curs 2 - chem.ubbcluj.rochem.ubbcluj.ro/~darab/courses/asymmetric_synthesis/curs-2-sa.pdf · curs 2...

CURS 2 4. GLOSAR MINIMAL DE TERMENI SPECIFICI SINTEZEI ASIMETRICE (I) 1 4.1. Anti-Syn (Descriptori si Formule) 1 EXEMPLUL 18 (cazul n-butanului) 1 EXEMPLUL 19 (cazul mezo-butan-2,3-diolului) 2 EXEMPLUL 20 (cazul 2-amino-1-fenilpropan-1,3-diolului enantiopur) 3 EXEMPLUL 21 (cazul acetaldoximei) 4 EXEMPLUL 22 (cazul compusilor cu mai mult de doua centre chirale) 4 4.2. Bürgi-Dunitz (Traiectorie) 4 EXEMPLUL 23 (reducerea diastereoselectiva a norbornanonei si a camforului) 5 4.3. Chiroptic(e) (Proprietati) 6 4.4. Cram (regula lui) 6 4.4.1. Regula modelului neciclic (Felkin-Ahn) 6 EXEMPLUL 24 (cazul ligandului voluminos) 7 EXEMPLUL 25 (cazul ligandului electronegativ si al nucleofilului cu metal nechelatant) 7 4.4.2. Regula modelului ciclic 9 EXEMPLUL 26 (diastereoselectivitati opuse, in functie de metalul din nucleofil) 9 EXEMPLUL 27 (chelatare vs. viteza de reactie vs. produs diastereoselectivitate) 10

EXEMPLUL 28 (chelatare catalitica vs. produs diastereoselectivitate) 11 4.5. Diastereomeric (Exces) 13 4.6. E(O), Z(O) (Enolati) 14 EXEMPLUL 29 (deprotonarea propionatului de metil si a tiopropionatului de metil) 14 4.7. Enantiomeric (Exces) 15 4.8. Epimeri 16 EXEMPLUL 30 (epimerizare cu formare de carbanioni) 16 EXEMPLUL 31 (epimerizare cu formare de carbocationi) 18 4.9. Optica (Activitate) 18 Modificarile ulterioare asupra continutului, operate de catre autor, nu fac obiectul vreunei notificari prealabile.

Mircea Darabantu Sinteza organica fina a compusilor chirali C-2

1 4. GLOSAR MINIMAL DE TERMENI SPECIFICI SINTEZEI ASIMETRICE (I) 4.1. Anti-Syn (Descriptori si Formule) i) Descriptori stereochimici utilizati cu referire la unghiurile de torsiune “θ” (diedre) din conformeri: EXEMPLUL 18 - utilizarea terminologiei in cazul analizei conformationale a n-butanului, H3C-CH2-CH2-CH3 (molecula de tip CaabCaab).

H

HH

H

HHHH

θ = 0o

rapid

θ = 60o

HH

θ = 120o

H

H

H

H H

θ = 180o

H

H

θ = -120o

H

HHH

HH

H

θ = -60o

Sinperiplanar"Sin"

ECLIPSATI

Sinclinal"Gauche"

INTERCALATII

Anticlinal

ECLIPSATIII

Antiperiplanar"Anti"

INTERCALATIV

Anticlinal

ECLIPSATV

Sinclinal"Gauche"

INTERCALATVI

→ CH3 liganzi de referinta

H

HH

H HH

H

H

ENANTIOMERI CONFORMATIONALIspecificati utilizand descriptorii chiralitatii elicoidale

P M I II III IV V VII - dc dc dc dc dcII dc - dc dc dc ecIII dc dc - dc ec dcIV dc dc dc - dc dcV dc dc ec dc - dcVI dc ec dc dc dc -

HH

H

H H

H

HH

P M

Relatii sterice intre conformeri

dc:diastereomeri

conformationali

ec:enantiomeri

conformationali III V II VI

rapid

rapid rapid

rapid

plan dereferinta


2 EXEMPLUL 19:

- utilizarea terminologiei syn / anti in cazul desimetrizarii conformationale a unei mezo-forme. - implica desemnarea unghiului de torsiune θ intre liganzii de maxima prioritate (C.I.P.) de la fiecare capat al axei de torsiune (de ex. OH) iar descriptorii syn – anti se folosesc in raport cu acestia !

CH3

H

HO

HHOCH3

HHOCH3

Meso-butane-2,3-diol(2R,3S-butane-2,3-diol)

Compus non-chiral(dpv. configurational)

S

RCH3

OHHH3C

OHH

CH3

HO H

H

CH3HO

120o

180o

CH3

HHOP

CH3

HHO

HHO

H OH

CH3

OHH3C

H OH

H

H3CCH3

OHHH3C

180o

120o

Conformer sinperiplanar non-chiral(simetrie CS: 1 plan de simetrie)

M

Conformeri sinclinalienantiomeri

conformationalisimetrie C1

OH

CH3

HCH3

HHO

H

CH3

HOCH3

OHH

Conformer antiperiplanarnon-chiral

(simetrie Ci: un centru de simetrie)

identici

directia de privire

CH3

HHO

OH

HCH3

P

CH3

OHH

OH

HCH3

M

Conformeri anticlinalienantiomeri

conformationalisimetrie C1

identici

12

3

4

- prezenta chiralitatii conformationale este irelevanta pentru sinteza asimetrica deoarece cei doi antipozi optici sunt usor interconvertibili prin simpla rotatie in jurul unei legaturi σ, asadar nu pot fi separati individual. - prezenta chiralitatii conformationale este foarte relevanta pentru eventualitatea interactiei preferentiale a unuia dintre enantiomerii conformationali cu un substrat enantiopur. - utilizarea descriptorilor stereochimici P si M, aferenti chiralitatii elicoidale are sens doar atunci cand unghiul de torsiune 0 < θ < 180o.


3 EXEMPLUL 20:

- utilizarea terminologiei in cazul conformatiilor unui compus chiral si enantiopur.

H NH2

CH2OH

HO HPh Ph

HHO

NH2H

HOH2CS

SPh

HO HNH2

HOH2C

H

Conformeranticlinal P

NH2HOH2C

H H

Ph

HO

Conformerantiperiplanar

Ph

HO HCH2OH

Conformersinperiplanar

H2N

H

HH2N

CH2OH H

Ph

HO

Conformersinclinal M

MCH2OHH

NH2

H

Ph

HO

Conformersinclinal P

P

(1S,2S)-2-amino-1-phenylpropane-1,3-diol

P

Ph

HO H

H2N

CH2OH

Conformeranticlinal M

HMfata fata

spatespate

Darabantu, M.; Plé, G.; Mager, S.; Cotora, E.; Gaina, L.; Costas, L.; Mates, A., Tetrahedron, 1997, 53(5), 1873-1890 - relatia sterica intre diferitii conformeri este cea de diastereomerie conformationala si nu enantiomerie ! - algoritmul de desemnare a conformerilor este acelasi ca si cel de la EXEMPLUL 19. - conformerii sinperiplanar (θ = 0o) si cel antiperiplanar (θ = 180o) nu necesita utilizarea descriptorilor P si M.


4 ii) Descriptori stereochimici depasiti, utilizati pentru a descrie diastereomerii geometrici E / Z ai azometinelor (imine R1R2C=N-R3, oxime R1R2C=N-OH, hidrazone R1R2C=N-NH2, etc.) EXEMPLUL 21

H3CN

OHH

.. H3CN

H ..

OH(E)-acetaldoxima (Z)-acetaldoxima ↓ ↓anti-acetaldoxima sin-acetaldoxima → iesite din uz

iii) Descriptori stereochimici care redau aranjamentul spatial a doi substituenti fata de un plan definit (arbitrar) sau fata de un ciclu: syn (cei doi substituenti sunt plasati de aceeasi parte a planului), anti (cei doi substituenti plasati de parti opuse ale planului).

EXEMPLUL 22

OH

COH

OCH3 CH3

12345

(2R,3S,4S)-3-Hydroxy-4-methoxy-2-methylpentanoic acid

COOHOH

H3CO CH3

1234

5H

H HFormula de configuratie

perspectivica

ii) se rabat covalentele ramase la un unghi de 120o.

i) se suprima atomii de hidrogen (ca liganzi de ultim rang, mai departe prezenta lor este subinteleasa).

orientare reciproca

syn

orientare reciproca

antiCH3

OCH3H

4

2

H3C H

O

OH

OH

H

De-aiciprivesti Dreapta

Stanga

Formula de proiectiezig-zag

5

4.2. Bürgi-Dunitz (Traiectorie) Unghiul sub care se apropie un nucleofil catre un atom de carbon carbonilic: 107o (intre limitele 105 ± 5°), indiferent de caracterul fetelor acestuia (homotope sau heterotope). Bürghi, H. B.; Dunitz, D. J.; Schefter, E., J. Am. Chem. Soc., 1973, 95, 5065-5067 Bürghi, H. B.; Dunitz, D. J.; Lehn, J. M., Wipff, G.,Tetrahedron, 1974, 30, 1563-1572 Anh, N. T.; Eisenstein, O., Nouv. J. Chimie, 1977, 1, 61-70


5

R1C O

R2 π

π* (acceptor vacant)OR1

CR2

Nu:- (donor)

90o

Atac nucleofil la 90o:Intrepatrundere maximaintre orbitali

Nu:-Atac nucleofil sub ununghi obtuz:Repulsia electrostaticaintre electronii nucleofilului si:i) cei din orbitalul π ii) cei neparticipanti ai oxigenului deviaza traiectoria sub un unghi obtuz

OR1C

R2

Nu:- (donor)

107oCombinarea efectelor si

compromisul situatiei

Traiectoria Burghi-Dunitz..

π*(acceptor, vacant)

EXEMPLUL 23 Indeplinirea conditiilor sterice impuse de catre traiectoria Bürgi-Dunitz in cazul unui nucleofil de gabarit foarte mic: cerintele sterice se refera la traiectorie si nu la impedimentele sterice dintre nucleofil si substrat !

H

O1 234

5

6

7

(1S,4R)-Bicyclo[2.2.1]heptan-2-one(Norbornanone) Enantiomeric pura

H:-

O

H H

H

OH H:-

fata Si (90%)

fata Re (10%)R

OH

HR S

90% (1S,2R,4R) 10% (1S,2S,4R)

i) in acord cu unghiul traiectoriei Burghi-Dunitz, atacul nucleofil al ionului hidrura (de foarte mic gabarit !) se petrece, larg majoritar, pe fata Si, de aceeasi parte cu puntea cea mai putin incarcata steric (contine un singur metilen). ii) nu exista nici o corelare intre specificatia fetei si cea a noului centru chiral realizat (e.g., atacul pe fata Si produce centrul chiral de configuratie absoluta R).iii) este o sinteza asimetrica produs partial diastereoselectiva.

..

i) LiAlH4 / THFii) H2O

(1S,2R,4R)-Bicyclo[2.2.1]heptan-2-ol

H H

H

HH

H

H

H

H S


6

OCH3

12

3

45

6

7

(1S,4S)-1,7,7-Trimethylbicyclo[2.2.1]nonan-2-one(Camphre) Enantiomeric pur

H:-

O

H3C CH3

H

OH

H:-

fata Si (5%)

fata Re (95%)

S

S

OH

H

H3C H3CR S

5% (1S,2R,4S) 95% (1S,2S,4S)

CH3H3CCH3H3C H3C

CH3

i) LiAlH4 / THFii) H2O

(1S,2S,4S)-1,7,7-Trimethylbicyclo[2.2.1]nonan-2-ol

i) in acord cu unghiul traiectoriei Burghi-Dunitz, atacul nucleofil al ionului hidrura (de foarte mic gabarit !) se petrece, larg majoritar, pe fata Re, de partea opusa cu puntea cea mai incarcata steric (contine doua grupe metil la C-7). ii) nu exista nici o corelare intre specificatia fetei si cea a noului centru chiral realizat (e.g., atacul pe fata Si produce centrul chiral de configuratie absoluta R).iii) este o sinteza asimetrica produs partial diastereoselectiva.

4.3. Chiroptic(e) (Proprietati) Termen care defineste proprietatile optice (electromagnetice) ale unei substante chirale ne(non)racemice: rotatia optica, Dicroismul Circular (D.C.) si Dispersia Optica Rotatorie (D.O.R.) (vezi mai departe, Curs 6).

4.4. Cram (regula lui) 4.4.1. Regula modelului neciclic (Felkin-Ahn) Cram, D. J. Elhafez, F. A. A., J. Am. Chem. Soc., 1952, 74, 5828-5835 Anh, N. T.; Eisenstein, O., Nouv. J. Chimie, 1977, 1, 61-70 Chérest, M.; Felkin, H. ; Prudent, N, Tetrahedron Lett., 1968, 9, 2199-2204 Ahn, N.T., Topics in Current Stereochemistry, 1980, 88, 145-162

Model care permite anticiparea diastereomerului configurational majoritar format prin aditia unui nucleofil la o aldehida sau o cetona care, daca si numai daca indeplinesc urmatoarele conditii structurale obligatorii: i) poseda un centru chiral in pozitia α fata de gruparea carbonil. ii) unul dintre liganzii la α-centrul chiral este fie cel mai voluminos, fie contine un orbital de antilegatura σ* la centrul chiral de (cea mai) joasa energie in raport cu ceilalti liganzi.

atunci nucleofilul ataca (majoritar) dinspre partea opusa ligandului de la α-centrul chiral definit la pct. II. astfel:


7 i) atacul nucleofil urmeaza traiectoria Bürgi-Dunitz cea mai degajata steric (cca. 107°). ii) traiectoria Bürgi-Dunitz (aproape ca) eclipseaza ligandul cel mai mic de la α-centrul chiral. iii) in starea de tranzitie, orientarea conformationala a ligandului cel mai voluminos (sau cel cu orbitalul de antilegatura σ* de cea mai joasa energie) este perpendiculara pe planul legaturii carbonilice.

EXEMPLUL 24 Cazul ligandului voluminos

Me

Ph

H

H

Ph

Me

Et

OPh

Me(2R)-2-Phenylpentan-3-one

+ LiAlH4THF

O

Et

O

EtH3Al- H

90o 90o

∼ 107o

Al-H3H∼ 107o

+ H2O- H2, -Al(OH)3

H

Ph

Me

Et

H

HO

Me

Ph

H

O

Et

Directia de privire

- enantiomeric pura.- fetele carbonilului sunt diastereotope.- gabaritul liganzilor la centrul chiral Ph > Me > H.

Stari de tranzitie posibileTraiectoria B & D

cu impediment fara impedimentsteric steric

Et

OHPh

Me

R

RS

fata Re

(2R,3S)-2-Phenylpentan-3-ol90o

30oMeH

Ph

Et

HHODirectia de

privireH

H

In starea de tranzitie, substituentul cel mai voluminos (aici fenilul) ocupa, fata de oxigenul carbonilic si gruparea etil cea mai degajata pozitie conformationala: perpendiculara pe planul legaturii carbonilice → cerinta sterica. Este o sinteza asimetrica produs diastereoselectiva.

EXEMPLUL 25 Cazul ligandului electronegativ si al nucleofilului cu metal nechelatant Nu este neaparat necesar ca acest ligand sa fie cel mai voluminos ci sa contina un element mai electronegativ decat carbonul (SR, OR, NR2).


8

H

Et

MeS

H

MeS

EtPh

OEt

SMe(2S)-1-Phenyl-2-thiomethylbutan-1-one

+ NaBH4EtOH

O

Ph

O

PhH3B- H

Stari de tranzitie posibileTraiectoria B & D fara impediment steric

90o90o

∼ 107o

B-H3

∼ 107o

+ H2O- H2, -Na3BO3

H

MeS

Et

Ph

H

HO

H

Et

MeS

O

Ph

Directia de privire

- enantiomeric pura.- fetele carbonilului sunt diastereotope.- ligandul SMe contine un heteroatom electronegativ si intreaga grupare nu este, in conditiile de reactie, nici fugace nici chelatanta.

Ph

OHEt

SMe

S

SS

fata Re

(1S,2S)-1-Phenyl-2-thiomethylbutan-1-ol

H

legatura σS-C este perpendicularape planul legaturii carbonilice fara cagruparea SMe sa fie cea mai voluminoasa

Et

MeS H

HO H

Ph

30o

30o

H

H

Directia de privire

Este o sinteza asimetrica produs produs diastereoselectiva. Conditia de perpendicularitate a grupei tiometil este o cerinta atat sterica cat si electronica, adica stereoelectronica.

OC

C

Sσ∗S-C

π∗C=O

OC

C

S

π* + σ*

π* + σ*

σ∗S-C

π∗C=O

Nu- : Nu- :

- creerea noului orbital vacant, π* + σ*, de energie inca mai joasa decat π∗C=O si σ∗S-C nu poate avea loc decat daca si numai daca acestia din urma sunt paraleli (legatua σCsp3-Ssp3 este perpendiculara pe planul legaturii duble carbonilice, >C=O) , indiferent ca rezultatul aditiei nucleofile este, sau nu, crearea unui nou centru chiral.

prefigureaza viitoarea legatura σNu-C ca si Nu-C-O:-


9 4.4.2. Regula modelului ciclic Cram, D. J.; Kopecky, K. R., J. Am. Chem. Soc., 1959, 81, 2748-2755

Model care permite anticiparea diastereomerului configurational majoritar format prin aditia nucleofila a unui organometalic la o aldehida sau o cetona care, daca indeplinesc urmatoarele conditii structurale obligatorii: i) poseda un centru chiral in pozitia α fata de gruparea carbonil. ii) unul dintre liganzii la α-centrul chiral este capabil sa chelateze metalul din nucleofilul organometalic iii) chelatul rezultat este, de regula, pentaciclic neplan. atunci nucleofilul se ataseaza (majoritar) dinspre partea opusa ligandului cel mai voluminos de la α-centrul chiral prin atac care urmeaza traiectoria Bürgi-Dunitz.

EXEMPLUL 26 Diastereoselectivitati opuse, in functie de metalul din nucleofil :

PhMe

OMeO

S

(2S)-2-Methoxy-1-phenylpropan-1-one

- enantiomeric pura- fetele carbonilului: diastereotope

+NaBH4EtOHPh

Me

OMeOH

SPh

Me

OMeHO

S

27% 73%

SR

(1S,2S)-2-Methoxy-1-phenylpropan-1-ol

fata Re PhMe

OMeOH

SPhMe

OMeHO

S

(2R,3S)-3-Methoxy-2-phenylbutan-2-ol

Me Me

SR

99% 1%

+ Me2MgEt2O

fata Si

H H

Nucleofil cu metal nechelatant: cerinta stereoelectronica dicteaza parcursul stereochimic

MeOH

Me

TraiectoriaB & D

in Starea de tranzitie

OMe

MeH

O

Ph

+ H3B--HO

Ph

H--BH3

+ H2O- H2, Na3BO3 MeO

Me

HH

HO

Ph H

OMe

MeHHO

Ph

Directia de privire Ph

Me

OMeOH

SS

H30o 90o

orientat perpendicular pe planul legaturii

carbonilice (cerinta stereoelectronica)

Na+


10 Nucleofil cu metal chelatant: chelatul pentaciclic neplan dicteaza parcursul stereochimic

OMe

MeH

OMe

MeH

O

Ph

MgMe2 MeOMe

H

Me2MgO

PhMeMg-Me

+ H2O / H+

- Mg2+

Ph

OHMePh

Me

OMeHO

S

Me

RDirectia de

privire

TraiectoriaB & D

in Starea de tranzitie

ligandul cel mai voluminos

MeOMe

H Ph

OHMe

30o

Ambele exemple sunt sinteze asimetrice produs partial diastereoselective.

Exemplul 27 Chelatare vs. Viteza de reactie vs. Produs diastereoselectivitate

H

Me

RO

OR

MePh

OS

i) Me2Mg THF / -70 oCii) H2O

α-HidroxicetonaO-protejata cu

fete diastereotopesi enantiomeric pura

Me

ORPh

Me OHMe

ORPh

HO Me

O

Ph

Directia de privire

Mg

MeMg-MeStarea de tranzitieAtac dupa traiectoriaB & D nejenata steric

R este micMg chelateaza usorChelatul dicteaza

HRO

Me

O

PhMe-MgMe

Starea de tranzitieAtac dupa traiectoriaB & D nejenata steric

R este voluminosMg nu (mai) chelateaza

Efectul stereoelectronic→→→→ volumul dicteaza

S SR S

R

MeSiMe3SiEt3Si(Me)2(t-Bu)Si(Ph)2(t-Bu)Si(i-Pr)3

Diastereoselectivitate(S,R) : (S,S)

>99 : 1 99 : 1 96 : 4 88 : 12 63 : 37 42 : 58

Vitezarelativa

1000100

82.50.820.45Directia de

privire


11 - in prezenta unor grupe protectoare sililate de volum mic, reactia decurge prin intermediul chelatului pentaciclic neplan: viteza este de-asemena mai mare (maxima) datorita efectului activant al Mg2+ (acid Lewis) asupra oxigenului carbonilic.

O:

+ Mg2+

Acid Lewis....

Baza Lewis

O.... Mg2+

Nu:-

- pe masura ce volumul grupei protectoare sililate creste, reactia trece, treptat sub cerinte stereoelectronice si sterice (volum, Felkin-Ahn) iar viteza de reactie scade, disparand efectul activant al ionului Mg2+. - metale care se implica curent in acest gen de chelatari:

Li+ (cateodata) < Mg2+ < Zn2+ < Cu2+ < Ti4+ < Ce3+ < Mn2+

- metale care nu se implica, in general, in acest gen de chelatari:

Li+ (adesea) < Na+ < K+

EXEMPLUL 28 Chelatare catalitica vs. produs diastereoselectivitate

Chelatarea poate fi si doar catalitica prin aceea ca intervine doar in starea de tranzitie, determinand decisiv configuratia noului centru chiral si, prin aceasta, produs diastereoselectivitatea. Parcursul stereochimic al reducerii unei cetone α-chirale si enantiomeric pura poate fi influentata decisiv de prezenta unui catalizator chelatant.

PhCH3

P(O)Ph2

O(2S)-2-(Diphenylphosphoryl)-

1-phenylpropan-1-one

i) NaBH4 (fata Re) MeOH / t.a.ii) HOH Ph

CH3

P(O)Ph2

HO H(1S,2S)-2-(Diphenylphosphoryl)-

1-phenylpropan-1-ol

SSPhCH3

P(O)Ph2

H OH

SR

i ) NaBH4 (fata Si) cat. CeCl3 EtOH / -78 oCii) HOH

S


12 a) parcursul stereochimic in prezenta catalizatorului chelatant in starea de tranzitie:

P

HCH3

P(O)Ph2

O

Ph HH3C

PPh2O

Ph

OCeCl3

+ CeCl3H-B-H3 Na+ H

H3C

P(O)Ph2Na+ -OH

Ph- BH3, - CeCl3

H

H3C

P(O)Ph2HOH

Ph+ H2O- NaOH

120o

30o

90o

P(O)Ph2H

CH3

HO H

Ph Directia de privire Ph

CH3

Ph2(O)P

H OH

SR

H

chelathexaciclic in

starea de tranzitie

Traiectoria B & Dnejenata steric

b) parcursul stereochimic in absenta catalizatorului chelatant in starea de tranzitie: sunt valabile cerintele sterice si cele stereoelectronice

HCH3

P(O)Ph2

O

PhNaBH4 Ph2(O)P

H

CH3

O

PhTraiectoria B & Dnejenata steric

Na+ H3B--H

Stare de tranzitie cu substituentul voluminos si cu heteroatom electronegativ dispus perpendicular pe planul legaturii carbonilice

120o

H3C

P(O)Ph2

H PhH

O-Na+

+ H2O- NaOH

!!!

P(O)Ph2

H3C

H

O

Ph

- BH3

H3C

P(O)Ph2

H PhH

OH

30o

30oCH3

P(O)Ph2HPh

H OHDirectia de

privirePh

CH3

Ph2(O)P

HO H

SR

H

90o

PhCH3

P(O)Ph2

O

S

PhCH3

P(O)Ph2

O

S


13 Parcursul stereochmic al atacului nucleofil asupra unui compus carbonilic α-chiral poate fi anticipat urmand schema logica de mai jos:

RZ

OX

Y

α

Compus α-chiral sienantiomeric pur cufetele carbonilului

diastereotope

exista vreun heteroatomdirect legat de centrul

α-chiral ?

Utilizeaza modelul Felkin-Ahn:considera ca reactia va avea loc,preponderent, asupra conformerului in care ligandul cel mai voluminos(X ?, Y?, Z?) este orientatperpendicular pe planul legaturiicarbonilice

DA

NU

Exista vreun ion metaliccapabil sa chelateze acest heteroatom ?

NU

Utilizeaza modelul Felkin-Ahn:considera ca reactia va avea loc,preponderent, asupra conformerului in care ligandul care contineheteroatomul cel maielectronegativ (X ?, Y?, Z?) esteorientat perpendicular pe planullegaturii carbonilice

DA Utilizeaza modelul de chelatare:considera ca reactia va avea loc,preponderent, asupra conformeruluiin care gruparea carbonil siheteroatomul sunt cat mai apropiate in spatiu

4.5. Diastereomeric (Exces) - abreviere: % d.e. - intr-o reactie in care doi (si numai doi) produsi diastereomerici sunt posibili, procentul de exces diastereomeric este dat de relatia:

ID1 - D2ID1 + D2

% d.e. = . 100 = I%D1 - %D2I

- D1, D2 sunt fractiile molare ale celor doi produsi diastereomerici.

- daca in reactie se pot forma mai mult de doi diastereomeri, se indica, intotdeauna, procentul din fiecare diastereomer (e.g. % D1, %D2, ....% Dn)

- abordarea este aceeasi indiferent de tipul de diastereomerie, geometrica (e.g. E vs. Z) sau configurationala datorita polichiralitatii.


14 Diastereoselectivitate: termen conex, procent de diastereoselectivitate, % ds - intr-o reactie in care se poate forma mai mult de un diastereomer, rezultand asadar diastereomerii D1 - Dn cu fractiile molare D1, D2, ...Dn, diastereoselectivitatea % ds o reprezinta fractia molara a diastereomerului majoritar (sau a celui dorit D*), exprimata in procente:

D*D1 + D2 + ...+ Dn

% ds = . 100

Seebach, D.; Naef, R., Helv. Chim. Acta, 1981, 64, 145 - 162

4.6. E(O), Z(O) (Enolati) Masamune, S.; Kaiho, T.; Garvey, D. S., J. Am. Chem. Soc., 1982, 104, 5521 – 5523

Descriptori stereochimici utilizati pentru a descrie aranjamentul spatial al liganzilor fata de o dubla legatura dintr-un enolat. Utilizarea “clasica” a acestor descriptori (C.I.P.) se modifica prin aceea ca grupa OM (e.g. OLi), are prioritate fata de celalat ligand de la carbonul carbonilic, indiferent de natura acestuia sau de metalul din gruparea OM. Dimpotriva, la atomul de carbon din pozitia α se mentin strict prioritatile din prevederile C.I.P. EXEMPLUL 29

MeOMe

O

HH

MeOMe

OLi

H

+ n-BuLi- n-BuH

HOMe

OLi

MeZ-enolat E-enolat

α αC (carbonil): OLi > OMe desi ZLi = 3 iar ZC = 6C (α): Me > H (C.I.P., ZC = 6 > ZH = 1)

MeSMe

O

HH

MeSMe

OLi

H

+ n-BuLi- n-BuH

HSMe

OLi

MeZ-enolat E-enolat

α αC (carbonil): OLi > SMe desi ZLi = 3 iar ZS = 16C (α): Me > H (C.I.P., ZC = 6 > ZH = 1)


15 4.7. Enantiomeric (Exces) - abreviere % e.e. - notiune care se refera la un amestec de enantiomeri puri ca si la racemicul acestora. - se defineste ca fiind procentul de exces al unuia dintre enantiomerii puri fata de racemic:

IE1 - E2IE1 + E2

% e.e. = . 100 = I%E1 - %E2I

- E1, E2 sunt fractiile molare ale celor doi enantiomeri. - evident, pentru un amestec racemic, E1 = E2 = 0.5, e.e. = 0. - pentru E1 = 0.98, E2 = 0.2 rezulta e.e. = 96% (4% este amestecul racemic !).

Enantiomerica (Puritate) - o descriere a compozitiei enantiomerice a unei probe, exprimata ca si % e.e. (termeni sinonimi !). Deoarece termenul % e.e. implica faptul ca “impuritatea” este amestecul racemic si nu celalalt enantiomer, majoritatea autorilor prefera sa foloseasca notiunea de “raport intre enantiomeri”, notat ca e.r., normalizat la 100% - e.g., daca E1 = 0.98 E2 = 0.2 rezulta e.e. = 96% (4% este amestecul racemic !) iar e.r. = 98% : 2%

Enantiomeric (Raport) - abreviere e.r., vezi mai sus

Enantiomeric (Imbogatit) - o proba in care un enantiomer se afla in exces fata de celalalt (antipodul sau).

Enantioselectivitate termen conex, procent de enantioselectivitate, % es - intr-o reactie in care se formeaza enantiomerul E1 in exces, enantioselectivitatea este fractia molara a acestui enantiomer majoritar, exprimata in procente:

E1 E1 + E2

% es = . 100

- e.g., daca E1 = 0.98 iar E2 = 0.2, % es = 98%.


16 4.8. Epimeri - diastereomeri configurationali datorita polichiralitatii care difera prin configuratia unui singur centru de chiralitate.

Epimerizare - interconversia intre diastereomeri configurationali datorita polichiralitatii constand din schimbarea configuratiei unui singur centru chiral. Caz particular de izomerizare.

EXEMPLUL 30: Epimerizare cu formare de carbanioni

CH=OOHHHHOOHH

H OHCH2OH

CH=OHHOHHOOHH

H OHCH2OH

R SS SRR

RR

1

2

3

45

6D-Glucoza (96%) D-Manoza (4%)

(2R,3S,4R,5R)-Pentahydroxyhexanal

Ca(OH)2 / H2O5 zile / t.a.

D-Glucoza si D-Manoza sunt diastereomeri configurationali, epimeri, ei diferind (doar) prin configuratia absoluta a unui singur centru chiral, C-2: R respectiv S. - epimerizarea indica stabilitatea configurationala mai mare, e.g. la C-2, a D-Glucozei fata de D-Manoza. - epimerizarea este partiala pentru D-Glucoza si aproape completa pentru D-Manoza. - in general, epimerizarea poate fi descrisa ca o succesiune de transformari de forma:

Epimer (1)(Enantiomeric pur)

Intermediar (Enantiomeric pur)

cu elemente structuralediastereotope (e.g.

radical, cation, anion, etc.)

Epimer (2)(Enantiomeric pur)

- in cazul de mai sus, este vorba despre o epimerizare cu formare de carbanioni stabilizati prin conjugare:


17

HCH=O

OH

CH=O

OH

:

H O-

OH

H O-

HO

Z-enolat

E-enolat

O=HC

HO

:RO=HC

HO

HSHO-

HO-+ H2O

+ H2O

R

+ HO-

- HOH

OH

O-H

OH

CH=O

H

Z-enolat cu un centru chiral mai putin

atac Re → S+ HOH- HO-

atac Si → R+ HOH- HO-

S

OH

CH=O

H

fata Refata Si

HO

O-H

E-enolat cu un centru chiral mai putin

fata Sifata Re

+ HO-

- HOH

atac Re → S+ HOH- HO-

+ HO-

- HOH

S

CH=O

HOH

CH=O

HOH

atac Si → R+ HOH- HO-

R

+ HO-

- HOH


18 EXEMPLUL 31: Epimerizare cu formare de carbocationi: Darabantu, M.; Plé, G.; Mager, S.; Gaina, L; Cotora, E.; Mates, A.; Costas, L. Tetrahedron, 1997, 53, 1891-1908 Martinek, T.; Làzàr, L.; Fülöp, F.; Riddell, F.G. Tetrahedron, 1998, 54, 12887-12896

ON

Ar

H

H

CH2OHH

H

..

1

23

4

5

(2R,4S,5S)-5-(4-Nitrophenyl)-2-phenyl-4-hydroxymethyl

-1,3-oxazolidine

OH2N

Ar

H

H

CH2OHH

+

fata Sifata Re

O

H2N

Ar

H

H

CH2OH

+

Hfata Re

fata Si

ON

Ar

H

H

CH2OH

H

H(2S,4S,5S)

H+ H+rapid

Ar p-O2N-C6H4

C6H5

(2R,4S,5S)5090

R

S

(2S,4S,5S)5010

- intermediarul carbocationic, de tip benzil, are fetele centrului benzilic distereotope. - daca Ar = Ph, epimerizarea este partiala, existand o preponderenta a unuia dintre epimeri. - daca Ar = p-O2N-C6H4 epimerizarea este totala, proportia celor doi epimeri fiind aceiasi.

4.9. Optica (Activitate) Proprietate a unei substante zisa “optic activa” constand din capacitatea acesteia de a roti planul luminii plan polarizate cu un anumit unghi “α” (vezi Proprietati Chiroptice Moleculare).

Optica (Puritate): termen conex - abreviere: o.p. - este raportul intre rotatia specifica observata pentru o substanta optica activa, [α], si maximul posibil cunoscut al acestei rotatii, pentru aceeasi substanta optic activa, [α]max.

% o.p. = . 100[α]

[α]max

- de obicei (dar nu totdeauna !), puritatea optica este egala cu excesul enantiomeric, %e.e. Termenul de puritate optica este, actual, mai putin utilizat, deoarece excesul enantiomeric poate fi determinat si prin alte metode decat cele polarimetrice.

curs 2 - chem.ubbcluj.rochem.ubbcluj.ro/~darab/courses/asymmetric_synthesis/curs-2-sa.pdf · curs 2...

Documents