Asymmetrische Synthese

Die asymmetrische Synthese erzeugt bevorzugt ein Enantiomer eines chiralen Produkts, wobei chirale Katalysatoren, Hilfsstoffe oder Reagenzien verwendet werden, um das neue Stereozentrum zu steuern.

Definition

Asymmetrische Synthese ist die Herstellung einer chiralen Verbindung als einzelnes Enantiomer (oder im Enantiomerenüberschuss) mittels eines chiralen Einflusses, der die beiden möglichen stereochemischen Ergebnisse differenziert.

Scope

Dieses Thema behandelt die Strategien der asymmetrischen Synthese – chirale Hilfsstoffe, chirale Reagenzien und katalytische asymmetrische Reaktionen – einschließlich asymmetrischer Hydrierung, Epoxidierung und Organokatalyse sowie die Messung der Enantioselektivität durch Enantiomerenüberschuss.

Core questions

• Wie kann ein chiraler Katalysator oder Hilfsstoff eine Reaktion zugunsten eines Enantiomers beeinflussen?
• Warum ist die katalytische asymmetrische Synthese im Vergleich zur Verwendung stöchiometrischer chiraler Reagenzien besonders wertvoll?
• Wie wird die Enantioselektivität quantifiziert und verbessert?

Key theories

Katalytische asymmetrische Synthese

Ein substöchiometrischer chiraler Katalysator differenziert die enantiomeren Übergangszustände und liefert einen hohen Enantiomerenüberschuss aus achiralen Ausgangsmaterialien; wegweisende Beispiele sind die asymmetrische Hydrierung und Epoxidierung.

Chirale Hilfsstoffe und Organokatalyse

Chirale Hilfsstoffe werden vorübergehend an ein Substrat gebunden, um die Stereochemie zu steuern, und dann entfernt, während niedermolekulare Organokatalysatoren die Enantiokontrolle durch wohldefinierte Übergangszustände ohne Metalle erreichen.

Mechanisms

Enantioselektivität entsteht, wenn eine chirale Umgebung die beiden diastereomeren Übergangszustände, die zu den enantiomeren Produkten führen, energetisch ungleich macht. Katalysatoren wie chirale Phosphin-Metall-Komplexe oder Amin-Organokatalysatoren bieten eine definierte chirale Tasche, die einen bevorzugten Ansatz des Substrats begünstigt, während chirale Hilfsstoffe die Enantioselektion in eine besser kontrollierbare Diastereoselektion umwandeln.

Clinical relevance

Da sich Arzneimittel-Enantiomere in Aktivität und Sicherheit stark unterscheiden können, ist die asymmetrische Synthese von zentraler Bedeutung für die effiziente Herstellung von Enantiomeren-reinen Pharmazeutika; die Bedeutung des Feldes wurde durch den Nobelpreis 2001 an Knowles, Noyori und Sharpless sowie den Preis 2021 für asymmetrische Organokatalyse gewürdigt.

History

Knowles' asymmetrische Hydrierung ermöglichte die industrielle Synthese von L-DOPA; Noyori und Sharpless erweiterten die katalytischen asymmetrischen Methoden umfassend, und der spätere Aufstieg der Organokatalyse (List und MacMillan) fügte eine metallfreie Dimension hinzu, was Jahrzehnte des Nobel-anerkannten Fortschritts kennzeichnet.

Key figures

• William S. Knowles
• Ryoji Noyori
• K. Barry Sharpless
• Benjamin List
• David MacMillan

Seminal works

• noyori2002
• careysundberg2007b

Frequently asked questions

Was ist der Enantiomerenüberschuss?

Der Enantiomerenüberschuss (ee) ist der Prozentsatz, um den ein Enantiomer das andere in einer Mischung übertrifft; ein ee von 90 Prozent bedeutet 95 Prozent des einen Enantiomers und 5 Prozent des anderen, und er ist das Standardmaß dafür, wie selektiv eine asymmetrische Reaktion ist.

Warum wird die katalytische asymmetrische Synthese so geschätzt?

Ein einzelner chiraler Katalysator kann große Mengen achiralen Materials in ein Enantiomer umwandeln, sodass die Chiralität katalytisch multipliziert und nicht in voller stöchiometrischer Menge zugeführt wird, was den Prozess wirtschaftlicher und atom-effizienter macht.