（农药学专业论文）取代环十二酮的构象研究.pdf

中国农业大学博士学位论文中文摘要 中文摘要 近年来，本研究组以环十二酮为母体，获得了一系列环十二酮衍生物，利用x 射线晶 体衍射、核磁共振谱分析对常温优势构象进行了实验研究。本论文首先基于这些实验研究结 果t 借助分子力学、分子动力学、量子化学方法从理论上对环十二酮衍生物优势构象及构象 的动态转换进行研究，结果如下： 1 、在c v f f 力场下d m s o 氛围中，通过分子动力学常温模拟研究旷单取代环十二酮的 构象特征，获得的常温优势构象骨架为 3 3 3 3 ，羰基位于c ：位置，取代基位于n 边外向位。 确定的优势构象与取代基团无关，与实验结果一致：动态分析p 角顺位取代和n 一边外向取 代 3 3 3 3 3 2 一酮构象的相互转化的结果表明。拥有不同取代基的环十二酮优势构象边外向与 角顺位的动态转换过程基本一致其优势构象为一边外取代 3 3 3 3 一2 一酮转换能垒随着取 代基体积的增大而提高。对于氯、溴取代基，转换能垒随着原子半径的增加而稍有增大，转 换过程中晟高能垒分别为4 3 9 k 3 m o l 、4 4 ，3 l u m o l ，相应的构象为d 边外取代 3 1 2 3 3 - 2 一 酮；对于甲基、乙基、叔丁基取代基而言，转换能垒依次提高，叔丁基的转换能垒达到 5 3 9 k j m o l ，最高能量构象为n 一边外取代 3 1 2 3 3 - 2 一酮；对于存在活泼质子的氨基、羟基， 转换能垒中最高能量构象为a 一边外取代 3 1 3 2 3 - 1 一酮：对于较大取代基一苯硫基、苄基， 转换过程中出现较r 角顺取代 3 3 3 3 一2 一酮更为稳定的构象f 边外取代 4 3 3 2 - 3 - 酮。所 有构象的振动频率均利用量子力学a m i 方法进行计算，对于每个构象都获得了正的最低频 率，表明所有构象都是其势能面上的稳定点。 2 、在c v f f 力场下，d m s o 氛围中。通过分子动力学常温模拟研究，一顺式二取代环 十二酮的构象特征，获得的常温优势构象骨架为 3 3 3 3 3 ，羰基位于c z 位置，取代基分别位 于n 边外向位、n 角顺位，体积较大的取代基占据a 边外向位；动态分析表明，a ，f 一顺式 二取代环十二酮优势构象存在g 假旋转换模式。随着取代基体积的增大，b 假旋转换能垒增 加。当取代基为两个相同的苯基或环己烷时，优势构象骨架为 4 3 2 3 ，羰基位于3 - c 位置。 溶液状态下，相同取代基的，口，- 顺式二取代环十二酮存在对映体的镜像动态转换。其转 换能垒随着取代基体积的增加而逐渐升高；u , r t z 一顺式二取代环十二酮还存在具有c s 对称性、 环骨架为 4 3 2 3 一3 一酮的次优势构象，动态分析结果表明，溶液条件下存在优势构象与次优 势构象相互转换的c s 转换路径。分子动力学常温模拟研究n ，_ j 幢式二取代环十二酮的优 势构象动态转换结果表明，不同取代基的口，n ，- 顾式二取代环十二酮存在两种环骨架为 3 3 3 3 - 2 一酮优势构象( 体积较大取代基占据边外和体积较大取代基占据角顺位) 的c s 假旋 转换其转换能垒随着取代基体积差的增大而提高。即取代基体积差异性越大。其转换能垒 越高。 3 、在c v f f 力场下，叫s o 氛周中。通过分子动力学常温模拟研究a ，a - z 取代环十二酮 及q ，a ，- 三取代环十二酮的优势构象特征。结果表明，获得的口，c r - - - 取代环十二酮常 温优势构象骨架为 3 3 3 3 ，羰基位于c z 位置。取代基分别占据角顺位、角反位：n ，n ，一 三取代环十二酮优势构象与取代基体积有密切关系：取代基体积较小时。优势构象骨架为 3 3 3 3 ，羰基位于c ：位置，取代基分别占据角顺位、角反位、边外向位：随着取代基体积 的增大，三取代环十二酮的优势构象不再维持【3 3 3 3 2 一酮骨架结构，其优势构象骨架将转换 中习农业，、；博 。学位论文山文摘世 为 3 3 2 4 一2 一酮结构。 4 、在c v f f 力场下，d m s 0 氛围中，通过分子动力学常温模拟理论预测了，n ，f ，一 四取代环十二酮的构象特征。结果表明，体积较小、相同取代基( o h 、c 1 、m e 、b r ) 下，获 得的常温优势构象骨架为 2 3 4 3 ，羰基位于c ：位置，取代基占据羰基两侧的角顺、角反位 置。体积稍大的取代基( e t ) ，其四取代环十二酮优势构象的环骨架仍采用f 2 3 4 3 2 一酮构象， 但是部分二面角发生扭曲。体积更大的取代基( c o o e t 、t - b u 、s p h ) ，其四取代环十二酮优 势构象环骨架结构为 2 2 2 3 3 2 酮，四个取代基分别位于两个角碳位。 本论文利用理论计算方法研究环十二酮的a 一单取代、二取代、三取代系列衍生物构象 所获得的结果与实验一致，同时得到了目前实验方法尚无法得到的结果，如优势构象转换路 径的模拟及各构象出现频率的计算等，证明本论文所选择方法的正确性及理论方法的优势。 在此基础上，又预测了尚无实验结果的a 位四取代环十二酮稳定构象，获得了对位取代环 十二酮构象的全面认识，为该类化合物的定量构效关系研究提供了新的思路。 关键词构象a 位取代环十二酮分子力学分子动力学 ! 里坚些查兰堡主兰竺堡苎蔓兰塑矍垒! ! ! 翌! ! a b s t r a c t d e r i v a t i v e so f c y c l o d o d e c a n eh a v eb e e ns y n t h e s i z e di no u rl a b o r a t o r ya n ds t u d i e db yx - r a y c r y s t a l d i f f r a c t i o na n dn m r a n a l y s i s i n t h i s d i s s e r t a t i o n p r e f e r r e d c o n f o r m a t i o n so fs e r i a l s u b s t i t u t e d c y c l o d o d e e a n o n e s w i t hd i f f e r e n ts u b s t i t u e n t sw e r ec h a r a c t e r i z e d b y t h e o r e t i c a l m e t h o d s i n c l u d i n g m o l e c u l a r m e c h a n i c s ， m o l e c u l a r d y n a m i c s a n d q u a n t u m m e c h a n i c s c o m p u t a t i o n f o rt h ef i r s tt i m e ，m o l e c u l a rd y n a m i c sm i m e i c sw a su s e df o rt h ec o n f o r m a t i o n a l p r o c e s so f s u b s t i t u t e dc y c l o d o d e c a n o n e 1 u n d e rt h ec v f ff o r c ef i l e da n di nd m s o t h ec o n f o r m a t i o n so f m o n o s u b s t i t u t e d c y c l o d o d e c a n o n e sh a v eb e e ns t u d i e db ym e a n s o fm o l e c u l a rd y n a m i c sa tr o o m t e m p e r a t u r e t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h e r i n gs k e l e t o no f p r e f e r r e dc o n f o r m a t i o ni s 【3 3 3 3 ，w i t ht h ec a r b o n y lg r o u p p r e s e n t i nt h e2 - c p o s i t i o n , w h i c h i sc o n s i s t e n tw i t ht h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s t h e i n t e r c o n v e r s i o nb e t w e e nw - c o r n e r - s y n 3 3 3 3 一2 - o n ea n d s i d e - e x o 一 3 3 3 3 - 2 - o n ew e r ea n a l y z e d u s i n gd y n a m i c sm i m e s i sm e t h o d t h e c a l c u l a t e dr e s u l t ss h o wt h a tt h e i ri n t e r c o n v e r s i o np a t hi s c o n s i s t e n t b a s i c a l l y , t h ep r e f e r r e d c o n f o r m a t i o n i s - s i d e - e x o - 3 3 3 3 1 2 - o n e a n dt h e i n t e r c o n v e r s i o ne n e r g yb a r r i e ri si n c r e a s e da l o n gw i t ht h ev o l u m ea u g m e n t a t i o no f t h es u b s t i t u e n t s f o ra - c h l o r i n e ( o rb r o m i n e ) e y c l o - d o d e c a n o n e st h em a x i m ab a r r i e r sa r e4 3 9k j m e ! a n d4 4 3 k j m o l r e s p e c t i v e l y a n dt h e c o r r e s p o n d i n gc o n f o r m a t i o n i s d s i d e - e x o - 3 1 2 3 3 2 - o n e f o r a - a t k y l c y c l o d o d e c a n o n e ，t h em a x i m u mb a r r i e ra r r i v e a t5 3 9k j m o l ，a n dt h e c o r r e s p o h d i n g c o n f o r m a t i o n i sa - s i d e e x o - 3 1 2 3 3 一2 - o n e f o r - a m i n o ( o rh y d r o x y ) c y c l o d o d e c a c o n e s 。w h i c h c o n t a i n e da c t i v ep r o t o n t h ec o n f o r m a t i o no ft h em a x i m u me n e r g yi s n - s i d e e x o 一 3 1 3 2 3 1 一l - o n e f o r a - p h e n y l t h i o ( o r b e n z y l ) e y c l o d o d e e a n o n e s ，a p a r t f r o m - s i d e c x o 一 3 3 3 3 一2 - o n ec o n f o r m a t i o n ， t h em o r es t a b l ec o n f o r m a t i o ni sa - s i d e - e x o - 【4 3 3 2 一3 一o n ei n s t e a do f o t - c o r l l e r - s y r l 一 3 3 3 3 - 2 - o n e t h ev i b r a t i o nf r e q u e n c i e so fa l lt h ec o n f o r m a t i o nw e i - ec a l c u l a t e db yq u a n t u mm e c h a n i c sa m 3 m e t h o da n di ne a c hc a s e3 n - 6r e a lv i b r a t i o n a lf r e q u e n c i e sw e r eo b t a i n e d ，w h i c hi n d i c a t e dt h et r u e c n f o r u l a t i o n s 2 t h er e s e a r c hr e s u l to fmg t - c i s b i s s u b s t i t u t u t e dc y c l o d o d e c a n o n eb yt h es a m em e t h o da t r o o mt e m p e r a t u r ei n d i c a t e dt h a tt h ep r e f e r r e dc o n f o r m a t i o ns t i l l r e m a i n e d 3 3 3 3 - 2 - o n e t h e b i g g e rs u b s t i t u e n t w a sp r e s e n ti nn s i d e e x o p o s i t i o n a n dt h es m a l l e rs u b s t i t u e n l p r e s e n t i n u - c o m e r - s y np o s i t i o n w h e nt h et w os u b s t i t u e n t sw e r ed i f f e r e n t m o l e c u l a rd y n a m i c sa n a l y s i s p r o v e d t h a tt h ei n t e r c o n v e r s i o no fp r e f e r r e dc o n f o m a t i o nw a sc s - p s e u d o r o t a t i o na n dt h e j n t e r c o n v e r s i o ne n e r g yb a r r i e rw e r ec o n s i s t e n tw i t ht h ev o l u m ea n dc h e m i c a l q u a l i t y o ft h e s u b s t i t u e n t s t h es k e l e t o no fp r e f e r r e dc o n f o r m a t i o nc h a n g e di n t o 【4 3 2 3 - 3 - o n ew h i l et h e s u b s t i t u e n t sw e r et w os a m eb e n z e n er i n go rc y c l e h e x a n e t h ei n t e r c o v e r s i o ne n e r g yb a r r i e ro f 【4 3 2 3 一2 - o n e s k e l e t o nc o n f o r m a t i o nt o 3 3 3 3 - 2 - o n ei si n c r e a s e da l o n gw i t ht h ev o l u m eo f s u b s t i t u e n tw h e nt h et w os u b s t i t u e a t sw e r eo t h e rg r o u p 【4 3 2 3 2 o n es k e l e t o nc o n f o r m a t i o nw a s t h es e c o n dp r e f e r r e dc o n f o r m a t i o n f o rp h e n y l s u l f o n y lo rp h e n y l t h i og r o u p ，【4 3 2 3 - 2 一o n es k e l e t o n c o n f o r m a t i o nh a dh i r g hp r o b a b i l i t yi ns o l u t i o nb e c a u s eo fn 一s u r f a c ec o n j u g a t i n ge f f e c t m l e n t h et w os u b s t i t u e n t sw e r ed i f f e r e n t ，c s - p s e u d o r o t a t i o ne x i s t e db e t w e e nt h ep r e f e r r e dc o n f o r m a t i o n 1 1 1 中同农业j 、与、， i 学位论立英文摘韭a b s l r “i a n di t ss e c o n dp r e f e r r e dc o n f o r m a t i o nt h ei n t e r c o n v e r s i o ne n e r g yb a r r i e rc o r r e s p o n d e dw i t ht h e d i 仃e f e n c eo f t h es u b s t i t u e n t s 3 t h et h i r ds e r i e sw e r eo ，口- d i s u b s t i t o t e d c y c l o d o d e c a n o n ea n dn ，旺，e l - t r i s u b s t i t u t e d c y c l o d o d e c a n o n e m o l e c u l a rm e c h a n i c sa n dm o l e c u l a rd y n a m i c sc o m p u t a t i o ns h o w e dt h a tt h e p r e f e r r e d c n f o r m a t i o n s o f a ，c t - d i s u b s t i t u t e dc y c l o d o d e c a n o n ew e r es t i l l 【3 3 3 3 2 o n e w i t h s u b s t i t u e n t sp r e s e n ti nc t - c o r n e r - s y na n da - c o m e r - a n t ip o s i t i o n t h ep r e f e r r e dc o n f o r m a t i o n so f o ， 吐d - t r i s u b s t i t u t e dc y c l o d o d e e a n o n e s t i l lr e m a i n e d 【3 3 3 3 - 2 - o n ew h e nt h es u b s t i t u e n t sw e r es m a l l w h e nt h es u b s t i t u e n t sb e c o m e db i gt os o m ee x t e n t ，t h e p r e f e r r e d c o n f o r m a t i n c h a n g e d t o 3 3 2 4 2 - o n eb e c a u s eo fl ，3 - n o n b o n d i n ge f f e c ta n de x t r a c o n j u g a t i n ge f f e c t t h et h e r e t i c a lr e s u l t s a b o v ew e r ec o n s i s t e n tw i t he x p e r i m e n t s c o m p l e t e l y 4t h e ，a ，旺，一t e t r a s u b s t i t u t e dc y c l o d o d e c a n o n e sh a d n tb e e ns y n t h e s i z e ds of a r t h e t h e o r e f i c a lf o r e c a s ti n d i c a t e dt h a tt h es k e l e t o nc o n f o r m a t i o nw a sf 2 3 4 3 2 一o n ew i t ht h es a m ef o u r s u b s t i t u e n t sp r e s e n ti nt h et w oa - c o m e rp o s i t i o n sw h e nt h es u b s t i t u e n t sw e r es m a l l w h e nt h e s u b s t i t u e n t sb e c o m e db i gt os o m ee x t e n t ，t h es k e l e t o nc o n f o r m a t i o nw o u l dt w i s tt o 2 2 2 3 3 1 2 一o n e t h es e r i a lc t - m o n o s u b s t i t u t e db i s s u b s t i t u t e dt r i s u b s t i t u t e dd e r i v a t i v e so fc y c l o d o d e c a n o n e w e r es t u d i e db yt h e o r e t i c a im e a n sa n dt h er e s u l t sw e r ec o n s i s t e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t s a tt h e s a m et i m em a n yo t h e rr e s u l t sw h i c hc o u l dn o tg a i n e db ye x p e r i m e n t a lw a y ss of a r , s u c ha s m i m e i c so fc o n f o r m a t i o ni n t e r c o n v e n t i o na n ds h o w i n gr a t eo fe a c hc o n f o r m a t i o n ，w e r er e a l i z e d b yt h e o r e t i c a lm e a n si nt h i sd i s s e r t a t i o n o nt h eb a s eo f t h ea b o v ew o r k s ，w h i c hp r o v e dv a l i d i t y a n d a d v a n t a g eo fs e l e c t e d t h e o r e t i c a l m e a n s ，t h ep r e f e r r e dc o n f o r m a t i o n so ft h en ，a ，a ， d - t e t r a s u h s t i t u t e dc y e l o d o d e c a n o n e sw e r ef o r e c a s t k e y w o r dc o n f o r m a t i o n ，一s u b s t i t u t e dc y c l o d o d e c a n o n a s ，m o l e c u l a rm e c h a n i c s ，m o l e c u l a r d y n a m i c s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：路慧哲时间：2 0 0 3 年 月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 魏唣登留 导师签名 时间：。，弓年g 月日 时间：孑位u 乞年6 月6 日 中国农业大学博士学位论文 第一部分文献综述 第一部分文献综述 第一节大环化合物在农药中的应用 对大环化合物的研究开始于上世纪初，随着结构相对简单的大环化合物的获得，人们 发现具有大环结构的化台物往往具备独特的生物学活性与生理活性。例如在医药领域中， 抗生索红霉素a ( 如图卜l 所示) 的母体为十四员环内酯，用于治疗耐青霉素g 的金葡菌感 染【i 】= i 抗肿瘤药物美登素( 如图1 2 所示) 的母体为十九员环内酰胺，具有良好的抗癌活性 1 2 1 ；抗菌抗生素波拉霉素其母体为三十六员环内酯【3 l ，以四十员环内酯为母体的抗生素 m a i o l a c t o m y c i n s 【”，以六十员环内酯为母体的抗肿瘤抗生素q u i n o l i d o m i c i n l 5 】：在香料香精领 域，以十五员环酮和十七员环酮为母体的香料麝香酮( 如图l 一3 所示) 和灵猫酮都具有优雅 的香气，极具商业价值。 ho h m a c ) 7 0 r r ：d - 德糖姣 r ：l 克拉定糖 图1 1红霉索a 结构式 图i - 2抗肿瘤药物美登素结构式 o 图1 3 在农药领域。大环化合物有着广泛的应用 麝香酮结构式 以十六员环内酯为母体的杀虫杀螨剂阿维菌 素( a v e r l e c t i n s ) ，由美国m e r c k 公司于 9 7 6 年通过细菌培养方式获得，它几乎抗所有与 甲盈伙业，、碘卜学位论文第一部分文辱进 农业有关的线虫和1 y 肢动物，是一类广谱杀虫剂以二十四员环内酯内酰胺为母体的杀寄 生虫药物p f l 0 2 2 a ，效果非常显著吼 近年来，随着对大环化合物的深入研究，发现许多以十二员环为母体的衍生物具备很好 的杀虫、杀菌以及调节植物生长的作用( 见表1 1 ) ，以大环化合物为基础的新型农药的研 究与开发日益引起相关学者的重视。 表1 - 1环+ 二烷衍生物在农药中的应用 结构式应用 o p 1 永- - o o 具有系菌括性8 1 f 文。曳告o 帝”1 作为杀虫、 杀卵剂”j x ：= ：? 8 用作保鲜剂】 厂 。 巾h 曩o l m 一 杀菌剂、杀真菌剂、杀 藻剂f 9 】 几。几 与己k 与 n o l n 。 具有除草活性f 1 2 i 。淞， 作为 植物生长调节剂 与传统农药相比，大环化合物的研究尚处于起步阶段，其结构一功能一生物学活性关系 尚处于萌芽阶段。1 9 8 9 年，美国学者d a d o u g h e r t y 通过富电子芳环组成的大环主体与阳 离子客体间的相互作用，提出生物体内对神经传递物乙酰胆碱的识别主要是通过阳离子与n 电子相互作用完成【1 1 。这一研究成果大大激励了科学家深入研究大环化合物结构一功能的兴 趣显示犬环化合物研究前景相当光明。 中国农业大学博l ，学位论文第一部分文献综述 第二节环十二烷及环十二酮的构象研究进展 大环化合物的研究是有机化学的一个重要分支，许多大环化合物来自自然界，而且均有 独特的生理活性。如三十六员环内酯为母体的抗菌抗生素波拉霉素以十六员环内酯为母体 的杀虫杀螨剂阿维菌素，以二十四员环内酯内酰胺为母体的香料麝香酮及灵猫酮，以十二员 环烷为母体的内吸性杀菌剂环烷吗啉，它们都是大环化合物的典型代表。由于大环化合 物独特的生理活性，大环化台物的合成、结构及构象的研究成为有机化学研究领域中的热门 课题。为了将大环化合物化学研究引向深入，就必须全面、系统地研究大环化台物的立体化 学。作为大环化合物的第一个成员环十二烷及环十二酮，其立体化学尤其是空间构象的 深入研究，必将推动整个大环化合物立体化学的发展；同时，通过空间构象效应功能关 系的系统研究，建立其构效关系方程，必将有力地指导设计商效低毒的新药物，进而推动大 环化舍物化学的发展。 一、大环化合物构象的命名 1 9 7 3 年。d a l e “”通过分析大环化合物构象特征提出偶数大环化合物具有方形构象( 长 方形或正方形) ，奇数大环化合物具有三角形或五角形构象；所有大环化台物的构象包括角 和边两部分( 相连的邻位交叉键组成角对位交叉键组成边) 。d a l e ”首次根据大环化合物 构象特征给出其命名规则；以每一边所含的键数为依据，以阿拉伯数字表示键数，写于方括 号中；以某一角碳作为起点，依含键数从小到大的次序排列；数字个数等于边数，数字总和 等于环碳原子数。按此规则，环十二烷的优势构象( d t ) 命名为 3 3 3 3 ( 如图1 _ 4 所示) ，具 有金刚石晶格的构象命名为 2 4 2 4 ( 如图卜5 所示) 。d a l e ”“命名法对于象环十二烷这样较 小的大环化合物及其衍生物几种主要构象的命名尚能够满足需要。 il i o 一0 - 一。一 l i l o 一0 一 一o f o 一 图1 - 4 【3 3 3 3 1 环十二烷构象特征 图1 - 5 1 2 4 2 4 1 环十二烷构象特征 但是随着环数目的逐渐增加，利用d a l e ”命名法就不能很好的描述更复杂的构象了， 不能使命名与结构一一对应。对于大环化合物而言，最准确、最直接的命名方法就是将所有 键长键角按次序完整地记录下来，但无疑这也是最繁琐的办法。为了寻求对大环构象既准确 又简明的描述方法，许多研究者曾从不同角度提出了大环化合物的命名规则，其中，在d a l e 命名法基础上建立起来的g o t o “”( 1 9 9 2 ) 命名法较为完善。下面是与g o t o 命名法相关的一些 代号： 一 -oi 一一 -_i o，- 一 - - 0 j 10f 一 -10 一 中田农业j 、学t 二i 。学位j 0 之第一薄j 分文献l ! 述 繇一蝌+ g 。柔角 二、环十二烷及环十二酮的构象 环十二烷作为大环化合物系列中最简单的一个其构象研究始于五十年代，经过三十 多年的研究己确定其优势构象并提出其构象转化的可能途径。 4 中国农业大学博士学位论文第一部分文献综述 五十年代末，随着x 射线晶体衍射技术的应用与发展，d u n i t z 、s h e a r e r i ”1 分析得到环 十二烷晶体结构并发表了它的单晶晶胞参数。通过x 射线晶体衍射技术测定获得环十二烷 的晶体结构通过数据分析确定了环十二烷的优势构象：四个共平面单元、两两共用一个碳 原子，每个单元由四个呈锯齿状的碳原子组成，在麸用碳原子处其构象为邻位交叉式。1 9 6 0 年，d u n i t z 、s h e a r e r i j ”在其研究基础上，提出环十二烷可能存在两种构象：( 一) 在共用碳 处为邻位交叉式的构象，又称d 。对称性的方形构象( 如图1 7 ( 1 ) 所示) ；( 二) 在共用碳 处为部分重叠式构象，又称d 2 d 对称性的构象( 如图1 ，7 ( 2 ) 所示) 。 ( 1 ) 环十二烷d 。对称的方形构象( 2 ) 环十二烷d u 对称的柯象 图1 7d u n i t z 、s h e a r e r 通过实验总结获得的环十二烷的两种可能构象 关于环十二烷优势构象，还有其他说法。比如，有人认为环十二烷应具有金刚石结构【】 但这种观点被1 9 6 5 年w i b e r g 19 j 的力学计算结果否定。w i b e r g 19 】通过力学计算得出，金刚石 晶格构象内能要比d 4 构象内能高1 6 k c a l m o l ，从而否定了金刚石构象的提法。而且，w i b e r g l l q 通过计算结果得到，环十= 烷d 4 构象的键角( e ) 、扭转角( 由) 与x 射线晶体结构极为 接近。另外，还有人提出环十二烷应具有d 2 对称的构象1 2 ，但很快被以后的实验及计算结 果否定。 1 9 6 5 年，a m d t 2 ”利用n m r 次级矩值法探讨环十二烷构象结果表明具有战对称性的 环十二烷的次级矩值与实验结果一致。同年，b i x o n 与l i n o n l 2 2 1 将张力能表达为键长、键角 与扭转角的函数通过力学计算得出d 。对称的方形构象具有最低内能，是环十二烷的优势 构象。 n m r 谱测定是一种重要的构象研究方法，曾在环己烷椅式构象的确定中起了决定性的 作用。1 9 7 2 年。a r i e l l ”1 将1 h 、”c 核磁共振法应用于环十二烷的构象研究。环十二烷的f o u r i e r 变换”c 核磁共振谱结果显示：1 0 0 c 时，吸收峰为单峰：13 1 出现双吸收峰，吸收峰强 度比为2 ：1 ，化学位移差4 8 ，恰好符合d 。对称的方形构象该构象存在两类碳：边碳、 角碳，其个数比2 ：1 。然而风构象是否为环十二烷的优势构象却无法证实：1 9 7 8 年，a n e t 等| 2 4 l 合成了两类环十二烷的氘代物，通过研究n m r 谱得出结论，d 4 构象为环十二烷的优 势构象。同时，a n e t 等f 2 4 j 根据1 9 7 3 年d a l e 等的初步计算结果，利用力学计算方法研究了 环十二烷的构象转换问题，计算获得环十二烷的主要优势构象及其过渡态张力能值，其构象 转换能垒7 9 k c a i m o l ，与实验测定值7 3 k c a l m o l 接近。 通过实验、理论研究，环十二烷的优势构象d 4 得到公认，其构象转换问题已开始 研究并获得其主要构象的能量转变曲线( 如图1 8 所示) 。 固农业、i “i 。学位论卫第一部分文献综述 删 环十二烷主要十笥象能量变化曲线 ii i i i ii y 八。m 八 abc b ， 构象转换过程 图l - 8 环十二烷主要构象能量变化曲线 作为环十二烷的简单衍生物鄢十二酮，由于其在有机合成中的广泛应用， 其构象研究较为透彻。 环十二酮作为大环化合物，其命名规则与环十二烷类似，区别在于命名是从含 有羰基的一边开始数起，以距羰基最近的角碳为1 号碳；方括号内的数字代表各边含 碳原子的个数，方括号外数字表示羰基位置。此法为r i w d a h 与e l f a e r 等1 2 7 1 于1 9 8 9 年提出，按此规则环十二酮优势构象命名为：3 3 3 3 2 酮。 1 9 7 3 年，a n e t 等口q 利用n m r 方法初步确定环十二酮具有方形骨架，并测定获 得构象转换能垒为7 3 - 7 7 k c a l m o l 。1 9 7 9 年，g r o t h 2 9 j l 匝过x 射线晶体衍射法测定获 得环十二酮的晶体结构，发现环十二酮也属单晶体系，其晶胞参数 【a 2 1 3 0 8 9 ( 5 ) a ，b = 8 0 1 9 ( 4 ) ，c = 5 4 0 0 ( 2 ) ，b = 1 0 0 4 l ( 3 ) 与环十二烷类似；低温条件下其构象 二面角与环十二烷的d 4 构象相似，羰基位于边碳，从而证实了a n e t 的推测，即环十二 酮的优势构象为 3 3 3 3 - 2 - 酮( 括号内数字表示构象每条边的碳原子数，数字的个数代表 边的条数，括号外的数字代表羰基位置) ( 如图1 - 9 所示) 图l 一9 环十二酮优势构象【3 3 3 3 】一2 - 酮 1 9 9 0 年r a w d a h 等【2 7 l 利用力学计算方法研究环十二酮的构象。计算过程中利用羰基取 代环十二烷构象中的亚甲基，结果提示【3 3 3 3 】2 酮为环十二酮的优势构象。这是种较粗糙 的方法，但用在大环化合物中是有其成功的理由的。首先从理论上看虽然羰基不同于亚甲 基，这种取代会引起扭转张力、内角张力及非键相互作用的改变，但x 一射线晶体衍射法却 得出环十二酮构象的扭转角与环十二烷的相似，扭转张力改变不大。相反，由于羰基有效体 6 中国农业人学博l 学位论文第一部分文献综述 积小于弧甲基，且羰基碳为s p ! 杂化，抒 转角小于环十二烷，从而使环十二酮的非键相互作 埘小于环十二烷，尤其当羰基位于边碳时，这种非键相互作用的减小更为显著。 r a w d a h 2 6 1 2 7 1 用此法计算了环十二酮2 1 种构象。计算结果表明 3 3 3 3 ，2 酮的手h 转角与 实验结枭鼹为接近张力能虽小，是环十二酮的优势构象。同时，相对张力能低于2 k c a l m o l 的构象还包括：【3 3 2 4 - 2 - 酮，f 3 4 2 3 - 2 - 酮，【4 3 2 3 - 3 - 酮， 2 3 3 4 一2 一酮( 如图l - 1 0 、表1 - 2 所 示) 。 【3 3 2 4 - 2 - 酮构象 【4 3 2 3 1 - 3 酮构象 【3 4 2 3 1 2 - 酮构象 f 2 3 3 4 1 - 2 一酮构象 图i 1 0环十二酮优势构雾特征 表1 - 2 环十二酮各种构象、对称性及相应的张力能 构象对称性张力能( k c a l m 0 1 ) 构象对称性张力能( k c a l j m 0 1 ) 。 f 3 3 3 3 2 - 酮c 2 o 0 0 【2 3 4 3 2 _ 酮 c s3 0 5 3 3 2 4 1 2 一酮q 1 2 4 【3 2 4 3 2 - 酮c 2 32 8 【3 4 2 3 2 酮 c ： 13 8 1 2 4 3 3 一1 酮c ： 33 7 f 4 3 2 3 1 3 - 酮 c s1 7 3 【3 4 3 2 1 - 2 - 酮c ： 3 5 6 f 2 3 3 4 一2 酮c 2 l8 6 【3 2 4 3 一i 酮c ： 37 6 4 2 3 3 1 - 3 一酮 c 2 25 3 【3 2 2 4 - 2 - 酮c 3 37 7 3 3 3 3 1 l _ 酮 c 2 26 5 【3 3 2 4 - 1 酮c z 38 7 f 4 3 3 2 1 2 一酮 c 2 2 6 7 2 3 3 4 1 1 酮c ? 39 3 【4 3 2 3 1 2 ，酮c 1 2 8 0 【2 3 4 3 1 一i - 酮c 2 45 4 f 3 3 4 2 1 2 - 酮 c ： 28 】 3 2 3 4 - l 酮c 2 50 5 4 2 3 3 1 - 2 酮 c 1 28 9 7 辛国农业，、学博：= 卜学位论文第一部分文献蒜述 同时r a w d a h 等1 2 7 提出环十二酮构象转换存在两种假旋：c 。假旋、c 2 假旋。力学计算 结果表明：c ；假旋的能垒值与核磁测定结果( 7 3 76 k c a l m 0 1 ) 接近，因此，他认为 3 3 3 3 1 2 一 酮以c ：假旋为构象转换模式( 图l 1 1 所示) 。 l f c ：一p ”u d o 吼a t t o n c z - p ”u d 。嘣酬o n i f 蕤一 2232412 酮旦4 3 】- 2 _酮2 二_ 一4 3 】- 2 - 【3 3 3 3 2 一【2 3 3 4 】- 2 。、斗二甜 阚墅山，船p 一墨即乡 图卜1 1 c s - 假旋 注：a 横线上的数字表示构象转变过渡态的张力能 b 带一的构象是其相应构象( 不带”) 的对映体 8 中国农业大学博十学位论文 第一部分文献综述 第三节取代环十二酮的构象研究迸展 一、a 一单取代环十二酮构象 本研究组以环十二酮为母体，通过间接硝化、直接或间接溴代、