Eine erfolgreiche Entwicklung der Pauson-Khand-Reaktion mit atropisomeren Substraten könnte zu neuen praktischen Anwendungen führen

Die reiche Vielfalt organischer Verbindungen ist ein Ergebnis der bemerkenswerten Fähigkeit von Kohlenstoffatomen, sich mit verschiedenen Molekülen zu verbinden und Bindungen einzugehen. Variationen dieser Bindungsanordnungen sowie der Arten der beteiligten Atome und funktionellen Gruppen führen zur Bildung von Isomeren. Sie sind eine Art Verbindung, die die gleiche Molekülformel hat, aber unterschiedliche dreidimensionale Formen und Eigenschaften aufweist.

Atropisomere sind eine Art von Isomeren, die entstehen, wenn sperrige Substituenten oder funktionelle Gruppen an eine Einzelbindung gebunden werden und eine eingeschränkte Rotation um die Bindung erfahren. Diese Einschränkung führt zu Molekülen mit einer ausgeprägten räumlichen Anordnung von Atomen und funktionellen Gruppen. Atropisomere kommen häufig in Verbindungen vor, die aromatische Ringe enthalten.

Insbesondere Verbindungen, die durch eingeschränkte Rotation um eine N-C-Einfachbindung zwischen dem aromatischen Ring und der funktionellen Gruppe entstehen, werden als chirale Liganden und chirale Bausteine ​​verwendet, um spezifische Stereoisomere mit chiralen Kohlenstoffzentren zu erzeugen. Sie finden häufig Anwendung in verschiedenen chemischen und pharmazeutischen Anwendungen. Die Aufrechterhaltung der axialen Chiralität um die N-C-Bindung herum ist jedoch schwierig zu erreichen, und dies führt zu einer begrenzten Anzahl synthetisierbarer axial-chiraler N-C-Verbindungen.

In einer aktuellen Studie haben Forscher nun gezeigt, dass bei der Anwendung der Pauson-Khand-Reaktion, einer chemischen Reaktion zur Synthese von Cyclopentenon-haltigen Molekülen, auf atropisomeren Substraten neue Derivate mit einem chiralen Kohlenstoff entstehen können. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Organische Briefe.

Die Forschung wurde von Professor Osamu Kitagawa von der Abteilung für Angewandte Chemie am Shibaura Institute of Technology, Japan, zusammen mit den Doktoranden Ryohei Kasahara und Tatsuya Toyoda geleitet. Dieser Durchbruch ist möglicherweise die erste Demonstration dieser Art und erweitert den Umfang der Synthese solcher Verbindungen erheblich.

„Obwohl [the] Die Pauson-Khand-Reaktion ist eine weit verbreitete Reaktion zur Synthese vieler organischer Verbindungen. Die Reaktion mit atropisomeren Substraten wurde noch nicht erforscht. Aus akademischer Neugier haben wir beschlossen, die Pauson-Khand-Reaktion mit atropisomeren Substraten zu untersuchen“, sagt Prof. Kitagawa über die Studie.

Zu diesem Zweck wandten die Forscher eine intramolekulare Version der Reaktion auf enantiomerenangereicherte atropisomere Sulfonamide an, um chirale stickstoffhaltige trizyklische Verbindungen zu synthetisieren. Sie beobachteten, dass die Durchführung von Pauson-Khand-Reaktionen an enantiomerenangereicherten atropisomeren Sulfonamiden (78–89 % ee), die verschiedene Substituenten enthielten, in Gegenwart eines Co2(CO)8-Komplexes zur Bildung von Produkten mit Enantiomerenüberschüssen im Bereich von 78 % bis 89 % führte.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Pauson-Khand-Reaktion Chiralität effektiv und mit hoher Selektivität von den Ausgangsmaterialien auf die Reaktionsprodukte übertragen kann.

„Die Reaktion mit enantiomerenangereicherten N-C-axial-chiralen Sulfonamid-Derivaten verlief unter vollständigem Chiralitätstransfer von der axialen Chiralität (P-Konfiguration) zur zentralen Chiralität (R-Konfiguration) und ergab chirale stickstoffhaltige trizyklische Verbindungen“, erklärt Prof. Kitagawa.

Darüber hinaus war eine Vielzahl von Substraten mit der Reaktion kompatibel, darunter Sulfonamide mit Methyl-, Chlor- und Bromsubstituenten sowie aromatischen Gruppen. Ein entscheidender Faktor für den Erfolg dieses Ansatzes war das Vorhandensein des Co2(CO)8-Komplexes, der mit dem Substrat ein Zwischenprodukt bildet. Die spezifische Anordnung der Kohlenstoff- und Kobaltatome innerhalb dieses Zwischenprodukts steuert, wie sich Alkene daran binden, und fördert so die Bildung spezifischer Enantiomere.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Maß an Kontrolle der Chiralität in der chemischen Synthese von erheblicher Bedeutung ist und in verschiedenen Bereichen praktische Anwendungen findet, insbesondere bei der Synthese pharmazeutischer Verbindungen.

„Da die Reaktionsprodukte über eine stickstoffhaltige trizyklische Struktur verfügen, kann die Reaktion für neuartige Anwendungen genutzt werden, beispielsweise für die Synthese von Naturstoffen und bioaktiven Verbindungen“, schließt Prof. Kitagawa.