Новости химической науки > Принуждение активных катионов к селективности

Химики из США применили два катализатора для регулирования реакционной способности активного иминиевого иона – ключевого интермедиата многих сложных органических реакций. Новый подход позволяет проводить реакции с участием этого иона, добиваясь высокой степени контроля стереохимических превращений.

Предложенная методика может стать основой нового подхода контроля стереохимии процессов, протекающих в условиях кислого катализа.

Хиральная мочевина (синяя) связывается с сульфонат-анионом (желтый), блокируя с одной стороны ассоциированный иминиевый катион (красный), позволяя нуклеофильному участнику реакции (зеленый) приблизиться к субстрату лишь с одной стороны. (Рисунок из Science, 2010, 327, 986)

Катион иминия обычно образуется за счет переноса протона от кислоты Бренстеда на соответствующий субстрат. Этот частица может вступать в активные реакции с электроноизбыточными молекулами, что обуславливает достаточно частое использование превращений, протекающих с участием иминиевого катиона, в органическом синтезе. К сожалению, катион иминия имеет плоскостное строение, и реагент может подходить к нему «сверху» и «снизу» от плоскости, что, при наличии прохирального атома углерода может приводить к образованию рацемической смеси продуктов реакции, хотя в большинстве случаев нам может потребоваться лишь один стереоизомер.

Эрик Якобсен (Eric Jacobsen) из Гарварда продемонстрировал, как открыть для атаки лишь одну сторону иминиевого катиона, получая в итоге лишь один стереоизомерный продукт.

Метод Якобсена основан на следующем: при протонировании кислотой связи >C=N и образовании катиона иминия анион кислоты удерживается непрочными электростатическими взаимодействиями с образовавшимся катионом иминия. При введении в систему сокатализатора – хиральной мочевины, молекула мочевины связывается с анионом кислоты и вступает в близкий контакт с ассоциированным катионом иминия, затем связываясь с ним за счет системы водородных связей и электростатических взаимодействий.

Образовавшийся трехмерный комплекс блокирует одну сторону иминия, позволяя реагировать лишь другой стороне, в результате чего, например, нуклеофильный алкен, взаимодействуя с супрамолекулярным комплексом, подходит к иминиевому интермедиату только с открытой стороны, образуя, в результате, лишь один из двух возможных стереоизомеров. После образования продукта комплекс разрушается, мочевина диссоциирует и связывается с другим анионом. Исследователи продемонстрировали синтетические возможности нового метода, синтезировав сложной в стереохимическом отношении гетероциклическое соединение природного происхождения – тетрагидрохинолин (tetrahydroquinoline).

Якобсен уверен, что предложенная им стратегия может оказаться полезной для большого набора химических реакций. Гарвардский химик заявляет, что для многих реакций характерен общий или специфический кислотный катализ, а новый метод позволит добиться стереоселективности от этих реакций. Он полагает, что разработанный в его группе подход окажется жизнеспособным для других процессов, протекающих с участием катионных интермедиатов, добавляя, что принципиально возможно использование других хиральных сокатализаторов помимо мочевины.

Вариндер Аггравал (Varinder Aggarwal), специалист по асимметрическому органическому синтезу из Университета Бристоля высоко оценивает работу Якобсена, заявляя, что созданная система является аналогом многих ферментативных процессов, основанных на кооперативном взаимодействии катализаторов. Он также уверен, что предложенный метод может оказаться весьма полезным для процессов, инициируемых протоном, подчеркивая, что введение в такие системы мочевины или иного хирального сокатализатора может стать прорывом в создании простых стереоселективных и стереоспецифичных процессов.

Источник: Science, 2010, 327, 986, DOI: 10.1126/science.1182826

метки статьи: #кинетика и катализ, #органическая химия, #органический синтез