Хинин. Часть 2.

Я на правую руку надела перчатку от левой руки.

Анна Ахматова.
Вечер.

   Первая часть тут.
   Итак, Рабе, используя свои мозги и ту информацию, которую ему и его коллегам удалось получить, дробя хинин на фрагменты, первым в 1908 году произвёл успешную стыковку последних.

Реконструкция структуры хинина.

   Однако это событие не стоит рассматривать как окончательное установление структуры хинина. И вот почему.
   Дело в том, что из коры хинных деревьев, которая по современным меркам буквально напичкана алкалоидами, ещё в 1831 году был году выделен такой их представитель как хинидин, имеющий абсолютно такой же состав, что и хинин, и дающий во всех перечисленных в первом сообщении превращениях такие же конечные продукты. Именно поэтому хинидин был принят вначале за гидрат хинина (т.е. за хинин, содержащий в составе воду). Индивидуальность хинидина была подтверждена лишь в 1848 году.
   Полученная Рабе формула никак не давала ответа на вопрос, в чём же различие между хинином и хинидином.
   Описываемое на примере двух алкалоидов явление, когда возможно существование двух (и более) одинаковых по составу, но разных по свойству соединений, носит название изомерия и среди органических соединений распространено исключительно широко. Несмотря на то, что многие химические свойства хинина и хинидина были одинаковы, т.е. они в одних и тех же реакциях давали одни и те же продукты, их всё же можно было различить по растворимости солей и температурам плавления.
   Часто изомерия обусловлена разным порядком соединения атомов друг с другом. В качестве примера можно привести диэтиловый эфир и этиловый спирт, имеющие одинаковую эмпирическую формулу С₂Н₆О:

   Однако существуют изомеры, порядок соединения атомов в которых одинаков, но различно их взаимное расположение. Примером таких пространственных изомеров могут быть энантиомеры - вещества, молекулы которых соотносятся друг с другом как объект и его зеракльное отражение.

http://3.bp.blogspot.com/_Nc-kFq-jrz0/Sr8210VmahI/AAAAAAAAAF4/1UqoZqNSuHk/s320/216.jpg

   Практически все свойства энантиомеров (температуры плавления, кипения, растворимость, цвет и т.п.) одинаковы. Одинаково они ведут себя и в таких химичеcких реакциях, где им не приходится встречатся с другими энантиомерами. Так, например, мы относительно легко можем одеть кольцо (высокосимметричный предмет, совпадающий со своим зеркальным отражением) на один и тот же палец как левой, так и правой руки. Но вот надеть левую перчатку на правую руку гораздо труднее, чем на левую. Кроме того, различить энантиомеры можно по тому, что они вращают плоскополяризованный свет в разные стороны (но на один и тот же угол) Именно изучением оптического вращения (в том числе и на примере алкалоидов хинной коры) Пастер внёс существенный вклад в развитие химии.
   Как вы можете понять, хинин и хинидин с одной стороны не являются структурными изомерами - атомы в их молекулах связаны друг с другом одинаково, что подтверждается одинаковыми продуктами разрыва этих связей. С другой стороны, эти алкалоиды не являются энантиомерами, так как имеют, как я говорил, разные физико-химические свойства.

Свойство	Хинин	Хинидин
Температура плавления, °С	177	173,5
Оптическое вращение сульфата (0,5 г в 25 мл 0,1 М соляной кислоты), °	около -240	около +280

   Таким образом, даже не будучи специалистами в области стереохимии, каждый из вас может заключить, что хинин и хинидин - пространственные изомеры, которые однако не являются зеркальными отражениями друг друга. Такие изомеры называются диастереомерами.
   Во многих случаях способность создавать пространственную изомерию определяется наличием в молекуле атомов углерода с четырьмя различными заместителями.
   Попробуйте найти такие атомы в структуре хинина.
   

Атомы углерода, несущие 4 разных заместителя, помечены звёздочками.

   А теперь мы с вами попробуем определить, простанственным расположением каких же атомов различаются хинин и хинидин.
   Очевидно, что дело не в атомах С3 и С4, так как и хинин, и хинидин при обработке разбавленной кислотой дают один и тот же мерохинен.

   Для определения того, каково же пространственное расположение заместителей, окружающих атом углерода под номером 8, в эпоху неразвитых физических методов анализа было найдено остроумное решение.
   Учитывая, что в мерохинене винильная и -СН₂-СООН группы (последняя "ведёт" к хинолиновому ядру исходной молекулы хинина) "смотрят" в одну по отношению к кольцу атомов углерода сторону (как говорят химики, структурный фрагмент имеет цис-конфигурацию), таково же и взаимное расположение заместителей в молекуле хинина. Исходя из этого, возможно четыре варианта расположения заместителей у атомв углерода № 8 и № 9.
   В двух вариантах гидроксильная группа оказывается далека от винильной, и не может с ней реагировать, в двух других реакционные части молекулы сближены и возможно замыкание так называемого оксепанового цикла.

Установление конфигурации С8 атома хинина и хинидина.

   Как оказалось, в то время как хинидин даёт при определённых условиях оксепановый цикл, из хинина оксепана - как с козла молока. Число возможных структур хинина теперь можно сократить до двух.
   Ну и наконец в 1932 году было опрделено окружение атома углерода № 9, что позволяет нам расставить все точки над и в деле поиска пространственного строения такой простой на перый взгляд молекулы как хинин.
   Продолжение следует.