Epoxidação Sharpless - Sharpless epoxidation

Epoxidação Sharpless
Nomeado após Karl Barry Sharpless
Tipo de reação Reação de formação de anel
Identificadores
Portal de Química Orgânica sharpless-epoxidation
ID de ontologia RSC RXNO: 0000141

A reação de epoxidação Sharpless é uma reação química enantiosseletiva para preparar 2,3-epoxialcoois a partir de álcoois alílicos primários e secundários .

A epoxidação Sharpless

A estereoquímica do epóxido resultante é determinada pelo enantiómero do diéster tartarato quiral (normalmente tartarato dietílico ou tartarato diisopropílico ) utilizado na reacção. O agente oxidante é hidroperóxido de terc- butila . A enantiosseletividade é obtida por um catalisador formado a partir de tetra (isopropóxido) de titânio e tartarato de dietila. Apenas 5-10 mol% do catalisador na presença de peneiros moleculares (3Â MS) é necessária.

O sucesso da epoxidação Sharpless pode ser atribuído a cinco aspectos principais. Em primeiro lugar, os epóxidos podem ser facilmente convertidos em dióis , aminoálcoois e éteres , portanto, a formação de epóxidos quirais é importante na síntese de produtos naturais. Em segundo lugar, o escopo do substrato é grande, incluindo muitos álcoois alílicos primários e secundários. Terceiro, os produtos da epoxidação Sharpless freqüentemente apresentam excessos enantioméricos acima de 90%. Quarto, os produtos da epoxidação Sharpless são previsíveis. Finalmente, os reagentes para a epoxidação Sharpless estão disponíveis comercialmente e são relativamente baratos.

Diversas revisões foram publicadas.

K. Barry Sharpless compartilhou o Prêmio Nobel de Química de 2001 por seu trabalho sobre oxidações assimétricas. O prêmio foi dividido com William S. Knowles e Ryōji Noyori .

Estrutura do catalisador

A estrutura do catalisador é incerta. Apesar disso, todos os estudos concluíram que o catalisador é um dímero de [Ti (tartarato) (OR) 2 ]. O catalisador putativo foi determinado usando determinações estruturais de raios-X de complexos modelo que possuem os componentes estruturais necessários para catalisar a epoxidação de Sharpless.

Estado de transição

Seletividade

A quiralidade do produto de uma epoxidação Sharpless às ​​vezes é prevista com o seguinte mnemônico . Um retângulo é desenhado ao redor da ligação dupla no mesmo plano que os carbonos da ligação dupla (o plano xy ), com o álcool alílico no canto inferior direito e os outros substituintes em seus cantos apropriados. Nesta orientação, o tartarato de diéster (-) interage preferencialmente com a metade superior da molécula, e o tartarato de diéster (+) interage preferencialmente com a metade inferior da molécula. Este modelo parece ser válido apesar da substituição na olefina. A seletividade diminui com R 1 maior , mas aumenta com R 2 e R 3 maiores (ver introdução).

A epoxidação Sharpless

No entanto, este método prevê incorretamente o produto de 1,2-dióis alílicos.

Violação do modelo Sharpless

Resolução cinética

A epoxidação Sharpless também pode dar resolução cinética de uma mistura racêmica de 2,3-epoxialcoois secundários. Embora o rendimento de um processo de resolução cinética não possa ser superior a 50%, o excesso enantiomérico se aproxima de 100% em algumas reações.

Resolução cinética

Utilidade sintética

A epoxidação Sharpless é viável com uma grande variedade de álcoois alcênicos primários e secundários. Além disso, com a exceção observada acima, um determinado tartarato de dialquila irá preferencialmente adicionar à mesma face independente da substituição no alceno . Para demonstrar a utilidade sintética da epoxidação Sharpless, o grupo Sharpless criou intermediários sintéticos de vários produtos naturais: metimicina, eritromicina , leucotrieno C-1 e (+) - disparlure.

Utilitário

Como uma das poucas reações altamente enantiosseletivas durante seu tempo, muitas manipulações dos 2,3-epóxiálcoois foram desenvolvidas.

A epoxidação Sharpless tem sido usada para a síntese total de vários sacarídeos , terpenos , leucotrienos , feromônios e antibióticos .

A principal desvantagem deste protocolo é a necessidade da presença de um álcool alílico . A epoxidação de Jacobsen , um método alternativo para oxidar alquenos enantiosseletivamente, supera esse problema e tolera uma gama mais ampla de grupos funcionais .

Antecedentes da epoxidação de álcoois alílicos

Os primeiros trabalhos mostraram que os álcoois alílicos conferem seletividade facial ao usar m-CPBA como oxidante. Essa seletividade foi revertida quando o álcool alílico foi acetilado . Este achado leva à conclusão de que as ligações de hidrogênio desempenharam um papel fundamental na seletividade e o seguinte modelo foi proposto.

Peracid H bonding model.png

Para álcoois alílicos cíclicos, maior seletividade é observada quando o álcool foi travado na posição pseudo equatorial ao invés da posição pseudo axial. No entanto, verificou-se que para sistemas catalisados ​​por metal, como os baseados em vanádio, as taxas de reação foram aceleradas quando o grupo hidroxila estava na posição axial por um fator de 34. Os substratos que estavam travados na posição pseudo equatorial mostraram sofrer oxidação para formar o ene-um . Em ambos os casos de epoxidações catalisadas por vanádio, o produto epoxidado mostrou excelente seletividade para o diastereômero syn .

Conformationally locked directing groups.png

Na ausência de ligações de hidrogênio, os efeitos estéricos direcionam a adição de peróxido para a face oposta. No entanto, perfluoric peridos ainda são capazes de ligação de hidrogénio com álcoois protegidos e dar selectividade normal com o hidrogénio presente no perácido.

Fluro binding model.png

Embora a presença de um álcool alílico leve ao aumento da estereosseletividade, as taxas dessas reações são mais lentas do que os sistemas sem álcoois. No entanto, as taxas de reação dos substratos com um grupo de ligação de hidrogênio ainda são mais rápidas do que os substratos protegidos equivalentes. Essa observação é atribuída a um equilíbrio de dois fatores. O primeiro é a estabilização do estado de transição como resultado da ligação de hidrogênio. A segunda é a natureza de remoção de elétrons do oxigênio, que atrai a densidade de elétrons para longe do alceno, diminuindo sua reatividade.

Cinética com heteroátomos alílicos.png

Álcoois alílicos acíclicos também exibem boa seletividade. Nestes sistemas, ambas as cepas A 1,2 (interações estéricas com vinil ) e A 1,3 são consideradas. Foi demonstrado que um ângulo diedro de 120 direciona melhor os substratos que se ligam ao grupo de direcionamento. Esta geometria permite que o peróxido seja posicionado corretamente, bem como permite uma doação mínima do CC pi para a estrela CO sigma. Essa doação diminuiria a densidade de elétrons do alceno e desativaria a reação. No entanto, os complexos de vanádio não fazem ligações de hidrogênio com seus substratos. Em vez disso, eles se coordenam com o álcool. Isso significa que um ângulo diedro de 40 permite a posição ideal do orbital da estrela sigma de peróxido.

Roation stuff.png

Em sistemas com ligações de hidrogênio, a cepa A 1,3 desempenha um papel maior porque a geometria necessária força qualquer substituinte alílico a ter interações A 1,3 severas , mas evita A 1,2 . Isso leva à adição de syn do epóxido resultante. No caso do vanádio, a geometria necessária leva a severas interações A 1,2 , mas evita A 1,3 , levando à formação do epóxido anti ao grupo direcionador. As epoxidações catalisadas por vanádio mostraram ser muito sensíveis ao volume estérico do grupo do vinil.

Vinyl Bulk.png

Álcoois homoalílicos são grupos direcionadores eficazes para epoxidações em sistemas cíclicos e acíclicos para substratos que apresentam ligações de hidrogênio. No entanto, essas reações tendem a ter níveis mais baixos de seletividade.

Peracid homoalílico.png

Embora os substratos de ligação de hidrogênio forneçam o mesmo tipo de seletividade em casos alílicos e homoalílicos, o oposto é verdadeiro para os catalisadores de vanádio.

Homoallylic VO.png

Um estado de transição proposto por Mihelich mostra que, para essas reações, a força motriz para a seletividade é minimizar a deformação A 1,3 em uma estrutura de pseudo cadeira.

O estado de transição proposto mostra que o substrato tentará assumir uma conformação que minimize a deformação alílica. Para fazer isso, o grupo R menos estericamente volumoso girará para assumir a posição R4.

Embora perácidos e epoxidações catalisadas por metal mostrem seletividade diferente em sistemas acíclicos, eles mostram seletividade relativamente semelhante em sistemas cíclicos. Para sistemas de anéis cíclicos que são menores sete ou menores ou 10 ou maiores, padrões semelhantes de seletividade são observados. No entanto, foi demonstrado que para anéis de tamanho médio (oito e nove) os oxidantes de perácido mostram seletividade reversa, enquanto as reações catalisadas por vanádio continuam a mostrar a formação do sinepóxido.

Tamanho do anel em selectivity.png

Embora seja o catalisador de metal menos reativo para epoxidações, o vanádio é altamente seletivo para alquenos com álcoois alílicos. Trabalhos anteriores feitos por Sharpless mostram sua preferência por reagir com alcenos com álcoois alílicos em vez de alcenos densos de elétrons substituídos. Neste caso, o Vanádio apresentou regiosseletividade reversa tanto do m-CPBA quanto das espécies mais reativas de molibdênio. Embora o vanádio seja geralmente menos reativo do que outros complexos de metal, na presença de álcoois alílicos, a taxa da reação é acelerada além do molibdênio, o metal mais reativo para epoxidações.

VO selectivity.png

Veja também

Referências

links externos