7_SELETTIVITA_

SELETTIVITA’
DUE TIPI DI SELETTIVITA’ IN
CHIMICA
1. SELETTIVITA’ RISPETTO AL SUBSTRATO:
reagente
A
X
kA
kA ≠ kB
reagente
B
Y
kB
2. SELETTIVITA’ RISPETTO AL PRODOTTO:
A
X + Y + Z+ …
[X] ≠ [Y] ≠ [Z]
SELETTIVITA’ RISPETTO AL SUBSTRATO
1. A e B isomeri costituzionali
H2
+
+
cat
2. A e B diastereoisomeri
Me
Me
Me
IMe
k1
H
H
H
Br
Br
Br
Br
H
Me
Me
k1 ≠ k2
I-
Me
k2
Me
SELETTIVITA’ RISPETTO AL SUBSTRATO
3. A e B enantiomeri: RISOLUZIONE CINETICA DI UN RACEMO
Trasformazione di due enantiomeri con diverse velocità
Ph
Ph
Ph
PhNH2
NH
Ar
CO2H
papaina
NH
Ar
+
kS ≠ kR
NH
Ar
CO2H
CONHPh
(±)
OH
Ph
OH
tBuOOH
N
(-)-DIPT
(±)
Ti(OPri)4
Ph
OH
+
N
O
Ph
N
95% ee
SELETTIVITA’ RISPETTO AL PRODOTTO
1. CHEMOSELETTIVITA’: discriminazione fra due gruppi
funzionali di una stessa molecola
O
OH
NaBH4
CO2Et
CO2Et
2. REGIOSELETTIVITA’: discriminazione fra posizioni diverse
di una stessa molecola con formazione preferenziale di uno di
più possibili isomeri costituzionali a partire da un solo substrato
SO3H
H2SO4
+
+
SO3H
SO3
SO3H
32%
6%
62%
SELETTIVITA’ RISPETTO AL PRODOTTO
3. STEREOSELETTIVITA’ discriminazione fra gruppi o facce di una
molecola con formazione preferenziale di un prodotto
stereoisomero (di diversi possibili) a partire da un singolo substrato
3a. DIASTEREOSELETTIVITA’ discriminazione fra gruppi
o facce di una molecola con formazione preferenziale
di un DIASTEREOISOMERO di più possibili
1. BH3/THF
2. H2O2, OH-
OH
3b. ENANTIOSELETTIVITA’ discriminazione fra gruppi o facce di
una molecola con formazione preferenziale di un ENANTIOMERO
OH
fumarasi
HO2C
CO2H
H2O
HO2C
CO2H
STEREOSELETTIVITA’ RISPETTO AL PRODOTTO
Se i possibili prodotti sono due, X e Y:
r = [X]/[Y] rapporto dei prodotti
[X]-[Y]
e=
100%
Eccesso del prodotto
[X]+[Y]
ee se i prodotti sono enantiomeri
de se i prodotti sono diastereoisomeri
DIASTEREOSELETTIVITA’
Reazioni con formazione di almeno 2 centri stereogenici
Può essere:
DIASTEREOSELETTIVITA’ SEMPLICE: vengono creati due nuovi centri
stereogenici a partire da substrato e reagente achirale con formazione
preferenziale di un diastereoisomero achirale o chirale racemo
Ni
Ph
Ph
O
R
H2
Ph
OLi
H
+
H3 C
Ph
OH
>>
Ph
Ph
OH
O
O
>>
R'
R
R'
CH3
(±)
sin
Controllo della stereochimica relativa
R
R'
CH3
(±)
anti
DIASTEREOSELETTIVITA’
DIASTEREOSELETTIVITA’ ASSOLUTA: viene creato un nuovo centro
stereogenico a partire da una molecola chirale e un reagente achirale
con formazione preferenziale di un diastereoisomero chirale (racemo se
il substrato è racemo, non racemo se il substrato è non racemo)
NaBH4
O
OH
H
CH3
H2
H
cat.
H
a-pinene
OH
H
>>
ENANTIOSELETTIVITA’/DIASTEREOSELETTIVITA’
ButOOH
Ph
OH
Ti(OPri)4
(+)-DIPT
O
H
Ph
H
OH
SELETTIVITA’ STEREOTOPICA E STEREOFACCIALE
SELETTIVITA’ STEREOTOPICA:
discriminazione fra gruppi o atomi «uguali»
SELETTIVITA’ STEREOFACCIALE:
discriminazione fra facce di una molecola
TOPICITA’
Letteralmente: the condition of having a place.
E’ la relazione stereochimica in cui si trovano gruppi identici fra loro,
relativa alla struttura a cui essi sono attaccati
topos (topos) = luogo
RELAZIONI DI TOPICITA’ FRA GRUPPI
GRUPPO – OGNI SUBUNITA’ DI UNA MOLECOLA
GRUPPI IDENTICI IN UNA MOLECOLA POSSONO ESSERE
RELAZIONI DI TOPICITA’ FRA GRUPPI
GRUPPO – OGNI SUBUNITA’ DI UNA MOLECOLA
GRUPPI IDENTICI IN UNA MOLECOLA POSSONO ESSERE
A) OMOTOPICI
Gruppi che possono essere scambiati da un asse di simmetria
C2
C3
Cl
Cl
Cl
H H
H
H
H
C2
C6
H
O
H
H
H
H
H
H3C
CH3
RELAZIONI DI TOPICITA’ FRA FACCE
FACCE UNA MOLECOLA POSSONO ESSERE
A) OMOTOPICHE
Facce di un piano molecolare che contiene un’asse di simmetria
coplanare
C2
H
Me
O
H3C
CH3
Me
H
H H
O
H H
Trasformazioni di gruppi omotopici o addizione a facce
omotopiche portano allo stesso prodotto
CH3COCH2Br
CH3COCH2Br
Br2, OHH3C
HH
OH
O
Br2, OHCH3
HHO
H
GRUPPI IDENTICI IN UNA MOLECOLA POSSONO ESSERE
B) ETEROTOPICI
OCCUPANO POSIZIONI NON
EQUIVALENTI
DIASTEREOTOPICI
ENANTIOTOPICI
GRUPPI DIASTEREOTOPICI
Gruppi che non possono essere scambiati da alcuna
operazione di simmetria
CHO
H
OH
Me
Me
CO2H
H2N
H
H
H
Ph
H
Me
Me
H H
Me
Me
O
Me
H
H H
CO2H
CO2H
H
CO2H
Trasformazioni di gruppi diastereotopici producono
diastereoisomeri
Me
Me
CO2H
CO2H

Me
-CO2
Me
Me
CO2H
+
H
CO2H
H
Me
1,3-cis
CO2H
Me
CO2H

-CO2
CO2H
+
H
Me
1,3-trans
CO2H
H
Me
GRUPPI ENANTIOTOPICI
Gruppi che possono essere scambiati da un asse di roto-riflessione,
spesso un piano (s = S1) o un centro (Ci = S2) di simmetria
Ph
CH2CO2H
HO
CO2H
CO2H
s
Ci
CH2CO2H
CO2H Ph
Trasformazioni di gruppi enantiotopici producono
enantiomeri
CH2OH
RCOOH,H+
HO
H
CH2OH
CH2OH
CH2OCOR
HO
H
CH2OH
S
HO
H
CH2OCOR
R
Esercizio
O
NH
O
HA HB DIASTEREOTOPICI
HB
HA
O
HB
HA
HA
HB
HC
HC
C2 + s
HA HA OMOTOPICI
HB HB OMOTOPICI
HC HC OMOTOPICI
HA HB ENANTIOTOPICI
O
HA
HB
HA
HB
Me
H
s
HA HA ENANTIOTOPICI
HB HB ENANTIOTOPICI
HA HB DIASTEREOTOPICI
FACCE DIASTEREOTOPICHE
Facce di un piano molecolare che non è piano di simmetria della
molecola e non contiene un’asse di simmetria coplanare
O Me
O Me
H3C
O
H
O
H
O
Ph
H
H
H
Ph
R
Addizioni a facce diastereotopiche producono
diastereoisomeri
Me
Me
OH
O
Me
H
Me
+
OH
Me
Me
1,3-trans
OH
H
Me
achirale
Me
1,3-cis
O
H
H
+
OH
Me
chirale
FACCE ENANTIOTOPICHE
Facce di un piano molecolare che è piano di simmetria della molecola
e non contiene un’asse di simmetria coplanare
O
Me
H
Ph
H
Addizioni a facce enantiotopiche producono enantiomeri
H
O
HO
H Re
Re
O Re
Ph
S
H
Ph
O
Si
Si
Me
S
Re
Me
EtMgBr
PhCO3H
H
Si
Et
H
Et
Si
OH
R
Ph
R
Me
H
Se RMgX = MeMgBr, la trasformazione porta
a una molecola achirale
PROSTEREOGENICITA’
• STRUTTURA PROSTEREOGENICA:
Convertibile in una struttura stereogenica per opportuna
sostituzione o trasformazione di un suo legante (gruppo)
MOLECOLE ACHIRALI CON GRUPPI ENANTIOTOPICI O
FACCE ENANTIOTOPICHE SONO PROCHIRALI
O
H H
H3C
OH
Me
H
DESCRITTORI STEREOCHIMICI
Re (pro-R), Si (pro-S)
Gruppi enantiotopici di una molecola prochirale
B
A
X
A
X
B
B
A
X
X
X
X
X = Re (pro-R)
A>B>X secondo la notazione CIP
X = Si (pro-S)
DESCRITTORI STEREOCHIMICI
Re,Si
Facce enantiotopiche di un gruppo funzionale trigonale planare
X
Re
Si
A B
X>A>B secondo la notazione CIP
H
HO
O
H
Re
Re
O Re
Ph
H
O
Me
H
Si
Si
Me
EtMgBr
Ph
Si
Ph
S
S
Re
R
PhCO3H
Et
H
Et
Si
OH
R
Me
H
DESCRITTORI STEREOCHIMICI
HCl
Me
Cl
Et
Ph
Ph
Me
H2
CH2
H
Et
Ph
Et
R
S
Addizione alla faccia Re
Si
CH2OH
RCOOH,H+
HO
H
CH2OH
Re
CH2OH
CH2OCOR
HO
H
CH2OH
S
HO
H
CH2OCOR
R
ESEMPI
O
O
O
O
R
R R
R
HO Nu
HO Nu
R
NuHO Nu
HO Nu
R
R R
R
R
ADDIZIONE A FACCE OMOTOPICHE
FACCE OMOTOPICHE
O
Nu
OH
OH
Nu
STESSO PRODOTTO
ADDIZIONE A FACCE DIASTEROTOPICHE
FACCE DIASTEREOTOPICHE
O
R
OH
R
Nu
Nu
R
DIASTEREOISOMERI
OH
ADDIZIONE A FACCE DIASTEROTOPICHE
FACCE DIASTEREOTOPICHE
R
R
OH
O
R
Nu
Nu
DIASTEREOISOMERI
OH
ADDIZIONE A FACCE ENANTIOTOPICHE
FACCE ENANTIOTOPICHE
O
R
HO Nu
HO Nu
R
R
Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale.
Generazione di prodotti racemi
Trasformazione di gruppi enantiotopici da parte di un reattivo achirale
produce enantiomeri in uguale quantità
CH2OH (Si)
CH2OH
CH2OCOMe
Si
MeCOOH
HO
HO
H
H+
H
+
HO
H
Re
CH2OCOMe
CH2OH
CH2OH (Re)
S
R
Addizione a facce enantiotopiche di un reattivo achirale produce enantiomeri
in uguale quantità.
HO
O Re
Me
Me
H
Si
O Si
S
Re
EtMgBr
HO
Et
Si
Ph
OH
R
Me
H
Me
NaBH4
Me
R
Si
H
Et
Re
H
Ph
H
Si
OH
S
Me
Ph
Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale.
Generazione di prodotti racemi

OH
*
*
Me
Ph
H
OH
Me
Ph
O
Si
Me
Ph
Re

Me
O
H
H

Et
EtMgBr
Me
OH
H
EtMgBr
Re
H
*
Me
Et
Me
Me
Ph
OH
*
Et
OH
Me Ph
OH
OH
H
NaBH4
NaBH4
H

OH
H
Si
Me
Et
H
Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale.
Generazione di prodotti racemi
TS
G
TS'
 G#
 G
R
achirale
P
P'
P,P' enantiomeri
c.r.
c.r.
Stati di transizione enantiomeri
Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale.
Generazione di prodotti racemi
+
Rg
Su
(+)-Ts
Su
Rg
Rg
Su
(-)-Ts
Diastereoselettività
NaBH4
O
OH
H
>>
OH
H
Reazioni di composti di composti chirali con un un reagente chirale e
creazione di un secondo centro chirale (diastereoisomeri chirali)
DIASTEREOSELETTIVITA’ ASSOLUTA
TS
G
G#
TS'
G#
G
R
chirale
P
P'
P,P' diastereisomeri
c.r.
c.r.
Stati di transizione diastereoisomeri
Formazione di legame C-C fra due atomi trigonali di facce
enantiotopiche Diastereoselettività semplice
OLi
O
Me
Si,Si
lk
OEt
+
Me
H
Me
(2S,3S) (l)
Me
Re,Si ul
OH
OH
OH
CO2Et
Re
Si,Re ul
Re,Re lk
OH
Me
Re
CO2Et
Me
(2R,3R) (l)
>>
Me
CO2Et
Me
(2S,3R) (u)
Me
CO2Et
Me
(2R,3S) (u)
Reazioni di composti di composti achirali con creazione di due centri chirali
(diastereoisomeri achirali o chirali racemi)
DIASTEREOSELETTIVITA’ SEMPLICE.
TS
G
G#
TS'
G#
G
R
P
P'
P,P' diastereisomeri
c.r.
c.r.
Stati di transizione diastereoisomeri
ENANTIOSELETTIVITA’
Formazione di molecole chirali non raceme con 1 stereocentro
Centro chirale generato da un substrato achirale (PROCHIRALE) +
reagente o catalizzatore chirale. Reazione enantioselettiva.
INDUZIONE ASIMMETRICA-1
TRASFERIMENTO DI CHIRALITA’
DAL REAGENTE O DAL
CATALIZZATORE A UNA
MOLECOLA ACHIRALE
ENANTIOSELETTIVITA’
Centro chirale generato da un substrato achirale + reagente o catalizzatore
chirale. Reazione enantioselettiva.
Li+
O - OEt
Al
O
H
D*H =
O
Li +
OEt
O Al
H
-
BINAL-H
Re
SELETTIVITA’ ENANTIOFACCIALE
Si
Centro chirale generato da un substrato achirale + reagente o catalizzatore
chirale. Reazione enantioselettiva.
H
EtO2C
CO2Et
R
CO2Et >> EtO2C
HO2C
ENZIMA
H
H
H2O
R
SELETTIVITA’ ENANTIOTOPICA
CO2H
R
Centro chirale generato da un substrato achirale + reagente o catalizzatore chirale.
Reazione enantioselettiva
Rg*
+
Su
Ts1
Su
Rg*
Su
Ts2
Rg*
INDUZIONE ASIMMETRICA-2
TRASFERIMENTO DI CHIRALITA’
DAL SUBSTRATO A UNA
MOLECOLA ACHIRALE
Strategia dell’AUSILIARIO
CHIRALE
STRATEGIA DELL’ AUSILIARIO
CHIRALE
Il substrato da trasformare ha facce (o gruppi)
enantiotopiche.
Una molecola enantiomericamente pura (generalmente
derivata dal pool chirale) chiamata ausiliario chirale
viene legata al substrato. Le facce (o gruppi)
enantiotopiche diventano diastereotopiche.
Si procede con una reazione diastereoselettiva (con
formazione di un secondo centro stereogenico) che
conduce a un prodotto diastereoisomero come singolo
enantiomero .
L’ausiliario chirale viene rimosso lasciando il prodotto della
reazione come singolo enantiomero. L’ausiliario chirale
viene recuperato e riciclato.
STRATEGIA DELL’ AUSILIARIO
CHIRALE
O
H2N
OLi
BuLi
O
MeI
Racemo
S
Ph
N
Ph
BuLi
Li
O
N
Ph
MeI
N
Ph
H3O+
R
STRATEGIA DELL’ AUSILIARIO
CHIRALE
REAZIONE ENANTIOSELETTIVA
Centro chirale generato da un substrato chirale + reagente achirale.
TS
G
G#
TS'
G#
G
R
chirale
P
P'
P,P' diastereisomeri
c.r.
c.r.
P’ si forma in percentuale prevelente a seguito della distereoselettivita’ della reazione
P’ si forma come enantiomero singolo a seguito della purezza ottica del substrato
contenente l’ausiliario chirale.
STEREOSPECIFICITA’
STEREOSELETTIVITA’
PhS-
SN2:STEREOSPECIFICA
ADDIZIONE AL C=O:
STEREOSELETTIVA
R
Br
PhSSPh
R
Br
R
SN2
SPh
R
SN2
NaBH4
O
OH
H
>>
OH
H
CONTROLLO DELLA
STEROCHIMICA
1. CONTROLLO DELLA STEREOCHIMICA
RELATIVA – FORMAZIONE DI
DIASTEREOISOMERI
2. CONTROLLO DELLA STEREOCHIMICA
ASSOLUTA - FORMAZIONE DI ENANTIOMERI
CONTROLLO DELLA STEREOCHIMICA
ASSOLUTA
INDUZIONE
ASIMMETRICA
RISOLUZIONE
CLASSICA
CINETICA
1. BASATA SUL SUBSTRATO CINETICA DINAMICA
2.BASATA SUL REAGENTE
a) CATALITICA
b) STECHIOMETRICA
CHIMICA
ENZIMATICA
CHIRAL POOL
DIASTEREOSELETTIVITA’ + ENANTIOSELETTIVITA’
O
ButOOH
Ph
CH2OH
OH
H
Ti(OPri) Ph
(+)-DIPT
H
CH2OH
OH
ButOOH
Ti(OPri)
(+)-DIPT
O
Reazione diastereoselettiva
+ trasferimento di chiralità dal reagente/catalizzatore
Trasformazioni di gruppi enantiotopici producono
enantiomeri
CH2OCOR
HO
CH2OH
H
HO
CH2OH
Si
S
H
CH2OCOR
Re
substrato achirale (prochirale) +
reagente achirale:
enantiomeri (racemo)
R
RCOOH,H+
(Si)
HO
(Re)
CH2OH
H
CH2OH
Cl
R
CO2H
Si
Re
CH2OH
CH2OCOR*
HO
H
CH2OH
S,R
H+
HO
H
CH2OCOR*
R,R
substrato achirale (prochirale) +
reagente chirale:
DIASTEREOISOMERI
3. Addizioni a facce enantiotopiche producono
stereoisomeri, se il gruppo che si addiziona è diverso
da quelli legati al centro prochirale
H
HO
O
H
O Re
Re
Re
Ph
PhCO3H
Me
H
Ph
O
Si
Si
S
Re
Me
EtMgBr
S
H
Si
H
Et
Si
OH
R
Me
Ph
Et
H
R
Se RMgX = MeMgBr, la trasformazione porta
a una molecola achirale
3. Trasformazione di gruppi diastereotopici o addizione a facce
diastereotopiche
Dipendentemente dalla simmetria del substrato e reagente il prodotto può essere
chirale o achirale
Me
Me
CO2H
CO2H

Me
-CO2
Me
Me
CO2H
+
H
CO2H
H
Me
1,3-cis
CO2H
Me
CO2H

-CO2
1,3-trans
CO2H
+
H
Me
Me
Me
Me
OH
O
H
OH
Me
1,3-cis
Me
H
+
Me
1,3-trans
OH
O
Me
(1S,3S)
(1R,3S)
Me
CO2H
H
H
Me
(1R,3S)
H
+
OH
Me
(1S,3S)
Nelle addizioni a olefine non terminali la stereochimica dei prodotti dipende dalla
simmetria del substrato e dei reagenti
Me
2S,3R
O
[O]
Me
H
Si
C2
Re
Re
Si
Me
Cl
C
Me
Me
Me
H
1
Cl
Cl
H
Z
1,2-cis
Me
H2 O
Me
1,2-trans
Me
OH
HO
Me
CH2Me
H2 O
CH2Me
S
R
Me
H
Cl
Si
Re
Si
C2
Re
H
Me
E
C
Me
Me
H
Cl
[O]
Me
2R,3R
Cl
2S,3S
Me
Me
Me
O
O
Me
Me
R,R
S,S