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Articulo de referencia

El catalizador de Jacobsen

El catalizador de Jacobsen es el nombre común del cloruro de N,N'-bis(3,5-di-tert-butilsalicilideno)-1,2-ciclohexanodiaminomanganeso (III), un compuesto de coordinación de manga...

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El catalizador de Jacobsen es el nombre común delcloruro de N,N'-bis(3,5-di-tert-butilsalicilideno)-1,2-ciclohexanodiaminomanganeso (III), un compuesto de coordinación de manganesoy un ligando de tipo salen. Se utiliza como catalizador asimétrico en la epoxidación de Jacobsen , que es reconocida por su capacidad de transformar enantioselectivamente alquenos proquirales en epóxidos. [ 1 ] [ 2 ] Antes de su desarrollo, los catalizadores para la epoxidación asimétrica de alquenos requerían que el sustrato tuviera un grupo funcional director, como un alcohol como se ve en la epoxidación de Sharpless . [ 3 ] Este compuesto tiene dos enantiómeros, que dan el producto epóxido apropiado a partir del material de partida alqueno.

Los epóxidos enantioméricamente puros son deseables como bloques de construcción para moléculas complejas con quiralidad específica. Los compuestos biológicamente activos pueden exhibir una actividad radicalmente diferente según las diferencias en la quiralidad y, por lo tanto, la capacidad de obtener los estereocentros deseados en una molécula es de gran importancia para la industria farmacéutica. [ 4 ] El catalizador de Jacobsen y otros catalizadores asimétricos son particularmente útiles en este campo; por ejemplo, el catalizador de Jacobsen se utilizó para sintetizar fenilisoserina, una cadena lateral del famoso fármaco anticancerígeno Taxol , en una síntesis de cuatro pasos ya en 1992. [ 5 ]

Estructura y propiedades básicas

El catalizador de Jacobsen consta de un ligando salen tetradentado, lo que significa que se une al metal manganeso central mediante cuatro enlaces, uno a cada átomo de oxígeno y nitrógeno de la estructura del salen. Su quiralidad se deriva de la estructura derivada de la diamina . [ 3 ] Los grupos arilo están decorados con sustituyentes terc-butilo , que amplifican la asimetría alrededor del centro de Mn. [ 4 ]

Preparación

Ambos enantiómeros del catalizador de Jacobsen están disponibles comercialmente. El catalizador de Jacobsen se puede preparar separando el 1,2-diaminociclohexano en sus enantiómeros componentes y luego haciendo reaccionar el tartrato apropiado con 3,5-di-terc-butil-2-hidroxibenzaldehído para formar una base de Schiff (véase el intermedio formado en el esquema de reacción a continuación). La reacción con acetato de manganeso(II) en presencia de aire produce el complejo de manganeso(III), que puede aislarse como el derivado clorado después de la adición de cloruro de litio . A continuación se muestra la preparación del enantiómero (R,R). [ 6 ] La síntesis se ha adaptado para cursos de química de nivel universitario con el fin de enfatizar la importancia de los compuestos enantioméricamente puros. [ 7 ]

Mecanismo de reacción

En general, se han sugerido dos mecanismos. [ 8 ] Debido a que el catalizador de Jacobsen epoxida los alquenos conjugados (es decir, aquellos que tienen múltiples enlaces dobles en carbonos alternos) de manera más efectiva, el mecanismo generalmente aceptado se basa en un intermedio radicalario que se estabiliza debido a la naturaleza conjugada del sustrato. Para los alquenos no conjugados, el sustrato tiene mucha menos capacidad para estabilizar un radical, lo que hace que un intermedio radicalario sea menos probable. En este caso, es probable un mecanismo concertado en el que el enlace con el oxígeno se rompe simultáneamente con el centro metálico mientras se forma con el sustrato. Sin embargo, estudios más recientes han indicado que un intermedio radicalario es posible, lo que cuestiona la suposición de que los alquenos no conjugados experimentan mecanismos concertados. [ 8 ]

En la reacción catalítica original, se utilizaron yodosilarenos (PhIO) como oxidante estequiométrico , pero poco después se descubrió que el blanqueador de cloro (NaClO), una alternativa más económica, funciona igual de bien. Si bien posteriormente se han utilizado otros oxidantes, el blanqueador sigue siendo el más común. [ 8 ]

Una visión simplificada del ciclo catalítico asociado al catalizador de Jacobsen.
Una visión simplificada del ciclo catalítico asociado al catalizador de Jacobsen.

Tras la adición del oxidante al sistema, se acepta generalmente que O=Mn(V) es la especie oxidante activa formada (paso A). Se cree que el sustrato se aproxima al enlace metal- oxo lateralmente, en una orientación perpendicular con respecto al catalizador, para permitir una superposición orbital favorable. Este mecanismo, propuesto originalmente por John Groves para explicar las reacciones de epoxidación catalizadas por porfirinas, [ 9 ] se conoce comúnmente como "aproximación perpendicular lateral". La aproximación se produce sobre el puente de diamina, donde el impedimento estérico de los grupos terc-butilo en la periferia del ligando no interfiere con la aproximación del alqueno (véase más adelante). [ 2 ] Sin embargo, al igual que con el mecanismo general, la vía de aproximación del alqueno también es objeto de debate. [ 8 ]

Una vía de aproximación del sustrato propuesta - Nota: Los sustratos son perpendiculares al plano del catalizador.
Una vía de aproximación del sustrato propuesta - Nota: Los sustratos son perpendiculares al plano del catalizador.

La facilidad con la que el catalizador de Jacobsen epoxida selectivamente los cis-alquenos ha sido difícil de replicar con alquenos terminales y trans. [ 2 ] Sin embargo, los cambios estructurales en el ligando y las adaptaciones del protocolo para la reacción de epoxidación han llevado a algunos éxitos en estas áreas. [ 8 ] Por ejemplo, se han utilizado derivados del catalizador de Jacobsen con pequeños cambios estructurales en el esqueleto de salen junto con bajas temperaturas y el oxidante ácido m-cloroperbenzoico (m-CPBA) para epoxidar el alqueno terminal estireno . [ 10 ] La baja temperatura de la reacción favorece solo una vía, la vía cis, mientras que el m-CPBA se usa debido al alto punto de congelación del agua. Se ha tenido poco éxito con la epoxidación de trans-alquenos con compuestos de manganeso, pero se pueden usar otros compuestos de coordinación de salen, como los complejos de oxocromo. [ 8 ] [ 11 ]

Variaciones

La estructura del ligando del catalizador de Jacobsen se modifica fácilmente para su uso en una amplia gama de reacciones, como aperturas de anillos de epóxido, reacciones de Diels-Alder y adiciones conjugadas. [ 12 ] [ 13 ] Por ejemplo, se ha utilizado un catalizador análogo con un centro de aluminio para la carbonilación de epóxidos con el fin de obtener betalactonas . [ 14 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Zhang, W.; Loebach, JL; Wilson, SR; Jacobsen, EN (marzo de 1990). "Epoxidación enantioselectiva de olefinas no funcionalizadas catalizada por complejos de manganeso salen". Journal of the American Chemical Society . 112 (7): 2801– 2803. Bibcode : 1990JAChS.112.2801Z . doi : 10.1021/ja00163a052 .
  2. 1 2 3 Jacobsen, Eric N. ; Zhang, Wei; Muci, Alexander R.; Ecker, James R.; Deng, Li (1991). "Catalizadores de epoxidación altamente enantioselectivos derivados de 1,2-diaminociclohexano". Journal of the American Chemical Society . 113 (18): 7063. Bibcode : 1991JAChS.113.7063J . doi : 10.1021/ja00018a068 .
  3. 1 2 Robert H. Crabtree (2005). La química organometálica de los metales de transición . Wiley. págs. 405–408 . ISBN  978-0-471-66256-3.
  4. 1 2 Caputo, CA; Jones, ND (2005). "Desarrollos en catálisis asimétrica mediante ligandos quiral quelantes donadores de nitrógeno". Dalton Transactions . 41 (41): 1563– 1602. doi : 10.1039/b709283k . PMID 17940641 . 
  5. ↑ Deng, L; Jacobsen, EN (1992). "Una síntesis práctica y altamente enantioselectiva de la cadena lateral del taxol mediante catálisis asimétrica". J. Org. Chem . 57 (15): 4320– 4323. doi : 10.1021/jo00041a054 .
  6. ↑ Larrow, JF; Jacobsen, EN (1998). "(R,R)-N,N'-Bis(3,5-Di-tert-Butilsalicilideno)-1,2-Ciclohexanodiamino Manganeso(III) Cloruro, un catalizador de epoxidación altamente enantioselectivo" . Síntesis Orgánica . 75 : 1.
  7. ↑ Hanson, J (2001). "Síntesis y uso del catalizador de Jacobsen: epoxidación enantioselectiva en el laboratorio de química orgánica introductoria". J. Chem. Educ . 78 (9): 1266. Bibcode : 2001JChEd..78.1266H . doi : 10.1021/ed078p1266 .
  8. 1 2 3 4 5 6 McGarrigle, EM; Gilheany, DG (2005). "Epoxidación de alquenos promovida por cromo y manganeso-salen". Chem. Rev. 105 ( 5): 1563– 1602. doi : 10.1021/cr0306945 . PMID 15884784 . 
  9. ↑ Groves, JT; Nemo, TE (1983). "Reacciones de epoxidación catalizadas por porfirinas de hierro: transferencia de oxígeno desde yodsilbenceno". J. Am. Chem. Soc . 105 (18): 5786– 5791. Bibcode : 1983JAChS.105.5786G . doi : 10.1021/ja00356a015 .
  10. ↑ Palucki, M; Pospisil, PJ; Zhang, W; Jacobsen, EN (1994). "Epoxidación de estireno altamente enantioselectiva a baja temperatura". J. Am. Chem. Soc . 116 (20): 9333– 9334. Bibcode : 1994JAChS.116.9333P . doi : 10.1021/ja00099a062 .
  11. ↑ Daly, AM; Renehan, MF; Gilheany, DG (2001). "Altas enantioselectividades en la epoxidación de (E)-alquenos mediante complejos de cromo salen catalíticamente activos. Perspectivas sobre el ciclo catalítico". Org. Lett . 3 (5): 663– 666. doi : 10.1021/ol0069406 . PMID 11259031 . 
  12. ↑ Jacobsen, EN (2000). "Catálisis asimétrica de reacciones de apertura de anillo de epóxido". Acc. Chem. Res . 33 (6): 421– 431. doi : 10.1021/ar960061v . PMID 10891060 . 
  13. ↑ Yoon, TP; Jacobsen, EN (2003). "Catalizadores quirales privilegiados". Science . 299 (5613): 1691– 1693. Bibcode : 2003Sci...299.1691Y . doi : 10.1126/science.1083622 . PMID 12637734 . 
  14. ↑ Getzler, YDYL; Mahadevan, V; Lobkovsky, EB; Coates GW (2002). "Síntesis de beta-lactonas: un catalizador altamente activo y selectivo para la carbonilación de epóxidos". J. Am. Chem. Soc . 124 (7): 1174– 1175. Bibcode : 2002JAChS.124.1174G . doi : 10.1021/ja017434u . PMID 11841278 .