Los ácidos de Lewis quirales (CLA) son un tipo de catalizador de ácido de Lewis . Estos ácidos afectan la quiralidad del sustrato a medida que reaccionan con él. En tales reacciones, la síntesis favorece la formación de un enantiómero o diastereómero específico . El método es una reacción de síntesis asimétrica enantioselectiva . Dado que afectan la quiralidad, producen productos ópticamente activos a partir de materiales de partida ópticamente inactivos o mixtos. Este tipo de formación preferencial de un enantiómero o diastereómero sobre el otro se conoce formalmente como inducción asimétrica . En este tipo de ácido de Lewis, el átomo aceptor de electrones es típicamente un metal, como indio , zinc , litio , aluminio , titanio o boro . Los ligandos alteradores quirales empleados para sintetizar estos ácidos a menudo tienen múltiples sitios básicos de Lewis (a menudo un diol o una estructura de dinitrógeno) que permiten la formación de una estructura de anillo que involucra al átomo de metal. [1] [2]
Los ácidos de Lewis aquirales se han utilizado durante décadas para promover la síntesis de mezclas racémicas en una gran variedad de reacciones diferentes. Desde la década de 1960, los químicos han utilizado ácidos de Lewis quirales para inducir reacciones enantioselectivas. Esto es útil cuando el producto deseado es un enantiómero específico, como es común en la síntesis de fármacos. Los tipos de reacción comunes incluyen reacciones de Diels-Alder , la reacción de eno , reacciones de cicloadición [2+2] , hidrocianación de aldehídos y, más notablemente, epoxidaciones de Sharpless . [3]
La enantioselectividad de los CLA se deriva de su capacidad para perturbar la barrera de energía libre junto con la vía de coordenadas de reacción que conduce al enantiómero R o S. Los diastereómeros y enantiómeros del estado fundamental tienen la misma energía en el estado fundamental, y cuando reaccionan con un ácido de Lewis aquiral, sus intermedios diastereoméricos, estados de transición y productos también tienen la misma energía. Esto conduce a la producción de mezclas racémicas . Sin embargo, cuando se utiliza un CLA en la misma reacción, la barrera energética de formación de un diastereómero es menor que la de otro; la reacción está bajo control cinético . Si la diferencia en las barreras energéticas entre los estados de transición diastereoméricos es de magnitud suficiente, entonces se observa un alto exceso enantiomérico de un isómero. [4]
Las reacciones de Diels-Alder ocurren entre un dieno conjugado y un alqueno (comúnmente conocido como dienófilo ). Este proceso de cicloadición permite la formación estereoselectiva de anillos de ciclohexeno capaces de poseer hasta cuatro centros estereogénicos contiguos.
Las reacciones de Diels-Alder pueden conducir a la formación de una variedad de isómeros y estereoisómeros estructurales. La teoría de orbitales moleculares considera que se favorece el estado de transición endo, en lugar del estado de transición exo (regla de adición endo). Además, se ha postulado que las interacciones orbitales secundarias aumentadas son la fuente de una diastereoselección endo mejorada.
Por lo general, los CLA se emplean para activar el dienófilo. Un catalizador de CLA típico se deriva de un centro de Mg2 + que se vuelve quiral mediante la unión de un éster de fosfato de binol . Los CLA se han aplicado a varias reacciones intramoleculares de Diels-Alder. [5]
Un complejo derivado del cloruro de dietilaluminio y un ligando biarílico “abovedado” catalizan la reacción enantioselectiva de Diels-Alder entre el ciclopentadieno y la metacroleína. El ligando quiral se recupera cuantitativamente mediante cromatografía en gel de sílice . [6]
El complejo quiral (aciloxi)borano (CAB) es eficaz para catalizar varias reacciones de Diels-Alder de aldehídos. Los experimentos espectroscópicos de RMN han indicado una gran proximidad entre el aldehído y el anillo arilo. Se ha sugerido que el apilamiento de pi entre el grupo arilo y el aldehído es una característica organizativa que imparte una alta enantioselectividad a la cicloadición. [7]
El ácido de Lewis quiral asistido por ácido de Bronsted (BLA) cataliza una serie de reacciones de cicloadición de dieno-aldehído. [8]
En la reacción aldólica , la diastereoselectividad del producto suele estar determinada por la geometría del enolato. El modelo de Zimmerman-Traxler predice que el enolato Z dará productos syn y que los enolatos E darán productos anti . Las reacciones catalizadas por CLA basados en estaño permiten que los productos se desvíen de este patrón. [9]
Las estructuras de transición para las reacciones con los enantiómeros catalizadores R y S son:
La reacción de Baylis-Hillman es una vía para la formación de enlaces CC entre un carbonilo alfa, beta-insaturado y un aldehído , que requiere un catalizador nucleofílico , normalmente una amina terciaria , para una adición y eliminación de tipo Michael. La estereoselectividad de estas reacciones suele ser deficiente. Se ha demostrado que los CLA que contienen lantano (III) mejoran la estereoselectividad. De manera similar, también se puede utilizar una amina quiral para lograr la estereoselectividad. [10]
El producto obtenido mediante la reacción utilizando el catalizador quiral se obtuvo con buen rendimiento con excelente enantioselectividad.
Los ácidos Lewis quirales han demostrado ser útiles en la reacción eno . Cuando se cataliza con un ácido Lewis aquiral, la reacción normalmente proporciona una buena diastereoselectividad. [11]
Se ha observado una buena enantioselectividad cuando se utiliza un catalizador de ácido de Lewis quiral.
Se cree que la enantioselectividad se debe a las interacciones estéricas entre el grupo metilo y fenilo , lo que hace que la estructura de transición del producto iso sea considerablemente más favorable.
En algunos casos, un ácido de Lewis aquiral puede proporcionar una buena estereoselectividad. Kimura et al. demostraron el acoplamiento regio- y diastereoselectivo de 1,3- dienos con aldehídos utilizando un catalizador de níquel . [12]
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