STERECEMIA RGANICZNA Sławomir Jarosz Wykład 6
Jak otrzymać związki optycznie czynne??? 1. Ze związków chiralnych a. Klasyczny : A (rac) b. Rozdział mieszaniny racemicznej na CIRALNEJ kolumnie (Y. kamoto, T. Ikai, Chem. Soc. Rev., 2008, 37, 2593-2608) c. Kinetyczny: A (rac) d. Dynamiczny: A (rac)
1a. Klasyczny rozdział racematu C 2 C 3 C 6 13 C 3 oktanol-2 pirydyna C 6 13 Me N racemat Me N brucyna NR 3 *NR 3 C 2 C 3 * C 6 13 C 3 C 6 13 C 3 Krystalizacja, regeneracja diastereoizomery C 6 13
1c. Kinetyczny rozdział racematu Chx Chx Chx Chx
1d. Dynamiczny rozdział racematu enzym Ph R Ph CR + Ph enancjoselektywne właściwości enzymu CR Ph Ru-cat. Ph Ph E = ln[1 - c (1+ee p )] ln[1 - c (1- ee p )] c = konwersja, eep - nadmiar enancjomeryczny produktu Ph Ph C Ph Ru Cl C Enzymatyczny rozdział: Bäckvall and co-workers, Chem. Eur. J. 2006, 12, 225-232 gólnie o enzymach w biotransformacjach: K. Faber,.. Angew. 2008, 47, 8782-8793 (minireview)
Jak otrzymać związki optycznie czynne??? 2. Ze związków chiralnych Przeniesienie chiralności łatwo dostępnych optycznie czystych związków naturalnych na produkt(y) R N 2 * * * * cukry aminokwasy terpeny Z oczywistych powodów (wiele centrów stereogenicznych) cukry są najdogodniejszymi chironami
CIRN APPRAC R R R R 5 1 R R C 5 1 CR R 5 1 C 2 R R R R R R R S. anessian, Total Synthesis of Natural Products: The Chiron Approach, B. Fraser-Reid, Acc. Chem. Res. 1996, 29(2), 57-66
Jak otrzymać związki optycznie czynne??? 3. Ze związków achiralnych Synteza asymetryczna Kataliza (w tym organokataliza) Reakcje diastereoselektywne z użyciem pomocników Desymetryzacja związków symetrycznych
Desymetryzacja symetrycznych pochodnych 1. Chemiczna LiNR* 2 R lub R M. Majewski, Tetrahedron Letters, 1999, 40, 8755-8758; Solid support: P.G. Williard, Tetrahedron: Asymm. 2006, 17, 3021-29 2. Enzymatyczna R R R lub R R R R Przykładowo, L.Y. Chen, et. al.. JC, 1996, 51, 834; R. staszewski i wsp. Tetrahedron: Asymmetry, 2005, 16, 2475
Reakcje enancjoselektywne + Ph
Reakcje enancjoróżnicujące D D D A B X* * + A B A * B Reakcje diastereoróżnicujące D D D A C B X A C A B + A C B B A > B
Reakcje enancjoselektywne + CR CR Me Me Small-Molecule C- donors in Asymmetric Catalysis A.G. Doyle, E.N. Jacobsen, Chem. Rev. 2007, 107 (12), 5713-5743
Synteza asymetryczna (privileged catalysts) Symetria C 2 Symetria C 1 T.P. Yoon, E.N. Jacobsen, Science, 2003, 299, 1691 K. Maruoka, T. oi Chem. Rev. 2003, 3013
R t-bu N N Cr + t-bu Me t-bu BF 4 (-) t-bu 2% kat. Me R Me R Synteza asymetryczna: P. Kwiatkowski et.al. TA; 2005, 17, 2959
Reakcje diastereoselektywne Me + R * Me R CR * CR * CR * CR * Me Me Me Me Me CR Me CR R* = N S sultam ppolzera
Synteza asymetryczna Pomocniki chiralne (chiral auxiliary) X N X N R R = (mentol) R = Ph 8-fenylomentol (Corey, 1978) S sultam ppolzera Evans aux. X =, S Ph Ph Ph Ph TADDL (Seebach) N N 2 SAMP + wiele wiele innych Me Enders N N 2 RAMP Me
Jak powstały związki optycznie czynne i optycznie czyste?? omochiralność D-cukry i L-aminokwasy C R N 2
Jak powstały związki optycznie czynne i optycznie czyste?? Czy układy cykliczne złożone z równomolowej ilości antypodów optycznych mogą być chiralne?? Cyklo-stereoizomeria
Czy układy cykliczne złożone z równomolowej ilości antypodów optycznych mogą być chiralne?? Cyklo-stereoizomeria
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. 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 CIRALNŚĆ występuje już na poziomie cząstek elementarnych!! bliczenia wykazały, że energia enancjomerów ma RÓŻNĄ 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
Jak powstały związki optycznie czynne i optycznie czyste?? Można wyróżnić kilka mechanizmów powstania związków optycznie czystych Np. światło kołowo spolaryzowane (bądź synteza asymetryczna, bądź kinetyczny rozkład racematu). CPL Me Me Przegląd: B. Ferringa et.al. Angewandte 1999, 38, 3418-3438
Jak powstały związki optycznie czynne i optycznie czyste?? Można wyróżnić kilka mechanizmów powstania związków optycznie czystych Np. światło kołowo spolaryzowane (bądź synteza asymetryczna, bądź kinetyczny rozkład racematu). Niewątpliwie najbardziej interesującym zjawiskiem jest CIRAL AMPLIFICATIN Jest to zjawisko, w którym nadmiar enancjomeryczny produktu jest dużo większy niż chiralnego pomocnika lub katalizatora A.R.A. Palmans, E.W. Meijer, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 8948 8968; Predicting amplification of chirality is still impossible, but it appears to be a balance between different types of interactions, the formation of an intrinsically chiral object, and cooperative aggregation processes. Przegląd: B. Ferringa et.al. Angewandte 1999, 38, 3418-3438
Jak powstały związki optycznie czynne i optycznie czyste?? % ee products 100% enancjoselektywność syntezy asymetrycznej E E prod = E E 0 ee aux 0% 100% % ee Chiral aux. M + L R + L S ML R L R + ML S L S + ML S L R Produkt reakcji jest jednocześnie katalizatorem Kagan.B.* JACS 1994, 116, 9430-9439 produkty
Jak powstały związki optycznie czynne i optycznie czyste?? DL-leucyna (+) CPL (213 nm) L-leucyna 2% ee N i-pr 2 Zn N Wysokie ee N N Zn(i-Pr) N N Asymetryczna autokataliza chiralny inicjator Ph CMe ee (%) ca 0.1 (S) ca 0.1 (R) produkt ee (%) 68 (R) 70 (S) Ph C 3 C ca 0.1 (S) ca 0.1 (R) 79 (R) 85 (S) K. Soai et.al. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 382-390
Planowanie syntez związków optycznie czynnych Ph
TARGET R R R Me
CIRN APPRAC Ta metoda oparta jest o reakcje DIASTERESELEKTYWNE R 5 R 1 R R C 5 R 1 CR R 5 1 R C 2 R S. anessian, Total Synthesis of Natural Products: The Chiron Approach, B. Fraser-Reid, Acc. Chem. Res. 1996, 29(2), 57-66 R R R R R R Bn Bn Bn Me SnBu 3 LA Bn Bn Bn Bn Bn Bn C 2 R Bn Bn Bn C 2 Me
Me 2 C Bn Bn Bn Me 2 C Bn Bn Bn Bn Bn Bn C 2 Me