Chiralny kwas Lewisa - Chiral Lewis acid
Chiralne kwasy Lewisa (CLA) są rodzajem katalizatora kwasu Lewisa . Kwasy te wpływają na chiralność substratu, reagując z nim. W takich reakcjach synteza sprzyja powstawaniu specyficznego enancjomeru lub diastereomeru . Metoda jest enancjoselektywną reakcją syntezy asymetrycznej . Ponieważ wpływają na chiralność, wytwarzają optycznie aktywne produkty z optycznie nieaktywnych lub mieszanych materiałów wyjściowych. Ten rodzaj preferencyjnego tworzenia jednego enancjomeru lub diastereomeru w stosunku do drugiego jest formalnie znany jako indukcja asymetryczna . W tego rodzaju kwasie Lewisa, atomem akceptującym elektrony jest zazwyczaj metal, taki jak ind , cynk , lit , glin , tytan lub bor . W chiralne ligandy -altering stosowane do syntetyzowania takich kwasów często mają kilka Lewisa podstawowe strony (często diol lub struktury azotu), które pozwalają na tworzenie się struktury pierścieniowej obejmującej atom metalu.
Kwasy Achiral Lewis są stosowane od dziesięcioleci do promowania syntezy mieszanin racemicznych w niezliczonych różnych reakcjach. Od lat 60. chemicy stosowali kwasy Chiral Lewisa do indukowania reakcji enancjoselektywnych. Jest to przydatne, gdy pożądanym produktem jest specyficzny enancjomer, co jest powszechne w syntezie leków. Powszechne rodzaje reakcji obejmują Dielsa-Aldera , oraz do eno reakcji [2 + 2] cykloaddycji reakcje hydrocyjanowania z aldehydami , a w szczególności, epoxidations Sharplessa .
Teoria
Enancjoselektywność CLA wynika z ich zdolności do zakłócania bariery swobodnej energii wraz ze ścieżką koordynacji reakcji , która prowadzi do enancjomeru R lub S. Diastereoizomery i enancjomery stanu podstawowego mają jednakową energię w stanie podstawowym, a po reakcji z achiralnym kwasem Lewisa ich diastereoizomeryczne produkty pośrednie, stany przejściowe i produkty również mają taką samą energię. Prowadzi to do wytworzenia mieszanin racemicznych . Jednakże, gdy CLA jest używany w tej samej reakcji, bariera energetyczna tworzenia jednego diastereoizomeru jest mniejsza niż innego; reakcja jest pod kontrolą kinetyczną . Jeżeli różnica w barierach energetycznych między diastereomerycznymi stanami przejściowymi jest wystarczająca, to obserwuje się wysoki nadmiar enancjomeryczny jednego izomeru.
Synteza asymetryczna
Reakcja Dielsa-Aldera
Reakcje Dielsa-Aldera zachodzą między sprzężonym dienem a alkenem (powszechnie znanym jako dienofil ). Ten proces cykloaddycji pozwala na stereoselektywne tworzenie pierścieni cykloheksenowych zdolnych do posiadania aż czterech sąsiadujących ze sobą centrów stereogenicznych.
Reakcje Dielsa-Aldera mogą prowadzić do powstania różnych izomerów strukturalnych i stereoizomerów. Teoria orbitali molekularnych uważa, że preferowany jest stan przejściowy endo, a nie stan przejściowy egzo (reguła dodawania endo). Postuluje się również, że wzmocnione wtórne interakcje orbitalne są źródłem zwiększonej endodiastereoselektywności.
Zazwyczaj do aktywacji dienofila stosuje się CLA. Typowy katalizator CLA pochodzi z centrum Mg2 +, które jest chiralne przez przyłączenie estru binolowo -fosforanowego. CLA zostały zastosowane w wielu wewnątrzcząsteczkowych reakcjach Dielsa-Aldera.
Kompleks pochodzący z chlorku dietyloglinu i „sklepionego” ligandu biarylowego poniżej katalizuje enancjoselektywną reakcję Dielsa-Aldera między cyklopentadienem a metakroleiną. Ligand chiralny odzyskuje się ilościowo metodą chromatografii na żelu krzemionkowym .
Chiralny kompleks (acyloksy)boran (CAB) skutecznie katalizuje szereg reakcji aldehydowych Dielsa-Aldera. Eksperymenty spektroskopowe NMR wykazały bliskie sąsiedztwo aldehydu i pierścienia arylowego. Sugerowano układanie pi między grupą arylową a aldehydem jako cechę organizacyjną, która nadaje wysoką enancjoselektywność cykloaddycji.
Chiralny kwas Lewisa wspomagany kwasem Bronsteda (BLA) katalizuje szereg reakcji cykloaddycji dienoaldehydu.
reakcja aldolowa
W reakcji aldolowej diastereoselektywność produktu jest często podyktowana geometrią enolanu. Modelu Zimmerman-Traxler przewiduje, że Z enolanu daje SYN produktów, oraz że enolany E daje anty produktów. Reakcje katalizowane przez CLA na bazie cyny pozwalają produktom odbiegać od tego wzorca.
Struktury przejściowe dla reakcji z enancjomerami katalizatora R i S to:
Reakcja Baylisa-Hillmana
Reakcji Baylisa Hillmana o trasę do tworzenia wiązania CC pomiędzy alfa, beta-nienasyconego karbonylu i aldehydu , który wymaga nukleofilowego katalizatora, zwykle trzeciorzędowa amina , na addycji typu Michaela i wydalania. Stereoselektywność tych reakcji jest zwykle słaba. Lantanu (III) Niezawierające CLA wykazano poprawę stereoselektywność. Podobnie, chiralna amina może być również użyta do uzyskania stereoselektywności.
Produkt otrzymany w reakcji z użyciem chiralnego katalizatora otrzymano z dobrą wydajnością i doskonałą enancjoselektywnością.
Ene reakcja
Chiralne kwasy Lewisa okazały się przydatne w reakcji eny . Reakcja katalizowana przez achiralny kwas Lewisa zwykle zapewnia dobrą diastereoselektywność.
Zaobserwowano dobrą enancjoselektywność, gdy stosuje się chiralny katalizator kwasu Lewisa.
Uważa się, że enancjoselektywność wynika z oddziaływań sterycznych między grupą metylową i fenylową , co sprawia, że struktura przejściowa izoproduktu jest znacznie korzystniejsza.
Kwasy Achiral Lewisa w syntezie stereoselektywnej
W niektórych przypadkach achiralny kwas Lewisa może zapewnić dobrą stereoselektywność. Kimura i in. wykazali regio- i diastereoselektywne sprzęganie 1,3- dienów z aldehydami przy użyciu katalizatora niklowego .