University of Groningen
New enantioselective reactions in Palladium Catalysis
Gini, Francesca
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Publication date:
2007
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Gini, F. (2007). New enantioselective reactions in Palladium Catalysis [Groningen]: s.n.
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Riassunto
Le molecole organiche possono esistere in forme diverse chiamate isomeri che
differiscono per la disposizione spaziale degli atomi. Gli enantiomeri sono un tipo
di isomeri di una molecola che sono immagini speculari l’uno dell’altro. Si parla di
molecole chirali per quelle molecole che possono esistere come coppia di
enantiomeri. Gli enantiomeri hanno proprietá chimiche e fisiche identiche, come il
punto di ebollizione, il punto di fusione ecc. Differiscono invece nel senso di
rotazione del piano della luce polarizzata. Un’altra importante differenza tra gli
enantiomeri é nell’interazione con i recettori chirali nel corpo umano, per cui
enantiomeri della stessa molecola spesso generano diversi effetti fisiologici. La
chetamina é un esempio significativo: l’enantiomero (S) ha effetto anestetico
mentre l’enantiomero opposto, (R), é un potente allucinogeno (Figura 1).
HN
O
Cl
(S)-ketamine
anaesthetic
HN
O
Cl
( R)-ketamine
hallucinogen
Figura 1.
L’utilizzo di composti biologicamente attivi in forma enantiopura é quindi
estremamente importante, soprattutto nel campo della medicina dove la
somministrazione del giusto enantiomero spesso limita pericolosi e indesiderati
effetti collaterali.
Le molecole enantiomericamente arricchite possono essere ottenute tramite
approcci diversi. Il piú semplice é utilizzare i composti chirali forniti da processi
naturali. Un altro metodo é la separazione dei due enantiomeri in miscela 1:1
(racemo) con la risoluzione classica o cinetica. Infine composti
enantiomericamente arricchiti possono essere ottenuti tramite la sintesi
asimmetrica. Quest’ultima si avvale dell’utilizzo di ausiliari chirali, di quantitá
stechiometriche di reagenti chirali oppure usa la catalisi asimmetrica, suddivisa a
sua volta in biocatalisi e catalisi chimica. La caratteristica principale della catalisi
asimmetrica é l’utilizzo di un composto chirale in quantitá catalitiche per indurre la
formazione di un enantiomero piuttosto che l’altro. Il catalizzatore interagisce con
la molecola del substrato creando un ambiente asimmetrico che favorisce l’attacco
del reagente solo da una direzione. Questo porta alla formazione di un solo
enantiomero del prodotto. L’abilitá di un catalizzatore di formare un solo
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enantiomero é espressa in ee (eccesso enantiomerico). Quando entrambi gli
enantiomeri sono formati in quantitá uguali si ottiene un ee uguale a 0, mentre la
completa selettivitá verso una sola forma enantiomerica corrisponde a 100% ee.
In questa tesi la ricerca é stata svolta utilizzando un catalizzatore organometallico
costitutito da una molecola organica chirale (ligante) coordinata al palladio.
Una classe di reazioni molto importante per la formazione di nuovi legami
carbonio-carbonio è l’addizione di reagenti organometallici a sistemi carbonilici
α,β-insaturi (1,4-addizione), che permette l’introduzione di un gruppo arilico,
alchenilico o alchilico in posizione β rispetto al carbonile. Molti metalli di
transizione, come il nichel, il rame o il rodio, in combinazione con liganti chirali,
sono usati a tale scopo, mentre catalizzatori basati sul palladio sono raramente
utilizzati. Il motivo principale di tale scelta sta nella intrinseca tendenza del
palladio di catalizzare, oltre all’addizione 1,4, la formazione del prodotto di
coupling, reazione conosciuta come reazione di Heck. La reazione di Heck e
l’addizione 1,4 sono strettamente correlate ed entrambi i prodotti possono essere
ottenuti dalla reazione di reagenti organometallici o alogeno arili, in presenza di
catalizzatori basati sul Pd(II) o sul Pd(0). Nonostante ciò, l’accurata scelta delle
condizioni di reazione permette la formazione selettiva del prodotto di 1,4addizione o del prodotto di coupling.
In questa tesi complessi chirali del palladio vengono impiegati per l’1,4-addizione
asimmetrica di due tipi di reagenti organometallici: gli acidi arilboronici e gli
ariltrietossisilani. Entrambi sono reagenti relativamente poco tossici e specialmente
gli organosilani hanno attratto molta attenzione negli ultimi anni in quanto il
prodotto di scarto da una loro reazione è sabbia.
Un altro impiego di catalizzatori basati sul palladio è nella idrogenazione di doppi
legami. Spesso queste riduzioni vengono effettuate applicando alte pressioni di
idrogeno, ma una procedura alternativa impiega ammonio formiato o 2-propanolo,
reagenti in grado di trasferire un atomo di idrogeno al substrato da ridurre.
L’idrogenazione asimmetrica di composti carbonilici α,β-insaturi β-sostituiti
prochirali è stata ottenuta impiegando 2-propanolo che costituisce anche il solvente
di reazione.
Infine, la catalisi asimmetrica con complessi del palladio è applicata per ottenere
una reazione di carbonilazione. Questo tipo di reazioni è molto importante perchè
permette l’introduzione di un gruppo carbonilico in un alchene applicando alte
pressioni di monossido di carbonio (CO). I prodotti ottenuti possono essere acidi
carbossilici, esteri o aldeidi a seconda delle condizioni di reazione. La ricerca
descritta in questa tesi si è orientata verso la sintesi di α-metil chetoni
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enantioarricchiti per mezzo della reazione di alcheni terminali con una miscela 1/1
di CO/H2 (syngas). Gli α-metil chetoni costituiscono utili intermedi nella sintesi di
molecole biologicamente attive più complesse e la loro sintesi tramite reazioni di
carbonilazione rappresenta una via economicamente attraente e ecologicamente
compatibile. Purtroppo molti fattori influiscono sull’andamento della reazione e un
sistema ottimale non è al momento ancora disponibile.
Come si può capire, la catalisi asimmetrica è un ramo molto vasto della chimica
organica e al giorno d’oggi sono disponibili molti complessi di metalli di
transizione capaci di fornire alte selettività. Tra questi si può includere anche il
palladio, capace con la sua versatilità di catalizzare un’ampia varietà di reazioni
senza compromettere alte selettività sia in termini del numero di prodotti ottenuti,
sia di enantioselettività.
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