамических пространственных эффектов, проявляющихся в реакционной способности, таких, как пространственные затруднения (Виктор Мейер), байеровское напряжение циклов, вальденовское обращение. Именно эта динамическая стереохимия, стереохимия реакций, узловые понятия которой—конформация молекулы и строение переходного состояния—развиваются в последние годы все быстрее н успешнее. Если отдельные вопросы, составившие предмет данной книги, например конформационный анализ, новая трактовка пространственных препятствий, правило Гаммета, были уже предметами специальных обзоров и монографий, то в целом эта новая динаш1ческая стереохимия, насколько я представляю себе, написана впервые. [c.5]

Как сама возможность ргюсматриваемых ниже таутомерных взаимодействий, так и их природа часто связаны с образованием циклов, которые могут оказаться неустойчивыми и преходящими или устойчивыми и существующими, и желательно сначала рассмотреть кратко вопрос о том, какие же факторы в общем определяют легкость образования циклов. Как и многие-другие типы реакций, циклизация может оказаться фактически необратимой в благоприятных условиях или может приводить к образованию динамической равновесной смеси продуктов и реагентов. Очевидно, что в последнем случае относительная термодинамическая устойчивость продуктов и реагентов определяет конечный результат, т. е. относительные количества реагентов и продуктов, содержащихся в реакционной смеси при равновесии. Очевидно также, что в первом случае циклизация является кинетически контролируемой реакцией, определяемой разностью свободных энергий АС между реагентами и переходным состоянием для этой циклизации (гл. 8, разд. 1). Точные данные о величинах АЯ= = и Д5 = отсутствуют, но кажется разумным предположение о том, что эти величины будут изменяться параллельно величинам АЯ и АЗ для образования циклов, и поэтому следует рассмотреть-факторы, определяющие эти величины. Изменение в энтальпии является мерой тех связывающих взаимодействий, посредством которых цепь превращается в цикл, а также тех отталкивающих взаимодействий, которые могут появиться в продукте реакции за счет того, что атомы или группы сближены в нем — взаимодействий того типа, которые делают один поворотный изомер-или одну циклическую конформацию более устойчивыми, чем другие (гл. 4). Из этих двух типов взаимодействий первый является безусловно более важным, и поэтому изменения энтальпии при циклизации обычно соответствуют порядку термодинамической стабильности для самих колец. В гл. 12, разд. 2, Б было отмечено, что в той степени, в какой это касается насыщенных карбоциклов, циклопропан является наименее устойчивой молекулой и стабильность возрастает в ряду циклобутан, циклопентан и циклогексан. Поэтому, если рассматривать переход, лишь исходя из изменений энтальпии, то легкость образования циклов должна соответствовать этому же ряду, по-крайней мере для карбоциклов и, возможно, также для насыщенных гетероциклов, содержащих гетероатомы в тетраэдрической или почти тетраэдриче->ской гибридизации. [c.526]

Влияние конформаций на реакционную способность определяется принципом Кёртина — Гамметта, который гласит, что пр реакции двух или более конформеров, находящихся в равновесии, с образованием различных для каждого из конформеров веществ, соотношение продуктов реакции определяется исключительно соотношением энергетических уровней переходных состояний, а неисходных молекул. Принцип Кёртина — Гамметта выполняется при условии, если энергия активации реакции значительно выше барьера вращения. В противном случае соотношение продуктов реакции определяется соотношением исходных реагирующих конформеров в реакционной смеси. [c.183]