2.2 一硫代和二硫代缩醛的构象

当缩醛基的一个或两个氧原子被另一个杂原子如硫原子或氮原子取代时，也应该能观察到立体电子效应.我们将首先讨论含有硫原子的化合物.

Eliel 和 Giza 已经研究了异构的 2-烷硫基-6-甲基四氢吡喃 59 和 60

（R=CH3 和（CH3）3C）的酸平衡.他们发现大约有 65％的直键异构体 59，这说明一硫代缩醛基有一个比缩醛基要弱的顶端异构效应.Zefirov 和Skekhtman 通过研究 2-苯硫基和 2-乙硫基四氢吡喃，得出了类似的结论.

2-烷氧基硫杂四氢吡喃也研究过.发现当 R 是甲基或丙基时，主要的异构体（90％）具有直键构象 61 而不是平键构象 62.另外，Perlin 和 Nam Shin 已经做了 5-硫代-D-半乳糖的甲醇解反应，它几乎专一地产生了α-糖甙 63. 这些结果表明，在这些化合物中，顶端异构效应是很大的.烷硫基硫杂四氢吡喃（61 和 62，OR=SR）也被研究过，并证明有一个顶端异构效应.

1，7-二硫杂螺［5.5］十一烷可以三种构象 64A，64B 和 64C 存在（图

11）.构象体 64A 有两个硫处于直键，可以有两个顶端异构效应，构象体 64C 有两个硫处于平键，没有顶端异构效应，而构象体 64B 的一个硫处于直键， 只有一个顶端异构效应.考虑立体效应（一个丁烷的邻位交叉形式为0.9kcal/mol，一个 S—CH2—X—CH2 的邻位交叉形式为 0.4kcal/mol）和一个顶端异构效应 1.4kcal/mol，则相对稳定性为 64A（0kcal/mol），64B（2.4） 和 64C（4.8）.据此，这个化合物的构象一定基本上是刚性的，只以构象 64A 存在.这一预测已为实验所证实，而且通过研究酮二硫醇 65 的酸催化环化反应，得到了进一步的证据.该化合物可以生成异构体 66 或 67，它们均可采取两种不同的构象.对这些构象体的详细分析表明，66 只以相当于 64A 的一个构象存在.类似地，67 也只以相当于 64B 的一个构象存在.这一分析进一步预测，66 比 67 稳定 2.4kcal/mol，而且由于在酸性条件下，这些异构体可以通过平衡而相互转化，所以在热力学控制的条件下，异构体 66 应该是所形成的主要的异构体.65 在平衡条件下的环化以 98∶2 的比例生成 66 和 67，而且证明 66 以一个相当于 64A 的构象存在.在室温下，检测到少量 67 的事实表明， 在足够低的温度下，67 的含量将低于 0.1％.这一结果证实，在低温下，1， 7-二硫杂螺［5.5］十一烷基本上只以构象 64A 存在.因而，在二硫代缩醛中， 一个硫原子的顶端异构效应一定具有 1.4kcal/mol 的数量级.

分子模型表明，1-氧杂-7-硫杂螺［5.5］十一烷可以采取四种不同的构

象 68A—D（图 12），其中 68A 具有两个顶端异构效应，68B 和 68C 各具有一个，而 68D 没有. 对于每个顶端异构效应的稳定化作用，仍采用数值1.4kcal/mol，在考虑立体效应之后，预测 68A—D 相对稳定性分别为 0、2.4、

2.4 和 4.8kcal/mol.于是，以此为根据，1-氧杂-7-硫杂螺［5.5］十一烷的构象一定基本上是刚性的，只以构象 68A 存在.实验结果是完全相符的.

通过羟基酮硫醇 69 和 72 的环化研究证实了这一分析.化合物 69 环化生成异构体 70，而不是具有一个平键氧的异构体 71.类似地，72 的环化只生成73；观察不到异构体 74.同时进一步证明，化合物 70 和 73 以一个相当于 68A 的构象存在，它具有两个顶端异构效应。

半缩醛硫醇 75（图 13）经酸环化生成顺式和反式硫代缩醛 76 和 77 的平

衡混合物，其比例为 1∶1.如果 76 中的立体效应来用数值 1.7kcal/mol（两个 SCH2XCH2 的邻位交叉形式=0.8kcal/mol ，一个丁烷的邻位交叉形式

=0.9kcal/mol ），那么， 76 中醚氧原子的顶端异构效应也一定等于1.7kcal/mol.

Sauriol-Lord 和St-Jacques 研究了 2.4-苯并二硫杂■78 及其取代的衍生物 79—82（图 14）.他们发现，除了在衍生物 82 中检测到 13％的扭船式40（O=S）外，这些化合物都以椅式 39（O=S）存在（图 8）.在这些化合物中， 基本上只观察到椅式这一事实是由于较长的 C—S 键，它使构象体 39（O=S） 中的立体排斥效应减弱了.这与下面的事实相符合，即，与平键异构体 83 和直键异构体 84 按 7∶3 之比存在的 2-甲氧基-1，3-二氧杂环己烷对比，发现2-甲氧基-1，3-二硫杂环己烷只以直键异构体 85 存在.

这位作者还研究了具有一个甲氧基的化合物 86 和 87（图 15）.这些化合物能以带有直键（88）或平键甲氧基（89）的椅式存在，或者以扭船式 90

存在.构象体 88 在立体上是不利的，但在电子上是有利的，而带有一个邻位

交叉甲氧基的扭船式 90 在电子 1 上是有利的，而且没受到严重的立体阻碍. 已经发现，和以椅式 88（X=O 和 OCH3=CH3）存在的化合物 43 相反，化合物86 以扭船式 90（X=O）存在，它具有最大的电子离域作用和最小的立体效应. 然而，发现化合物 87 以椅式 88（X=S）存在，这可用由于一个直键甲氧基的电子离域作用和较长的 C—S 键而削弱了的立体排斥作用来解释.