Нобелевская премия по химии 2021, часть 1: Асимметричный органокатализ и энантиоселективный орган...

Введение в асимметрический катализ, энантиоселективные реакции и асимметрический органокатализ на примере катализируемой пролином альдольной реакции. Видео рассчитано на студентов-химиков, уже знакомых с общей реакционной способностью карбонильных соединений в органической химии. Для демонстрации селективного образования определенных энантиомеров и/или диастереомеров органических продуктов используются трехмерные модели переходных состояний. #химия #нобелевскаяпремия #химическаянобелевскаяпремия Сочетание кинетического и термодинамического контроля в органической химии позволяет использовать енамины в диастереоселективных и энантиоселективных реакциях. Использование енамина в качестве енолатного эквивалента позволяет ему выступать в качестве нуклеофила в альфа-положении к основной карбонильной группе, а при активации кислотой его можно использовать для реакции с другими карбонильными соединениями, такими как альдегиды и кетоны. Пролин-катализируемые альдольные реакции стали одним из первых важных шагов к разработке общей асимметрической (энантиоселективной) каталитической реакции для стратегического образования связей, в данном случае очень полезной углерод-углеродной связи и до двух новых стереогенных центров. Пролин — широко распространенная аминокислота, имеющая оба энантиомера, поэтому он является очень дешевым катализатором. Сочетание функциональных групп вторичного амина в кольцевой структуре с ограниченной гибкостью и карбоксильной кислоты делает его бифункциональным катализатором. Он может как образовывать енамин с альдегидом или кетоном, так и нести кислый протон, который может быть использован для активации электрофила для реакции с новым нуклеофилом. Более того, он может активировать другую карбонильную группу путем образования водородной связи и запуска по существу внутримолекулярной реакции через 9-членное кольцо. Такой размер кольца не обеспечивает достаточного количества низкоэнергетических специфических конформаций, но наличие хорошо расположенного атома азота создает дополнительную водородную связь, тем самым, по сути, формируя 6,5-бициклическую кольцевую систему для переходного состояния реакции. Переходное состояние с наименьшей энергией, как всегда, будет тем, которое минимизирует 1,3-диааксиальные взаимодействия, что приводит к предпочтительному расположению больших групп в псевдоэкваториальных конфигурациях. В видео я объясняю, как один из четырех возможных стереоизомеров продукта альдольной конденсации может образовываться предпочтительнее других. Далее я показываю, как можно осуществить другие химические реакции, заменив электрофил в организованном переходном состоянии. Также возможна энантиоселективная и диастереоселективная реакция Манниха для создания специфического энантиомера продукта 1,3-син-реакции Манниха. В качестве кислородных электрофилов можно также использовать нитрозосоединения (например, PhNO), поскольку водородная связь в переходном состоянии сильнее с неподеленной парой электронов азота, чем с неподеленной парой электронов кислорода. Следовательно, обычная электрофильная активность нитрозосоединений по отношению к азоту не наблюдается, и мы получаем доступ к мягкому и легкому в обращении кислородному электрофилу, не требующему, например, пероксикислот или пероксидов, которые легко реагируют со многими другими чувствительными функциональными группами как в простых, так и в сложных молекулах. Химия также распространяется на реакции десимметризации. В конце видео я объясняю внутримолекулярную диастереоселективную реакцию десимметризации с использованием органокатализа пролина. Этот синтез часто называют реакцией Хайоса–Парриша–Эдера–Зауэра–Вихерта (или в некоторых книгах просто реакцией Хайоса–Парриша), и он является классическим примером раннего использования аминокислот непосредственно в асимметрическом катализе в органической химии, а также одним из краеугольных камней энантиоселективного органокатализа.