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Explorando a diversidade das dioxizolinas: Por que elas são os ligantes "privilegiados" da química?
Os ligantes bis(oxazolina) (ligantes BOX para abreviar) são ligantes quirais privilegiados, cuja estrutura contém dois anéis de oxazolina. Esses ligantes geralmente têm simetria C2 e existem em uma variedade de formas, entre as quais estruturas de cadeia CH2 ou piridina são particularmente comuns. Complexos de coordenação de ligantes de dioxazolina são amplamente utilizados em catálise assimétrica, e a chave para seu sucesso está em sua estrutura única e abordagem sintética.
A reatividade química e a seletividade dos ligantes de dioxazolina os tornam ferramentas indispensáveis na catálise assimétrica.
Síntese
A síntese do anel oxazolina é bastante madura e geralmente é preparada pela reação de ciclização do álcool 2-amino com uma variedade de grupos funcionais adequados. Na síntese de dioxazolina, é mais conveniente usar materiais de partida bifuncionais, pois isso permite a geração simultânea de dois anéis. Os materiais mais comumente utilizados são ácidos dicarboxílicos ou compostos dicianos. Devido à disponibilidade desses materiais, a maioria dos ligantes de dioxazolina são preparados a partir desses materiais. A aplicação de BOX e PyBOX se tornou mais comum devido à conveniente síntese em uma etapa usando malona nitrila e ácido dipiridínico, que geralmente são matérias-primas baratas no mercado.
Aplicações Catalíticas
Em geral, a estereoquímica dos ligantes BOX com pontes metílicas é consistente com um intermediário tetraédrico planar distorcido com base em estruturas cristalinas relacionadas. O substituinte da oxazolidinona na posição 4 bloqueia um enantiômero do substrato, levando à seletividade assimétrica. Sua aplicação pode ser vista em muitas reações, como reação de Aldol, reação de Mannich, reação de eno, adição de Michael, reação de ciclização de Nazarov e reação isomérica de Diels-Alder.
Estudos usando (benziloxi)acetaldeído como eletrófilo mostraram estereoquímica consistente com o oxigênio carbonílico sendo ligado lateralmente e o oxigênio do éter sendo ligado axialmente.
Complexos metálicos contendo ligantes de dioxazolina demonstraram eficácia em uma variedade de transformações catalíticas assimétricas e foram objeto de diversas revisões de literatura. A natureza neutra da dioxazolidinona a torna ideal para uso em conjunto com complexos de metais preciosos, sendo os complexos de cobre particularmente comuns. Sua aplicação mais importante e comumente utilizada são as reações de formação de ligações carbono-carbono.
Reações de formação de ligações carbono-carbono
Os ligantes de dioxazolina demonstraram sua eficácia em uma série de reações de cicloadição assimétrica, começando com a primeira aplicação de ligantes BOX em reações de ciclopropanação espinomérica e estendendo-se à cicloadição 1,3-bipolar e à reação de Diels-Alder. Os ligantes dioxizolina também apresentam bom desempenho em diversas reações, como reação aldólica, reação de Michael e reação eno.
Outras reações
O sucesso dos ligantes de dioxazolina em reações de ciclopropanação espinomérica promoveu sua aplicação em reações de ciclonitrogenação. Outra reação comum é a hidrosilação, cujo uso tem aumentado desde o primeiro uso dos ligantes PyBOX. Além disso, há aplicações de nicho como catalisadores de fluoração e ciclizações do tipo Wacker.
Contexto históricoOs ligantes oxozolina foram usados pela primeira vez em catálise assimétrica já em 1984, quando Brunner et al. demonstraram que eles eram eficazes em reações estereosseletivas de ciclopropano espinostérico em combinação com vários grupos Schiff. Na época, os grupos de Schiff eram ligantes importantes porque foram usados por Noyori em sua descoberta da catálise assimétrica em 1968 (pela qual ele e William S. Knowles mais tarde ganharam o Prêmio Nobel de Química). A pesquisa de Brunner foi inspirada por Tadatoshi Aratani, que atualmente trabalha em reações seletivas de ciclopropano. Embora o desempenho do ligante oxazolina tenha sido decepcionante nos primeiros testes, atingindo apenas 4,9% de estereosseletividade, Brunner explorou o ligante oxazolina novamente no curso do estudo de diois monofenilados, levando ao desenvolvimento de ligantes piridiloxazolina quirais foi alcançado com um ee de 30,2%. (aumento assimétrico, atingindo 45% em 1986 e 1989, respectivamente).
No mesmo ano, Andreas Pfaltz et al. relataram o sucesso da ciclopropanação espinomérica assimétrica usando ligantes de meia coroa C2-simétricos com ee tão alto quanto 92% a 97%. Embora o trabalho de Brunner e Aratani tenha sido mencionado, o design do ligante também foi baseado principalmente em suas pesquisas anteriores sobre vários compostos macrocíclicos. Entretanto, uma desvantagem desses ligantes é que eles exigem sínteses em várias etapas com um rendimento geral de aproximadamente 30%. A pesquisa de Brunner levou ao desenvolvimento das primeiras dioxazolinas, e Nishiyama sintetizou o primeiro ligante PyBox em 1989, o que abriu caminho para alcançar resultados de até 93% ee em reações de ligação. Posteriormente, Masamune et al. relataram o primeiro ligante BOX em 1990 e obtiveram um resultado de até 99% ee na reação de espinociclopropano catalisada por cobre, o que foi um resultado surpreendente na época e desencadeou um grande interesse em ligantes BOX. de grande interesse.
Com o estudo aprofundado da síntese do anel 2-oxozolina, muitas literaturas relacionadas foram publicadas. Hoje, existe um número considerável de ligantes de dioxazolina, a maioria dos quais ainda está estruturalmente centrada nos motivos clássicos BOX e PyBOX, mas também inclui algumas estruturas alternativas, como compostos axialmente quirais. A diversidade de ligantes dioxizolina faz com que eles desempenhem um papel importante na catálise assimétrica. A inovação pode continuar a ser desafiadora no futuro?
