Catálisis asimétrica con metales: Sharpless y Noyori
Un metal de transición con un ligando quiral crea un entorno asimétrico en el que el sustrato solo puede reaccionar por una de sus caras. El Premio Nobel de Química de 2001 reconoció dos familias de estas reacciones: las hidrogenaciones asimétricas de Knowles y Noyori, y las oxidaciones asimétricas de Sharpless.
Hidrogenación asimétrica con rodio
El catalizador de Wilkinson, RhCl(PPh3)3, hidrogena los alquenos en disolución por el ciclo catalítico del tema 9. A finales de los años sesenta, William Knowles sustituyó la trifenilfosfina por fosfinas quirales, y en 1971 Henri Kagan introdujo el DIOP, una difosfina con simetría C2 derivada del ácido tartárico. Con la difosfina DIPAMP, Knowles desarrolló en Monsanto la primera síntesis industrial por catálisis asimétrica, la de la L-DOPA, el fármaco contra la enfermedad de Parkinson (1974).
El grupo acetamido es imprescindible: su oxígeno se coordina al rodio junto con el doble enlace y fija el sustrato en una geometría rígida. Muchas hidrogenaciones asimétricas necesitan un grupo así, que «ancle» el sustrato al metal.
Noyori: BINAP y rutenio
El BINAP, 2,2′-bis(difenilfosfino)-1,1′-binaftilo, preparado por Ryōji Noyori en 1980, no tiene estereocentros: es quiral porque los dos naftalenos no pueden girar alrededor del enlace que los une (quiralidad axial). Sus complejos de rutenio(II) hidrogenan con más del 99 % de ee una gama muy amplia de sustratos: ácidos insaturados, alcoholes alílicos y, sobre todo, cetonas con un grupo coordinante, como los β-cetoésteres. A diferencia de la reducción con oxazaborolidinas (CBS), usa hidrógeno y cantidades muy pequeñas de catalizador.
En 1995 Noyori describió los catalizadores de rutenio con una diamina quiral, que reducen cetonas sencillas, como la acetofenona, por transferencia de hidrógeno desde el isopropanol o el ácido fórmico. El hidrógeno del NH del ligando y el hidruro del metal se transfieren a la vez al carbonilo.
Epoxidación de Sharpless
En 1980, Tsutomu Katsuki y K. Barry Sharpless describieron la epoxidación de los alcoholes alílicos con hidroperóxido de terc-butilo, tetraisopropóxido de titanio y tartrato de dietilo (DET). El alcohol y el oxidante se unen al mismo titanio, cuyo entorno quiral fija el tartrato, y el oxígeno se transfiere a una sola cara del doble enlace. El enantiómero del tartrato decide el del epóxido, con ee superiores al 90 %, y la reacción solo afecta al doble enlace alílico: en el geraniol, el doble enlace C6=C7 no se toca.
Como ambos enantiómeros del tartrato son baratos, pueden obtenerse los dos epóxidos. Con los alcoholes alílicos secundarios racémicos la reacción es una resolución cinética: un enantiómero se epoxida mucho más deprisa que el otro. Para los alquenos sin grupo hidroxilo se usan los complejos de manganeso y salen de Jacobsen y Katsuki (1990). Repasa la epoxidación de alquenos.
Dihidroxilación asimétrica
La dihidroxilación con OsO4 se vuelve enantioselectiva con ligandos derivados de los alcaloides de la quina: la dihidroquinidina (DHQD) y la dihidroquinina (DHQ), unidas por una ftalazina (PHAL). Sharpless las comercializó como mezclas listas para usar: el AD-mix-β lleva (DHQD)2PHAL, y el AD-mix-α, (DHQ)2PHAL, junto con osmato de potasio en cantidad catalítica, ferricianuro de potasio como reoxidante y carbonato de potasio. A diferencia de la epoxidación, funciona con casi cualquier alqueno.
