1 ,3-噁嗪和 1,3-二嗪的构象
前面的结果确切地说明,顶端异构效应在一硫和二硫代缩醛中是重要的. 下面的讨论将表明,在缩醛带有一个或两个氮原子的情形中,这个效应同样是重要的.
低温 NMR 研究有力地表明,在四氢-1,3-噁嗪中,构象体 91(R=R′=H) 在平衡 91 92 中为主要的组成.对于 R=CH3 和 R′=H 的情况,得出了同样的结论.在构象体 91 中,具有可能的两个顶端异构效应,而在构象体 92 中只有
一个.因而 91 的较大稳定性可以通过氮原子额外的顶端异构效应来解释.
N-取代的四氢-1,3-噁嗪也研究过.有人提出,当 R 是甲基或是苯甲基时,N-烷基处于直键的构象体 93 比 94 稳定.也有人发现,在四氢-2,3,4,
4-四甲基-1,3-噁嗪中,构象体 95 的含量是可观的,它可能比构象体 96 占优势.此外,Riddell 和 Lehn 已经证明,当 R′是甲基、R 是氢原子或对硝基苯甲基时,构象体 91 和 92 以大约相等的比例存在.
这最后一个研究是十分有意义的,因为由它可以对一个氮原子的顶端异构效应进行估值.根据立体效应(一个丁烷的邻位交叉形式为 0.9kcal/mol, 一个 CH3—N—CH2—O 的邻位交叉形式为 0.4kcal/mol),带有一个直键 N-甲基的构象体 91 应该不如构象体 92 稳定,能量大约相差 1.3kcal/mol.在 91 中,由氮电子对的平键取向引起的第二个顶端异构效应必定补偿了立体效应. 因而,对于这一电子效应,一定要采用一个与 1.3kcal/mol 相近的数值,这个数值接近于对缩醛基中氧原子所估计的数值.
最近,Crabb、Turner 和 Newton 观察到,全氢吡啶并[1.3]噁嗪以反式97 和顺式 98 之比约为 9∶1 的混合物存在.顺式 98 有两个顶端异构效应(— 2.8kcal/mol),两个丁烷的邻位交叉形式(1.8kcal/mol)和一个正丙醚的邻位交叉形式( 0.4kcal/mol ),反式 97 只有一个顶端异构效应( - 1.4kcal/mol).据此,反式 97 应该比顺式 98 大约稳定 0.8kcal/mol,这与实验结果相符.Katritzky 及其同事们也已证明,1-氧杂-3,5-二氮杂环已烷和 1,3-二氧杂-5-氮杂环己烷衍生物分别以构象 99 和 100 存在.由于带有一个处于直键的烷基,两个构象都获得两个顶端异构效应.
有趣的是,Allingham 等人分析了一系列 N-烷基-5-硝基四氢 1,3-噁嗪, 并得出结论:当烷基取代基是甲基、乙基或丙基时,N-烷基为直键的构象体101 存在着优势;而当取代基是异丙基、环己基或叔丁基时,N-烷基为平键的构象体 102 存在着优势.这样,尽管硝基和一级 N-烷基之间的 1,3-二直键立体相互作用,101 仍然是占有优势的.最后,Katritzky 等人提出,对于化合物 104 和 105,构象 103 是主要的构象.
几个研究小组研究了 1,3-二嗪体系 106(R=R′=H 和/或 CH3),发现这些化合物以构象体 107 和 108 的混合物存在.在这些研究中,没有考虑具有两个顶端异构效应的构象 109.当 R=R′=H 时,最稳定的构象是 109 而不是 108,
这是可以接受的.另外,当 R=CH3 和 R′=H 时,构象体 109 的第二个顶端异构效应补偿了由直键 N-甲基引起的立体效应,它可以和只具有一个顶端异构效应的构象体 108 相竞争.这些预测还未被实验证实.