Стереоселективный синтез

Поделись знанием:
(перенаправлено с «Энантиоселективный синтез»)
Перейти к: навигация, поиск

Стереоселективный синтез (хиральный синтез, асимметрический синтез, энантиоселективный синтез) — это химическая реакция (или последовательность реакций), в ходе которой образуются стереоизомерные продукты (энантиомеры или диастереомеры) в неравных количествах[1]. Методология стереоселективного синтеза играет важную роль в фармацевтике, поскольку различные энантиомеры и диастереомеры одной молекулы часто имеют различную биологическую активность.





Концепция

В общем случае, химическая реакция между двумя ахиральными соединениями приводит к рацемическому продукту, то есть смеси стереоизомерных форм в одинаковом соотношении. Для того, чтобы преимущественно образовывалась только одна из стереоизомерных форм, необходимо наличие стереонаправляющего фактора. Таким фактором, как правило, является некий хиральный элемент (например, хиральный атом), который непосредственно не участвует в реакции, но осуществляет асимметрическую индукцию, направляя формирование нового стереоцентра в сторону образования того или иного стереоизомера, причём такой элемент может находиться как в субстрате, так и в реагенте или катализаторе.

Характеристика эффективности

Эффективность стереоселективной реакции выражается при помощи величины энантиомерного избытка (англ. enantiomeric excess, ee), если образующиеся продукты являются энантиомерами, или диастереоселективного избытка (англ. diastereomeric excess, de), если они являются диастереомерами. Обе величины рассчитываются как разность между количествами стереоизомеров, делённая на их общее количество[2]. В идеальном случае ee и de равны 100 % (отсутствие одного из стереоизомеров). Для нестереоселективной реакции ee и de равны 0.

<math> ee = \frac{R-S}{R+S} \cdot 100% </math>

<math> de = \frac{R-S}{R+S} \cdot 100% </math>

Используемые подходы

В стереоселективном синтезе используют три основных подхода:

Иногда целесообразно объединить несколько подходов для получения лучшего результата.

Использование хирального субстрата

Данный подход является самым простым. Хиральный субстрат подвергают последовательным химическим превращениям под действием различных ахиральных реагентов, которые сохраняют хиральность исходного соединения на каждой стадии, что в итоге приводит к хиральному продукту. В качестве хирального субстрата удобно использовать соединения, которые в природе находятся в энантиомерно чистом виде, например, аминокислоты или сахара. Недостатком данного подхода является ограниченность в выборе химических реакций, поскольку некоторые из них могут нарушать хиральность веществ, поэтому не могут быть использованы в стереоселективном синтезе.

Поскольку стереоцентры вводятся в систему вместе с субстратом, а не возникают в ходе химических превращений, относить данный подход к стереоселективному синтезу не совсем правильно.

Использование хиральных вспомогательных реагентов

Если в субстрате отсутствует стереонаправляющий хиральный атом, можно использовать хиральный вспомогательный реагент, который образует аддукт с субстратом. При этом сам субстрат становится хиральным, и дальнейшие процессы с его участием протекают энантиоселективно. По завершении синтеза вспомогательный реагент удаляется. Недостатком данного подхода является необходимость двух дополнительных стадий для введения и удаления хирального вспомогательного реагента. Кроме того, сам вспомогательный реагент используется в стехиометрическом количестве, что может значительно увеличить стоимость синтеза[3].

Использование хирального катализатора

В данном подходе стереонаправляющую роль играет катализатор, который используется в малых количествах и позволяет получить большое количество энантиомерно чистого (или энантиомерно обогащённого) продукта[4]. Различают несколько типов хиральных катализаторов:

Первые методы были разработаны У. Ноулзом и Р. Нойори. В 1968 году Ноулз заменил ахиральные трифенилфосфиновые лиганды в катализаторе Уилкинсона на хиральный фосфиновый лиганд, получив первый хиральный катализатор[5]. Данная методология была развита перебором различных фосфиновых лигандов для повышения энантиомерного избытка и применена в промышленном синтезе L-DOPA[6]. В том же году Нойори опубликовал результаты по энантиоселективному циклопропанированию стирола в присутствии хирального катализатора[7].

Органокатализ предусматривает использование небольших органических молекул (например, производных пролина, имидазолидинона) в качестве хиральных катализаторов[8][9]. Биокатализ использует природные ферменты для проведения стереоселективных превращений.

Альтернативы

Существует другой подход к синтезу индивидуальных стереоизомеров соединений, заключающийся в расщеплении рацемата — разделении получаемого рацемического продукта на отдельные стереоизомеры при помощи различных методов. Это может быть полезно в том случае, когда оба энантиомера находят своё применение[10].

Напишите отзыв о статье "Стереоселективный синтез"

Примечания

  1. ↑ [goldbook.iupac.org/S05990.html IUPAC Gold Book - stereoselective synthesis]. Проверено 3 февраля 2013. [www.webcitation.org/6EPbmnxHM Архивировано из первоисточника 14 февраля 2013].
  2. ↑ [goldbook.iupac.org/E02070.html IUPAC Gold Book - enentiomeric excess]. Проверено 3 февраля 2013. [www.webcitation.org/6EPbnU9H7 Архивировано из первоисточника 14 февраля 2013].
  3. ↑ Gnas Y., Glorius F. Chiral Auxiliaries - Principles and Recent Applications (англ.) // Synthesis. — 2006. — No. 12. — P. 1899-1930. — DOI:10.1055/s-2006-942399.
  4. ↑ Heitbaum M., Glorius F., Escher I. Asymmetric Heterogeneous Catalysis (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2006. — Vol. 45, no. 29. — P. 4732–4762. — DOI:10.1002/anie.200504212.
  5. ↑ Knowles W. S., Sabacky M. J. Catalytic asymmetric hydrogenation employing a soluble, optically active, rhodium complex (англ.) // Chem. Commun. (London). — 1968. — No. 22. — P. 1445-1446. — DOI:10.1039/C19680001445.
  6. ↑ Knowles W. S. Application of organometallic catalysis to the commercial production of L-DOPA (англ.) // J. Chem. Educ. — 1986. — Vol. 63, no. 3. — P. 222. — DOI:10.1021/ed063p222.
  7. ↑ Nozaki H., Takaya H., Moriuti S., Noyori R. Homogeneous catalysis in the decomposition of diazo compounds by copper chelates : Asymmetric carbenoid reactions (англ.) // Tetrahedron. — 1968. — Vol. 24, no. 9. — P. 3655–3669. — DOI:10.1016/S0040-4020(01)91998-2.
  8. ↑ List B. Introduction: Organocatalysis (англ.) // Chem. Rev. — 2007. — Vol. 107, no. 12. — P. 5413–5415. — DOI:10.1021/cr078412e.
  9. ↑ Dalko P. I., Moisan L. In the Golden Age of Organocatalysis (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2004. — Vol. 43, no. 39. — P. 5138–5175. — DOI:10.1002/anie.200400650.
  10. ↑ Потапов, 1988, с. 47-71.

Литература

  • Потапов В. М. Стереохимия. — М: Химия, 1988. — ISBN 5-7245-0376-X.
Хиральные молекулы
Номенклатура
Отображение
Стереохимические модели
Анализ
Расщепление рацемата
Реакции

Отрывок, характеризующий Стереоселективный синтез

Все разошлись, и, кроме Анатоля, который заснул тотчас же, как лег на постель, никто долго не спал эту ночь.
«Неужели он мой муж, именно этот чужой, красивый, добрый мужчина; главное – добрый», думала княжна Марья, и страх, который почти никогда не приходил к ней, нашел на нее. Она боялась оглянуться; ей чудилось, что кто то стоит тут за ширмами, в темном углу. И этот кто то был он – дьявол, и он – этот мужчина с белым лбом, черными бровями и румяным ртом.
Она позвонила горничную и попросила ее лечь в ее комнате.
M lle Bourienne в этот вечер долго ходила по зимнему саду, тщетно ожидая кого то и то улыбаясь кому то, то до слез трогаясь воображаемыми словами рauvre mere, упрекающей ее за ее падение.
Маленькая княгиня ворчала на горничную за то, что постель была нехороша. Нельзя было ей лечь ни на бок, ни на грудь. Всё было тяжело и неловко. Живот ее мешал ей. Он мешал ей больше, чем когда нибудь, именно нынче, потому что присутствие Анатоля перенесло ее живее в другое время, когда этого не было и ей было всё легко и весело. Она сидела в кофточке и чепце на кресле. Катя, сонная и с спутанной косой, в третий раз перебивала и переворачивала тяжелую перину, что то приговаривая.
– Я тебе говорила, что всё буграми и ямами, – твердила маленькая княгиня, – я бы сама рада была заснуть, стало быть, я не виновата, – и голос ее задрожал, как у собирающегося плакать ребенка.
Старый князь тоже не спал. Тихон сквозь сон слышал, как он сердито шагал и фыркал носом. Старому князю казалось, что он был оскорблен за свою дочь. Оскорбление самое больное, потому что оно относилось не к нему, а к другому, к дочери, которую он любит больше себя. Он сказал себе, что он передумает всё это дело и найдет то, что справедливо и должно сделать, но вместо того он только больше раздражал себя.
«Первый встречный показался – и отец и всё забыто, и бежит кверху, причесывается и хвостом виляет, и сама на себя не похожа! Рада бросить отца! И знала, что я замечу. Фр… фр… фр… И разве я не вижу, что этот дурень смотрит только на Бурьенку (надо ее прогнать)! И как гордости настолько нет, чтобы понять это! Хоть не для себя, коли нет гордости, так для меня, по крайней мере. Надо ей показать, что этот болван об ней и не думает, а только смотрит на Bourienne. Нет у ней гордости, но я покажу ей это»…
Сказав дочери, что она заблуждается, что Анатоль намерен ухаживать за Bourienne, старый князь знал, что он раздражит самолюбие княжны Марьи, и его дело (желание не разлучаться с дочерью) будет выиграно, и потому успокоился на этом. Он кликнул Тихона и стал раздеваться.
«И чорт их принес! – думал он в то время, как Тихон накрывал ночной рубашкой его сухое, старческое тело, обросшее на груди седыми волосами. – Я их не звал. Приехали расстраивать мою жизнь. И немного ее осталось».
– К чорту! – проговорил он в то время, как голова его еще была покрыта рубашкой.
Тихон знал привычку князя иногда вслух выражать свои мысли, а потому с неизменным лицом встретил вопросительно сердитый взгляд лица, появившегося из под рубашки.
– Легли? – спросил князь.
Тихон, как и все хорошие лакеи, знал чутьем направление мыслей барина. Он угадал, что спрашивали о князе Василье с сыном.
– Изволили лечь и огонь потушили, ваше сиятельство.
– Не за чем, не за чем… – быстро проговорил князь и, всунув ноги в туфли и руки в халат, пошел к дивану, на котором он спал.
Несмотря на то, что между Анатолем и m lle Bourienne ничего не было сказано, они совершенно поняли друг друга в отношении первой части романа, до появления pauvre mere, поняли, что им нужно много сказать друг другу тайно, и потому с утра они искали случая увидаться наедине. В то время как княжна прошла в обычный час к отцу, m lle Bourienne сошлась с Анатолем в зимнем саду.
Княжна Марья подходила в этот день с особенным трепетом к двери кабинета. Ей казалось, что не только все знают, что нынче совершится решение ее судьбы, но что и знают то, что она об этом думает. Она читала это выражение в лице Тихона и в лице камердинера князя Василья, который с горячей водой встретился в коридоре и низко поклонился ей.
Старый князь в это утро был чрезвычайно ласков и старателен в своем обращении с дочерью. Это выражение старательности хорошо знала княжна Марья. Это было то выражение, которое бывало на его лице в те минуты, когда сухие руки его сжимались в кулак от досады за то, что княжна Марья не понимала арифметической задачи, и он, вставая, отходил от нее и тихим голосом повторял несколько раз одни и те же слова.
Он тотчас же приступил к делу и начал разговор, говоря «вы».
– Мне сделали пропозицию насчет вас, – сказал он, неестественно улыбаясь. – Вы, я думаю, догадались, – продолжал он, – что князь Василий приехал сюда и привез с собой своего воспитанника (почему то князь Николай Андреич называл Анатоля воспитанником) не для моих прекрасных глаз. Мне вчера сделали пропозицию насчет вас. А так как вы знаете мои правила, я отнесся к вам.
– Как мне вас понимать, mon pere? – проговорила княжна, бледнея и краснея.
– Как понимать! – сердито крикнул отец. – Князь Василий находит тебя по своему вкусу для невестки и делает тебе пропозицию за своего воспитанника. Вот как понимать. Как понимать?!… А я у тебя спрашиваю.
– Я не знаю, как вы, mon pere, – шопотом проговорила княжна.
– Я? я? что ж я то? меня то оставьте в стороне. Не я пойду замуж. Что вы? вот это желательно знать.
Княжна видела, что отец недоброжелательно смотрел на это дело, но ей в ту же минуту пришла мысль, что теперь или никогда решится судьба ее жизни. Она опустила глаза, чтобы не видеть взгляда, под влиянием которого она чувствовала, что не могла думать, а могла по привычке только повиноваться, и сказала:
– Я желаю только одного – исполнить вашу волю, – сказала она, – но ежели бы мое желание нужно было выразить…
Она не успела договорить. Князь перебил ее.
– И прекрасно, – закричал он. – Он тебя возьмет с приданным, да кстати захватит m lle Bourienne. Та будет женой, а ты…
Князь остановился. Он заметил впечатление, произведенное этими словами на дочь. Она опустила голову и собиралась плакать.
– Ну, ну, шучу, шучу, – сказал он. – Помни одно, княжна: я держусь тех правил, что девица имеет полное право выбирать. И даю тебе свободу. Помни одно: от твоего решения зависит счастье жизни твоей. Обо мне нечего говорить.
– Да я не знаю… mon pere.
– Нечего говорить! Ему велят, он не только на тебе, на ком хочешь женится; а ты свободна выбирать… Поди к себе, обдумай и через час приди ко мне и при нем скажи: да или нет. Я знаю, ты станешь молиться. Ну, пожалуй, молись. Только лучше подумай. Ступай. Да или нет, да или нет, да или нет! – кричал он еще в то время, как княжна, как в тумане, шатаясь, уже вышла из кабинета.


Источник — «http://wiki-org.ru/wiki/index.php?title=Стереоселективный_синтез&oldid=76598945»