4.11 : Prochiralità

Il concetto di prochiralità porta alla nomenclatura delle singole facce di una molecola e gioca un ruolo cruciale nella reazione enantioselettiva. È un concetto in cui due o più molecole achirali reagiscono per produrre prodotti chirali. Un processo tipico è la reazione di un chetone achirale che genera un alcol chirale. Qui, il reagente achirale reagisce con un agente riducente achirale, boroidruro di sodio, per generare una miscela equimolare degli enantiomeri chirali del prodotto. Ad esempio, un 2-butanone achirale produce gli enantiomeri chirali di (R)-2-butanolo e (S)-2-butanolo. In questo caso, il reagente achirale, che può essere convertito in un prodotto chirale alterando solo un gruppo sostituente, è noto come prochirale.

Meccanicamente parlando, la configurazione chirale del prodotto dipende dall'orientamento del gruppo idruro in entrata che si aggiunge al carbonio ibridato sp². Poiché ogni faccia della molecola è unica, è possibile assegnare loro nomi univoci. Questo segue il sistema Cahn-Ingold-Prelog, dove le priorità vengono assegnate ai sostituenti nel centro del carbonio trigonale in base ai loro numeri atomici nel primo punto di differenza. La faccia della molecola viene quindi etichettata a seconda che la sequenza dei gruppi sia oraria o antioraria. Una sequenza in senso orario nella faccia è etichettata come "re", mentre la faccia in senso antiorario è etichettata "si". Qui, l’agente chirale gioca un ruolo chiave. In assenza di reagenti chirali, il gruppo entrante può attaccarsi alla molecola da entrambe le facce, risultando in una miscela racemica del prodotto. Al contrario, catalizzatori o enzimi chirali possono dettare la formazione di uno degli enantiomeri rispetto all'altro. Queste reazioni vengono quindi chiamate reazioni enantioselettive.

Un'ulteriore classificazione dei sostituenti sul carbonio prochirale come omotopico, diastereotopico ed enantiotopico è significativa e indagata. Ad esempio, i diversi sostituenti dell'idrogeno nel (+)-2,6-dimetilcicloesanone sono classificati individualmente. Come illustrato nella Figura 1 (a), i due idrogeni blu sono omotopi, i due idrogeni verdi nella Figura 1 (b) sono enantiotopici e gli idrogeni rossi nella Figura 1 (c) sono diastereotopici.

Figura 1: La classificazione dei sostituenti sul carbonio prochirale del (+)-2,6-dimetilcicloesanone - (a) Omotopico, (b) Enantiotopico e (c) Diastereotopico