Перечень вопросов при подготовке к зачету курсу

"Пространственное строение органических соединений"

1. Место химии оптически активных соединений в органической химии, значение оптически активных соединений в исследовании механизмов органических реакций. Статические и динамические аспекты стереохимии.

2. Понятие хиральности. Возникновение первичной асимметрии, роль асимметрии в живых организмах.

3. D- и L-Изомеры. Оптические свойства хиральных соединений. R/S-Номенклатура. Проекции Ньюмена, Фишера и Хеуэрса.

4. Оптическая и геометрическая изомерия, поляриметрия. Знак оптического вращения и конфигурация. Молекулярные модели. Энантиотопные и диастереотопные отношения атомов.

5. Соединения с одним асимметрическим атомом углерода. Соединения с двумя и более асимметрическими атомами. Проекционные формулы Фишера и Ньюмена. Соединения с одинаковыми асимметрическими атомами.

6. Рацемические модификации. Образование рацематов методом смешения, при синтезе, асимметрические превращения первого рода.

7. Свойства рацемических модификаций. Рацемическая смесь, рацемическое соединение, рацемический твердый раствор. Методы идентификации рацемических модификаций.

8. Относительная и абсолютная конфигурация. Химические методы определения конфигурации на основе асимметрического синтеза.

9. Косвенный метод определения конфигурации. Метод оптического сравнения. Метод квазирацематов. Метод ЯМР.

10. Расщепление рацемических модификаций путем механического отбора, через стадию образования диастереомеров.

11. Расщепление путем равновесного асимметрического превращения и путем кинетического асимметрического превращения. Частичный и абсолютный асимметрический синтез. Частичный и абсолютный катализ и деструкция.

12. Критерии чистоты оптического изомера.

13. Методы расчета знака и величины вращения по Брюстеру для соединений с атомной конформационной асимметрией.

14. Дисперсия оптического вращения и круговой дихроизм. Эффект Коттона.

15. Определение строения, конфигурации и конформации. Аксиальное правило a-галогенкетонов, правило октантов.

16. Понятие о конформациях. Конформации алканов и галогеналканов. Конформации по связям с участием sp²-гибридизованных атомов углерода, по связям углерод-гетероатом.

17. Стереохимия реакций нуклеофильного, электрофильного и радикального замещения при насыщенном атоме углерода.

18. Особенности стереохимии циклов. Типы напряжений в циклах.

19. Стереохимия малых циклов.

20. Стереохимия моно- и дизамещённых циклогексанов.

21. Средние и большие циклы.

22. Конденсированные и каркасные системы. Спираны.

23. Стереохимия реакций присоединения по тройной и по двойной связи.

24. Стереохимия реакций отщепления.

25. Получение и реакции циклоалкенов.

26. Стереохимия сопряженных диенов и их аналогов. Стереохимия диенового синтеза.

27. Стереохимия соединений с двойной связью в цикле. Стереохимия циклооктатетраена, кумуленов, циклоалкинов.

28. Конфигурации замещенных аренов. Экранирование орто-положения. Стерические нарушения сопряжения. Пространственные препятствия в реакциях аренов.

29. Оптическая активность аренов. Производные бензола с хиральной цепью. Атропоизомерия производных дифенила. Циклофаны и ансасоединения.

30. Особенности стереохимии гетероциклических соединений. Ароматические гетероциклические соединения.

31. Конформации и конфигурации насыщенных гетероциклических соединений - производных терагидрофурана, тетрагидропирана, пиперидина, 1,3- и 1,2-диоксанов и их аналогов.

32. Стереохимия бициклических азотистых гетероциклических соединений.

33. Изомерия оксимов, фенилгидразонов, оснований Шиффа.

34. Стереохимия аминов. Оптическая изомерия соединений трехвалентного азота: основание Треггера, азиридины, ариламины.

35. Оптическая изомерия аммониевых соединений. Спирановый азот.

Задачи

1. Определите количество асимметрических центров и число стереоизомеров для следующих соединений:

Никотин

Преднизолон (противовоспалительное и противоаллергическое средство)

Пропаргит (акарицид против растительноядных клещей)

Проспидин (противоопухолевое средство)

Сантадилол (душистое вещество с запахом санталового масла)

Скополамин (алкалоид с холинолитическим и антипаркинсовым действием)

Эпоксициклогексаны (используются в производстве эпоксидных смол)

Тетрагидрофурфуриловый спирт

Флорион (душистое вещество в парфюмерии)

Тетраметрин (инсектицид против комаров, мух и др. бытовых насекомых)

Фенкарол (антигистаминное средство)

Фторафур (противоопухолевое средство)

Хинин / хинидин (алкалоида хинного дерева)

Хризантемовая кислота (выделена из цветков ромашки)

1,2-Эпокси-4-винилциклогексан (используется в производстве эпоксидных смол)

2. Нарисуйте 5 стереоизомеров труксилловой кислоты. Какой из них не является хиральным?

3. Предложите методы получения мезо-3,4-дигидроксигексана из цис- и транс-3-гексенов.

4. Какое стереохимическое строение имеет продукт (или продукты), полученный обработкой транс-3-гексена последовательно OsO₄ и NaHSO₃?

5. Объясните, почему реакция 2-бутена с бромом в CCl₄ даёт дибромид, а в присутствие воды – бромгидрин (3-бромбутанол-2). Покажите стереохимическое строение продуктов, полученных из цис- и транс-2-бутена.

6. При гидрировании алкенов на платине (H₂/Pt) наблюдается син-присоединение водорода. Это происходит вследствие адсорбирования водорода на поверхности катализатора и прохождения реакции через четырёхцентровое переходное состояние. Какие продукты получаются при восстановлении приведенных ниже алкенов – рацемические или мезо-формы? Какое строение имеют продукты присоединения дейтерия (D₂/Pt) к этим соединениям?

7. 2,2’-Бинафтол хирален и используется в асимметрическом синтезе. Определите конфигурацию (R или S) изображённого энантиомера

8. Оптически активный бифенил был синтезирован в двух изотопных модификациях – нормальной и дейтерированной. Это соединение рацемизуется в спирте при –20^оС. Константы скорости 1-го порядка имеют следующие значения:

k_H = 6.48´10^-5 c^-1 k_D = 7.71´10^-5 c^-1

Это даёт соотношение k_H/k_D = 0.84, что указывает на более быструю рацемизацию дейтерированного производного. Рацемизация происходит через плоскую конформацию, в которой атомы брома и водорода (или дейтерия) располагаются наиболее близко друг к другу. Почему размер дейтерия оказался меньше?

(Mislow K., Graeve R., Gordon A.J., Wahl G.H. J. Am. Chem. Soc., 1963, 85, 1199)

9. Приведите доводы в пользу возможной хиральности следующих соединений:

1 2 3 4

5 6 7

10. Нарисуйте стереохимические проекции для следующих соединений:

а) цис-циклобутан-1,2-дикарбоновая кислота,

б) транс-циклобутан-1,2-дикарбоновая кислота,

в) цис-циклобутан-1,3-дикарбоновая кислота,

г) транс-циклобутан-1,3-дикарбоновая кислота.

Определите конфигурацию хиральных соединений.

11. Определите, какое из соединений является хиральным:

а) транс-циклопентан-1,2-дикарбоновая кислота,

б) цис-циклопентан-1,2-дикарбоновая кислота,

в) транс-циклопентан-1,3-дикарбоновая кислота,

г) цис-циклопентан-1,3-дикарбоновая кислота.

12. Изобразите наиболее устойчивые конформации следующих соединений:

а) транс-2-фтор-1-изопропилциклогексан,

б) цис-1-трет-бутил-3-фторциклогексан,

в) цис-1-хлор-4-метилциклогексан,

г) транс-4-фторциклогексанкарбоновая кислота,

д) 1,1-дихлор-4-фторциклогексан,

е) транс-4-трет-бутилциклогексанол,

ж) цис-циклогексан-1,2-дикарбоновая кислота,

з) транс-3-хлорциклогексанол.

13. Нарисуйте наиболее устойчивую конформацию и назовите следующее соединение. Определите, является ли оно хиральным.

14. Изобразите конформацию кресла для r-1-цис-4-ди-трет-бутил-цис-2-цис-5-дигидроксициклогексан.

15. Определите, являются ли хиральными следующие соединения:

а) транс-циклогексан-1,2-дикарбоновая кислота,

б) 3-метилциклогексанон,

в) 1,1,4-трихлорциклогексан,

г) 1,1,2-трихлорциклогексан,

д) цис-3-метилциклогексанкарбоновая кислота,

е) 1,1,3,3-тетраметилциклогексан,

ж) 1,1,3-триметилциклогексан,

з) 1,2,3-циклогексантрион (антидиабетическое средство).

16. Как расположены друг относительно друга функциональные группы? Возможно ли образование ангидрида и лактона?

17. Нарисуйте транс-1,3-дифторциклогексан. Является ли это соединение хиральным?

18. Найденное Шарплессом эпоксидирование аллиловых спиртов под действием трет-бутилгидропероксида в присутствие асимметрического катализатора позволяет получать оптически активные оксираны (Katsuki T., Sharpless K.B. J. Am. Chem. Soc., 1980, 102, 5974). Предполагаемые структуры активного катализатора (А) и активированного комплекса (В) приведены на схеме. Определите, сколько асимметрических атомов присутствует в этих структурах. Сколько и какие оптические центры возникают в продуктах эпоксидирования E-2-метил-2-бутен-1-ола и Z-2-метил-2-бутен-1-ола под действием трет-бутилгидропероксида в присутствие D-(-)-диэтилтартрата и Ti(OPr-i)₄?

19. Сульфрниевая соль (А), полученная из энантиомерно чистого сульфида (В) с [a]_D²⁰ = -106^о, была введена в реакцию с метилсульфидом натрия. Полученный исходный сульфид имел [a]_D²⁰ = -17^о. Изучение кинетики реакции показало, что она относится к бимолекулярному нуклеофильному замещению.

Объясните, (1) как сульфониевая соль была получена из сульфида и (2) почему произошла частичная рацемизация при реакции сульфониевой соли с СН₃S^-.

20. При эпоксидировании аллиловых спиртов (А, В) по Шарплессу получены оптически активные оксираны. Полученные из оксиранов b-аминоспирты использованы в качестве асимметрических катализаторов при присоединении диэтилцинка к бензальдегиду. (Jimeno C., Pasto M., Riera A., Pericas M.A. J. Org. Chem., 2003, 68, 3130-3138; DIPT – диизопропилтартрат; Tr – тритил, или трифенилметил; Py - пиридин)

Определите конфигурации всех асимметрических центров и назовите оптически активные соединения. Предложите метод синтеза антипода конечного 1-фенил-1-пропанола. Объясните стереохимический результат реакции оксирана с пиперидином.

21. При обработке метилового эфира 2-бензоилоксибицикло[2.2.1]нон-5-ен-1-карбоновой кислоты йодидом лития в пиридине расщепляется только одна сложноэфирная группа. Объясните, почему бензоилокси-группа не вступает в реакцию.

22. Объясните, почему расщепление сложного эфира идёт с хорошим выходом:

23. Объясните, почему при действии щёлочи хлоргидрин (А) превращается в оксиран, а хлоргидрин (В) – нет:

A B

24. Приведите предполагаемый механизм реакции:

25. Для следующих структур определите, являются ли отмеченные водороды H^a и H^b гомотопными, энантиотопными или диастереотопными.

1 2 3 4 5 6

26. Являются ли стороны карбонильных групп гомотопными, энантиотопными или диастереотопными для следующих соединений:

1 2 3 4 5 6

27. Являются ли протоны H^a и H^b в 3-метил-1-адамантанкарбоновой кислоте энантиотопными: