4.11 : Прохиральность

Концепция прохиральности приводит к номенклатуре отдельных граней молекулы и играет решающую роль в энантиоселективной реакции. Это концепция, согласно которой две или более ахиральные молекулы реагируют с образованием хиральных продуктов. Типичным процессом является реакция ахирального кетона с образованием хирального спирта. Здесь ахиральный реагент реагирует с ахиральным восстановителем, боргидридом натрия, с образованием эквимолярной смеси хиральных энантиомеров продукта. Например, ахиральный 2-бутанон дает хиральные энантиомеры (R)-2-бутанола и (S)-2-бутанола. Здесь ахиральный реагент, который можно превратить в хиральный продукт путем изменения всего одной группы заместителя, известен как прохиральный.

С механистической точки зрения хиральная конфигурация продукта зависит от ориентации входящей гидридной группы, которая присоединяется к sp²-гибридизированному углероду. Поскольку каждая грань молекулы уникальна, им можно дать уникальные имена. Это соответствует системе Кана-Ингольда-Прелога, в которой приоритеты присваиваются заместителям в тригональном углеродном центре на основе их пятиатомных номеров в первой точке различия. Затем грань молекулы помечается в зависимости от того, как расположена последовательность групп: по часовой стрелке или против часовой стрелки. Последовательность на грани по часовой стрелке обозначается как «re», а последовательность на грани против часовой стрелки обозначается как «si». Здесь ключевую роль играет хиральный реагент. В отсутствие хиральных реагентов поступающая группа может прикрепиться к молекуле с любой стороны, в результате чего образуется рацемическая смесь продукта. И наоборот, хиральные катализаторы или ферменты могут диктовать образование одного из энантиомеров над другим. Эти реакции соответственно называются энантиоселективными реакциями.

Дальнейшая классификация заместителей прохирального углерода на гомотопные, диастереотопные и энантиотопные является значимой и исследуемой. Например, различные водородные заместители в (+)-2,6-диметилциклогексаноне классифицируются индивидуально. Как показано на рисунке 1(a), два водорода, выделенные синим цветом, являются гомотопными, два водорода, окрашенные в зеленый цвет на рисунке 1(b), являются энантиотопными, а красные атомы водорода на рисунке 1(c) являются диастереотопными.

Рисунок 1: Классификация заместителей прохирального углерода (+)-2,6-диметилциклогексанона - (а) гомотопные, (б) энантиотопные и (в) диастереотопные.