Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


АСИММЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

АСИММЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, способ получения оптически активных соед.; осуществляют с помощью р-ций, в результате к-рых в молекуле исходного оптически неактивного соед. возникает хиральный элемент, гл. обр. асимметрический атом углерода (отсюда название), при этом в продуктах р-ции оптич. изомеры (энантиомеры) содержатся в неравных кол-вах. В кач-ве исходных в-в используют прохиральные соед., т.е. такие, молекулы к-рых могут быть превращены в хиральные при замене лишь одного атома или одной группы атомов. Иногда под асимметрическим синтезом понимают возникновение нового хирального фрагмента в молекуле, уже имеющей элемент хиральности (см. Стереоселективный синтез).

Достигается асимметрический синтез благодаря участию в нем асимметризующего агента, в зависимости от типа к-рого различают частичный и абсолютный асимметрические синтезы. Первый осуществляют с помощью вспомогат. оптически активных орг. в-в, второй - под действием асимметрич. физ. фактора, напр. при использовании в р-циях энантиоморфных кристаллов в кач-ве носителей катализаторов.

Эффективность асимметрического синтеза оценивается оптич. выходом (в %), к-рый равен отношению величины оптич. вращения продукта р-ции к величине оптич. вращения целевого оптически чистого в-ва, или по энантиомерной чистоте. Последняя характеризует состав оптически активного в-ва и равна (в %) 100(R - S)/(R + S), где R и S - доли энантиомеров, определяемые с помощью газо-жидкостной хроматографии, ЯМР-спектроскопии и др. методами.

Идею асимметрического синтеза впервые высказал Э. Фишер в 1894, а первые синтезы осуществили в нач. 20 в. В. Марквальд и А. Мак-Кензи. Оптич. выходы, однако, долгое время оставались очень небольшими. Сейчас асимметрический синтез - реальный путь получения оптически активных в-в.

Частичный асимметрический синтез. Обычно для проведения асимметрического синтеза осуществляют р-цию вспомогат. оптически активного в-ва с исходным прохиралъным соед. либо со вторым компонентом р-ции - реагентом (напр., магнийорг. соед.), в результате чего хиральный фрагмент молекулы вспомогат. в-ва входит соотв. в молекулу исходного соед. или реагента. Если хиральный фрагмент молекулы вспомогат. в-ва войдет в состав исходного прохирального соед., то в результате асимметрического синтеза образуются неравные кол-ва диастереомеров (диастереоселективный синтез), т.к. молекулы полученного соед. будут содержать два хиральных элемента. Для получения оптич. изомера проводят отщепление хирального фрагмента молекулы вспомогат. в-ва от молекул диастереомеров. Будучи введенным в молекулу реагента, хиральный фрагмент молекулы вспомогат. в-ва может и не войти в состав продукта р-ции, а лишь содействовать образованию избытка одного из энантиомеров. Такой асимметрический синтез называют энантиоселективным. Осуществлены и др. виды энантиоселективных синтезов - превращения в присут. оптически активных р-рителей, а также гомог. и гетерог. катализаторов (асимметрич. катализ).

Объяснение механизма частичного асимметрического синтеза основано на представлении о возможности образования диастереомерных переходных состояний с разл. энергиями. Р-ция направляется преим. по энергетически более выгодному пути. При этом для получения высокого оптич. выхода достаточно небольших различий в энергиях переходных состояний. Так, если разница между энергиями составляет ок. 11 кДж/моль, оптич. выход достигает 98%.

Асимметрический синтез оптически активных спиртов часто осуществляют восстановлением карбонильных соед. с помощью хиральных комплексов, образующихся при взаимод. Li[AlH4] или Na[BH4] с оптически активными диаминами, аминоспиртами, диолами, углеводами [напр., с N-метилэфедрином, 1,4-бис-(диметиламино)-2,3-бутандиолом]. Так, алюмогидридный комплекс ( — )-N-метилэфедрина и N-этиланилина восстанавливает карбонильную группу бензальацетона с оптич. выходом до 98%. Действием дигидропиридиновых реагентов (ф-ла I, R1-H или СН3, R2 - алкил; звездочкой обозначен хиральный радикал) осуществлены эффективные асимметрич. р-ции восстановления кетогрупп. Высокие оптич. выходы достигаются при восстановлении карбонильных групп оптически активными пространственно затрудненными магнийорг. соед., напр.:
1039-14.jpg

1039-15.jpg

Эффективное асимметрич. превращ. карбонильных соед. во вторичные или третичные спирты при действии металлоорг. соед. достигается также, когда хиральный остаток вспомогат. оптически активного в-ва входит в состав субстрата или р-рителя. Так, разработан синтез (с оптич. выходом до 87%)1039-16.jpgгидроксикислот (II) действием магний- или литийорг. соед. на субстраты, в к-рых группа С=О находится в молекуле оптически активного оксазолипового производного (III):
1039-17.jpg

При взаимод. бутиллития с бензальдегидом в присут. хиральной добавки - пролинового производного ф-лы IV получают бутилфенилкарбинол с оптич. выходом 95%.
1039-18.jpg

При алкилировании хиральных енолятов (V) и послед. гидролизе диастереомера (VI) образуются к-ты с оптич. выходом до 90%.
1039-19.jpg

Высокие оптич. выходы достигаются и в др. р-циях карбонильных соед., напр. при альдолъной и кретоновой конденсации. Широко используют в асимметрическом синтезе азометины, енамины, енгидразины, напр.:
1039-20.jpg

Вспомогат. хиральными агентами в этих синтезах служат1039-21.jpgфенилэтиламин и нек-рые др. амины, а также производные пролина; оптич. выход до 98%.

Превращ. карбонильной группы подчиняются правилам Прелога и Крама. Правило Прелога связывает конфигурацию вспомогат. оптически активного в-ва - спирта, используемого для получения сложных эфиров1039-22.jpgкетокислот, с преимущественной конфигурацией хирального центра, образующегося при диастереоселективных р-циях указанных эфиров (VII) с металлоорг. соед. или при восстановлении :
1039-23.jpg

В молекуле вспомогательного вещества (оптически активного спирта) Rб, Rcp и Rм -соответственно большой, средний и малый радикалы. Истолкование правила основано на допущении, что молекула эфира имеет плоскую, конформацию с трансоидным расположением групп С=О, Rм заслоняет кетогруппу, a Rб и Rср не лежат в плоскости молекулы:
1039-24.jpg

В соответствии с правилом Прелога конфигурация образующегося асимметрии, центра определяется направлением подхода к нему заместителя R', к-рый осуществляется со стороны Rср- меньшего из радикалов, не лежащих в плоскости молекулы. Правило предложено В. Прелогом в 1953.
1040-1.jpg

Правило Крама связывает преимущественную конфигурацию асимметрии, центра, образующегося при диастереоселективных р-циях кетонов ф-лы VIII, с конфигурацией уже имеющегося в молекуле кетона асимметрии, центра. Кетон реагирует в конформации с трансоидным расположением Rб и группы С=О:
1040-2.jpg

В соответствии с правилом Крама подход заместителя R', как и в слуиае правила Прелога, осуществляется со стороны меньшего из заместителей Rм. Правило Крама применяют для корреляции конфигураций спиртов, образующихся при восстановлении кетонов комплексными гидридами металлов, щелоиными металлами, амальгамой Na, а также при р-циях кетонов с металлоорг. соединениями. Правило предложено Д. Крамом в 1952.

Разработан ряд асимметрических синтезов1040-3.jpgаминокислот, напр. из альдегидов по р-ции Зелинского - Штреккера (с использованием оптически активного амина вместо NH3) или из хиральных дикетопиперазинов (синтезированных из глицина и хиральных аминокислот):
1040-4.jpg

С помощью асимметрического синтеза осуществлены разнообразные р-ции присоединения по связям С=С, напр. р-ция Михаэля, диеновый синтез, аминопалладирование, присоединение литийкупратов LiCuR2. Высокие оптич. выходы (до 100%) достигаются при гидроборировании с помощью моно- или дипинанилборанов (соотв. H2BR* или HBR2*), получаемых взаимод. В2Н6 с (-)-пиненом, напр.:
1040-5.jpg

Эпоксидированием алкенов в присут. эфиров (+)-винной к-ты и Ti(OAlk)4 полуиают эпоксиды с оптии. выходом до 90-95%. Во многих асимметрических синтезах хорошими вспомогат. реагентами оказались также сульфоксиды с хиральным атомом S, напр.:
1040-6.jpg

Примеры асимметрического синтеза в хиральных средах: в холестерин, жидких кристаллах (синтез транс-циклооктена из циклооктилтри-метиламмонийгидроксида), в краун-эфирах, содержащих в молекуле дигидроникотиновый фрагмент.

Важное место в асимметрическом синтезе занимает асимметрии, катализ, при к-ром асимметризующим агентом является катализатор. Различают след, виды асимметрии, катализа.

1) Межфазный катализ в присут. оптически активных иетвертииных аммониевых оснований, получаемых из эфедрина, хинина и его аналогов. Однако в разл. р-циях (борогидридное восстановление кетонов, получение вицинальных дигалогенидов, циангидринов, сульфоксидов и др.), осуществленных этим способом, достигнуты лишь умеренные оптич. выходы.

2) Гетерог. катализ в присут. металлов, модифицированных оптически активными соединениями. Высокие оптич. выходы (до 97%) достигнуты при восстановлении группы С=О метилацетоацетата и ацетилацетона над скелетным Ni, модифицированным (+)-винной к-той с добавкой NaBr.

3) Гомог. катализ с использованием хиральных родиево-фосфиновых катализаторов - наиб. быстро развивающаяся область асимметрического синтеза. Чаще всего этот способ используют для полунения оптически активных ос-аминокислот гидрированием их предшественников - ациламиноакриловых к-т:
1040-7.jpg

В кач-ве хиральных лигандов L* применяют дифосфины, для синтеза к-рых используют (+)-винную к-ту, L-гидроксипролин и др., напр.:
1040-8.jpg

Результаты гидрирования определяются природой катализатора, строением и конфигурацией гидрируемого в-ва (субстрата), р-рителем, т-рой р-ции. Во мн. случаях достигается очень высокий оптич. выход. Так, асимметрич. гидрированием получено важное лек. ср-во леводопа [( — )-3-(3,4-дигидроксифенил)-b-аланин] с оптич. выходом, близким к 100%. С помощью родиево-фосфиновых и др. гомог. хиральных катализаторов проведены также и др. Асимметрический синтез - р-ции Гриньяра и Вюрца, гидросилидирование, гидроформилирование, еновый синтез.

Абсолютный асимметрический синтез осуществляют без участия оптически активного вспомогат. в-ва, асимметризующее действие оказывает тот или иной физ. фактор. Напр., в асимметрических синтезах, в к-рых носителями для катализатора (металлы, щелочи) служат энантиоморфные кристаллы (гл. обр. оптически активного кварца), роль асимметризующего агента выполняет кристаллич. решетка носителя. Этим способом осуществлены (хотя и с ничтожными оптич. выходами) термич. деструкция рацемич. спиртов, изомеризация пропиленоксида, гидрирование рацемич. пинена и1040-9.jpgфенилкоричной к-ты, цианэтилирование 2-метилциклогексанона. Механизм асимметризующего действия связан с неодинаковой адсорбируемостью энантиомеров на оптически активном кварце.

К абс. асимметрическим синтезам относятся также процессы под действием света с круговой поляризацией, напр, деструкция производных1040-10.jpg бром- и1040-11.jpgазидопропионовой к-т, синтез гелиценовых структур в нематич. жидких кристаллах, синтез (+)-винной к-ты гидроксилированием диэтилового эфира фумаровой к-ты под действием Н2О2. Решающее значение для осуществления фотохим. абс. асимметрического синтеза имеет эффект Коттона (см. Хироптические методы), важной особенностью к-рого является неравенство коэф. поглощения правого и левого циркулярно-поляризованного света оптич. изомерами в области оптически активных полос поглощения (такое явление наз. круговым дихроизмом). Иными словами, один энантиомер сильнее поглощает одну компоненту циркулярно-поляризованного света, другой изомер - другую. Если, напр., освещать рацемат однородным (правым или левым) циркулярно-поляризованным светом, то один из энантиомеров будет поглощать световой энергии больше, чем другой, и тем самым в большей степени подвергаться хим. р-ции (напр., разложению). Асимметризующее действие циркулярно-поляризованного света наблюдалось также в р-циях присоединения галогенов к триарилметильному радикалу и тринитростильбену.

На границе между асимметрическим синтезом и расщеплением рацематов находятся два способа получения оптически активных в-в - кинетич. расщепление и асимметрич. превращения (см. Рацематы). С асимметрическим синтезом их объединяет то, что в этих процессах происходят хим. превращения, а с расщеплением рацематов - тот факт, что исходными в-вами являются рацематы.


===
Исп. литература для статьи «АСИММЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ»: Клабуновский Е.И., Стереоспецифический катализ, М., 1968; Моррисон Д., МошерГ, Асимметрические органические реакции, пер. с англ., М., 1973; Идзуми И., Таи А., Сгереодифференцирующие реакции, пер. с англ., М., 1979; Потапов В. М., Современный асимметрический синтез, в кн.: Итоги науки и техники, сер. Органическая химия, т. 4, М., 1984, с. 3-146. В. М. Потапов.

Страница «АСИММЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн