Metatesi di olefine (e non solo...)
La metatesi di olefine permette lo scambio di sostituenti tra diverse olefine - una transalchilidenazione.

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Questa reazione venne usata la prima volta nella raffinazione del petrolio per la sintesi di olefine superiori (Shell higher olefin process - SHOP), con catalizzatori di nichel in presenza di alte pressioni e temperature. Oggi, anche polieni con PM > 250000 vengono prodotti industrialmente in questo modo.

Procedure di laboratorio sinteticamente utili, ad elevate rese includono la chiusura d'anello tra gruppi terminali vinilici, la cross metathesis - la reazione intermolecolare di gruppi vinilici terminali - e l'apertura d'anello di alcheni tensionati. Quando vengono usate delle molecole con gruppi vinilici terminali, l'equilibrio può essere direzionato verso la rapida rimozione dell'etilene prodotto dalla miscela di reazione. La ring opening metathesis, di cui ho appena parlato, può impiegare un eccesso del secondo alchene (per esempio etilene), ma può anche essere condotta come una reazioni di omo- o co-polimerizzazione. La forza alla base di tale processo è la perdita della tensione d'anello.

Tutte queste applicazioni sono state rese possibili tramite lo sviluppo di nuovi catalizzatori omogenei. Sotto sono mostrati alcuni di questi catalizzatori, che tollerano più gruppi funzionali e sono più stabili e facili da maneggiare.

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I catalizzatori di Schrock sono più attivi e più utili nella conversione di substrati stericamente più impegnativi, mentre i catalizzatori di Grubbs tollerano un'ampia varietà di gruppi funzionali.

I catalizzatori di Grubbs di seconda generazione sono ancora più stabili e più attivi di quelli della versione originale, la cosiddetta prima generazione. Alcuni di questi vengono riportati qui sotto:

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K. Grela, S. Harutyunyan, A. Michrowska, Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 114, 4038.


Meccanismo della metatesi di olefine

Iniziazione:

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Ciclo catalitico:

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Cross metathesis o metatesi incrociata

Questa reazione è la transalchilidenazione di due alcheni terminali con rilascio di etilene, catalizzata da carbenoidi di rutenio (catalizzatori di Grubbs). Statisticamente, la reazione può portare a tre possibili coppie di isomeri geometrici, cioè le coppie E/Z per i due omocoupling e per il cross-coupling (R-CH=CH-R, R'-CH=CH-R', e R-CH=CH-R') - per un totale di 6 prodotti.

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La selettività di questa reazione è tuttora sotto ulteriore indagine, ma esistono diversi esempi in cui i due alcheni con differente reattività danno il prodotto di metatesi incrociata con rese e selettività eccellenti.


Ring Opening Metathesis o metatesi d'apertura d'anello (Polimerizzazione) - ROM(P)

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Anelli tensionati possono essere aperti tramite una reazione catalizzata da un carbene di rutenio con un secondo alchene che segue in meccanismo della cross metathesis. La driving force è la perdita di questa tensione d'anello. Dato che i prodotti contengono gruppi vinilici terminali, possono avvenire diverse reazioni di metatesi incrociata. Quindi, le condizioni di reazione (tempo, concentrazioni...) devono essere ottimizzate per favorire il prodotto desiderato.

In assenza di un eccesso del secondo partner di reazione, avviene polimerizzazione (ROMP):

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La reazione inversa - la Ring Closing Metathesis - è un utile strumento di sintesi per la preparazione di anelli da 5 a 30 membri.


Ring Closing Metathesis o metatesi di chiusura d'anello (RCM)

[Immagine: ring-c6.gif]

Come detto, tramite questa reazioni si è in grado di preparare anelli, per la precisione alcheni ciclici, da 5 a 30 membri. La selettività E/Z dipende dalla tensione d'anello.

I catalizzatori di Ru usati tollerano una varietà di gruppi funzionali, ma normalmente la molecola deve avere catene laterali polari che sono in grado di costruire un templato per il catalizzatore. I catalizzatori moderni di seconda generazione di Grubb sono i più versatili.


Meccanismo

L'intermedio chiave è un metallaciclobutano, che può subire cicloreversione o verso i prodotti o indietro verso i materiali di partenza. Quando le olefine del substrato sono terminali, la forza alla base della RCM è la rimozione dell'etilene dalla miscela di reazione.

Iniziazione:

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Ciclo catalitico (Chauvin):

[Immagine: ring-c1.gif]

Metatesi di alchini nella sintesi: Sintesi della (+)-ferrugina e della anatossina-α

Sebbene sia stata posta molta enfasi sull'importanza della metatesi di alcheni in sintesi organica, la metatesi di alchini è anch'essa significativa. Le reazioni di metatesi di alchini con alcheni e le reazioni di metatesi di alchini con alchini vengono entrambe condotte efficacemente.

Una sintesi enantiospecifica del potente agente anti Alzheimer (+)-ferruginina 1 e due sintesi two enantiospecifiche del potente agente anti Alzheimer anatossina-α 2 vennero presentate simultaneamente all'inizio del 2004. In entrambi i casi, il materiale di partenza usato fu l'economico acido piroglutammico 3, ed in entrambi i casi la sintesi dipendeva dalla metatesi catalizzata da Ru alchino-alchene o ene-ino.

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Il primo report, ricevuto il 25 febbraio, inviato da Varinder Aggarwal della Bristol University (Org. Lett. 2004, 6, 1469.) è rappresentativo di tutti e tre i report. L'omologazione di Ohira dell'aldeide 6 ha portato all'enino 8. Uno studio dettagliato ha mostrato che la metatesi alchino-alchene stava procedendo in modo pulito, ma che il prodotto 10 era quindi decomposto dal catalizzatore di Ru. L'uso del meno reattivo catalizzatore di Grubbs di prima generazione 9 ha portato alla conversione pulita di 8 in 10.

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Il secondo report (Tetrahedron Lett. 2004, 45, 4397.), ricevuto il 27 febbraio, veniva da Miwako Mori della Hokkaido University. La ciclizzazione di 11 a formare l'anello a sette membri dava solo basse rese. Al contrario, la ciclizzazione del silil derivato 12 avveniva efficacemente, con la concomitante desililazione.

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Il terzo report (Org. Lett. 2004, 6, 1329.), ricevuto il 29 febbraio, veniva da Stephen Martin della University of Texas. Il materiale di partenza in questo caso era l'altro enantiomero dell'acido piroglutammico 3, per ottenere l'enantiomero naturale, la (+)-anatossina-α 2. La metatesi è stata condotta sull'enino 15, ancora usando il catalizzatore di Grubbs di seconda generazione 13. La scissione ossidativa selettiva ha portato quindi a 2.

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Mark Overhand della Leiden University sempre nel 2004 ha riportato (Tetrahedron Lett. 2004, 45, 4379.) un esempio di metatesi alchino-alchino, la ciclizzazione di 17 in 19. Per questa reazione, è stato usato un catalizzatore di tungsteno.

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[-] I seguenti utenti ringraziano quimico per questo post:
Max Fritz, Pomodoronda
E così vediamo finalmente anche la sintesi dell'anatossina-α! Ottimo lavoro ;-)
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Vedere solo teoria dopo 1po' stufa... Se c'è o ci sono applicazione/i la cosa è più intrigante, più reale. Se no cosa servono centinaia di reazioni? A niente. Senza applicazione pratica è tutto fine a se stesso... Ci sono intere pagine di queste applicazioni.
Da me a Como c'era un progetto di metatesi interessante... Miei amici hanno lavorato sia a Como che all'estero (tipo Parigi) su questi argomenti, spesso con risultati molto interessanti.
Una mia amica ha scoperto che sali di Au(I) sono in grado di catalizzare la cicloisomerizzazione di β-allenilidrazoni fornendo così un efficace metodo di sintesi di N-aminopirroli multisostituiti, con rese buone-ottime.
Questo nuovo metodo di ciclizzazione intramolecolare può essere applicato ad alleni alchil- o aril-sostituiti. La reazione procede in condizioni blande con corti tempi di reazione attraverso una migrazione selettiva intramolecolare di 1,2-alchile o -arile estendo così lo scopo generale della reazione.

Erica Benedetti; Gilles Lemière; Laure-Lise Chapellet; Andrea Penoni; Giovanni Palmisano; Max Malacria; Jean-Philippe Goddard; Louis Fensterbank; Gold(I)-catalyzed cyclization of β-allenylhydrazones: an efficient synthesis of multisubstituted N-aminopyrroles, Organic letters 2010;12(19):4396-9.
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