Асимметрический синтез

Асимметрический синтез преимущественно производит один энантиомер хирального продукта, используя хиральные катализаторы, вспомогательные вещества или реагенты для контроля нового стереоцентра.

Definition

Асимметрический синтез — это получение хирального соединения в виде единственного энантиомера (или с энантиомерным избытком) посредством хирального воздействия, которое дифференцирует два возможных стереохимических исхода.

Scope

Эта тема охватывает стратегии асимметрического синтеза — хиральные вспомогательные вещества, хиральные реагенты и касимметрические каталитические реакции, включая асимметрическое гидрирование, эпоксидирование и органокатализ, а также измерение энантиоселективности по энантиомерному избытку.

Core questions

• Как хиральный катализатор или вспомогательное вещество может смещать реакцию в сторону одного энантиомера?
• Почему каталитический асимметрический синтез особенно ценен по сравнению с использованием стехиометрических хиральных реагентов?
• Как количественно оценить и улучшить энантиоселективность?

Key theories

Каталитический асимметрический синтез

Субстехиометрический хиральный катализатор дифференцирует энантиомерные переходные состояния, обеспечивая высокий энантиомерный избыток из ахиральных исходных материалов; знаковые примеры включают асимметрическое гидрирование и эпоксидирование.

Хиральные вспомогательные вещества и органокатализ

Хиральные вспомогательные вещества временно присоединяются к субстрату для управления стереохимией, а затем удаляются, в то время как низкомолекулярные органокатализаторы достигают энантиоконтроля через четко определенные переходные состояния без использования металлов.

Mechanisms

Энантиоселективность возникает, когда хиральная среда делает два диастереомерных переходных состояния, ведущих к энантиомерным продуктам, неравными по энергии. Катализаторы, такие как хиральные фосфин-металлические комплексы или аминоорганокатализаторы, представляют собой определенный хиральный карман, который благоприятствует одному подходу субстрата, в то время как хиральные вспомогательные вещества превращают энантиоселекцию в более контролируемую диастереоселекцию.

Clinical relevance

Поскольку энантиомеры лекарственных средств могут значительно различаться по активности и безопасности, асимметрический синтез имеет центральное значение для эффективного производства одноэнантиомерных фармацевтических препаратов; важность этой области была признана Нобелевской премией 2001 года, присужденной Ноулзу, Нойори и Шарплессу, и премией 2021 года за асимметрический органокатализ.

History

Асимметрическое гидрирование Ноулза позволило осуществить промышленный синтез L-ДОФА; Нойори и Шарплесс широко распространили каталитические асимметрические методы, а последующее развитие органокатализа (Лист и Макмиллан) добавило безметалльный аспект, ознаменовав десятилетия прогресса, отмеченного Нобелевскими премиями.

Key figures

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

Seminal works

• noyori2002
• careysundberg2007b

Frequently asked questions

Что такое энантиомерный избыток?

Энантиомерный избыток (ee) — это процент, на который один энантиомер превышает другой в смеси; ee 90 процентов означает 95 процентов одного энантиомера и 5 процентов другого, и это стандартная мера селективности асимметрической реакции.

Почему каталитический асимметрический синтез так ценится?

Один хиральный катализатор может превратить большое количество ахирального материала в один энантиомер, поэтому хиральность умножается каталитически, а не поставляется в полном стехиометрическом количестве, что делает процесс более экономичным и атомоэффективным.