4.11 : Prochiralność

Pojęcie prochiralności prowadzi do nazewnictwa poszczególnych ścian cząsteczki i odgrywa kluczową rolę w reakcji enancjoselektywnej. Jest to koncepcja, w której dwie lub więcej cząsteczek achiralnych reaguje, tworząc produkty chiralne. Typowym procesem jest reakcja achiralnego ketonu w celu wytworzenia chiralnego alkoholu. W tym przypadku achiralny reagent reaguje z achiralnym środkiem redukującym, borowodorkiem sodu, tworząc równomolową mieszaninę chiralnych enancjomerów produktu. Na przykład achiralny 2-butanon daje chiralne enancjomery (R) -2-butanolu i (S) -2-butanolu. W tym przypadku reagent achiralny, który można przekształcić w produkt chiralny poprzez zmianę tylko jednej grupy podstawników, jest znany jako prochiral.

Mechanicznie rzecz biorąc, chiralna konfiguracja produktu zależy od orientacji przychodzącej grupy wodorkowej, która dodaje się do węgla zhybrydyzowanego sp². Ponieważ każda ściana cząsteczki jest unikalna, można im przypisać unikalne nazwy. Jest to zgodne z systemem Cahna – Ingolda – Preloga, w którym priorytety są przypisywane podstawnikom w trygonalnym centrum węgla na podstawie ich liczb atomowych w pierwszym punkcie różnicy. Następnie znakowana jest powierzchnia cząsteczki w zależności od tego, czy sekwencja grup jest zgodna z ruchem wskazówek zegara, czy przeciwnie. Sekwencja na twarzy zgodna z ruchem wskazówek zegara jest oznaczona jako „re”, natomiast ściana przeciwna do ruchu wskazówek zegara jest oznaczona jako „si”. Tutaj kluczową rolę odgrywa czynnik chiralny. W przypadku braku odczynników chiralnych, przychodząca grupa może przyłączać się do cząsteczki z dowolnej strony, tworząc racemiczną mieszaninę produktu. I odwrotnie, chiralne katalizatory lub enzymy mogą dyktować tworzenie jednego z enancjomerów nad drugim. Reakcje te nazywane są zatem reakcjami enancjoselektywnymi.

Dalsza klasyfikacja podstawników na prochiralnym węglu jako homotopowe, diastereotopowe i enancjotopowe jest znacząca i zbadana. Na przykład różne podstawniki wodorowe w (+)-2,6-dimetylocykloheksanonie są indywidualnie klasyfikowane. Jak pokazano na rysunku 1 (a), dwa wodory zaznaczone na niebiesko są homotopowe, dwa wodory zaznaczone na zielono na rysunku 1 (b) są enancjotopowe, a czerwone wodory na rysunku 1 (c) są diastereotopowe.

Rysunek 1: Klasyfikacja podstawników na prochiralnym węglu (+)-2,6-dimetylocykloheksanonu - (a) homotopowy, (b) enancjotopowy i (c) diastereotopowy