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La magia della selezione invertita: in che modo l'idroborazione catalizzata da metalli influisce sulla regioselettività del prodotto?
La reazione di idroborazione catalizzata da metalli in chimica è una tecnica importante nella sintesi organica ed è considerata uno dei tanti esempi di catalisi omogenea. Lo sviluppo di questa tecnologia può essere fatto risalire al 1975, quando Kono e Ito segnalarono che il catalizzatore di Wilkinson (Rh(PPh3)3Cl) poteva subire un'addizione ossidativa al fenolo borano (HBcat) apparentemente inattivo, promuovendo così la reazione di idroborazione. partecipare.
L'idroborazione catalizzata da metalli rende la funzionalizzazione dei doppi legami carbonio-carbonio più efficiente e selettiva, cosa che non è possibile con l'idroborazione non catalizzata.
Nel 1985, Männig e Nöth dimostrarono per primi che il catalizzatore di Wilkinson può effettivamente catalizzare l'idroborazione delle olefine mediante HBcat, mentre in assenza di catalizzatore la reazione di idroborazione porta alla riduzione del gruppo carbonioso. Con il progresso della ricerca successiva, si è scoperto che l'idroborazione catalizzata da metalli di transizione presenta caratteristiche uniche di selettività di gruppo funzionale, regio-, stereo- e chimica.
Meccanismo di reazione
Si ritiene generalmente che le reazioni di idroborazione catalizzate da Rh avvengano tramite la dissociazione del centro Rh(I) dal legante trifenilfosfina. Successivamente, il legame B-H dell'idruro borato subisce un'addizione ossidativa per formare un complesso idruro Rh(III) a 16 elettroni. L'inserimento migratorio dell'olefina può quindi fornire due regioisomeri del complesso del boruro alchilico Rh(III).
Durante la rigenerazione del catalizzatore, l'eliminazione riduttiva dell'estere borato rilascia il catalizzatore, un processo che consente al ciclo catalitico di procedere.
Tuttavia, nella comunità accademica esistono opinioni divergenti riguardo al meccanismo di coordinazione delle olefine. Il meccanismo di dissociazione sostenuto da Männig e Nöth presuppone che la coordinazione dell'olefina sia accompagnata dalla perdita del legante trifenilfosfina, mentre il meccanismo combinato proposto da Burgess et al. presuppone che l'olefina si leghi al cloro senza perdere il legante. L'applicazione di metodi computazionali ha aiutato gli studiosi a esplorare questo ambito in modo approfondito e i risultati dimostrano che entrambi i meccanismi hanno le proprie prove di supporto.
Selettività
Oltre alle prime prove fornite da Männig e Nöth, la sintesi totale della (+)-ptilocaulin ha anche dimostrato l'idroborazione selettiva delle olefine terminali in presenza di chetoni. In termini di regioselettività, i risultati dell'idroborazione catalizzata sono significativamente diversi da quelli delle reazioni non catalizzate e, a seconda del legante e dell'olefina, si possono ottenere prodotti Markovnikov o anti-Markovnikov. La regioselettività della reazione catalitica è particolarmente notevole per l'idroborazione dei Vinilareni.
Per spiegare l'elevata regioselettività dell'idroborazione catalitica, Hayashi ha proposto un meccanismo che coinvolge complessi η3-fenilRh. La ricerca successiva si è gradualmente estesa alle olefine con diversi sostituenti. Il risultato più notevole è stato nel 1990, quando Brown e il suo team hanno ottenuto l'idroborazione asimmetrica utilizzando un catalizzatore achirale e un borano chirale derivato dall'efedrina. La selettività è generalmente scarsa, ma il valore ee può raggiungere 90%.Il catalizzatore di Wilkinson o Rh(COD)2 (in presenza di PPh3) produrrà prodotti di Markovnikov, mentre in assenza di catalizzatore si produrranno prodotti anti-Markovnikov.
I risultati in questo ambito sono stati ulteriormente migliorati con l'uso di catalizzatori chirali e fonti di borano achirali, in particolare utilizzando leganti bisfosfina chirali come BINAP. Con l'avanzamento di molteplici studi, sono gradualmente emersi esempi di successo per anelli benzenici con sostituenti e sostituenti più grandi di olefina, il che ha consentito di estendere l'idroborazione catalitica a olefine più stericamente impedite.
Questa tecnologia non solo ha un'importanza di vasta portata per la ricerca accademica, ma offre anche nuove prospettive per le applicazioni industriali, in particolare per la sintesi di piccole molecole con strutture complesse e attività biologica.
Durante l'idroborazione catalitica, i prodotti di ossidazione degli esteri borati vengono spesso convertiti in alcoli, il che limita la portata della sintesi, soprattutto quando sono richiesti gruppi amminici simmetrici e chirali. Attraverso la trasformazione dei composti di borato di idruro di cobalto è possibile sintetizzare feniletilammine α-sostituite, alcune delle quali sono composti commercialmente preziosi. Questa tecnologia è ancora in fase di sviluppo e applicazione in nuovi modi.
In combinazione con i risultati della ricerca di cui sopra, in che modo la ricerca futura supererà le attuali limitazioni sintetiche e promuoverà l'ulteriore sviluppo della tecnologia di idroborazione catalizzata da metalli?
