Reakcje stereoselektywne
Reakcje stereoselektywne
Reakcja stereoselektywna
W reakcji stereoselektywnej, ze zbioru
możliwych stereoizomerycznych
produktów powstaje wyłącznie lub w
przeważającej ilości jeden stereoizomer.
Reakcja stereospecyficzna
W reakcji tej dany stereoizomer tworzy
jeden produkt, a inny stereoizomer tworzy
inny produkt.
diastereoselektywność
względem
diastereoizmoerycznych produktów
Stereoselektywność
enancjoselektywność
względem enancjomerycznych produktów
diastereospecyficzność
względem
diastereoizmoerycznych substratów
Stereospecyficzność
enancjospecyficzność
względem enancjomerycznych
substratów
Nadmiar diastereoizomeryczny
gdzie:
D1, D2 – związki diastereoizomeryczne (D1- główny
produkt).
Nadmiar enancjomeryczny
gdzie:
P, ent-P oznacza enancjomery (P- główny
enancjomeryczny produkt)
Stereokontrola reakcji
Kinetyczna i termodynamiczna kontrola przebiegu reakcji stereoselektywnej
(1)
(2)
reakcja diastereoselektywna
Reakcje stereoselektywne
Reakcje stereoselektywne (E2- eliminacja dwucząsteczkowa)
Reakcje stereoselektywne
Reakcje stereoselektywne
Częściowa redukcja wiązania potrójnego w alkinach
RC
CR + H
2
np. Pd - BaSO
4
chinolina
C=C
R
R
H
H
(Z)-alken
cis-addycja
CH
3
CH
2
C CCH
2
CH
3
H
2
, Ni
2
B
C=C
CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
H
H
heks-3-yn
(Z)-heks-3-en (wyd. 97%)
RC CR
Na lub Li
NH
3
, -33
0
C
C=C
R
R
H
H
(E)-alken
trans-addycja
CH
3
(CH
2
)
2
C C(CH
2
)
2
CH
3
Li, EtNH
2
- 78 °C
C=C
H
CH
3
CH
2
CH
2
H
CH
2
CH
2
CH
3
(E)-okt-4-en (wyd. 52%)
okt-4-yn
Reakcje stereoselektywne – zastosowanie enzymów
Reakcje stereospecyficzne
OAc
Br
OAc
Br
i)
i)
AcONa, DMF
Reakcje stereospecyficzne
Przykład reakcji
enancjospecyficznej
Konfiguracja jest rezultatem
inwersji w stanie przejściowym.
Reakcje stereospecyficzne
Reakcja enancjospecyficzna
Me
Et
H
Br
(R)-39
Ph
2
CuLi
inwersja
Me
Et
CuPh
2
H
H
2
O
retencja
Me
Et
Ph
H
(+)-(S)-40
e.e. 84-92%
Reakcja diastereospecyficzna
Me
OAc
LiCu(CN)Me
cis-37
trans-38
Me
Me
Me
Me
cis-38
trans-37
LiCu(CN)Me
Me
OAc
Addycja karbenów do alkenów
H
H
3
CH
2
C
CH
3
CH
3
+
CHCl
3
KOH
Cl
Cl
H
H
CH
3
H
3
CH
2
C
+
KCl
Reakcje stereospecyficzne
Reakcje stereospecyficzne
Reakcje stereospecyficzne
Reakcje stereospecyficzne
Reakcje stereospecyficzne
Reakcja Dielsa-Aldera
Przykład reakcji diastereospecyficznej
Reakcje stereospecyficzne
Dihydroksylacja alkenów
Literatura
1. J. Gawroński, K. Gawrońska, Stereochemia
w syntezie organicznej, Warszawa, PWN,
1988
2. J. Skarżewski, Wprowadzenie do syntezy
organicznej, Warszawa, PWN, 1999
3. D. Whittaker, Stereochemia a mechanizm
reakcji, Warszawa, PWN, 1987
4. J. McMurry , Chemia organiczna, Warszawa,
PWN, 2003
Ważne pojęcia:
• Biotransformacja
(zastosowanie biokatalizatorów)
• Specyficzność substratowa
(enancjospecyficzność)
• Regioselektywność
• Stereospecyficzność
Warunki przeprowadzenia
procesu biotransformacji:
• niewysokie temperatury (20-40
o
C)
• niskie ciśnienie
• małe zapotrzebowanie na energię
• procesy zachodzą
w roztworach wodnych
Pseudomonas
Reakcje enzymatyczne
- lipaza
Katalizowana lipazą z Pseudomonas synteza
chiralnego substratu do otrzymania epitolonu A
S
N
OH
S
N
OH
S
N
O
+
99% ee
S
N
O
O
OH
O
OH
O
epotilon A
O
OH
lipaza
katalizator
OH
+
O
O
katalizator =
Ru
CO
Cl
Co
Ph
Ph
N
Ph
H
Dynamiczny kinetyczny rozdział fenyloetanolu
Reakcje enzymatyczne
- lipaza
OH
m-krezol
OH
H
2
/cat.
OH
OH
OH
mentol
izomentol
neomentol
neoizomentol
OH
OH
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
lipaza
racemizacja
O
1./ destylacja
2./ hydroliza
OH
Schemat procesu produkcji mentolu
Reakcje enzymatyczne - lipaza
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
Wszystkie możliwe reakcje redukcji można
zakwalifikować
do jednej z czterech kategorii:
1.
reakcje enancjoselektywne i stereospecyficzne
2.
reakcje enancjoselektywne ale niestereospecyficzne
3.
reakcje enancjonieselektywne lecz stereospecyficzne
4.
reakcje enancjonieselektywne i niestereospecyficzne
Przykładem reakcji typu pierwszego jest stereoselektywna
redukcja anologu prostaglandyny- 15-keto-PGE
1
Przykłady transformacji typu drugiego nie są znane.
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
Reakcją typu trzeciego jest katalizowana przez drożdże
Sacharomyces cerevisiae transformacja prostaglandyny E
1
do
izomerów
i 15-deoksyprostaglandyny F
1
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
Curvularia falcata jest zdolna do niespecyficznego redukowania
(+-)-trans-2-dekalonu ( przykład reakcji typu czwartego)
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
• w procesach tych można użyć enzymu rozkładającego D-
aminokwasy
(oksydazy D-aminokwasów) i w wyniku reakcji otrzymywać optycznie
czyste
D-aminokwasy
• lub też można użyć oksydazy L-aminokwasów co prowadzi do
otrzymania
izomerów L
COOEt
O
COOEt
OH
COOEt
OH
wyd. 61; 4% ee
O
wyd. 56%; 96% ee
Mg
2+
wyd. 63%; 94% ee
wyd. 56%; 96% ee
Cl
OEt
O
Wpływ dodatków (jonów magnezu(II), metylowinyloketonu, chloromrówczanu etylu)
na przebieg reakcji redukcji 3-oksopentanonianu etylowego.
Reakcje enzymatyczne
- utleniania i redukcji
Specyficzność substratowa i stereospecyficzność w reakcji redukcji
symetrycznych dimetylcykloheksanonów przez Colletotricum cingulata
Inne reakcje enzymatyczne
Cl
Cl
O
Cl
Cl
OH
Cl
Cl
OH
Rhodotorula
glutinis
Geotrichum
candidum
O
Cl
O
O
Cl
OH
Candida
sonorensis
O
Cl
OH
Pichia pinus
Enancjospecyficzność przebiegu biokatalitycznej
redukcji
w zależności od rodzaju użytego mikroorganizmu
W syntezie optycznie czynnych aminokwasów
możliwe jest zastosowanie kilku metod
enzymatycznych:
1. Rozdział racemicznych mieszanin pochodnych
aminokwasów za pomocą enzymów
hydrolitycznych
2. Stereospecyficzna kondensacja achiralnych
substratów
3. Stereospecyficzne, redukcyjne aminowanie
ketonokwasów
4. Modyfikacja chiralnych prekursorów (np. przez
hydroksylowanie)
Biotransformacje aminokwasów
– rozdział racematów
Do rozdziału racemicznych mieszanin
najczęściej stosuje się:
• Katalizowane przez esterazy reakcje hydrolizy
estrów aminokwasów
Mieszanina
racemiczna
Reakcji hydrolizy ulega izomer L
natomiast izomer D nie ulega
reakcji
Drugą metodą rozdziału
racemicznych mieszanin jest:
• Selektywna hydroliza N-acylowych pochodnych
aminokwasów za pomocą acylaz
Trzecią metodą rozdziału
racemicznych mieszanin jest:
• Katalizowane przez amidazy i nitrylazy reakcje
hydrolizy amidów aminokwasów
Amidaza katalizuje reakcje hydrolizy izomeru L,
podczas gdy izomer D nie ulega reakcji.
Czwartą metodą rozdziału
racemicznych mieszanin jest:
• Stereoselektywna hydroliza 5-podstawionych
hydantoin przy pomocy hydantoinazy
Hydantoinaza katalizuje reakcje hydrolizy izomeru o
konfiguracji D, natomiast izomer L substratu nie ulega
reakcji.
Transformacja związków alicyklicznych dokonywanych za pomocą
Pseudomonas testosteroni i Nocardia restrictus dobrze obrazuje różnice
specyficznośi dehydrogenaz alkoholowych
Sposoby zwiększenia czystości
enancjomerycznej:
• Zmiana rozpuszczalnika reakcji
• Immobilizowanie enzymu
• Stosowanie dodatków
(etery koronowe, cyklodekstryny, związki
organiczne i nieograniczne)
• Zastosowanie dwóch następujących po
sobie procesów katalizy enzymatycznej
PRZYGOTOWAŁY:
MICHNA AGATA
WATOŁA WERONIKA