Enantiodiscriminação conformacional para construção assimétrica de atropisômeros

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 4735 (2022) Citar este artigo

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As conformações moleculares induzidas pela rotação em torno de ligações simples desempenham um papel crucial nas transformações químicas. Revelar a relação entre as conformações de catalisadores quirais e a enantiodiscriminação é um desafio formidável devido à grande dificuldade em isolar os confórmeros. Aqui, relatamos um sistema catalítico quiral composto por uma unidade aquiral cataliticamente ativa e uma unidade axialmente quiral 1,1'-bi-2-naftol (BINOL) que são conectadas por meio de uma ligação simples C-O. Os dois confôrmeros do catalisador induzidos pela rotação em torno da ligação C-O são determinados por difração de raios X de cristal único e encontrados para levar, respectivamente, à formação de 1,1'-binaftil-2,2 axialmente quiral altamente importante Derivados de ′-diamina (BINAM) e 2-amino-2′-hidroxi-1,1′-binaftil (NOBIN) em altos rendimentos (até 98%), com excelentes enantiosseletividades (até 98:2 er) e opostos absolutos configurações. Os resultados destacam a importância da dinâmica conformacional de catalisadores quirais em catálise assimétrica.

As conformações são arranjos espaciais dos átomos formados por rotações em torno de uma ligação simples. Na maioria dos casos, conformadores puros não podem ser isolados, porque as moléculas estão constantemente girando em todas as conformações possíveis (Fig. 1a). Quando a rotação em torno de uma ligação simples é restrita, uma classe especial de confôrmeros chamados atropisômeros pode ser isolada como diferentes espécies químicas (Fig. 1b). Conformações e rotações sobre ligações simples são cruciais para funções moleculares e transformações químicas. Por exemplo, a dinâmica conformacional desempenha um papel fundamental na catálise enzimática1,2. No entanto, em catálise assimétrica, é bem conhecido que a rigidez estrutural de catalisadores quirais não enzimáticos, como os complexos 2,2'-bis(difenilfosfino)-1,1'-binaftil (BINAP)-metal3,4 e BINOL à base de ácidos fosfóricos5,6 mostrados na Fig. 1c, geralmente é essencial para alcançar altos níveis de induções assimétricas7,8,9 e menos atenção foi dada à flexibilidade molecular e dinâmica conformacional dos catalisadores quirais10,11,12,13, 14,15. Devido à grande dificuldade em isolar os confôrmeros, é muito desafiador revelar a relação entre as conformações de catalisadores quirais e a enantiodiscriminação.

uma rotação de ligação C-C em etano. b Rotação restrita em torno das ligações simples C–C em atropisômeros. c Rotação sobre a ligação simples C–C travada em complexos BINAP-metal e ácidos fosfóricos baseados em BINOL. d Projeto de um sistema catalítico quiral para enantiodiscriminação conformacional permitindo a construção assimétrica de atropisômeros com configurações absolutas opostas. BINOL, 1,1'-bi-2-naftol; BINAM, 1,1'-binaftil-2,2'-diamina; NOBIN, 2-amino-2'-hidroxi-1,1'-binaftil; BINAP, 2,2'-bis(difenilfosfino)-1,1'-binaftil; Ph, fenil; CPA, ácidos fosfóricos quirais.

Moléculas axialmente quirais não são apenas abundantes na natureza16, mas também fazem grande sucesso em muitos campos científicos, como ciência de materiais e síntese assimétrica, especialmente17,18,19,20,21,22,23,24. BINOL, BINAM e NOBIN (Fig. 1b) estão entre as moléculas quirais axialmente mais proeminentes e valiosas17,18,19,20,21,22,23,24. Enantiopure (R)- e (S)-BINOL e alguns de seus derivados estão disponíveis comercialmente hoje em dia, em contraste, enantiopure BINAMs e NOBINs com diversos padrões de substituição ainda são muito difíceis de obter apesar do fato de que grandes esforços têm sido dedicados à sua síntese nas últimas três décadas22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43.

Neste trabalho, projetamos um sistema catalítico quiral (Fig. 1d) que é composto por uma unidade aquiral cataliticamente ativa (complexo de cobre de unidade 1,10-fenantrolina) e uma unidade BINOL axialmente quiral. As duas unidades são conectadas por meio de uma ligação simples C-O, cuja rotação induz dois confôrmeros distintos. Este sistema catalítico dinâmico exibe alta atividade e excelente enantiosseletividade na síntese atroposseletiva de derivados BINAM e NOBIN axialmente quirais, que são atropisômeros biarílicos altamente importantes. Além disso, os dois confôrmeros do catalisador são determinados por difração de raios X de monocristal e a relação entre os confôrmeros favorecidos e a enantiodiscriminação, bem como as configurações absolutas observadas das duas classes de produtos são reveladas.