不斉合成

不斉合成は、キラル触媒、助剤、または試薬を用いて新しい立体中心を制御することにより、キラル生成物の一方のエナンチオマーを優先的に生成する。

Definition

不斉合成とは、キラルな影響によって2つの可能な立体化学的結果を区別し、単一のエナンチオマー（またはエナンチオマー過剰率で）としてキラル化合物を調製することである。

Scope

このトピックでは、不斉合成の戦略（キラル助剤、キラル試薬、触媒的不斉反応）について取り上げる。これには、不斉水素化、エポキシ化、有機触媒、およびエナンチオマー過剰率によるエナンチオ選択性の測定が含まれる。

Core questions

• キラル触媒または助剤は、どのようにして反応を一方のエナンチオマーに偏らせることができるのか？
• 化学量論的なキラル試薬を使用する場合と比較して、触媒的不斉合成が特に価値があるのはなぜか？
• エナンチオ選択性はどのように定量され、改善されるのか？

Key theories

触媒的不斉合成

化学量論量以下のキラル触媒がエナンチオマー遷移状態を区別し、アキラルな出発物質から高いエナンチオマー過剰率をもたらす。代表的な例として、不斉水素化とエポキシ化が挙げられる。

キラル助剤と有機触媒

キラル助剤は、立体化学を制御するために一時的に基質に結合され、その後除去される。一方、小分子有機触媒は、金属を使用せずに明確な遷移状態を介してエナンチオ制御を達成する。

Mechanisms

エナンチオ選択性は、キラル環境がエナンチオマー生成物につながる2つのジアステレオマー遷移状態のエネルギーを不均一にするときに生じる。キラルホスフィン-金属錯体やアミン有機触媒などの触媒は、基質の特定のアプローチを有利にする明確なキラルポケットを提示する一方、キラル助剤はエナンチオ選択をより制御可能なジアステレオ選択に変換する。

Clinical relevance

医薬品のエナンチオマーは活性と安全性において大きく異なる可能性があるため、不斉合成は単一エナンチオマー医薬品を効率的に製造する上で中心的である。この分野の重要性は、2001年のノールズ、野依、シャープレスへのノーベル賞、および2021年の不斉有機触媒に関するノーベル賞によって認識された。

History

ノールズの不斉水素化はL-DOPAの工業的合成を可能にし、野依とシャープレスは触媒的不斉法を広範に拡張した。その後、有機触媒（リストとマクミラン）の台頭により、金属を含まない側面が加わり、ノーベル賞によって認められた数十年にわたる進歩が示された。

Key figures

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

Seminal works

• noyori2002
• careysundberg2007b

Frequently asked questions

エナンチオマー過剰率とは何か？

エナンチオマー過剰率（ee）は、混合物中の一方のエナンチオマーが他方を上回る割合である。eeが90パーセントとは、一方のエナンチオマーが95パーセント、もう一方が5パーセントであることを意味し、不斉反応の選択性を測る標準的な尺度である。

触媒的不斉合成が非常に高く評価されるのはなぜか？

単一のキラル触媒が大量のアキラル物質を一方のエナンチオマーに変換できるため、キラル性は化学量論量全体で供給されるのではなく、触媒的に増幅され、プロセスがより経済的で原子効率的になる。