Stereoselectivitatea

Stereoselectivitatea este formarea predominantă a unui stereoizomer asupra altuia într-o reacție chimică . Dacă stereoizomerii rezultați sunt enantiomeri , atunci acest fenomen se numește enantioselectivitate , dacă produșii stereoizomeri sunt diastereomeri - diastereoselectivitate . Cantitativ, stereoselectivitatea este exprimată în termeni de exces enantiomeric sau diastereomeric [1] .

Condiții de formare a stereoizomerilor

Pentru ca stereoizomerii să se formeze în principiu într-o reacție, structura moleculelor trebuie să îndeplinească anumite condiții de simetrie [2] .

Dacă există o transformare a grupărilor homotopice sau atașarea la laturile homotopice, atunci se formează un singur produs [K 1] [3] . De exemplu, bromurarea oricăreia dintre grupările metil homotopice ale acetonei sau adăugarea unui reactiv pe oricare dintre părțile sale homotopice va avea ca rezultat formarea unui produs [2] .

Dacă există o transformare a grupărilor enantiotopice sau atașarea la laturile enantiotopice, atunci în majoritatea cazurilor se formează stereoizomeri [K 2] [4] . Dacă în reacție se adaugă un reactiv achiral la un astfel de substrat, atunci se formează doi enantiomeri, dar dacă se adaugă un reactiv chiral, atunci se formează diastereomeri [2] .

Dacă există o transformare a grupărilor diastereotopice sau atașarea la laturile diastereotopice, atunci se formează întotdeauna o pereche de diastereoizomeri [K 3] [5] . Mai mult, indiferent dacă reactivul este chiral sau nu, produșii de reacție sunt întotdeauna diastereomeri [2] .

Condiții pentru apariția stereoselectivității

Gradul de stereoselectivitate pentru orice reacție anume este dificil de prezis, dar este posibil să se formuleze condițiile necesare pentru apariția acesteia [6] .

Astfel, formarea diastereomerilor este însoțită de formarea stărilor de tranziție diastereomerice , care diferă ca geometrie și, prin urmare, au energii diferite. Din acest motiv, diastereomerii se obțin întotdeauna în reacții în cantități inegale. Acest fenomen se observă atât în ​​reacțiile grupărilor diastereotopice sau laturilor moleculelor, cât și în reacțiile grupărilor enantiotopice sau părților cu un reactiv chiral. Raportul inegal al diastereomerilor rezultați poate fi asociat cu rate diferite de formare a acestora (diastereoselectivitate controlată cinetic) sau cu stabilitatea lor diferită (diastereoselectivitate controlată termodinamic) [6] .

Formarea unei perechi de enantiomeri are loc ca urmare a reacției grupurilor enantiotopice sau a părților laterale ale moleculelor cu un reactiv achiral. În cursul unei astfel de transformări, se formează două stări de tranziție diferite, care sunt imagini în oglindă una ale celeilalte, au aceeași energie și, în consecință, se formează în aceeași rată. Astfel, ratele de formare a celor doi enantiomeri sunt de asemenea egale, iar stereoselectivitatea nu este observată [6] .

Astfel, stereoselectivitatea într-o oarecare măsură se manifestă în prezența stărilor de tranziție diastereomerice, în timp ce adevăratele reacții enantioselective nu există, deoarece se bazează și pe anumite interacțiuni diastereomerice [6] .

Metode de creare a stereoselectivității

Enantioselectivitatea

După cum sa menționat mai sus, în realitate chiar și reacțiile enantioselective trebuie să treacă prin stări de tranziție diastereomerice. Cu toate acestea, deoarece nici substratul, nici reactantul din conversie nu este chiral, trebuie utilizați unii factori chirali suplimentari pentru a induce stereoselectivitatea.

Una dintre metodele comune pentru crearea enantioselectivității este utilizarea aditivilor chirali . Acestea pot fi toate substanțele care se întorc din reacție neschimbate: co-solvenți, fotosensibilizatori , catalizatori etc. Exemple de astfel de reacții pot fi numeroase exemple de cataliză asimetrică , de exemplu, o reacție aldolică catalizată de un aminoacid chiral natural - prolină . 7] .

Abordarea care utilizează reactivi auxiliari chirali a devenit, de asemenea, răspândită : un substrat cu grupări enantiotopice reacționează cu un anumit reactiv și formează un derivat chiral, care poate interacționa apoi cu un reactiv (chiral sau achiral) pentru a forma un amestec de diastereomeri în cantități inegale. Apoi, printr-o anumită transformare, reactivul auxiliar chiral este îndepărtat din produșii de reacție, rezultând un amestec non- racemic de enantiomeri. Este important să se folosească un reactiv auxiliar pur enantiomeric, deoarece contaminarea acestuia cu un enantiomer străin va duce la o scădere a enantioselectivității reacției [7] .

Există, de asemenea, un tip de reacție în care un substrat enantiotopic interacționează cu un reactiv chiral , dar o particulă achirală este transferată de la reactiv la substrat. Din acest motiv, se creează o stare de tranziție diastereomerică (deoarece reactivul chiral este și el inclus în ea), dar enantiomerii mai degrabă decât diastereomerii sunt formați ca produse, deoarece reactivul chiral în sine nu este inclus în produs. Un exemplu de astfel de reactiv este NADPH , care este un compus chiral și acționează ca un agent reducător ( donator de ioni hidrură ) în sistemele biologice [7] .

Mai puțin frecvente sunt abordări precum transformările fotochimice sub acțiunea luminii polarizate circular ("chiral") (acestea dau enantioselectivitate scăzută) și reacțiile într-un solvent chiral [7] .

Diastereoselectivitatea

Diastereoselectivitatea a fost descoperită pentru prima dată de Emil Fischer , care a arătat că raportul dintre diastereoizomerii formați atunci când este creat un nou centru chiral depinde de prezența altor centri chirali în moleculă. Acest fenomen a fost numit mai târziu inducție asimetrică . Încercările de a crea o teorie generală pentru prezicerea direcției diastereoselectivității au fost în mare parte inutile. Principalul succes în acest domeniu este asociat cu reacțiile de adiție carbonil, pentru care au fost dezvoltate mai multe modele predictive [8] .

În 1969, Rukh și Ugi au propus o metodă semi-cantitativă de estimare a stereoselectivității bazată pe teoria grupurilor și pe utilizarea constantelor substituente, dar nu a fost dezvoltată ulterior [8] .

Cuantificare

Dacă o reacție are ca rezultat doi produși stereoizomeri, atunci stereoselectivitatea poate fi caracterizată în mai multe moduri: prin raportul produselor ( r ), procentul acestora sau excesul de produs principal ( e ). În acest caz, dacă primul dintre cele două produse X și Y prevalează, atunci relațiile [9] sunt valabile :

În funcție de dacă în reacție se obțin enantiomeri sau diastereomeri, se folosesc termenii exces enantiomeric ( ee , exces enantiomeric în engleză  ) sau exces diastereomeric ( de , exces diastereomeric în engleză ). Uneori se formează diastereomeri în reacție, dar apoi sunt transformați în enantiomeri prin îndepărtarea reactivului auxiliar chiral din ei , apoi se folosește și conceptul de exces diastereomeric [9] .  

În sensul său, valoarea excesului enantiomer ee este numeric egală cu puritatea optică a produsului, care este calculată ca raportul dintre rotația specifică observată și rotația specifică a enantiomerului pur. Cu toate acestea, în prezent, excesul enantiomeric poate fi determinat prin metode mai fiabile, de exemplu, spectroscopie RMN sau cromatografie [9] .

Vezi și

• Sinteză stereoselectivă
• Chemoselectivitatea
• Regioselectivitatea

Note

1. ↑ Elementele homotopice ale unei molecule sunt cele care sunt conectate printr-o axă de rotație de n ori ( n = 2, 3, ...).
2. ↑ Se numesc elemente enantiotopice ale unei molecule, care sunt legate prin elemente de simetrie de ordinul doi (plan oglindă, centru de inversare sau axă oglindă-rotativă). Înlocuirea uneia dintre grupările enantiotopice duce la formarea de enantiomeri, iar complexarea sau adăugarea la una dintre aceste părți duce, de asemenea, la doi enantiomeri.
3. ↑ Elementele diastereotopice ale unei molecule se numesc acelea care nu sunt conectate prin elemente de simetrie.

1. ↑ Cartea de aur IUPAC - stereoselectivitate . Preluat la 11 august 2013. Arhivat din original la 20 august 2013. (nedefinit)
2. ↑ 1 2 3 4 Nogradi, 1989 , p. 37-44.
3. ↑ Cartea de aur IUPAC - homotopic . Preluat la 12 august 2013. Arhivat din original la 31 octombrie 2013. (nedefinit)
4. ↑ Cartea de aur IUPAC - enantiotopic . Consultat la 12 august 2013. Arhivat din original la 19 aprilie 2013. (nedefinit)
5. ↑ Cartea de aur IUPAC - diastereoropic . Preluat la 12 august 2013. Arhivat din original la 2 august 2013. (nedefinit)
6. ↑ 1 2 3 4 Nogradi, 1989 , p. 44-45.
7. ↑ 1 2 3 4 Nogradi, 1989 , p. 48-54.
8. ↑ 1 2 Nogradi, 1989 , p. 54-59.
9. ↑ 1 2 3 Nogradi, 1989 , p. 35-36.

Literatură

• Nogradi M. Stereoselective Synthesis = Stereoselective Synthesis / Per. din engleza. V. M. Demianovici. - M .: Mir, 1989. - ISBN 5-03-001023-8 .