立体化学原理5

1、图A2.19 处于潜手性sp2面上碳原子的例子及立体异位面的标记协同反应的立体化学有些情况下，反应产物的立体化学由起始原料决定。有几个因素决定反应最终的立体化学结果，底物的立体结构、电子反应机制（单步或多步）、溶剂和其他溶质的作用。协同反应，也就是经单一步骤的反应，其过程有如下特点：（1）“每个仅经一过渡态的反应是立体专一性反应的”。过渡态的几何特征明确决定单一产物的立体化学；（2）“如果一电子反应机理道理上讲允许多于一个立体异构过渡态，其中一个常具有最低自由能，所以最可能得到”。这样的过渡态导致占优势（立体选择性）产物或唯一（立体专一性）产物。如果给出产物及其立体异构体的各过渡态之间存在很大

2、自由能差别（G），将观察到立体专一性过程。协同反应中最稳定的过渡态只有在所有溶剂化效应被忽略时才主要由底物（或试剂）的内在结构推断出。已获得简化的规则，它预测过渡态最有利的空间取向，此所谓电子需求（见上述公理2）及协同反应的立体进程（见上述公理1）。这些简化规则概括了双分子取代反应的电子对行为（就象C. K. Ingold和他人的工作所指出的一样）并把试剂和产物分子轨道关联起来（就如R. B. Woodward和R. Hottmann的对称规则和K. Fukui和H. Fujimoto的立体选择规则）。尽管这些分子轨道对称规则的处理超出本文的讨论范围，但“SN2规则”的简短讨论对于理解常见的生

3、物合成反应有益。这种反应的立体化学（图A2.20-2.22）总结如下：（1）每一协同异裂反应源于电子对沿链的运动，这种运动是受控的：（a）来自成键轨道的或电子对仅离开分亨它们的两原子之一，并且能与新原子结合从而形成一新的或键；（b）如果电子对仅属于一个原子（n孤对电子），则此电子对不离开此原子，一个原子的孤对电子与另一原子共亨形成一或键；（2）当原子交换一电子对（带或不带配体），则进入的电子对从离去者反面接近，倾向于与离去基团离去的同一方向。典型的SN2反应即为例子。当双键结合的电子对作为亲核剂进攻，电子从sp2杂化原子与其取代基组成的面之上或下面运动；（3）如果原子交换配体，结合在中心的总电

4、子数保持不变，形成和断裂键的定向电子对好象不改变其初始方向（但也请参见SE2机理）；（4）根据Ingold，这些相当有效的规则源于物理化学效应：过渡态中与同一原子结合的两电子对的排斥能使它们相互尽可能离开（见图A2.20中反应1）。就如所提到的，协同反应仅在溶剂不改变所有可能过渡态内在稳定性次序时才经内在的最稳定的过渡态而进行。一些季胺盐在碱性介质中进行顺式-消除反应（syn-elimination），可能经过需要溶剂参与的环过渡态。酶催化机理的阐释必须考虑这样的事实，特别是因为这样的反应发生在能包含很强溶剂化特征的活性位点。当酶催化反应的立体化学不满足协同过程，常假设为多步机制。图A2.23列出了一些例子。对于普遍方程Y+（C=C）K-C-XY-C-（C=C）K+XX, Y=亲核剂或自由基X，Y=亲电剂K过渡态中-电子机理过渡态中-电子机理04或3anti (反转)2syn（保持）16或5Syn4anti28或7anti6syn310 或9syn8anti图 协同取代反应中的立体化学对于普遍方程：Y+（C=C）K+XY-C-（C=C）K-1-C-XK链长过渡态中电子机理122anti