Tổng hợp bất đối xứng

Tổng hợp bất đối xứng ưu tiên tạo ra một đối quang của sản phẩm chiral, sử dụng các chất xúc tác, chất phụ trợ hoặc thuốc thử chiral để kiểm soát trung tâm lập thể mới.

Definition

Tổng hợp bất đối xứng là quá trình điều chế một hợp chất chiral dưới dạng một đối quang duy nhất (hoặc có độ dư đối quang) bằng cách sử dụng ảnh hưởng chiral để phân biệt hai kết quả lập thể có thể có.

Scope

Chủ đề này bao gồm các chiến lược tổng hợp bất đối xứng — chất phụ trợ chiral, thuốc thử chiral và các phản ứng bất đối xứng xúc tác — bao gồm hydro hóa bất đối xứng, epoxidation và xúc tác hữu cơ, cũng như phép đo tính chọn lọc đối quang bằng độ dư đối quang.

Core questions

• Làm thế nào một chất xúc tác hoặc chất phụ trợ chiral có thể làm lệch phản ứng về một đối quang?
• Tại sao tổng hợp bất đối xứng xúc tác lại đặc biệt có giá trị so với việc sử dụng các thuốc thử chiral theo tỷ lượng?
• Tính chọn lọc đối quang được định lượng và cải thiện như thế nào?

Key theories

Tổng hợp bất đối xứng xúc tác

Một chất xúc tác chiral dưới tỷ lượng phân biệt các trạng thái chuyển tiếp đối quang, mang lại độ dư đối quang cao từ các vật liệu khởi đầu không chiral; các ví dụ nổi bật bao gồm hydro hóa bất đối xứng và epoxidation.

Chất phụ trợ chiral và xúc tác hữu cơ

Các chất phụ trợ chiral được gắn tạm thời vào cơ chất để định hướng lập thể và sau đó được loại bỏ, trong khi các chất xúc tác hữu cơ phân tử nhỏ đạt được kiểm soát đối quang thông qua các trạng thái chuyển tiếp được xác định rõ mà không cần kim loại.

Mechanisms

Tính chọn lọc đối quang phát sinh khi một môi trường chiral làm cho hai trạng thái chuyển tiếp đối diastereo dẫn đến các sản phẩm đối quang có năng lượng không bằng nhau. Các chất xúc tác như phức hợp phosphine–kim loại chiral hoặc chất xúc tác hữu cơ amin tạo ra một túi chiral xác định, ưu tiên một cách tiếp cận của cơ chất, trong khi các chất phụ trợ chiral chuyển đổi sự chọn lọc đối quang thành sự chọn lọc đối diastereo dễ kiểm soát hơn.

Clinical relevance

Vì các đối quang thuốc có thể khác nhau đáng kể về hoạt tính và độ an toàn, tổng hợp bất đối xứng là trung tâm để sản xuất hiệu quả các dược phẩm đối quang đơn; tầm quan trọng của lĩnh vực này đã được công nhận bằng Giải Nobel năm 2001 cho Knowles, Noyori và Sharpless và Giải thưởng năm 2021 cho xúc tác hữu cơ bất đối xứng.

History

Quá trình hydro hóa bất đối xứng của Knowles đã cho phép tổng hợp công nghiệp L-DOPA; Noyori và Sharpless đã mở rộng các phương pháp bất đối xứng xúc tác một cách rộng rãi, và sự phát triển sau này của xúc tác hữu cơ (List và MacMillan) đã bổ sung một khía cạnh không kim loại, đánh dấu nhiều thập kỷ tiến bộ được Nobel công nhận.

Key figures

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

Seminal works

• noyori2002
• careysundberg2007b

Frequently asked questions

Độ dư đối quang là gì?

Độ dư đối quang (ee) là phần trăm mà một đối quang vượt trội hơn đối quang kia trong một hỗn hợp; ee 90 phần trăm có nghĩa là 95 phần trăm của một đối quang và 5 phần trăm của đối quang kia, và đây là thước đo tiêu chuẩn về mức độ chọn lọc của một phản ứng bất đối xứng.

Tại sao tổng hợp bất đối xứng xúc tác lại được đánh giá cao như vậy?

Một chất xúc tác chiral duy nhất có thể chuyển đổi một lượng lớn vật liệu không chiral thành một đối quang, do đó tính chiral được nhân lên theo xúc tác thay vì được cung cấp đầy đủ theo tỷ lượng, làm cho quá trình này kinh tế hơn và hiệu quả nguyên tử hơn.