El catalizador de Jacobsen es el nombre común del cloruro de N, N'-bis (3,5-di-terc-butilsaliciliden) -1,2-ciclohexanodiaminomanganeso (III), un compuesto de coordinación de manganeso y un ligando de tipo salen . Se utiliza como catalizador asimétrico en la epoxidación de Jacobsen , que es conocida por su capacidad para 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 del material de partida alqueno.
Nombres | |
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Nombre IUPAC Cloruro de N, N'-bis (3,5-di-terc-butilsalicilideno) -1,2-ciclohexanodiaminomanganeso (III) | |
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.108.565 |
Número CE |
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PubChem CID | |
UNII | |
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Propiedades | |
C 36 H 52 Cl Mn N 2 O 2 | |
Masa molar | 635,21 g · mol −1 |
Apariencia | sólido marrón |
Punto de fusion | 330 a 332 ° C (626 a 630 ° F; 603 a 605 K) |
Peligros | |
Pictogramas GHS | |
Palabra de señal GHS | Advertencia |
H315 , H319 , H335 | |
P261 , P264 , P271 , P280 , P302 + 352 , P304 + 340 , P305 + 351 + 338 , P312 , P321 , P332 + 313 , P337 + 313 , P362 , P403 + 233 , P405 , P501 | |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
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 basada en 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 contra el cáncer Taxol , en una síntesis de cuatro pasos ya en 1992. [5]
Estructura y propiedades básicas
El catalizador de Jacobsen es típico de un catalizador de oxidación de metales de transición : tiene un centro de metal de alta valencia en un entorno donante de nitrógeno y oxígeno. [3] El ligando salen quelante del catalizador de Jacobsen es tetradentado, lo que significa que se une al metal manganeso central a través de cuatro enlaces, uno a cada átomo de oxígeno y nitrógeno del esqueleto salen. Pertenece a una clase de ligandos de diimina quirales que se sintetizan mediante la condensación de bases de Schiff . [4]
Preparación
Ambos enantiómeros del catalizador de Jacobsen están disponibles comercialmente. El catalizador de Jacobsen se puede preparar separando el 1,2-diaminociclohexano en los enantiómeros de su componente y luego haciendo reaccionar el tartrato apropiado con 3,5-di-terc-butil-2-hidroxibenzaldehído para formar una base de Schiff (ver 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 derivado de cloro después de la adición de cloruro de litio . A continuación se muestra la preparación del enantiómero (R, R). [6] La síntesis ha sido adaptada 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 alquenos conjugados (es decir, aquellos en los que hay múltiples enlaces dobles en carbonos alternos) de manera más efectiva, el mecanismo generalmente aceptado se basa en un intermedio radical que se estabiliza debido a la naturaleza conjugada del sustrato. Para los alquenos no conjugados, el sustrato es mucho menos capaz de estabilizar un radical, lo que hace más improbable un radical intermedio. En este caso, es probable un mecanismo concertado en el que la unión al oxígeno se rompe simultáneamente con el centro metálico mientras se forma con el sustrato. Sin embargo, estudios más recientes han indicado que es posible un intermedio radical, desafiando la suposición de que los alquenos no conjugados se someten a mecanismos concertados. [8]
En la reacción catalítica original, se utilizaron yodosilarenos (PhIO) como oxidante estequiométrico , pero poco después se descubrió que el blanqueador con cloro (NaClO), una alternativa más barata, también funciona. Aunque posteriormente se han utilizado otros oxidantes, el blanqueador sigue siendo el más común. [8]
Después de la adición del oxidante al sistema, se acepta generalmente que O = Mn (V) es la especie oxidante activa formada (etapa A). Se cree que el sustrato se aproxima al enlace metal- oxo desde el lado en una orientación perpendicular en relación con el catalizador para permitir una superposición orbital favorable. Este mecanismo, que fue propuesto originalmente por John Groves para explicar las reacciones de epoxidación catalizadas por porfirina, [9] se conoce comúnmente como un "enfoque perpendicular de lado a lado". El acceso es sobre el puente de diamina, donde la masa estérica de los grupos terc-butilo en la periferia del ligando no interfiere con el acceso del alqueno (ver más abajo). [2] Sin embargo, como es el caso del mecanismo general, también se debate la vía del enfoque de los alquenos. [8]
La facilidad con la que el catalizador de Jacobsen epoxida selectivamente cis-alquenos ha sido difícil de replicar con terminales y trans-alquenos. [2] Sin embargo, los cambios estructurales en el ligando y las adaptaciones al protocolo para la reacción de epoxidación han dado lugar a algunos éxitos en estas áreas. [8] Por ejemplo, se han utilizado derivados del catalizador de Jacobsen con pequeños cambios estructurales en la estructura salen junto con bajas temperaturas y el oxidante ácido m-cloroperbenzoico (m-CPBA) para epoxidar el alqueno estireno terminal . [10] La baja temperatura de la reacción favorece solo una vía, la vía cis, mientras que se usa m-CPBA debido al alto punto de congelación del agua. Se ha obtenido poco éxito con la epoxidación de alquenos trans por compuestos de manganeso, pero se pueden usar otros compuestos de coordinación 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 anillo epóxido, reacciones Diels-Alder y adiciones conjugadas. [12] [13] Por ejemplo, se ha utilizado un catalizador análogo con un centro metálico de aluminio para la carbonilación de epóxidos con el fin de obtener beta- lactonas . [14]
Ver también
- Catálisis asimétrica
- Enantiómeros
- Epoxidación de Jacobsen
- Ligando de Salen
Referencias
- ^ Zhang, W .; Loebach, JL; Wilson, SR; Jacobsen, EN (marzo de 1990). "Epoxidación enantioselectiva de olefinas no funcionalizadas catalizada por complejos salen manganeso". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 112 (7): 2801–2803. doi : 10.1021 / ja00163a052 .
- ^ a b c Jacobsen, Eric N .; Zhang, Wei; Muci, Alexander R .; Ecker, James R .; Deng, Li (1991). "Catalizadores de epoxidación altamente enantioselectivos derivados del 1,2-diaminociclohexano". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 113 (18): 7063. doi : 10.1021 / ja00018a068 .
- ^ a b Robert H. Crabtree (2005). La química organometálica de los metales de transición . Wiley. págs. 405 –408. ISBN 978-0-471-66256-3.
- ^ a b Caputo, CA; Jones, Dakota del Norte (2005). "Desarrollos en catálisis asimétrica por ligandos de donantes de nitrógeno quelantes quirales". Transacciones de Dalton . 41 (41): 1563–1602. doi : 10.1039 / b709283k . PMID 17940641 .
- ^ Deng, L; Jacobsen, EN (1992). "Una síntesis práctica, altamente enantioselectiva de la cadena lateral de taxol a través de catálisis asimétrica". J. Org. Chem . 57 (15): 4320–4323. doi : 10.1021 / jo00041a054 .
- ^ Larrow, JF; Jacobsen, EN (1998). "Cloruro de (R, R) -N, N'-Bis (3,5-Di-terc-butilsalicilideno) -1,2-ciclohexanodiamino manganeso (III), un catalizador de epoxidación altamente enantioselectivo" . Síntesis orgánicas . 75 : 1.
- ^ Hanson, J (2001). "Síntesis y uso del catalizador de Jacobsen: epoxidación enantioselectiva en el laboratorio orgánico introductorio". J. Chem. Educ . 78 (9): 1266. doi : 10.1021 / ed078p1266 .
- ^ a b c d e f 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 .
- ^ Groves, JT; Nemo, TE (1983). "Reacciones de epoxidación catalizadas por porfirinas de hierro - Transferencia de oxígeno del yodsilbenceno". Mermelada. Chem. Soc . 105 (18): 5786–5791. doi : 10.1021 / ja00356a015 .
- ^ Palucki, M; Pospisil, PJ; Zhang, W; Jacobsen, EN (1994). "Epoxidación de estireno a baja temperatura, altamente enantioselectiva". Mermelada. Chem. Soc . 116 (20): 9333–9334. doi : 10.1021 / ja00099a062 .
- ^ Daly, AM; Renehan, MF; Gilheany, DG (2001). "Altas enantioselectividades en una epoxidación de (E) -alqueno por complejos de cromo Salen catalíticamente activos. Información sobre el ciclo catalítico". Org. Lett . 3 (5): 663–666. doi : 10.1021 / ol0069406 . PMID 11259031 .
- ^ Jacobsen, EN (2000). "Catálisis asimétrica de reacciones de apertura de anillo epóxido". Acc. Chem. Res . 33 (6): 421–431. doi : 10.1021 / ar960061v . PMID 10891060 .
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- ^ Getzler, YDYL; Mahadevan, V; Lobkovsky, EB; Coates GW (2002). "Síntesis de beta-lactonas: un catalizador altamente activo y selectivo para la carbonilación de epóxidos". Mermelada. Chem. Soc . 124 (7): 1174-1175. doi : 10.1021 / ja017434u . PMID 11841278 .