DUE TIPI DI SELETTIVITA’ IN CHIMICA 1. SELETTIVITA’ RISPETTO AL SUBSTRATO: reagente A X kA kA ≠ kB reagente B Y kB 2. SELETTIVITA’ RISPETTO AL PRODOTTO: A X + Y + Z+ … [X] ≠ [Y] ≠ [Z]

SELETTIVITA’ RISPETTO AL SUBSTRATO 1. A e B isomeri costituzionali 2. A e B diastereoisomeri Coinvolge discriminazione fra diversi substrati. k1 ≠ k2

SELETTIVITA’ RISPETTO AL SUBSTRATO 3. A e B enantiomeri: RISOLUZIONE CINETICA DI UN RACEMO Trasformazione di due enantiomeri con diverse velocità kS ≠ kR (±) (±)

SELETTIVITA’ RISPETTO AL PRODOTTO CHEMOSELETTIVITA’: discriminazione fra due gruppi funzionali di una stessa molecola 2. REGIOSELETTIVITA’: discriminazione fra posizioni diverse di una stessa molecola con formazione preferenziale di uno di più possibili isomeri costituzionali a partire da un solo substrato

SELETTIVITA’ RISPETTO AL PRODOTTO 3. STEREOSELETTIVITA’ discriminazione fra gruppi o facce di una molecola con formazione preferenziale di un prodotto stereoisomero (di diversi possibili) a partire da un singolo substrato 3a. DIASTEREOSELETTIVITA’ discriminazione fra gruppi o facce di una molecola con formazione preferenziale di un DIASTEREOISOMERO di più possibili 3b. ENANTIOSELETTIVITA’ discriminazione fra gruppi o facce di una molecola con formazione preferenziale di un ENANTIOMERO

STEREOSELETTIVITA’ RISPETTO AL PRODOTTO Se i possibili prodotti sono due, X e Y: r = [X]/[Y] rapporto dei prodotti [X]-[Y] [X]+[Y] 100% e = Eccesso del prodotto ee se i prodotti sono enantiomeri de se i prodotti sono diastereoisomeri

DIASTEREOSELETTIVITA’ Reazioni con formazione di almeno 2 centri stereogenici Può essere: DIASTEREOSELETTIVITA’ SEMPLICE: vengono creati due nuovi centri stereogenici a partire da substrato e reagente achirale con formazione preferenziale di un diastereoisomero achirale o chirale racemo Controllo della stereochimica relativa

DIASTEREOSELETTIVITA’ DIASTEREOSELETTIVITA’ ASSOLUTA: viene creato un nuovo centro stereogenico a partire da una molecola chirale e un reagente achirale con formazione preferenziale di un diastereoisomero chirale (racemo se il substrato è racemo, non racemo se il substrato è non racemo) a-pinene

ENANTIOSELETTIVITA’/DIASTEREOSELETTIVITA’

SELETTIVITA’ STEREOTOPICA E STEREOFACCIALE discriminazione fra gruppi o atomi «uguali» SELETTIVITA’ STEREOFACCIALE: discriminazione fra facce di una molecola

Letteralmente: the condition of having a place. TOPICITA’ Letteralmente: the condition of having a place. E’ la relazione stereochimica in cui si trovano gruppi identici fra loro, relativa alla struttura a cui essi sono attaccati topos (topos) = luogo

RELAZIONI DI TOPICITA’ FRA GRUPPI GRUPPO – OGNI SUBUNITA’ DI UNA MOLECOLA GRUPPI IDENTICI IN UNA MOLECOLA POSSONO ESSERE

RELAZIONI DI TOPICITA’ FRA GRUPPI GRUPPO – OGNI SUBUNITA’ DI UNA MOLECOLA GRUPPI IDENTICI IN UNA MOLECOLA POSSONO ESSERE A) OMOTOPICI Gruppi che possono essere scambiati da un asse di simmetria

RELAZIONI DI TOPICITA’ FRA FACCE FACCE UNA MOLECOLA POSSONO ESSERE A) OMOTOPICHE Facce di un piano molecolare che contiene un’asse di simmetria coplanare

Trasformazioni di gruppi omotopici o addizione a facce omotopiche portano allo stesso prodotto Br2, OH- Br2, OH-

GRUPPI IDENTICI IN UNA MOLECOLA POSSONO ESSERE B) ETEROTOPICI OCCUPANO POSIZIONI NON EQUIVALENTI DIASTEREOTOPICI ENANTIOTOPICI

GRUPPI DIASTEREOTOPICI Gruppi che non possono essere scambiati da alcuna operazione di simmetria

Trasformazioni di gruppi diastereotopici producono diastereoisomeri

GRUPPI ENANTIOTOPICI Gruppi che possono essere scambiati da un asse di roto-riflessione, spesso un piano (s = S1) o un centro (Ci = S2) di simmetria

Trasformazioni di gruppi enantiotopici producono enantiomeri

Esercizio HA HB DIASTEREOTOPICI HA HA OMOTOPICI HB HB OMOTOPICI HC HC OMOTOPICI HA HB ENANTIOTOPICI HA HA ENANTIOTOPICI HB HB ENANTIOTOPICI HA HB DIASTEREOTOPICI

FACCE DIASTEREOTOPICHE Facce di un piano molecolare che non è piano di simmetria della molecola e non contiene un’asse di simmetria coplanare

Addizioni a facce diastereotopiche producono diastereoisomeri achirale chirale

FACCE ENANTIOTOPICHE Facce di un piano molecolare che è piano di simmetria della molecola e non contiene un’asse di simmetria coplanare

Addizioni a facce enantiotopiche producono enantiomeri Se RMgX = MeMgBr, la trasformazione porta a una molecola achirale

PROSTEREOGENICITA’ STRUTTURA PROSTEREOGENICA: Convertibile in una struttura stereogenica per opportuna sostituzione o trasformazione di un suo legante (gruppo) MOLECOLE ACHIRALI CON GRUPPI ENANTIOTOPICI O FACCE ENANTIOTOPICHE SONO PROCHIRALI

DESCRITTORI STEREOCHIMICI Re (pro-R), Si (pro-S) Gruppi enantiotopici di una molecola prochirale X = Re (pro-R) A>B>X secondo la notazione CIP X = Si (pro-S)

DESCRITTORI STEREOCHIMICI Re,Si Facce enantiotopiche di un gruppo funzionale trigonale planare Re Si X>A>B secondo la notazione CIP

DESCRITTORI STEREOCHIMICI Addizione alla faccia Re

ESEMPI Nu-

ADDIZIONE A FACCE OMOTOPICHE STESSO PRODOTTO

ADDIZIONE A FACCE DIASTEROTOPICHE DIASTEREOISOMERI

ADDIZIONE A FACCE DIASTEROTOPICHE DIASTEREOISOMERI

ADDIZIONE A FACCE ENANTIOTOPICHE

Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale. Generazione di prodotti racemi Trasformazione di gruppi enantiotopici da parte di un reattivo achirale produce enantiomeri in uguale quantità Addizione a facce enantiotopiche di un reattivo achirale produce enantiomeri in uguale quantità.

Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale. Generazione di prodotti racemi

Stati di transizione enantiomeri Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale. Generazione di prodotti racemi Stati di transizione enantiomeri

Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale Centro chirale generato da un substrato prochirale + reagente achirale. Generazione di prodotti racemi

Diastereoselettività

Stati di transizione diastereoisomeri Reazioni di composti di composti chirali con un un reagente chirale e creazione di un secondo centro chirale (diastereoisomeri chirali) DIASTEREOSELETTIVITA’ ASSOLUTA Stati di transizione diastereoisomeri

Formazione di legame C-C fra due atomi trigonali di facce enantiotopiche Diastereoselettività semplice

Stati di transizione diastereoisomeri Reazioni di composti di composti achirali con creazione di due centri chirali (diastereoisomeri achirali o chirali racemi) DIASTEREOSELETTIVITA’ SEMPLICE. Stati di transizione diastereoisomeri

Formazione di molecole chirali non raceme con 1 stereocentro ENANTIOSELETTIVITA’ Formazione di molecole chirali non raceme con 1 stereocentro Centro chirale generato da un substrato achirale (PROCHIRALE) + reagente o catalizzatore chirale. Reazione enantioselettiva.

INDUZIONE ASIMMETRICA-1 TRASFERIMENTO DI CHIRALITA’ DAL REAGENTE O DAL CATALIZZATORE A UNA MOLECOLA ACHIRALE

SELETTIVITA’ ENANTIOFACCIALE ENANTIOSELETTIVITA’ Centro chirale generato da un substrato achirale + reagente o catalizzatore chirale. Reazione enantioselettiva. Si Re SELETTIVITA’ ENANTIOFACCIALE

SELETTIVITA’ ENANTIOTOPICA Centro chirale generato da un substrato achirale + reagente o catalizzatore chirale. Reazione enantioselettiva. SELETTIVITA’ ENANTIOTOPICA

Centro chirale generato da un substrato achirale + reagente o catalizzatore chirale. Reazione enantioselettiva

TRASFERIMENTO DI CHIRALITA’ DAL SUBSTRATO A UNA MOLECOLA ACHIRALE INDUZIONE ASIMMETRICA-2 TRASFERIMENTO DI CHIRALITA’ DAL SUBSTRATO A UNA MOLECOLA ACHIRALE Strategia dell’AUSILIARIO CHIRALE

STRATEGIA DELL’ AUSILIARIO CHIRALE Il substrato da trasformare ha facce (o gruppi) enantiotopiche. Una molecola enantiomericamente pura (generalmente derivata dal pool chirale) chiamata ausiliario chirale viene legata al substrato. Le facce (o gruppi) enantiotopiche diventano diastereotopiche. Si procede con una reazione diastereoselettiva (con formazione di un secondo centro stereogenico) che conduce a un prodotto diastereoisomero come singolo enantiomero . L’ausiliario chirale viene rimosso lasciando il prodotto della reazione come singolo enantiomero. L’ausiliario chirale viene recuperato e riciclato.

STRATEGIA DELL’ AUSILIARIO CHIRALE

STRATEGIA DELL’ AUSILIARIO CHIRALE

REAZIONE ENANTIOSELETTIVA Centro chirale generato da un substrato chirale + reagente achirale. P’ si forma in percentuale prevelente a seguito della distereoselettivita’ della reazione P’ si forma come enantiomero singolo a seguito della purezza ottica del substrato contenente l’ausiliario chirale.

STEREOSPECIFICITA’ STEREOSELETTIVITA’ SN2:STEREOSPECIFICA ADDIZIONE AL C=O: STEREOSELETTIVA

CONTROLLO DELLA STEROCHIMICA 1. CONTROLLO DELLA STEREOCHIMICA RELATIVA – FORMAZIONE DI DIASTEREOISOMERI 2. CONTROLLO DELLA STEREOCHIMICA ASSOLUTA - FORMAZIONE DI ENANTIOMERI

CONTROLLO DELLA STEREOCHIMICA ASSOLUTA INDUZIONE ASIMMETRICA RISOLUZIONE CHIRAL POOL CLASSICA CINETICA CINETICA DINAMICA 1. BASATA SUL SUBSTRATO 2.BASATA SUL REAGENTE a) CATALITICA b) STECHIOMETRICA CHIMICA ENZIMATICA

DIASTEREOSELETTIVITA’ + ENANTIOSELETTIVITA’ Reazione diastereoselettiva + trasferimento di chiralità dal reagente/catalizzatore

Trasformazioni di gruppi enantiotopici producono enantiomeri substrato achirale (prochirale) + reagente achirale: enantiomeri (racemo) substrato achirale (prochirale) + reagente chirale: DIASTEREOISOMERI

3. Addizioni a facce enantiotopiche producono stereoisomeri, se il gruppo che si addiziona è diverso da quelli legati al centro prochirale Se RMgX = MeMgBr, la trasformazione porta a una molecola achirale

3. Trasformazione di gruppi diastereotopici o addizione a facce diastereotopiche Dipendentemente dalla simmetria del substrato e reagente il prodotto può essere chirale o achirale

Nelle addizioni a olefine non terminali la stereochimica dei prodotti dipende dalla simmetria del substrato e dei reagenti