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