Series of m- and p-substituted benzyl derivatives of pyrrole, tetramethyl 1-benzyl-3a,7a-dihydroindole-2,3,3a,4-tetracarboxylate, and trimethyl 1-benzylindole-2,3,4-tricarboxylate were prepared and their 13C NMR spectra were obtained in 0.1 M solutions of chloroform-d. Both single substituent parameter and dual substituent parameter analyses were carried out to correlate the substituent chemical shifts. The ${\beta}$ carbon of the indole series showed the most profound substituent effect dependence as well as the best correlation. The results are explained by the hyperconjugation of the benzyl methylene group.
Cyclopropyl 링과 할로겐 원소가 결합된 붕소원자 사이의 hyperconjugation 효과를 알아보기 위하여 CPDFB와 CPCFB 분자의 여러 conformation과 transition state 구조들에 대해 DFT와 ab initio 방법을 사용하여 다양한 레벨에서 구조최적화 및 NBO 분석을 수행하였다. 그 결과 주요 상호작용 형태는 화합물에 따라 단일결합 오비탈 (C1-C3, C2-C3) n* (B9) 또는 *(B9-Cl11) 오비탈로 전자를 제공하는 것이었고 이때 안정화 에너지는 CPDFB 분자의 경우 6.63 kcal/mol, CPCFB 분자의 경우는 conformation에 따라 6.97(E-form)/6.79(Z-form) kcal/mol 이었다. 또한, BF2와 BFCl 기의 내부회전에 의한 회전장벽의 크기는 각각 5.3~6.7 kcal/mol과 5.7~6.5 kcal/mol로 기존에 보고된 실험값과 잘 일치함을 보였다. 마지막으로 CPCFB 분자의 conformers 중에서 Z-form이 global minimum으로 확인되었고 E-form 보다 0.2 kcal/mol 정도 안정하였다.
메틸 클로로 티올, 메틸클로로 티오노 및 메틸 클로로 디티오 훠메이트에 대하여 CNDO/2 계산을 실시하였다. 결과로 이들 화합물은 trans형이 안정한 것임을 밝혔다. 또 유황 원자는 산소원자에 비하여 그 고립쌍 전자들을 ${\pi}$-결합 형성에 사용하려는 경향이 적고 티올 훠메이트의 경우는 메틸기의 hyperconjugation에 의하여 안정화됨을 알았다. 가용매 반응성의 순서는 양이온의 안정도와 일치하며 이것은 알려진 $S_N1$형 반응 메카니즘과 부합된다.
The conformations of dicyclopropyl, isopropyl cyclopropyl, and diisopropylcarbenes were optimized using density functional theory (B3LYP/6-31G(d)). We showed that the optimized geometries of carbenes with cyclopropyl groups are fully in accord with those expected for bisected W-shaped conformations, in which the effective hyperconjugation of a cyclopropyl group with singlet carbene can occur. The stabilization energies were evaluated at the B3LYP/6-311+G(3df, 2p)//B3LYP/6-31G(d) + ZPE level using an isodesmic equation. The relative stability of carbenes is in the order $(c-Pr)_2$C: > (i-Pr)(c-Pr)C: > $(i-Pr)_2$C:, and a cyclopropyl group stabilizes carbene more than an isopropyl group by nearly 9 kcal/mol. Energies for the decomposition of diazo compounds to carbenes increase in the order $(c-Pr)_2$ < (i-Pr)(c-Pr) < $(i-Pr)_2$ by ~9 kcal/mol each. From a singlettriplet energy gap ($E_{ST}$) calculation, the singlet level is lower than the triplet level and the $E_{ST}$ shows a trend similar to the stabilization energy calculations. For comparison, the optimized geometries and stabilization energies for the corresponding carbocations were also studied at the same level of calculation. The greater changes in geometries and the higher stabilization energies for carbocations compared to carbenes can explain the greater hyperconjugation effect.
2개의 m-methyl group이 치환된 m-xylyl N-methylcarbamates(MXNMC)가 비치환된 phenyl N-methylcarbamates(PNMC)보다 높은 살충작용을 나타내는 이유를 알아보기 위하여 이들 두 유도체들이 확장 $H\ddot{u}ckel$(EHT) 이론에 따른 분자궤도(MO) 이론과 회귀 및 자유에너지 관계(LFER) 분석에 의하여 연구되었다. 가장 안정한 입체구조는 phenyl group이 N-methylcarbamyl group의 면에 대하여 수직(${\theta}=90^{\circ}$)인 형태(Z,Z)이었으며, 회귀분석은 $pI_{50}$ 상수들과 meta-위치 및 m-methyl group의 수소원자 하전과 LUMO에너지의 계산된 MO량을 변수로 취했을 경우가 가장 좋은 상관관계를 나타내었다. Carbamylation 반응에 관한 LFER분석 결과, PNMC에서는 공명(R)-효과(40%)보다 장 (F) 효과(60%)가 약간 컸으나(F>R), MXNMC의 경우에는 R-효과(98.6%)가 F-효과(1.4%)보다 월등히 큰 값($R{\gg}F$)을 보였다. 이와 같은 사실로부터 MXNMC의 살충작용이 증진되는 것은 m-dimethyl group에 의한 hyperconjugation의 결과라고 믿어진다.
일련의 phenyl N-methylcarbamate 유도체들을 합성하고 ACh.E에 대한 carbamylation 과정으로 일어나는 살충활성 반응의 중심인 carbonvl group의 분자궤도(MO) 함수량과 살충활성($pI_{50}$) 값에 대한 치환기의 영향을 검토한 바, phenyl group에 결합된 치환기(X) 변화에 따른 carbonyl group의 알짜전하와 적외선 진동수($cm^{-1}$) 및 bond population에 미치는 치환기 효과(${\rho}=0$)는 관측되지 않았다. 전체 에너지(${\Delta}Et$)와 ipso $C_1-O_7$결합을 회전축으로 한 각도(${\theta}$)와의 관계로 부터 가장 안정한 형태는 평면인 phenyl group에 대하여 carbamyl group이 수직(${\theta}=90^{\circ}$ )인 (Z)-N-methyl-(Z}-O-phenylcarbamate 형태이었다. Carbamylation 과정의 1단계 평형($k_1/k_{-1}$) 반응은 thermodynamically control 반응이기 때문에 carronyl oxygene에 대한 acidic group(ACh.E)의 양성자화 반응과 Serine hydroxyl group의 친핵성 첨가반응 그리고 m-methyl group의 hyperconjugation effect에 의하여 anionic site(ACh.E)와의 상호작용으로 설명되는 일련의 새로운 carbamylation 메카니즘을 가정하여 제안하였다.
Experimental and theoretical studies show that all covalent azides possess a nonlinear azide group. They also rationalize this remarkable structural feature. We have seen that the most important non-covalent contributions in the covalently bound azides system (X-N1-N2-N3) are the $\pi$-delocalization over the entire molecule and a strong negative hyperconjugation which donates electron density from the filled $\sigma$ (X-N1) orbital into the unfilled, antibonding $\pi^*$ (N2-N3) orbital. For transition metal azide complexes, a bent configuration and a small difference between the N-N bond lengths, generally the longer one being adjacent to the transition metal, were observed.
n-부탄, n-부틸 라디칼, 그리고 테트라메틸렌 디라디칼(3중항)의 여러 기하학적 구조에 관하여 STO-3G 방법으로 얻은 고유값 및 고유함수 성질들을 반경험적인 MO계산으로 얻은 결과와 비교하여 보기 위하여 EHT, CNDO/2, MINDO/3, 그리고 MNDO계산을 수행하였다. 그 결과 n-부탄의 여러 형태에 대한 안정성 순서는 모든 방법에서 같았으며 일전자에너지항에 의존하였고 ${\pi}$-오비탈에너지 변화는 반경험적 계산에서 훨씬 중요함을 알았다. $(n-{\sigma}^{\ast})_{trans}$에서 $(n-{\sigma}{\ast})_{cis}$로 구조가 바뀔때 수반되는 hyperconjugation 에너지 변화는 EHT, CNDO/2, MINDO/3 계산에서 작게 계산된 반면에 MNDO 계산에서는 크게 계산되었다. 주로 $(n-{\sigma}{\ast})_{trans}$의 구조에 수반되는 매우 큰 핵간 반발에너지 때문에 $(n-{\sigma}{\ast})_{trans}$는 알짜 불안정화 효과를 나타내었다. Through-space 상호작용으로 디라디칼의 $n_1$ 및 $n_2$ 오비탈간의 에너지 차이 ${\Delta}E-{sp}$ 및 ${\Delta}{\varepsilon}={\varepsilon}_0$-${\varepsilon}_{av}$를 작게함을 알았다 : through-space 상호작용은 through-bond 상호작용과 반대의 효과를 나타내었다. 비교적 심하지 않은 NDO 근사를 사용한 MNDO법에서는 이러한 에너지 차이가 작아지는 효과가 확대되어 나타났다. 특히 ${\sigma}-{\sigma}{\ast}$ 및 $n-{\sigma}{\ast}$ 상호작용이 수반되는 경우에서는 일반적으로 반경험적 방법으로 계산한 오비탈 성질들은 STO-3G 방법으로 계산한 결과와 만족스럽게 일치 하였으나 고유값에 관여된 성질들은 만족스럽지 못함을 알았다.
${\alpha}$-치환아세톤($CH_2XCOCH_3$, X = F, Cl, OH, SH 및 $NH_2$)의 상대적 형태안정성을 결정하기 위하여 MNDO 및 STO-3G계산을 수행하였다. 계산결과 cis형이 더 안정한 F 및 $NH_2$ 치환 아세톤의 경우를 제외하고 모두 gauche형에 해당하는 형태이성체가 안정함을 밝혔다. gauche형에 대한 안정성은 ${\sigma}_{cx}$와 ${\pi}_{co}^*$궤도간의 two-orbital-two-electron상호작용에 의한 것으로 생각되며 이것은 gauche형에서의 vicinal overlap이 상당히 크다는 점과 두 궤도간의 에너지간격이 작다는 점에서 비롯된다. 아울러 이러한 에너지간격의 좁힘현상은 ${\sigma}_{cx}^*$-${\pi}_{co}^*$궤도간의 hyperconjugation상호작용 때문에 ${\pi}_{co}^*$궤도가 낮아졌기 때문이다. 또한 gauche형에서의 여러가지 ${\sigma}-{\pi}$상호작용들은 X가 Cl 및 SH인 3주기 원자들에게 더 강함을 보였다. 한편 질소원자의 비결합궤도함수 $n_N$과 인접 C-C ${\sigma}$결합의 상호작용은 cis일 경우 보다 trans배향일 경우에 더 강하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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