STEREEMIA RGAIA Wykład 6
Typowe energie (ev) i współczynniki orbitalne Reakcja Dielsa Aldera - Regioselektywność w reakcjach DA LUM M 1.5-10.5 M 1.0-9.1 LUM 0-10.9 +3.0-9.0 Me M (-8.5 ev) LUM (+2.5 ev) + LUM (~0 ev) M (-10.9 ev)??? LUM M 1.0 +0.5-0.5 LUM +2.5 Me x M (-8.5 ev) x+n y LUM (~0 ev) y+m Me x x+n y y+m M -9.1-8.2-9.5-8.5 LUM 1.0 +0.7-0.3 +2.3 M -9.1-8.5-9.3-8.7
+2.5 0 13.4 ev -10.9 8.5 ev -8.5 produkt nieuprzywilejowany 0-10.9 9.5 ev 10.4eV -0.5-9.5 0-10.9 11.4 ev 8.2 ev +0.5-8.2
Kataliza reakcji Dielsa-Aldera kwasami Lewisa obniżenie energii All 3 3 Me 2 3 reakcja biegnie dość dobrze 2 Me Me Me 2 3 reakcja biegnie bardzo dobrze 2 Me typ + 2% izomeru 'meta' Me 2 3 typ + 10% izomeru 'meta' 3 Me 2 3 Me 2 All 3 A A B A B A B A B A B orto para B Drugorzędowe efekty stereochemiczne reakcji pericyklicznych E LUM + + główny produkt endo produkt uboczny egzo endo + egzo M
karben singletowy 1,3-cykloaddycja dipolarna + + 2 + + 2 Me 2 Me + 2 2 podejście suprafacjalne M M LUM LUM nlum LUM M LUM LUM M podejście antarafacjalne reakcje cheletropowe Jest to sub-klasa reakcji cykloaddycji. Jedyna różnica polega na tym, że oba nowe wiązania są tworzone na jednym atomie jednego z reagentów M LUM LUM M procesy, które przebiegają łatwo + 2 2 liczba par elektronowych = 2 (parzysta) + : S 2 S + 2 : S 2 S 2 + : S 2 p T S 2 liczba par elektronowych = 3 nieparzysta ułożenie grup metylowych wskazuje na podejście suprafacjalne + S liczba par elektronowych = 4 S 2 2 parzysta S S M LUM Reakcje pericykliczne w stanie podstawowym (termiczne) są dozwolone wtedy gdy ogólna liczba par uczestniczących jest nieparzysta (2n+1) - procesy suprafacjalne parzysta (2n) - procesy antarafacjalne
Reakcje elektrocykliczne T h T h proces dysrotacyjny proces konrotacyjny proces konrotacyjny proces dysrotacyjny Review: Recent Advances on the Application of Electrocyclic Reactions in omplex atural Product Synthesis Synthesis, 2017, 49, 4383 4413; Ming Bian, Lekai Lib, anfeng Ding Przegrupowania sigmatropowe Są to takie reakcje, w których wiązanie przesuwa się wzdłuż systemu sprzeżonego w nowe położenie. Typowym przykładem jest przegrupowanie [1,5] oraz [3,3] LUM Jeśli proces jest uzgodniony ('concerned') to wiązania powinny tworzyć się (i rozrywać) w tym samym czasie. Ponieważ liczba par elektronowych jest nieparzysta (n = 3) to proces powinien być suprafacjalny. M Me D Me Et 250 o Me D Me Et
Substytucja nukleofilowa (S 2) i elektrofilowa (S E 2) Podstawienie S 2 biegnie z inwersją konfiguracji, zaś podstawienie S E 2 zwykle z retencją u - E + u E u (M) E (LUM) E (LUM) u (M) oddz. antywiążące oddz. wiążące inwersja retencja oddziaływania antywiążące oddz. wiążące retencja oddziaływania wiążące (2x) inwersja oddziaływania wiążące (1x) Bn Bn Bn Ac l R 3 Sn (-) Bn Bn Bn Ac SnR 3 Bn Bn Bn AcLi Li Burkhart, Kessler Tet. Lett. 1998 7
Jak powstały związki optycznie czynne i optycznie czyste?? W roku 1957 Lee i Young zaproponowali parity violation (różne prawdopodobieństwo występowania danego procesu i jego odbicia lustrzanego). Biochemiczna homochiralność jest wynikiem spontanicznego łamania symetrii, a obecność L-aminokwasów i D-cukrów jest w zasadzie przypadkowa. becnie jest powszechnie akceptowane, że homochiralność nie jest natury biogenicznej. Są dowody eksperymentalne na przypadkowe generowanie czynności optycznej Spontaniczny rozdział przy preferowanej krystalizacji racematu W słabych oddziaływaniach jądrowych (weak forces) zaobserwowano, że cząstki beta emitowane przez radioaktywne jądra mają zaburzoną symetrię: elektrony left-handed występują częściej niż ich odbicia lustrzane. Główną konsekwencją tego faktu było stwierdzenie, że IRALŚĆ występuje już na poziomie cząstek elementarnych!! bliczenia wykazały, że energia enancjomerów ma RÓŻĄ wartość!!! Dla D- oraz L-aminokwasów ta różnica energii wynosi od 10-13 do 10-16 J/mol Przegląd: B. Ferringa et.al. Angewandte 1999, 38, 3418-3438
W reakcjach chemicznych związków nieczynnych optycznie pod nieobecność zewnętrznych źródeł chiralności powstają zawsze związki nieczynne optycznie Mogą to być albo układy achiralne (np. kwas mezo-winowy) albo też racemiczne (równomolowe mieszaniny) np. kwasu R,R-winowego oraz S,S-winowego) Racematy mogą różnić się temperaturą topnienia od czystych enancjomerów!!! Jeśli zatem mamy wzbogacony racemat (tzn. mieszaninę enancjomerów np. w proporcji 85:15) to czysty enancjomer można otrzymać przez krystalizację. Można wyróżnić kilka mechanizmów powstania związków optycznie czystych: np. światło kołowo spolaryzowane (bądź synteza asymetryczna, bądź kinetyczny rozkład racematu), Krystalizacja związku achiralnego w formie chiralnej (kwarc) iewątpliwie najbardziej interesującym zjawiskiem jest IRAL AMPLIFIATI Jest to zjawisko, w którym nadmiar enancjomeryczny produktu jest dużo większy niż chiralnego pomocnika lub katalizatora Przegląd: B. Ferringa et.al. Angewandte 1999, 38, 3418-3438
IRAL AMPLIFIATI % ee products 100% enancjoselektywność syntezy asymetrycznej E E prod = E E 0 ee aux 0% 100% % ee hiral aux. M + L R + L S ML R L R + ML S L S + ML S L R produkty Produkt reakcji jest jednocześnie katalizatorem Kagan.B.* JAS 1994, 116, 9430-9439
IRAL AMPLIFIATI DL-leucyna (+) PL (213 nm) L-leucyna 2% ee i-pr 2 n Wysokie ee n(i-pr) Asymetryczna autokataliza chiralny inicjator Me ee (%) ca 0.1 (S) ca 0.1 (R) produkt ee (%) 68 (R) 70 (S) 3 ca 0.1 (S) ca 0.1 (R) 79 (R) 85 (S) K. Soai et.al. Acc. hem. Res. 2000, 33, 382-390 11
Jak otrzymać związki optycznie czynne??? e związków chiralnych 1. Rozdział racematu a. Klasyczny : A (rac) 50% A(R) + 50%A(S) b. Rozdział mieszaniny racemicznej na IRALEJ kolumnie (Y. kamoto, T. Ikai, hem. Soc. Rev., 2008, 37, 2593-2608) c. Kinetyczny: A (rac) 50% A(R) + 50%B(S) A szybko hx A = Ti(-iPr) 4, l(+)-dipt t-bu, -20 hx 98% 2% A wolno hx hx 62% 38% d. Dynamiczny: A (rac) 100% A(R) lub 100%A(S) A(S) (50%) + A(R)- (50%)
Dynamiczny rozdział racematu R enzym R enzym Ru-cat. szybko R + wyd. chem. 46% ee 93% E = 66 R wyd. chem. > 80% ee 86% Ru-cat. Ru l R wolno E = enancjoselektywne właściwości enzymu ln[1 - c (1+ee p )] ln[1 - c (1- ee p )] c = konwersja, eep - nadmiar enancjomeryczny produktu Enzymatyczny rozdział: Bäckvall and co-workers, hem. Eur. J. 2006, 12, 225-232 gólnie o enzymach w biotransformacjach: K. Faber,.. Angew. 2008, 47, 8782-8793 (minireview)
hiron approach: synteza związków optycznie czynnych (czystych) z nieracemicznych substratów * * * * cukry 2 R aminokwasy terpeny S. anessian, Total Synthesis of atural Products: The hiron Approach; B. Fraser-Reid, Acc. hem. Res. 1996, 29(2), 57-66 M. Malik, G. Witkowski, M. eborska, S. Jarosz, rg. Lett., 2013, 15, 6214-6217
trzymywanie związków optycznie czynnych ze związków achiralnych: Synteza asymetryczna, Kataliza (w tym organokataliza), Reakcje diastereoselektywne z użyciem pomocników Desymetryzacja związków symetrycznych 1. hemiczna LiR* 2 R lub R M. Majewski, Tetrahedron Letters, 1999, 40, 8755-8758; Solid support: P.G. Williard, Tet: Asymm. 2006, 17, 3021-29 2. Enzymatyczna Przykładowo, L.Y. hen, et. al.. J, 1996, 51, 834; R. staszewski i wsp. Tetrahedron: Asymmetry, 2005, 16, 2475 Reakcje enancjoróżnicujące Reakcje diastereoróżnicujące R 3 R 1 R 2 R 3 R 1 R 2 A + R 3 R 1 R 2 B A - B ee = A + B x 100% Racemat lub związek optycznie czynny