立体選択性

化学において、立体選択性^[1]とは、単一の反応物が、新たな立体中心を非立体特異的に生成する過程、または既存の立体中心を非立体特異的に変換する過程において、不均等な立体異性体混合物を形成する化学反応の特性である。 ^{[2]選択性は、異なる}生成物をもたらす機構経路における立体効果と電子効果の差から生じる。立体選択性の程度は変化するが、2つの経路間の活性化エネルギーの差は有限であるため、完全選択性になることは決してない。両方の生成物が少なくとも生成可能であり、単に量が異なるだけである。しかし、好ましい場合には、微量立体異性体は、使用する分析方法では検出できないことがある。

エナンチオ選択的反応とは、キラルな出発物質から光学活性な生成物を生成する反応において、キラル触媒、酵素、またはキラル試薬を使用して、一方のエナンチオマーが他方よりも優先して生成される反応である。選択性の程度は、エナンチオマー過剰率で測定される。重要なバリエーションは、速度論的分割であり、これは、既存のキラル中心がキラル触媒、酵素、またはキラル試薬と反応して、一方のエナンチオマーが他方よりも速く反応して、反応性の低いエナンチオマーを残すか、既存のキラル中心が同じ分子内の他の場所の反応中心の反応性に影響を与える。

ジアステレオ選択的反応とは、あるジアステレオマーが他のジアステレオマーよりも優先して生成され（または、すべての可能なジアステレオマーのサブセットが生成物の混合物を支配する）、好ましい相対立体化学を確立する反応である。この場合、2つ以上のキラル中心が一度に生成され、1つの相対立体化学が優先されるか、^[3]または既存のキラル中心（光学的に純粋である必要はない）が、別のキラル中心の生成中に立体化学の結果に偏りを生じます。相対選択性の程度は、ジアステレオマー過剰率によって測定されます。

立体収束は、2 つの異なる立体異性体の反応によって単一の生成物立体異性体が生成される場合、立体特異性の反対と考えることができます。

立体選択性の質は、生成物とその立体化学にのみ関係します。反応は、多数の立体異性体生成物の中から、形成される 1 つまたは 2 つを選択します。

立体変異とは、ある立体異性体が別の立体異性体に変換されることを指す一般的な用語である。例えば、ラセミ化（S _N 1反応など）、エピマー化（ロブリー・ド・ブリュイン・ファン・エケンシュタイン変換におけるD-グルコースとD-マンノースの相互変換など）、または不斉変換（ラセミ化合物から純粋なエナンチオマーへの変換、または一方のエナンチオマーが過剰に存在する混合物への変換、またはジアステレオマー混合物から単一のジアステレオマーへの変換、または一方のジアステレオ異性体が優勢な混合物への変換）などがある。^[4]

例

適度な立体選択性の例としては、 2-ヨードブタンの脱ハロゲン化水素反応が挙げられ、この反応では60%のトランス-2-ブテンと20%のシス-2-ブテンが生成されます。^{[5]アルケンの幾何}異性体もジアステレオマーに分類されるため、この反応はジアステレオ選択的とも呼ばれます。

クラム則は、キラル中心に隣接するカルボニル基へのジアステレオ選択的求核付加から生じる主要なジアステレオマーを予測する。キラル中心は光学的に純粋である必要はなく、相対的な立体化学は両方のエナンチオマーで同じになる。以下の例では、(S)-アルデヒドがチアゾールと反応して(S,S)ジアステレオマーを形成するが、(S,R)ジアステレオマーは少量しか生成しない。^[6]

シャープレスエポキシ化は、アキラルなアリルアルコール基質を光学活性エポキシアルコールに変換するエナンチオ選択的プロセスの一例である。キラルなアリルアルコールの場合、速度論的分割が生じる。別の例としては、シャープレス不斉ジヒドロキシル化がある。以下の例では、アキラルなアルケンは、4つの立体異性体のうちの1つだけを生成する。^[7]

カルボカチオンの隣に立体中心があるため、分子間^[8]および分子内^[9]^{[10]反応において立体選択的に置換反応が起こり得る。以下に示す反応では、求核剤（フラン）は、かさ高い}t-ブチル基から離れた最も遮蔽されていない側から形成されたカルボカチオンに近づくことができ、高い面ジアステレオ選択性が得られる。

立体選択的生合成

ピノレジノールの生合成には、誘導タンパク質と呼ばれるタンパク質が関与している。最初の誘導タンパク質はForsythia intermediaで発見された。このタンパク質は、コニフェリルアルコールモノマーからの(+)-ピノレジノールの立体選択的生合成を誘導することがわかった。 ^{[11]最近、}アラビドプシス・タリアナで、(−)-ピノレジノールの立体選択的合成を誘導する、 2番目のエナンチオ補完誘導タンパク質が同定された。^[12]

参照

注釈と参考文献

^ (a)「カルバニオノイド反応の重複制御。I. アルカリエポキシ化における立体選択性」、Zimmerman, HE; Singer, L.; Thyagarajan, BSJ Am. Chem. Soc.、1959、81、108-116。 (b)Eliel, E.、「炭素化合物の立体化学」、McGraw-Hill、1962、pp 434-436。
^ たとえば、S _N 1 反応は既存の立体中心を破壊し、新しい立体中心を生成します。
^ または、すべての可能な相対立体化学よりも少ない数が得られます。
^ Eliel, EL & Willen SH、「有機化合物の立体化学」、John Wiley & Sons、2008年、1209ページ。
^ 塩基促進脱離反応における塩基強度とサイズの影響。Richard A. Bartsch、Gerald M. Pruss、Bruce A. Bushaw、Karl E. Wiegers J. Am. Chem. Soc. ; 1973 ; 95(10); 3405-3407. doi :10.1021/ja00791a067
^ 有機合成学、Collection. Vol. 10、p.140 (2004); Vol. 77、p.78 (2000)。リンク
^ 有機合成学、Collection Vol. 10、p.603 (2004); Vol. 79、p.93 (2002).リンク
^ 2-置換1-フェニル-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンへのジアステレオ選択的フリーデルクラフツ環化反応Friedrich Mühlthau、Thorsten Bach Synthesis 2005 : 3428-3436 doi :10.1055/s-2005-918482
^ キラルベンジルカチオンの分子内および分子間反応における高い面ジアステレオ選択性Friedrich Mühlthau、Oliver Schuster、Thorsten Bach J. Am. Chem. Soc.、2005、127 (26)、pp 9348–9349 doi :10.1021/ja050626v
^ 安定化カルボカチオンによる立体選択的反応Pier Giorgio Cozzi および Fides Benfatti Angew. Chem. Int. Ed. 2009 , 48 doi :10.1002/anie.200905235
^ Davin LB、Wang HB、Crowell AL、他 (1997)。「活性中心を持たない補助（誘導）タンパク質による立体選択的二分子フェノキシラジカルカップリング」。Science . 275 ( 5298): 362–6. doi :10.1126/science.275.5298.362. PMID 8994027. S2CID 41957412。
^ Pickel B、Constantin MA、Pfannsteil J、Conrad J、Beifuss U、Schaffer A (2007 年 3 月)。「フェノールのエナンチオ選択的ラッカーゼ触媒酸化カップリングのためのエナンチオ補完誘導タンパク質」。Angewandte Chemie。53 ( 4 ) : 273–284。doi : 10.1007/s10086-007-0892- x。S2CID 195313754。

[1] (a)「カルバニオノイド反応の重複制御。I. アルカリエポキシ化における立体選択性」、Zimmerman, HE; Singer, L.; Thyagarajan, BSJ Am. Chem. Soc.、1959、81、108-116。 (b)Eliel, E.、「炭素化合物の立体化学」、McGraw-Hill、1962、pp 434-436。

[2] たとえば、S _N 1 反応は既存の立体中心を破壊し、新しい立体中心を生成します。

[3] または、すべての可能な相対立体化学よりも少ない数が得られます。

[4] Eliel, EL & Willen SH、「有機化合物の立体化学」、John Wiley & Sons、2008年、1209ページ。

[5] 塩基促進脱離反応における塩基強度とサイズの影響。Richard A. Bartsch、Gerald M. Pruss、Bruce A. Bushaw、Karl E. Wiegers J. Am. Chem. Soc. ; 1973 ; 95(10); 3405-3407. doi :10.1021/ja00791a067

[6] 有機合成学、Collection. Vol. 10、p.140 (2004); Vol. 77、p.78 (2000)。リンク

[7] 有機合成学、Collection Vol. 10、p.603 (2004); Vol. 79、p.93 (2002).リンク

[8] 2-置換1-フェニル-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンへのジアステレオ選択的フリーデルクラフツ環化反応Friedrich Mühlthau、Thorsten Bach Synthesis 2005 : 3428-3436 doi :10.1055/s-2005-918482

[9] キラルベンジルカチオンの分子内および分子間反応における高い面ジアステレオ選択性Friedrich Mühlthau、Oliver Schuster、Thorsten Bach J. Am. Chem. Soc.、2005、127 (26)、pp 9348–9349 doi :10.1021/ja050626v

[10] 安定化カルボカチオンによる立体選択的反応Pier Giorgio Cozzi および Fides Benfatti Angew. Chem. Int. Ed. 2009 , 48 doi :10.1002/anie.200905235

[11] Davin LB、Wang HB、Crowell AL、他 (1997)。「活性中心を持たない補助（誘導）タンパク質による立体選択的二分子フェノキシラジカルカップリング」。Science . 275 ( 5298): 362–6. doi :10.1126/science.275.5298.362. PMID 8994027. S2CID 41957412。

[12] Pickel B、Constantin MA、Pfannsteil J、Conrad J、Beifuss U、Schaffer A (2007 年 3 月)。「フェノールのエナンチオ選択的ラッカーゼ触媒酸化カップリングのためのエナンチオ補完誘導タンパク質」。Angewandte Chemie。53 ( 4 ) : 273–284。doi : 10.1007/s10086-007-0892- x。S2CID 195313754。