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Esplorare la diversità delle diossizoline: perché sono i ligandi "privilegiati" della chimica?
I ligandi bis(ossazolinici) (in breve ligandi BOX) sono ligandi chirali privilegiati, la cui struttura contiene due anelli ossazolinici. Tali ligandi hanno solitamente simmetria C2 ed esistono in una varietà di forme, tra cui sono particolarmente comuni le strutture a catena CH2 o piridina. I complessi di coordinazione dei ligandi di dioxazolin sono ampiamente utilizzati nella catalisi asimmetrica e la chiave del loro successo risiede nella loro struttura unica e nell'approccio sintetico.
La reattività chimica e la selettività dei ligandi di dioxazolin li rendono strumenti indispensabili nella catalisi asimmetrica.
Sintesi
La sintesi dell'anello ossazolinico è piuttosto matura e solitamente viene preparata mediante reazione di ciclizzazione del 2-amminoalcol con una varietà di gruppi funzionali adatti. Nella sintesi della dioxazolina è più conveniente utilizzare materiali di partenza bifunzionali, poiché ciò consente la generazione simultanea di due anelli. I materiali più comunemente utilizzati sono gli acidi dicarbossilici o composti diciano. Grazie alla disponibilità di questi materiali, la maggior parte dei ligandi di dioxazolin viene preparata a partire da questi materiali. L'applicazione di BOX e PyBOX è diventata più comune grazie alla comoda sintesi in un unico passaggio che utilizza nitrile di malone e acido dipiridinico, che sono solitamente materie prime poco costose sul mercato.
Applicazioni catalitiche
In generale, la stereochimica dei ligandi BOX con ponte metilico è coerente con un intermedio tetraedrico planare distorto basato su strutture cristalline correlate. Il sostituente dell'ossazolidinone in posizione 4 blocca un enantiomero del substrato, determinando una selettività asimmetrica. La sua applicazione può essere osservata in numerose reazioni, come la reazione aldolica, la reazione di Mannich, la reazione ene, l'addizione di Michael, la reazione di ciclizzazione di Nazarov e la reazione isomerica di Diels-Alder.
Gli studi che hanno utilizzato (benzilossi)acetaldeide come elettrofilo hanno mostrato una stereochimica coerente con l'ossigeno carbonilico legato lateralmente e l'ossigeno etereo legato assialmente.
I complessi metallici contenenti ligandi di dioxazolin hanno dimostrato efficacia in una varietà di trasformazioni catalitiche asimmetriche e sono stati oggetto di numerose revisioni della letteratura. La natura neutra del dioxazolidinone lo rende ideale per l'uso in combinazione con complessi di metalli preziosi, tra cui i complessi di rame sono particolarmente comuni. La sua applicazione più importante e comunemente utilizzata riguarda le reazioni di formazione del legame carbonio-carbonio.
Reazioni di formazione del legame carbonio-carbonio
I ligandi di dioxazolin hanno dimostrato la loro efficacia in una serie di reazioni di cicloaddizione asimmetriche, a partire dalla prima applicazione dei ligandi BOX nelle reazioni di ciclopropanazione spinomerica e fino alla cicloaddizione 1,3-bipolare e alla reazione di Diels-Alder. I ligandi diossizolina si comportano bene anche in molteplici reazioni, come la reazione aldolica, la reazione di Michael e la reazione ene.
Altre reazioni
Il successo dei ligandi di dioxazolin nelle reazioni di ciclopropanazione spinomerica ha promosso la loro applicazione nelle reazioni di ciclonitrogenazione. Un'altra reazione comune è l'idrosilazione, il cui utilizzo è cresciuto a partire dal primo impiego dei ligandi PyBOX. Oltre a ciò, esistono applicazioni di nicchia come i catalizzatori di fluorurazione e le ciclizzazioni di tipo Wacker.
Contesto storicoI ligandi ossozolinici furono utilizzati per la prima volta nella catalisi asimmetrica già nel 1984, quando Brunner et al. dimostrarono che erano efficaci nelle reazioni spinosteriche stereoselettive del ciclopropano in combinazione con vari gruppi di Schiff. All'epoca, i gruppi di Schiff erano ligandi importanti perché erano stati utilizzati da Noyori nella sua scoperta della catalisi asimmetrica nel 1968 (per la quale lui e William S. Knowles vinsero in seguito il premio Nobel per la chimica). La ricerca di Brunner è stata ispirata da Tadatoshi Aratani, che attualmente sta lavorando sulle reazioni selettive del ciclopropano. Sebbene le prestazioni del ligando ossazolina siano state deludenti nei primi test, raggiungendo solo il 4,9% di stereoselettività, Brunner ha esplorato nuovamente il ligando ossazolina nel corso dello studio dei dioli monofenilati, portando a Lo sviluppo di ligandi piridilossizolina chirali è stato raggiunto con un ee del 30,2% (potenziamento asimmetrico, che ha raggiunto il 45% rispettivamente nel 1986 e nel 1989).
Nello stesso anno, Andreas Pfaltz et al. hanno segnalato il successo della ciclopropanazione spinomerica asimmetrica utilizzando ligandi a mezza corona C2-simmetrici con ee pari al 92%-97%. Sebbene siano stati menzionati i lavori di Brunner e Aratani, la progettazione del ligando si basava principalmente sulle sue precedenti ricerche su vari composti macrociclici. Tuttavia, uno svantaggio di questi ligandi è che richiedono sintesi in più fasi con una resa complessiva di circa il 30%. La ricerca di Brunner portò allo sviluppo delle prime diossazoline e Nishiyama sintetizzò il primo ligando PyBox nel 1989, che aprì la strada al raggiungimento di risultati fino al 93% di ee nelle reazioni di legame. Successivamente, Masamune et al. hanno segnalato il primo ligando BOX nel 1990 e hanno ottenuto un risultato fino al 99% di ee nella reazione spinociclopropano catalizzata dal rame, che è stato un risultato sorprendente all'epoca e ha scatenato un grande interesse per i ligandi BOX. di grande interesse.
Con lo studio approfondito della sintesi dell'anello 2-ossozolinico, sono state pubblicate numerose pubblicazioni scientifiche sull'argomento. Oggigiorno esiste un numero considerevole di ligandi di dioxazolin, la maggior parte dei quali è ancora strutturalmente incentrata sui classici motivi BOX e PyBOX, ma include anche alcune strutture alternative, come i composti assialmente chirali. La diversità dei ligandi di diossizolina fa sì che svolgano un ruolo importante nella catalisi asimmetrica. L'innovazione può continuare a essere una sfida in futuro?
