The geometric and electronic structure and reactivity of the N-formylmethyleneiminium ion are calculated in different conformations by ab initio methods and compared to those of N-methylformamide and the methyleneiminium ion. The known preferred attack of the C(5) of 3-acyl-2,3-dihydro-l,3-oxazoles by electrophiles is explained by the lower (calculated) energy of the corresponding acyliminium ion relative to that of the oxenium ion. The stereoselectivity of additions to these acyliminium ions can not be explained by our calculations. Ab initio calculations of the subsystems acyliminium and oxenium ion show that the reactivity can be predicted from investigation of these much simpler systems and make us suppose that a nitro instead of an acyl group will reverse the regioselectivity of the addition to 2,3-dihydro-1,3-oxazoles.HELVETlrA CHIMICA A C~A -VOl. 75 (1992)
Schema 2. Stereoselektive nucleopkile Substitution un 2,3-Dihydro-2-i.sopropyI-4-methoxy-l,3-oxu;ol-3-curbon-saure-methylester H,COOC \ Nu H,COOC \ OCH, 1) Lewis-Saure >..nll(y 0 2) Nu 2 N-Acyliminium-Ionen zeichnen sich gegeniiber Iminium-Ionen durch ihre wesentlich hohere Reaktivitat aus [4], durch die sie zu einem Angriff selbst auf extrem schwache Nucleophile wie Nitrobenzol[9] befahigt sind. 3 4 5Der Effekt der elektronenziehenden (C=O)-Gruppe am N-Atom auf die elektronische Struktur des Iminium-Ions ist durch I3C-NMR-Spektren untersucht worden [ 101 und ergibt, relativ zur nicht acylierten Verbindung, eine Tieffeldverschiebung fur das Iminium-C-Atom um 5-6 ppm.Neuerdings liegen Rontgen-Strukturen von N -Acyliminium-Ionen vor [6] [8]; allerdings ist in allen drei Strukturen das Iminium-C-Atom durch MeO-substituierte Ph-Substituenten stabilisiert, so dass die daran gewonnenen Erkenntnisse nicht direkt auf unsere Substrate iibertragen werden konnen.Die erwahnte Produktverteilung bei Angriffen an die (C=C)-Bindung von 1 unter Bedingungen der elektrophilen aromatischen Substitution spricht dafur, dass das N -Methoxycarbonyliminium-Ion 4 stabiler ist als das isomere Oxenium-Ion 5 [ 11.Die grossere Stabilitat eines Iminium-Ions gegeniiber einem Oxenium-Ion ist eine altbekannte Tatsache, und Struktur und Stabilitat von Iminium-Ionen sind relativ zu den entsprechenden Iminen und Enaminen theoretisch [ 1 11 und experimentell [ 121 untersucht worden. Auch wurde die Stabilisierung von Carbenium-Ionen durch benachbarte 0-, Soder Se-Atome gemessen und berechnet [ 131. Welchen Einfluss jedoch elektronenziehende Substituenten am N-Atom haben, ist unseres Wissens bislang nicht durch Rechnungen untersucht worden.Um ein tieferes Verstandnis der Reaktionen zu gewinnen, haben wir anhand von Modell-Verbindungen Ab-initio-Rechnungen unter folgenden Aspekten durchgefuhrt : I ) Wir berechneten die Stabilitat von N-Acyliminium-Ionen relativ zu Iminium-Ionen, sowie die Energie von Acyliminium-Ionen in verschiedenen Konformationen, um Einsicht in die Wechselwirkung der Doppelbindungssysteme von C=O und C=N" zu gewinnen. 2) Wir optimierten die Strukturen von 3-Acyl-2,3-dihydro...