6
Valovna funkcija Ψ pa ima ob tem dva možna rezultata. V primeru delcev s
celoštevilčnim spinom (bozoni) se ob zamenjavi dveh delcev predznak ne spremeni, valovna funkcija je simetrična. V primeru delcev s polovičnim spinom (fermioni) pa se ji spremeni predznak. V tem primeru je valovna funkcija antisimetrična (Enačba 1.4).
𝛹(𝑟⃗1, 𝑟⃗2) = 1
√2 (𝛹1(𝑟⃗1) ∗ 𝛹2(𝑟⃗2) − 𝛹1(𝑟⃗2) ∗ 𝛹2(𝑟⃗1)) Enačba 1.4: Antisimetrična valovna funkcija za sistem dveh delcev.
Valovna funkcija za sistem s številom delcev N (če N > 1) ni rešljiva, zato moramo uporabiti približno metodo Slaterjeve determinante, v kateri je N elektronov in je vsak elektron (i) opisan z elektronsko spinsko orbitalo χ(i). Orbitala je odvisna od prostorskih (𝑟⃗(i)) in spinskih koordinat elektrona i. Če obravnavamo namesto atoma molekulo, nastopijo v Slaterjevi determinanti molekulske orbitale (Enačba 1.5).
𝛹(𝑟⃗1, … , 𝑟⃗𝑁) = 1
Enačba 1.5: Schrödingerjeva enačba sistema N delcev, zapisana s Slaterjevo determinanto.
Schrödingerjevo enačbo tako lahko rešimo z različnimi približnimi metodami reševanja integralov. Ena od teh je variacijska metoda, ki nam pove, da je energija, izračunana iz približka valovne funkcije, vedno večja od prave energije. Iz tega lahko sklepamo, da lahko z iskanjem minimuma energije (𝜕𝐸 = 0) poiščemo izraz za valovno funkcijo, ob čimer morajo biti orbitale ortogonalne in normirane. Dobimo Hartree–Fockov set enačb, ki jih nadalje rešujemo z metodo samouglašenega polja, ki nam izračunane spinske orbitale poda v obliki tabel, njihova vrednost pa je odvisna od prostorskih koordinat (Enačba 1.6).
𝐹̂𝑖χ𝑖(1) = 𝜀𝑖𝜒𝑖(1)
Enačba 1.6: Kanonični Hartree–Fockov set enačb, kjer so 𝜒𝑖(1) enoelektronske valovne funkcije.
Takšen način reševanja enačb pa je zamuden in nepraktičen. Bolj pogosta metoda je obravnavanje prostorskih spinskih orbital kot linearnih kombinacij baznih funkcij 𝜙𝑣. Na ta način dobimo Roothaan–Hallove enačbe (Enačba 1.7), ki opisujejo dvojno zasedene polne orbitale (drugo ime je restriktivna Hartree–Fockova metoda).
∑ 𝑐𝑣,𝑖∫ 𝑑𝑟1 𝜙𝑛(1)
Enačba 1.7: Roothan–Hallove enačbe zapisane v integralni (zgoraj) in v matrični (spodaj) obliki.
7
Hartree–Fockova (HF) metoda nam da najboljšo valovno funkcijo in ustrezno energijo, ki je vedno nekoliko višja od dejanske. Razlog za to je dejstvo, da HF metoda deloma zanemari korelacije med elektroni (elektrostatski odboj je zanemarjen).
Z uporabo molekulskega modeliranja v kombinaciji s konformacijsko analizo lahko poiščemo različne konformacije molekule ter njihove energije v odvisnosti od
razporeditve atomov v molekuli, s sledečo energijsko minimizacijo pa tako poiščemo najbolj stabilno konformacijo molekule.
Z opisanimi metodami lahko tudi poiščemo prehodno stanje reakcije. Energija sistema se v smeri energijske koordinate premakne iz prvega minimuma (reaktanti) v drug minimum (produkti) preko prevojne točke, ki ustreza prehodnemu stanju. Prvi odvod je v prevojni točki enak 0, drugi odvod pa je negativen. Prehodnemu stanju pripada tudi t.i. imaginarna frekvenca, ki predstavlja nihanje prehodnega stanja v smeri reakcijske koordinate [20][21].
8 1.3.1 Semiempirična metoda PM6
Semiempirične metode temeljijo na poenostavitvi Hartree–Fockove metode. Povsem računske metode (t.i. ab initio metode) so zelo zamudne, glavnina časa pa je izgubljena na izračunu kompleksnih večelektronskih integralov, ki nastopajo v Roothan–Hallovih enačbah znotraj Fockove matrike. Semiempirične metode pa pri svojih izračunih namesto računanja integralov uporabljajo znane empirične lastnosti in parametre obravnavanih atomov in molekul, kar močno skrajša čas računanja in tudi izboljša točnost rezultatov. Korelacije med elektroni, ki jih ni moč povsem izračunati s poenostavljenimi računskimi metodami, so tako zajete v empiričnih podatkih in pripomorejo k boljši točnosti rezultatov [20–22].
Metoda PM6 temelji na NDDO (Neglect of Diatomic Differential Overlap) metodi, ki zanemari prekrivanje diferencialov na različnih atomih in obdrži le integrale, kjer so vsi elektroni na istih atomih. Metoda PM6 vsebuje tudi izboljšan model interakcij med atomskimi jedri, kar je omogočilo njeno parametrizacijo za več kot 70 elementov.
Parametrizacije posredno že vsebujejo korelacije med elektroni, ki jih je težko natančno izračunati, zato takšne metode pogosto dajo boljše rezultate od povsem računskih metod [20–24].
9
2 Namen dela
Namen magistrskega dela je priprava različno substituiranih biciklo[2.2.2]oktenov in raziskovanje vpliva različnih funkcionalnih skupin na njihove fizikalne lastnosti. Izhajal sem iz že pripravljenih 3-benzoilamino-2H-piran-2-onov, ki so bili sintetizirani po že znani »one pot« sintezi, ki sem jo obravnaval v svojem diplomskem delu. Reakcija dvojne Diels–Alderjeve cikloadicije poteka skladno s shemo 2.1.
Shema 2.1: Diels–Alderjeva cikloadicija maleinanhidrida na različno substituirane 3-benzoilamino-2H-piran-2-one.
Nameraval sem uporabiti 3-benzoilamino-2H-piran-2-one z različnimi kombinacijami elektron akceptorskih in elektron donorskih skupin na vseh treh mestih v obroču.
10
Po končani sintezi sem se nameraval osredotočiti na čim boljšo izolacijo produktov iz reakcijskih zmesi. Za vsak produkt sem nameraval poiskati idealno mešanico topil, pri katerih bi čim bolj čist produkt izkristaliziral iz reakcijske zmesi s čim boljšim
izkoristkom. Produktom sem nameraval potrditi strukturo in oceniti njihovo čistost s spektroskopskimi metodami ter določiti izkoristek reakcije.
Maleinanhidrid se lahko v prvi stopnji cikloadicijske reakcije na obroč veže z endo strani (skladno z Alderjevim pravilom bi tako nastal termodinamsko kontroliran produkt) ali ekso strani, čemur v drugi stopnji sledi odcep molekule CO2. Obe možni stereostrukturi prikazuje slika 2.1.
Slika 2.1: Ekso produkt (levo) in endo produkt (desno) prve stopnje reakcije.
S pomočjo molekulskega modeliranja sem želel ugotoviti, katero prehodno stanje je energijsko ugodnejše. Osredotočiti sem se nameraval na izračun energijske bariere za endo in ekso potek reakcije v prvi stopnji cikloadicije maleinanhidrida. Za primerjavo rezultatov sem nameraval izvesti izračun tudi za primere Diels–Alderjeve cikloadicije etil vinil etra in cikloheksil vinil etra kot dveh dienofilov. Steroselektivnost teh dveh reakcij je namreč znana iz literature ter eksperimentalno potrjena z rentgensko difrakcijsko analizo monokristalov nastalih cikloaduktov. Pri obeh reakcijah sta bila uspešno kot edina adukta izolirana 7-oksabiciklo[2.2.2]oktenska sistema v endo konfiguraciji.
11
3 Rezultati in razprava
3.1 Priprava 3-benzoilamino-2H-piran-2-onov
Izhodni substituirani 3-benzoilamino-2H-piran-2-oni so bili pripravljeni po »one pot«
sintezi, opisani v literaturi in uporabljeni tudi v mojem diplomskem delu [2][11][25].
Sinteza izhaja iz molekul, ki imajo aktivirano CH2 skupino (z vsaj eno karbonilno skupino, npr. 1,3-diketoni, β-keto estri, 2-acetilfuran ter analogi itd.). Ob segrevanju z ustreznimi C1 sintoni (npr. DMFDMA) iz njih nastanejo N,N-dimetilaminometilenski (enaminski) intermediati, ki v naslednji stopnji (tudi ob segrevanju) reagirajo z N-acilglicinom (najpogosteje gre za hipurno kislino, torej N-benzoilglicin), ki pod
reakcijskimi pogoji (topilo je acetanhidrid) z eliminacijo molekule vode in situ ciklizira v ustrezni oksazolonski derivat. Čeprav so izkoristki relativno nizki, pa je odlika tega sinteznega pristopa enostavnost izvedbe in izolacije produktov (ki omogoča pripravo produktov tudi na več 10 g skali); v večini primerov se 2H-piran-2-oni namreč oborijo kot trdni produkti, ki jih zlahka izoliramo s filtracijo pod znižanim tlakom. Po potrebi jih še dodatno očistimo s prekristalizacijo (običajno iz enostavnih alkoholov, lahko pa uporabimo še majhen dodatek DMF) [2][11][25–27].
Nesubstituirani 2H-piran-2-oni imajo delni aromatski značaj, zaradi katerega počasi reagirajo v reakcijah cikloadicije. Elektron donorske skupine (EDG) in elektron
akceptorske skupine (EWG), vezane na obroč, pospešijo reakcijo, zato sem izbral osem različno substituiranih 2H-piran-2-onov in jih glede na njihove elektronske podobnosti razdelil v dve skupini (slika 3.1 – Številčenje 1a–1h poteka po vrstnem redu izvajanja posameznih sintez.) [28].
Slika 3.1: 3-benzoilamino-2H-piran-2-oni, uporabljeni v nadaljnji reakciji z maleinanhidridom.
V prvi skupini (1a, 1f, 1g, 1h) so elektronsko bogatejši 2H-piran-2-oni, ki imajo kot R3 substituent v obroču vezano 2-furilno oz. 2-tienilno skupino, kar jim daje bolj aromatski
12
značaj. V drugi skupini (1b, 1c, 1d, 1e) pa so elektronsko revnejši 2H-piran-2-oni s karbonilnimi spojinami. V obeh skupinah se kot substituent pojavi tudi šibko elektron donorska metilna skupina. Izhajal sem tako iz precej raznovrstnega nabora tako elektronsko bogatih kot elektronsko revnih 2H-piran-2-onov.
3.2 Biciklo[2.2.2]okteni, pripravljeni z maleinanhidridom
Pripravil sem osem različno substituiranih biciklo[2.2.2]oktenskih sistemov z uporabo maleinanhidrida kot dienofila in 2H-piran-2-onskih sistemov kot dienov po postopku dvojne Diels–Alderjeve cikloadicije, opisane v literaturi [1]. Splošna reakcija poteka po shemi 3.1.
Shema 3.1: Sinteza substituiranega biciklo[2.2.2]oktenskega sistema z benzoilaminsko skupino na mostnem ogljiku iz substituiranega 3-benzoilamino-2H-piran-2-ona in maleinanhidrida.
Za izhodne spojine sem izbral različno substituirane 3-benzoilamino-2H-piran-2-one, ki so se med seboj razlikovali po substituentih R1 (na 4. mestu na obroču), R2 (na 5.
mestu) in R3 (na 6. mestu). Pri prvih dveh reakcijah sem uporabil 4 mmol izhodnega 2H-piran-2-ona, pri vseh nadaljnjih pa po 8 mmol. Pri vseh primerih sem uporabil dvakratni prebitek maleinanhidrida (16 mmol in 32 mmol). Reaktante sem raztopil v 12–24 mL tetralina in segreval pod refluksom od 2 do 4 ure.
Biciklo[2.2.2]oktenski produkt se je v trdni obliki začel nabirati na stenah bučke že med segrevanjem in dajal videz strjene rjave smole. Po končanem segrevanju reakcijske zmesi sem od trdnega ostanka v zmesi previdno oddekantiral preostanek topila in ga zavrgel. Surovemu produktu sem nato dodal par kapljic metanola ter ga mehansko postrgal s stene posode in homogeniziral. Nečistoče so dajale produktu rjavkast videz in grudasto teksturo. Iz zmesi sem odstranil vrelne kamenčke ter produkt odnučal in spiral z metanolom, acetonom in v nekaterih primerih tudi z dietil etrom, da je posvetlel.
Potek reakcij sem preveril z metodo TLC. Za mobilno fazo uporabil zmes etil acetat : petrol eter 90:10. Pri vseh analizah sem za primerjavo poleg čistih produktov (oz.
reakcijskih zmesi) na TLC ploščice nanesel tudi ustrezne izhodne 2H-piran-2-one; v
13
vseh primerih sem po razvijanju dobil eno samo liso za reaktante (kar kaže, da so bili čisti); tudi za produkte je bila v vseh primerih vidna ena sama lisa (z Rf vrednostjo, drugačno kot za izhodne spojine), kar kaže na to, da so reakcije potekle v celoti (s popolnimi konverzijami).
Pri nekaterih TLC je bila vidna blaga pika na mestu nanosa produktov (na startu), ki bi jo lahko pripisal nekoliko manj učinkovitemu čiščenju v teh primerih.
Strukturo produktov sem dodatno potrdil z IR spektroskopijo in MS (ESI). Na podlagi literature, kjer je bila struktura enakih in podobnih aduktov potrjena z NMR
spektroskopijo, gre v vseh primerih za simetrične ekso, ekso adukte [10].
Tabela 3.1: Mase produktov, izkoristki, molske mase, tališča in reakcijski časi za produkte m1–m8 glede na substituente R1, R2, R3.
Rezultati sintez so prikazani v tabeli 3.1. Z najboljšimi izkoristki so nastali produkti, pri katerih so izhodni 2H-piran-2-oni vsebovali heterociklične aromatske obroče kot
substituente R3 in metilno skupino kot substituent R1 na obroču. Tako tienilni kot furilni obroč sta povečala izkoristek reakcije, kar potrjuje potek reakcije skladno z normalnimi elektronskimi zahtevami. Prisotnost tienilnega obroča je vplivala tudi na videz produkta, saj mu je dala intenzivno rumeno barvo, značilno za mnoge žveplove heterociklične spojine. Aromatska skupina produktov je nastala z dobrimi izkoristki nad 60% (v tabeli 3.1 produkti m1, m6, m7, m8). Izjema je le produkt m7, ki je v
primerjavi z ostalimi aromatskimi produkti, nastal z le približno polovičnim izkoristkom v primerjavi z ostalimi (33,4%).
# R1; R2; R3 m [g] µ [%] M
14
Reakcija je najtežje potekla v primerih m2 in m3, ko sta na obroču bili prisotni zgolj estrski funkcionalni skupini (vezani prek karbonilnega C atoma in zato z elektron akceptorsko vlogo) kar potrjuje nizek izkoristek, dobljen v teh dveh primerih. Težave so se pojavile tudi pri izolaciji produkta, saj ob izvedbi običajne izolacije (dodatek
metanola ali acetona), ki je bila uspešna v preostalih primerih, oborina ni nastala; enako neuspešno so se izkazale tudi mnoge druge uporabljene kombinacije topil različnih polarnosti. Uporabil sem med drugim metanol, aceton, dietil eter in etil acetat.
Produkt se je bodisi popolnoma raztopil (aceton, metanol, etil acetat), bodisi ostal neraztopljen (dietil eter, petrol eter : etil acetat 10:1).
Prisotnost metilne skupine v izhodnih 2H-piran-2-onskih derivatih je v vseh primerih izboljšala izkoristek reakcije. Metilni substituent je šibko elektron donorska skupina, ki vendarle nekoliko poveča elektronsko gostoto diena in s tem tudi njegovo reaktivnost za elektronsko revne dienofile, kakršen je tudi maleinanhidrid. Zanimiv je predvsem produkt m4, ki ima v primerjavi s produktom m2 kot R3 substituent na obroču namesto etoksikarbonilne funkcionalne skupine vezano metilno skupino. Ta sprememba ne le, da izboljša izkoristek reakcije, ampak tudi povsem spremeni topnost produkta, saj je produkt m4 namreč popolnoma netopen v acetonu, kar je izredno olajšalo izolacijo in čiščenje tega produkta. Izpadli so povsem čisti kristali produkta m4, kar sem tudi potrdil z analizo TLC.
Rezultati kažejo, da Diels–Alderjeve reakcije v vseh raziskanih primerih potekajo z normalnimi elektronskimi zahtevami, saj cikloadicija veliko lažje poteka v primerih, ko so na 2H-piran-2-onskem obroču prisotne elektron donorske skupine, najtežje pa v primerih, ko so prisotne zgolj karbonilne (torej elektron akceptorske) skupine. 2H-piran-2-oni z vezanimi aromatskimi skupinami dajejo v splošnem produkte z boljšimi izkoristki, kar kaže na možnost vpliva resonančne stabilizacije prehodnega stanja in s tem vpliva tudi na izkoristek reakcije. Po drugi strani pa 2H-piran-2-onski derivati na katere so vezani substituenti preko karbonilne skupine, dajejo produkte v splošnem s slabšimi izkoristki. V obeh skupinah pa prisotnost metilne skupine na obroču močno izboljša izkoristek reakcije.
Tališča čistih biciklo[2.2.2]oktenskih aduktov sem izmeril z aparaturo Optimelt s hitrostjo segrevanja 3 °C/min. Vsi produkti so se raztapljali zelo počasi in
neenakomerno, kar se odraža v zelo širokih talilnih intervalih, prikazanih v tabeli 3.1.
Produkti se niso lepo stalili, temveč je pri vseh (zaradi zelo visokih tališč) zelo verjetno potekal tudi vzporeden razpad. Produkti so spreminjali barvo in, ko so se začele
pojavljati prve kapljice, postali tudi vidno zažgani (so počrneli). Sumim, da je pri segrevanju na temperature blizu tališča začel potekati razpad produktov, razpadni produkti so pa se nato stalili, vendar, ker so tako nastale nedefinirane zmesi, so bili dobljeni talilni intervali tudi preširoki, da bi bili veljavni, čeprav so bili izmerjeni za TLC-čiste in posušene produkte. Za produkte m1, m6, in m7 sem podatke našel v literaturi [10]. Za ostale produkte pa v času nastanka tega magistrskega dela v literaturi nisem dobil podatkov o tališčih, zato sem bil primoran uporabiti izmerjene.
15
3.3 Molekulsko modeliranje prehodnega stanja prve stopnje reakcije
V nadaljevanju sem želel raziskati ali je v prvi stopnji cikloadicije maleinanhidrida na 2H-piran-2-on preferiran endo ali ekso napad. To bi lahko ocenil tako, da bi izračunal energijsko bariero, ki ustreza energiji prehodnega stanja reakcije za vsakega od obeh možnih napadov ter tudi stabilnost endo in ekso produktov, saj endo napad vodi do endo produkta, ekso napad pa do ekso produkta. Reakcija poteka po shemi 3.2. Produkt prve stopnje reakcije, 7-oksabiciklo[2.2.2]oktenski sistem, je sicer v praksi zelo kratkoživ, saj pod termičnimi reakcijskimi pogoji skoraj vedno takoj sledi eliminacija molekule CO2 (shema 3.2), ki lahko poteka z retro-hetero-Diels–Alderjevo reakcijo ali pa po kakšnem drugem mehanizmu (polarnem ali biradikalskem). Pomembno je tudi omeniti, da primarni cikloadukt 7-oksabiciklo[2.2.2]oktenski sistem lahko nastane kot endo ali pa ekso produkt (sukcinanhidridni obroč in CO2 mostiček sta lahko v anti ali pa v sin položaju).
Shema 3.2: Prva stopnja Diels–Alderjeve cikloadicije maleinanhidrida na 2H-piran-2-on; prikazan je nastanek ekso-7-oksabiciklo[2.2.2]oktenskega derivata.
Za računsko študijo sem izbral tri različno substituirane (furil-4-metil-,
6-etoksikarbonil-5-etoksikarbonilmetil- oz. 5-etoksikarbonil-6-metil-) 2H-piran-2-one, na katerih sem izvedel iskanje prehodnega stanja za prvo stopnjo reakcije (torej za
cikloadicijo do primarnega 7-oksabiciklo[2.2.2]oktena, ki bi sicer po odcepu CO2 vodila do produktov m8, m2 in m4) (slika 3.2). Za vse tri izbrane produkte je iz literature znano, da potečejo do končnega ekso,ekso produkta, zato lahko predhodno ocenim, da bo preferiran ekso napad [10].
16
Slika 3.2: Produkti prve stopnje cikloadicijske reakcije, uporabljeni v nadaljnjih izračunih.
Za vsak primer sem postopek ponovil dvakrat, in sicer za endo in ekso napad. V programu sem sestavil molekule reaktantov in produktov, jih energijsko minimiziral z metodo PM6 in odmeril izračunano tvorbeno energijo.
Nato sem sestavil približek prehodnega stanja. Novonastale vezi med dienom in dienofilom sem fiksiral, podaljšal na 2 Å in model prehodnega stanja znova energijsko minimiziral. Modelu prehodnega stanja sem nato izračunal vibracijski spekter. V izračunanem vibracijskem spektru je prisotna ena negativna (imaginarna) frekvenca, ki predstavlja nihanje v smeri reakcijske koordinate (slika 3.3). Negativne IR frekvence so zgolj računski pojav, ki predstavljajo nihanje v smeri razpada sistema.
Slika 3.3: Izračunan vibracijski spekter endo intermediata m2p. V spektru je prisotna ena imaginarna frekvenca pri valovni dolžini –801 cm–1.
Iz nihanja sem razvil reakcijski profil reakcije. Iz enega modela sem tako dobil
zaporedje modelov, pri katerih se dolžina novonastalih vezi (in s tem tvorbena energija prehodnega stanja) spreminja. Model, ki je bil najbližje prevojni točki profila reakcije, je ustrezal prehodnemu stanju (slika 3.4). Tako sem izračunal energijo aktivacije ter spremembo energije med reaktanti in produkti.
17
Pri primerih m8p in m2p so rezultati pokazali nižjo energijo aktivacije pri endo aduktu.
Endo produkt se je izkazal tudi za rahlo bolj stabilnega. Razlika je bila 14,78 kJ/mol za prvi in 34,23 kJ/mol za drugi primer. Pri primeru m4p so bile razlike med energijo aktivacije in reakcije zanemarljive. Rezultati tako kažejo na rahlo kinetičo endo selektivnost reakcije pri primerih m8p in m2p, pri primeru m4p pa kinetične selektivnosti ni.
Rezultati, prikazani v tabeli 3.2, so pokazali na rahlo kinetično in termodinamsko endo selektivnost v prvi stopnji reakcije pri primerih izhodnih spojin, ki so imeli večje funkcionalne skupine R3. Razlog za selektivnost je tako verjetno sterična oviranost pri ekso konformaciji. Eksperimentalni podatki iz literature kažejo, da celotna reakcija vodi skoraj izključno do simetričnega dvojnega ekso adukta [10]. Po prvi stopnji reakcije pride do retro-Diels–Alderjevega odcepa molekule CO2 in posledično izgubo enega elementa asimetrije, kar zmanjša možno število stereoizomernih produktov iz dveh parov enantiomerov na samo en par enantiomerov cikloheksadienskega intermediata.
Selektivnost pri prvi stopnji reakcije tako nima bistvenega vpliva na strukturo končnega produkta. V drugi cikloadicijski reakciji ima dienofil zopet enako možnost napada tako iz endo kot iz ekso strani glede na maleinanhidrid in pa iz sin in anti strani glede na sukcinanhidridni obroč. Prevladujoč ekso,ekso produkt tako nastane, če druga stopnja cikloadicije poteka na endo-anti način [13].
Tabela 3.2: Izračunane tvorbene energije reaktantov, prehodnih stanj in intermediatov ter energija aktivacije za endo in ekso prehodna stanja produktov m8, m2 in m4.
Metodo, ki sem jo izbral, pa sem moral nekoliko poenostaviti zaradi kompleksnosti računa. Model reakcije poteka v vakuumu, zato v izračun niso všteti morebitni vplivi topila. Moja sklepanja slonijo na izračunanih tvorbenih entalpijah posameznih molekul produkta. Takšno obravnavanje pa gotovo zanemari marsikateri vpliv okolice na reakcijo.
# Produkt E reaktantov
[kJ/mol] E prehodnega
stanja [kJ/mol] E produkta
[kJ/mol] E
18
Slika 3.4: Reakcijski profil reakcije (tvorbena energija molekule v odvisnosti od reakcijske koordinate) za ekso (zgoraj) in endo (spodaj) produkt m2p. Označena točka je najbližje prevojni točki krivulje in tako
ustreza prehodnemu stanju.
19
3.4 Primerjava rezultatov
Za primerjavo in potrditev rezultatov, dobljenih z metodo molekulskega modeliranja, sem izračunal prehodno stanje za reakcijo, katere produkti in njihove strukture so eksperimentalno znani. Podobni reakciji, kot sem jih raziskoval, sta Diels–Alderjeva cikloadicija etil vinil etra na 3-benzoilamino-6-metil-5-metoksikarbonil-2H-piran-2-on (3a) in Diels–Alderjeva cikloadicija cikloheksil vinil etra na 5-benzoil-3-benzoilamino-6-metil-2H-piran-2-on (3d). Eksperimentalno dobljen produkt obeh reakcij je endo stereoizomer 7-oksabiciklo[2.2.2]oktenskega sistema, ki se ga da uspešno izolirati.
Struktura obeh produktov je bila potrjena z rentgensko difrakcijsko analizo monokristala [14]. Oba produkta sta prikazana v sliki 3.5.
Slika 3.5: Endo stereoizomera dveh 7-oksabiciklo[2.2.2]oktenskih sistemov, ki sta bila uspešno izolirana in karakterizirana z rentgensko difrakcijo [11].
Po enakem postopku sem izvajal izračun tako na endo kot na ekso produktih in rezultate, prikazane v tabeli 3.3, primerjal z znanimi eksperimentalnimi podatki.
Rezultati so bili presenetljivi. Za primer 3a sem dobil negativno aktivacijsko energijo, kar seveda ni smiselno.
Na primeru 3d pa kažejo rezultati na nekoliko bolj ugoden potek za ekso konformacijo produkta. To seveda ne ustreza eksperimentalnim podatkom, ki jasno kažejo, da je endo potek reakcije ugodnejši.
20
Tabela 3.3: Izračunane tvorbene energije reaktantov, prehodnih stanj in intermediatov ter energija aktivacije za endo in ekso prehodna stanja produktov 3a in 3d.
Takšni rezultati jasno pokažejo, da računskim metodam pogosto ni povsem za zaupati, saj na reakcijo vpliva marsikaj drugega kot samo stabilnost produktov in energijska bariera, ob tem pa povsem zanemarijo topilo, nekatere reakcijske pogoje in celo entropijske prispevke k spremembi energije [29]. Vse metode molekulskega
modeliranja slonijo na poenostavitvah izračuna elektronske gostote sistema, kar pomeni, da dobljeni rezultati posameznih metod sami po sebi vedno odstopajo od dejanskega
modeliranja slonijo na poenostavitvah izračuna elektronske gostote sistema, kar pomeni, da dobljeni rezultati posameznih metod sami po sebi vedno odstopajo od dejanskega