Elektronendichte und Bindungsverhältnisse an invertierten Kohlenstoffatomen: eine experimentelle Studie an einem [1.1.1]Propellanderivat†
Elektronendichte und Bindungsverhältnisse an invertierten Kohlenstoffatomen: eine experimentelle Studie an einem [1.1.1]Propellanderivat†
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DOI:
10.1002/ange.200500169
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发表时间:
2005-06
影响因子:
--
通讯作者:
M. Messerschmidt;Stephan Scheins;L. Grubert;M. Pätzel;Günter Szeimies;Carsten Paulmann;P. Luger
中科院分区:
文献类型:
--
作者:
M. Messerschmidt;Stephan Scheins;L. Grubert;M. Pätzel;Günter Szeimies;Carsten Paulmann;P. Luger
3993 Angew. Chem. 2005, 117, 3993–3997 DOI: 10.1002/ange. 200500169 2005 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim landerivaten haben Röntgenstrukturanalysen Abstände von 1.59 (Æ0. 01)[1] zwischen diesen Atomen ergeben, was die Länge normaler CC-Bindungen in gesättigten Kohlenwasserstoffen nur geringfügig übersteigt. Intensive Untersuchungen auf theoretischer Basis zur Art der Bindung zwischen den invertierten Brückenkopfatomen kamen in der Tendenz zu der Schlussfolgerung, dass eine kovalente Bindung vorliegt, was durch die Existenz eines bindungskritischen Punktes gestützt wird.[2] Allerdings ist in dieser Region keine Konzentration von Deformationselektronendichte vorhanden,[3] was von Wiberg etal.„as an artefact of the promolecule density distribution and not as a reflection of the relative properties of the two charge distributions of interest “(aus Lit.[2]) bezeichnet wurde. Eine experimentelle Untersuchung der Elektronendichte zweier [1.1. 1] Propellanderivate war qualitativ mit den theoretischen Befunden in Einklang.[4] Da allerdings keine quantitative topologische Analyse durchgeführt wurde, konnten aus diesen Experimenten keine Schlüsse zur Existenz eines bindungskritischen Punktes gezogen werden. Es war deshalb erforderlich, die Frage nach der Elektronendichte von [1.1. 1] Propellanderivaten wieder aufzugreifen, und wir legen hier quantitative Ergebnisse eines Synchrotronexperiments an dem Propellan 5 vor (Schema 1). Das Propellan 5 wurde ausgehend vom Tricycloheptan 1 [6] in einer vierstufigen Synthese hergestellt (Schema 1). Nach Metallierung von 1 mit Butyllithium und Reaktion mit Adamantan-2-on entsteht der tertiäre Alkohol 2 in 84% Ausbeute. Die Substitution des zweiten Brückenkopf-Wasserstoffatoms gelingt nach doppelter Lithiierung und Umsetzung mit Toluolsulfonylbromid. Durch nachfolgende Reaktion von 3 mit Me2S/N-Chlorsuccinimid entsteht das Olefin 4 mit geminaler Dihalogeneinheit. Der Schlüsselschritt der Synthese ist eine intramolekulare Carbencyclisierung,[5] bei der durch Versetzen von 4 mit Methyllithium im Überschuss ein Carben generiert wird, das sich in einer intramolekularen Cycloaddition an die CC-Doppelbindung zur Zielverbindung 5 addiert (Gesamtausbeute 10%). Einkristalle von 5 wurden aus einer kalten Pentanlösung bei 258K erhalten. Die Kristalle waren relativ klein und zeigten im eigenen Röntgenlabor nur eine geringe Streukraft in den äußeren Regionen des reziproken Raumes–daher konnte ein hochaufgelöster Datensatz nur mit Synchrotronstrahlung gemessen werden.[7] 5 kristallisiert in der Raumgruppe Pmmn und hat kristallographische mm2-Symmetrie mit neun unabhängigen Kohlenstoffatomen (Abbildung 2). Diese Symmetrie kann nur bei einer 1: 1-Fehlordnung einer Methylengruppe erfüllt werden (C1/C1a, siehe Abbildung 2).[8]Zum Vergleich der experimentell erhaltenen mit der theoretischen Elektronendichte wurden Ab-initio-Rechnungen, die Wiberg etal.[2] mit HF-Methoden durchgeführt hatten, von uns durch Rechnungen auf dem Dichtefunktionalniveau B3LYP ergänzt.[9] Deformationsdichten machen die Differenz zwischen dem Multipolmodell und einem aus neutralen, sphärischen Atomen bestehenden Promolekül sichtbar. Nach dem oben erwähnten Zitat von Wiberg [2] scheint es allerdings offen, ob sie die Ladungsdichtekonzentrationen in gespannten Systemen korrekt wiedergeben. Für die beiden kristallographisch unabhängigen Flügel des Propellankäfigs von 5 sind die statischen Deformationsdichten in Abbildung3 zusammen