Estereoselectividad

La estereoselectividad es la formación predominante de un estereoisómero sobre otro en una reacción química . Si los estereoisómeros resultantes son enantiómeros , entonces este fenómeno se denomina enantioselectividad , si los productos estereoisómeros son diastereómeros , diastereoselectividad . Cuantitativamente, la estereoselectividad se expresa en términos de exceso enantiomérico o diastereomérico [1] .

Condiciones para la formación de estereoisómeros

Para que los estereoisómeros se formen en principio en una reacción, la estructura de las moléculas debe satisfacer ciertas condiciones de simetría [2] .

Si hay una transformación de grupos homotópicos o unión a lados homotópicos, entonces se forma un solo producto [K 1] [3] . Por ejemplo, la bromación de cualquiera de los grupos metilo homotópicos de la acetona, o la adición de un reactivo a cualquiera de sus lados homotópicos, dará como resultado la formación de un producto [2] .

Si hay una transformación de grupos enantiotópicos o unión a lados enantiotópicos, en la mayoría de los casos se forman estereoisómeros [K 2] [4] . Si en la reacción se agrega un reactivo aquiral a dicho sustrato, se forman dos enantiómeros, pero si se agrega un reactivo quiral, se forman diastereómeros [2] .

Si hay una transformación de grupos diastereotópicos o unión a lados diastereotópicos, siempre se forma un par de diastereoisómeros [K 3] [5] . Además, independientemente de si el reactivo es quiral o no, los productos de reacción son siempre diastereoisómeros [2] .

Condiciones para la aparición de estereoselectividad

El grado de estereoselectividad para cualquier reacción en particular es difícil de predecir, pero es posible formular las condiciones necesarias para que ocurra [6] .

Así, la formación de diastereoisómeros va acompañada de la formación de estados de transición diastereoisómeros , que difieren en geometría y por lo tanto tienen energías diferentes. Por esta razón, los diastereómeros siempre se obtienen en reacciones en cantidades desiguales. Este fenómeno se observa tanto en reacciones de grupos diastereotópicos o lados de moléculas como en reacciones de grupos enantiotópicos o lados con un reactivo quiral. La relación desigual de los diastereómeros resultantes puede estar asociada con diferentes velocidades de su formación (diastereoselectividad controlada cinéticamente) o con su diferente estabilidad (diastereoselectividad controlada termodinámicamente) [6] .

La formación de un par de enantiómeros ocurre como resultado de la reacción de grupos enantiotópicos o lados de moléculas con un reactivo aquiral. En el curso de tal transformación, se forman dos estados de transición diferentes, que son imágenes especulares entre sí, tienen la misma energía y, por lo tanto, se forman a la misma velocidad. Por lo tanto, las tasas de formación de los dos enantiómeros también son iguales y no se observa estereoselectividad [6] .

Así, la estereoselectividad en cierta medida se manifiesta en presencia de estados de transición diastereoisómeros, mientras que las verdaderas reacciones enantioselectivas no existen, ya que también se basan en ciertas interacciones diastereoisómeras [6] .

Métodos para crear estereoselectividad

Enantioselectividad

Como se señaló anteriormente, en realidad, incluso las reacciones enantioselectivas deben pasar por estados de transición diastereoisómeros. Sin embargo, dado que ni el sustrato ni el reactivo en la conversión son quirales, se deben usar algunos factores quirales adicionales para inducir la estereoselectividad.

Uno de los métodos comunes para crear enantioselectividad es el uso de aditivos quirales . Pueden ser todas las sustancias que regresan de la reacción sin cambios: codisolventes, fotosensibilizadores , catalizadores , etc. Ejemplos de tales reacciones pueden ser numerosos ejemplos de catálisis asimétrica , por ejemplo, una reacción aldólica catalizada por un aminoácido quiral natural: la prolina [ 7] .

El enfoque que utiliza reactivos auxiliares quirales también se ha generalizado : un sustrato con grupos enantiotópicos reacciona con un reactivo dado y forma un derivado quiral, que luego puede interactuar con un reactivo (quiral o aquiral) para formar una mezcla de diastereoisómeros en cantidades desiguales. Luego, mediante alguna transformación, el reactivo auxiliar quiral se elimina de los productos de reacción, dando como resultado una mezcla no racémica de enantiómeros. Es importante utilizar un reactivo auxiliar enantioméricamente puro, ya que su contaminación con un enantiómero extraño conducirá a una disminución de la enantioselectividad de la reacción [7] .

También existe un tipo de reacción en la que un sustrato enantiotópico interactúa con un reactivo quiral , pero se transfiere una partícula aquiral del reactivo al sustrato. Debido a esto, se crea un estado de transición diastereómero (dado que el reactivo quiral también está incluido en él), pero se forman enantiómeros en lugar de diastereómeros como productos, ya que el reactivo quiral en sí no está incluido en el producto. Un ejemplo de tal reactivo es el NADPH , que es un compuesto quiral y actúa como agente reductor ( donador de iones hidruro ) en sistemas biológicos [7] .

Menos comunes son enfoques tales como transformaciones fotoquímicas bajo la acción de luz circularmente polarizada ("quiral") (que dan baja enantioselectividad) y reacciones en un solvente quiral [7] .

Diastereoselectividad

La diastereoselectividad fue descubierta por primera vez por Emil Fischer , quien demostró que la proporción de diastereómeros formados cuando se crea un nuevo centro quiral depende de la presencia de otros centros quirales en la molécula. Este fenómeno se denominó más tarde inducción asimétrica . Los intentos de crear una teoría general para predecir la dirección de la diastereoselectividad han sido en gran medida infructuosos. El principal éxito en esta área está asociado con las reacciones de adición de carbonilo, para las cuales se han desarrollado varios modelos predictivos [8] .

En 1969, Rukh y Ugi propusieron un método semicuantitativo para estimar la estereoselectividad basado en la teoría de grupos y el uso de constantes sustituyentes, pero no fue desarrollado posteriormente [8] .

Cuantificación

Si una reacción da como resultado dos productos estereoisoméricos, entonces la estereoselectividad se puede caracterizar de varias maneras: por la proporción de productos ( r ), su porcentaje o el exceso del producto principal ( e ). En este caso, si prevalece el primero de los dos productos X e Y, entonces las relaciones [9] son ​​válidas :

Dependiendo de si en la reacción se obtienen enantiómeros o diastereómeros, se utilizan los términos exceso enantiomérico ( ee , exceso enantiomérico inglés  ) o exceso diastereomérico ( de , exceso diastereomérico inglés ). A veces se forman diastereómeros en la reacción, pero luego se convierten en enantiómeros al eliminarles el reactivo auxiliar quiral , entonces también se usa el concepto de exceso diastereómero [9] .  

En su significado, el valor del exceso enantiomérico ee es numéricamente igual a la pureza óptica del producto, que se calcula como la relación entre la rotación específica observada y la rotación específica del enantiómero puro. Sin embargo, en la actualidad, el exceso enantiomérico se puede determinar por métodos más confiables, por ejemplo, espectroscopía de RMN o cromatografía [9] .

Véase también

Notas

Comentarios
  1. ↑ Los elementos homotópicos de una molécula son aquellos que están conectados por un eje de rotación de n veces ( n = 2, 3, ...).
  2. ↑ Se denominan elementos enantiotópicos de una molécula, que están conectados por elementos de simetría de segundo orden (plano de espejo, centro de inversión o eje de rotación de espejo). La sustitución de uno de los grupos enantiotópicos da lugar a la formación de enantiómeros, y la formación de complejos o la adición a uno de estos lados también da lugar a dos enantiómeros.
  3. ↑ Los elementos diastereotópicos de una molécula se denominan aquellos que no están conectados por elementos de simetría.
Fuentes
  1. ↑ Libro dorado de la IUPAC: estereoselectividad . Consultado el 11 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 20 de agosto de 2013.
  2. ↑ 1 2 3 4 Nogradi, 1989 , pág. 37-44.
  3. ↑ Libro dorado de la IUPAC: homotópico . Consultado el 12 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 31 de octubre de 2013.
  4. ↑ Libro de oro de la IUPAC: enantiotópica . Consultado el 12 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 19 de abril de 2013.
  5. ↑ Libro de oro de la IUPAC - diastereópico . Consultado el 12 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 2 de agosto de 2013.
  6. ↑ 1 2 3 4 Nogradi, 1989 , pág. 44-45.
  7. ↑ 1 2 3 4 Nogradi, 1989 , pág. 48-54.
  8. ↑ 1 2 Nogradi, 1989 , p. 54-59.
  9. ↑ 1 2 3 Nogradi, 1989 , pág. 35-36.

Literatura