АСИММЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

Стереоселективный синтез

Пример стереоселективного синтеза:

Стереоселективный синтез (хиральный синтез, асимметрический синтез, энантиоселективный синтез) — это химическая реакция (или последовательность реакций), в ходе которой образуются стереоизомерные продукты (энантиомеры или диастереомеры) в неравных количествах[1]. Методология стереоселективного синтеза играет важную роль в фармацевтике, поскольку различные энантиомеры и диастереомеры одной молекулы часто имеют различную .

Концепция[ | ]

В общем случае, химическая реакция между двумя ахиральными соединениями приводит к рацемическому продукту, то есть смеси стереоизомерных форм в одинаковом соотношении. Для того, чтобы преимущественно образовывалась только одна из стереоизомерных форм, необходимо наличие стереонаправляющего фактора.

Таким фактором, как правило, является некий хиральный элемент (например, хиральный атом), который непосредственно не участвует в реакции, но осуществляет , направляя формирование нового стереоцентра в сторону образования того или иного стереоизомера, причём такой элемент может находиться как в субстрате, так и в реагенте или катализаторе.

Характеристика эффективности[ | ]

Селективная эффективность асимметрической реакции выделяется из величины энантиомерного избытка (англ. enantiomeric excess, ee), если получивщиеся продукты являются энантиомерами, или диастереоселективного избытка (англ.

 diastereomeric excess, de), если они диастереомеры. Эти величины находятся путем вычисления разность между количествами стереоизомеров, деля при этом на их суммарное количество[2]. В наилучшем случае ee и de равны 100 % (при отсутствии одного из стереоизомеров).

Для нестереоселективной реакции ee и de равны 0.

e e = R − S R + S ⋅ 100 % {displaystyle ee={frac {R-S}{R+S}}cdot 100\%}

d e = R − S R + S ⋅ 100 % {displaystyle de={frac {R-S}{R+S}}cdot 100\%}

Используемые подходы[ | ]

В стереоселективном синтезе используют три основных подхода:

Иногда целесообразно объединить несколько подходов для получения лучшего результата.

Использование хирального субстрата[ | ]

Данный подход является самым простым. Хиральный субстрат подвергают последовательным химическим превращениям под действием различных ахиральных реагентов, которые сохраняют хиральность исходного соединения на каждой стадии, что в итоге приводит к хиральному продукту.

В качестве хирального субстрата удобно использовать соединения, которые в природе находятся в энантиомерно чистом виде, например, аминокислоты или сахара.

Поскольку стереоцентры вводятся в систему вместе с субстратом, а не возникают в ходе химических превращений, относить данный подход к стереоселективному синтезу не совсем правильно.

Использование хиральных вспомогательных реагентов[ | ]

Если в субстрате отсутствует стереонаправляющий хиральный атом, можно использовать , который образует аддукт с субстратом. При этом сам субстрат становится хиральным, и дальнейшие процессы с его участием протекают энантиоселективно.

По завершении синтеза вспомогательный реагент удаляется. Недостатком данного подхода является необходимость двух дополнительных стадий для введения и удаления хирального вспомогательного реагента.

Кроме того, сам вспомогательный реагент используется в стехиометрическом количестве, что может значительно увеличить стоимость синтеза[3].

Использование хирального катализатора[ | ]

В данном подходе стереонаправляющую роль играет катализатор, который используется в малых количествах и позволяет получить большое количество энантиомерно чистого (или энантиомерно обогащённого) продукта[4]. Различают несколько типов хиральных катализаторов:

Первые методы были разработаны У. Ноулзом и Р. Нойори. В 1968 году Ноулз заменил ахиральные трифенилфосфиновые лиганды в катализаторе Уилкинсона на хиральный фосфиновый лиганд, получив первый хиральный катализатор[5]. Данная методология была развита перебором различных фосфиновых лигандов для повышения энантиомерного избытка и применена в промышленном синтезе L-DOPA[6].

В том же году Нойори опубликовал результаты по энантиоселективному циклопропанированию стирола в присутствии хирального катализатора[7].

предусматривает использование небольших органических молекул (например, производных пролина, имидазолидинона) в качестве хиральных катализаторов[8][9]. Биокатализ использует природные ферменты для проведения стереоселективных превращений.

Альтернативы[ | ]

Существует другой подход к синтезу индивидуальных стереоизомеров соединений, заключающийся в  — разделении получаемого рацемического продукта на отдельные стереоизомеры при помощи различных методов. Это может быть полезно в том случае, когда оба энантиомера находят своё применение[10].

Примечания[ | ]

1. ↑ IUPAC Gold Book — stereoselective synthesis. Проверено 3 февраля 2013. Архивировано 14 февраля 2013 года.
2. ↑ IUPAC Gold Book — enentiomeric excess. Проверено 3 февраля 2013. Архивировано 14 февраля 2013 года.
3. ↑ Gnas Y., Glorius F. Chiral Auxiliaries — Principles and Recent Applications (англ.

   ) // Synthesis. — 2006. — No. 12. — P. 1899-1930. — DOI:10.1055/s-2006-942399.

4. ↑ Heitbaum M., Glorius F., Escher I. Asymmetric Heterogeneous Catalysis (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2006. — Vol. 45, no. 29. — P. 4732–4762. — DOI:10.1002/anie.200504212.
5. ↑ Knowles W. S., Sabacky M. J.

   Catalytic asymmetric hydrogenation employing a soluble, optically active, rhodium complex (англ.) // Chem. Commun. (London). — 1968. — No. 22. — P. 1445-1446. — DOI:10.1039/C19680001445.

6. ↑ Knowles W. S. Application of organometallic catalysis to the commercial production of L-DOPA (англ.) // J. Chem. Educ. — 1986.

    — Vol. 63, no. 3. — P. 222. — DOI:10.1021/ed063p222.

7. ↑ Nozaki H., Takaya H., Moriuti S., Noyori R. Homogeneous catalysis in the decomposition of diazo compounds by copper chelates : Asymmetric carbenoid reactions (англ.) // Tetrahedron. — 1968. — Vol. 24, no. 9. — P. 3655–3669. — DOI:10.1016/S0040-4020(01)91998-2.

8. ↑ List B. Introduction: Organocatalysis (англ.) // Chem. Rev. — 2007. — Vol. 107, no. 12. — P. 5413–5415. — DOI:10.1021/cr078412e.
9. ↑ Dalko P. I., Moisan L. In the Golden Age of Organocatalysis (англ.) // Angew. Chem. Int. Ed. — 2004. — Vol. 43, no. 39. — P. 5138–5175. — DOI:10.1002/anie.200400650.

10. ↑ Потапов, 1988, с. 47-71.

Литература[ | ]

• Потапов В. М. Стереохимия. — М: Химия, 1988. — ISBN 5-7245-0376-X.

Большой энциклопедический словарь — значение слова Асимметрический Синтез

способ получения оптически активных соединений(см. Оптическая активность).

Осуществляют с помощью реакций, в результатекоторых в молекуле исходного оптически неактивного соединения возникаетэлемент хиральности, главным образом асимметрический атом углерода.

используют для получения лекарственных средств.Некоторые гипотезы о первоначальном зарождении на Земле оптически активныхорганических веществ связаны с асимметрическим синтезом.

Смотреть значение Асимметрический Синтез в других словарях

Синтез — (тэ), синтеза, мн. нет, м. (греч. synthesis — соединение). 1. Метод исследования — установление связи и сведение в единое целое отдельных элементов, полученных в процессе анализа……..
Толковый словарь Ушакова

Асимметрический Прил. — 1. То же, что: асимметричный.
Толковый словарь Ефремовой

Синтез М. — 1. Метод научного исследования явлений действительности в их единстве и целостности, во взаимодействии их частей. // Обобщение, сведение в единое целое. 2. перен. Органическое……..
Толковый словарь Ефремовой

Асимметрический — -ая, -ое. = Ассиметри́чный. ◁ Асимметри́чески, нареч.

Толковый словарь Кузнецова

Синтез Прогнозов — Реализация цели прогноза путем объединения конкретных прогнозов на основе принципов прогнозирования.
Политический словарь

Педагогический Синтез — — глубинное многоуровневое образование, состоящее из концептуальной и индивидуальной моделей синтеза, составляющих познавательный интеграционный комплекс

Экономический словарь

Синтез — [тэ], -а; м. [от греч. synthesis — соединение, сочетание]1. Метод научного исследования, состоящий в изучении предмета, явления как единого целого, в единстве и взаимной связи……..

Толковый словарь Кузнецова

Синтез — — метод научного исследования, состоящий в соединении разнообразных явлений, вещей, качеств, противоположностей или противоречивого множества в единство, в котором……..

Экономический словарь

Афферентный Синтез — термин, предложенный П. К. Анохиным для обозначения процесса сопоставления, отбора и синтеза в ц. н. с. многочисленных и не одинаковых по функциональному значению афферентаций,……..
Большой медицинский словарь

Синтез Белка — , внутриклеточное производство БЕЛКОВ из АМИНОКИСЛОТ. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД, носимый ДНК ХРОМОСОМ, обуславливает, какие аминокислоты (из 20 доступных) используются и в каком……..
Научно-технический энциклопедический словарь

Ядерный Синтез — , производство всех химических элементов, которые существуют во Вселенной, из одного или двух простых атомных ядер. Считается, что ядерный синтез произошел из-за освобождения……..
Научно-технический энциклопедический словарь

Синтез — (греч. synthesis соединение) в психологии психический процесс объединения отображаемых предметов и явлений в единое целое; совместно с анализом обеспечивает формирование понятий и мышление.
Большой медицинский словарь

Синтез Антител — см. Антителообразование.
Большой медицинский словарь

Синтез Фермента Индукционный — биосинтез какого-либо фермента в клетке, происходящий только при наличии веществ, превращения которых он катализирует.
Большой медицинский словарь

Синтез Фермента Конститутивный — биосинтез какого-либо фермента в клетке, происходящий независимо от наличия веществ, пре вращения которых он катализирует.
Большой медицинский словарь

Синтез минералов — (от греч. synthesis — соединение, составление * a. synthesis of minerals; н. Mineralsynthese; ф. synthese minerale; и. sintesis de minerales) — получение минералов искусственным путём. Исследования по C. м. начали……..
Горная энциклопедия

Синтез — — соединение мысленное или реальное различных элементов в единое целое, систему. Неразрывно связан с анализом (расчленением на элементы). Сочетание разных видов искусства,……..
Исторический словарь

Спектральный Синтез — восстановление инвариантных подпространств семейства линейных операторов по содержащимся в них собственным или корневым подпространствам этого семейства. Точнее,……..
Математическая энциклопедия

Анализ Через Синтез — Фраза, относящаяся к широкому классу моделей распознавания образов (паттернов) или, более точно, к классу теорий обработки информации, которые пытаются объяснять такие……..
Психологическая энциклопедия

Дистрибутивный Анализ И Синтез — Форма психотерапии, разработанная Адольфом Мейером. Она включает в себя подробное исследование прошлой жизни клиента (анализ) с целью формирования положительного,……..
Психологическая энциклопедия

Креативный Синтез — Философский принцип, согласно которому в результате организации нескольких составляющих компонентов получается скоординированное синтетическое целое, существенно……..
Психологическая энциклопедия

Аффере́нтный Си́нтез — термин, предложенный П.К. Анохиным для обозначения процесса сопоставления, отбора и синтеза в ц.н.с. многочисленных и не одинаковых по функциональному значению афферентаций,……..
Медицинская энциклопедия

Синтез — (от греч. synthesis — соединение, сочетание) — соединение различных элементов, сторон объекта в единое целое (систему), которое осуществляется как в практической деятельности,……..
Психологическая энциклопедия

Синтез Афферентный — — в теории системы функциональной (П. К. Анохин) — синтез материала (запечатленного в памяти), мотивации, информации о среде и стимула пускового с целью принятия решения………
Психологическая энциклопедия

Синтез Фурье — Синтез волн, имеющих сложные формы, из простых синусоидальных волн.
Психологическая энциклопедия

Фигуральный Синтез — Термин В. Нейссера для обозначения представления о том, что восприятие формы основано на процессе активного конструирования значения из стимула.
Психологическая энциклопедия

Микробиологи́ческий Си́нтез — профессиональные вредности. М.с. синтез различных препаратов с помощью микробов, клеток животных и растений, а также внеклеточных веществ и компонентов клеток. С помощью……..
Медицинская энциклопедия

Анализ И Синтез — — термины,  обозначающие: 1) методы  научного познания, которые являются этапами гносеологического процесса  формирования понятий (А., С., сравнение,  абстрагирование,……..
Социологический словарь

Си́нтез — (греч. synthesis соединение)в психологии — психический процесс объединения отображаемых предметов и явлений в единое целое; совместно с анализом обеспечивает формирование……..

Медицинская энциклопедия

Си́нтез Антите́л — см. Антителообразование.
Медицинская энциклопедия

Посмотреть в Wikipedia статью для Асимметрический Синтез

8.6.4. Асимметрический синтез аминокислот

Очень эффективнымоказался путь синтеза оптически активных-аминокислотчерез медьорганические комплексы(Ю.Н.Белоконь, 1982). Сначала оптическиактивный N-бензилпролин превращают вамид реакцией с орто-аминоацетофеноном.

Затем полученный продукт конденсируютс глицином (аминоуксусной кислотой) вприсутствии солей меди (II) и в результатеполучают медный комплекс LIX, в которомСН2-группа(на схеме выделена) обладает подвижнымводородом.

При альдольной конденсациис участием этой группы получают-амино--гидроксикислоты,а при алкилировании этой группы -разнообразные аминокислоты высокойоптической чистоты.

Энантиомерныеизбытки в таком синтезе достигают97-100%.

8.6.5. Синтезы в хиральных средах

Если реагентыахиральны, но один из них прохирален,то в оптически активных средах могутпроисходить асимметрические синтезыэнантиоселективного типа.

Например,при действии магнийорганическихсоединений на кетоны в присутствииэфиров винной кислоты один из энантиомерныхспиртов получается, хотя и в небольшом(э.и. = 2,5%), но все же в избытке.

Прициклизации 2-аллилфенолов в -пинене(оптически активный растворитель) э.и.составил 12,5%.

Молекулы оптическиактивного растворителя [(+) 2,3-диметоксибутана]в силу пространственных причин образуютболее прочные сольваты с одной из двухэнантиомерных форм магнийорганическогосоединения.

Сольваты левой и правойформ субстрата относятся друг к другукак диастереомеры, и поэтому возникаетразличие в скоростях их реакции с СО2.

Еще раз подчеркнем, что энантиомерымогут быть дифференцированы только спомощью оптически активных веществ, вданном случае — с помощью оптическиактивного растворителя.

Асимметрическиесинтезы проводятся также в хиральных(холестерических) жидких кристаллах.Например, таким путем можно осуществитьсинтез -аминокислотс невысокой оптической чистотой.

8.6.6. «Абсолютный» асимметрический синтез

«Абсолютным»асимметрическим синтезом называетсятакой асимметрический синтез, которыйосуществляется в отсутствие асимметрическиххимических реагентов, в том числедействующих в качестве катализаторов.

Означает ли это, что в данном случаеэнантиомерные конфигурации образуютсяв неравных количествах без всякогоасимметризующего агента? Вовсе нет.

«Абсолютный» асимметрическийсинтез отличается от обычных асимметрическихсинтезов, рассмотреных выше, лишь тем,что в нем используется физическийасимметрический агент, например,циркулярно поляризованный свет.

Следовательно, и в этом случае Правоеи Левое может отличить только хиральныйагент (физический), взятый в своей»правой» или «левой» форме, итермин «абсолютный» не долженвводить в заблуждение по поводуобязательного условия — наличияасимметрического фактора.

«Абсолютный»асимметрический синтез уже давнопривлекает к себе особое вниманиеученых, прежде всего проблемойвозникновения оптически активныхмолекул на Земле в первоначальныхабиогенных условиях.

Одна из гипотезсостоит в предположении, что причинойвозникновения первоначальных оптическиактивных соединений былциркулярно-поляризованный свет, т.к.

такая поляризация возникает при отраженииестественного света от водных поверхностей.

В лабораторныхусловиях первые синтезы такого типабыли осуществлены в начале 1930-х годов.

Например, при освещении рацемическогодиметиламида -азидопропионовойкислоты СН3СН(N3)CONMe2циркулярно-поляризованным светомнаблюдалась преимущественная деструкцияодного из энантиомеров, и остатокприобретал оптическую активность(асимметрическая деструкция). В 1970-хгодах с помощью циркулярно-поляризованногосвета были получены гелицены в оптическиактивной форме, например:

Величина энантиомерногоизбытка при фотохимических асимметрическихсинтезах зависит от того, насколькосильно отличаются между собой коэффициентыпоглощения правого и левогоциркулярно-поляризованного света даннымвеществом.

Известны также»абсолютные» асимметрическиесинтезы в твердой фазе, причиной которыхявляется воздействие энантиоморфнойкристаллической решетки. Например, прибромировании парами брома энантиоморфныхкристаллов2халкона (LXII) происходит транс-присоединениеброма по двойной связи и получаются дваэнантиомера

Асимметрический синтез

На реакциях присоединения к двойным связям основаны, в частности, асимметрические синтезы. Ярким примером является гидроборирование алкенов путем присоединения хиральных боранов. В ходе последующего окисления продуктов данной реакции получаются соответствующие спирты с почти 100%-ной оптической чистотой:

Рисунок 1.

$R*$ = пинанил-3

Рисунок 2.

В данной реакции к двойной связи присоединяется ди-3-пинанилборан $(R*2BH)$, однако вместо него можно использовать моно-3-пинанилборан $(R*BH_2)$. С помощью этих реагентов в настоящее время синтезируются многие оптически активные спирты (табл.1).

Рисунок 3. Условия синтеза оптически активных спиртов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

По данным табл.1 моно-3-пинанилборан является более подходящим реагентом для транс-алкенов и пространственно-затрудненных алкенов. В остальных случаях подходит ди-3-пинанилборан.

Асимметрический синтез аминокислот

Оптически активные $alpha$-аминокислоты эффективно синтезируются с использованием медьорганических комплексных соединений. Энантиомерные избытки в данном случае составляют 97 – 100%. Данный метод был предложен Ю.Н. Белоконем в 1982 г.:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Рисунок 4.

В данной реакции оптически активный $N$-бензилпролин взаимодействуя с орто-аминоацетофеноном превращается в соответствующий амид.

Полученный продукт конденсируется с аминоуксусной кислотой (глицином) в присутствии солей двухвалентой мели с образованием комплексного соединения, в котором метиленовая группа (выделена полужирным шрифтом) характеризуется наличием подвижного атома водорода.

В результате альдольной конденсации (верхняя стрелка) данного комплекса получается α-амино-$eta$-гидроксикислота, а при алкилировании (нижняя стрелка) – соответствующие α-аминокислоты, обладающие высокой оптической чистотой.

Синтезы в хиральных средах

В случае, когда оба реагента ахиральны. но один из них обладает прохиральностью, в оптически активных средах происходят асимметрические реакции энантиоселективного типа. В качестве примера можно привести действие магнийорганических соединений на кетоны в присутствии эфиров винной кислоты:

Рисунок 5.

Если же один из реагентов хирален, но вступает в реакцию в виде рацемата, то в оптически активной среде скорость взаимодействия компонентов рацемической смеси будет различной. В результате образуется оптически активный продукт:

Рисунок 6.

В данной реакции в качестве оптически активного растворителя используется (+)2,3-диметоксибутан. Под действием пространственных эффектов этот растворитель образует с одной из энантиомерных форм рацемической смеси более прочные сольваты, чем с другой. Получающиеся сольваты по отношению друг к другу являются диастереомерами и поэтому скорость их взаимодействия с углекислым газом различна.

В дополнение стоит отметить, что асимметрический синтез можно реализовать и в хиральных жидких кристаллах. Однако, оптическая частота конечного продукта будет не такой высокой.

Абсолютный асимметрический синтез

Абсолютным асимметрическим синтезом называется синтез в условиях отсутствия асимметрических реагентов, в том числе в отсутствие асимметрических катализаторов.

Данный вид синтеза отличается от рассмотренного ранее тем, что в нем в качестве фактора асимметрии выступает физическое воздействие на реакционную систему, например поляризованный свет (т.н.

фотохимический асимметрический синтез).

В качестве примера можно привести возникновение оптической активности рацемического диметиламида α-азидопропионовой кислоты под действием циркулярнополяризованного света:

Рисунок 7.

В зависимости от коэффициентов поглощения циркулярнополяризованного света компонентами рацемической смеси будет образовываться энантиомерный избыток право- или левовращающего изомера.

Также известны примеры абсолютного асимметрического синтеза в твердой фазе под действием энантиоморфной кристаллической решетки:

Рисунок 8.

Асимметрическая индукция аксиальной и планарной хиральности

В данном случае хиральный центр образует хиральную ось или хиральную плоскость в молекуле продукта реакции.

Примером образования хиральной оси может служить превращение пропаргильных соединений с хиральным центром в аксиально хиральные аллены:

Рисунок 9.

Примером образования планарной хиральности служит синтез оптически активного транс-циклооктена:

Рисунок 10.