Gennembrud i organisk kemi:Asymmetriske synteser af nyttige, unikke chirale forbindelser

Atropisomerer er en klasse af stereoisomerer (kemiske forbindelser, der adskiller sig i rumligt arrangement af atomer), der stammer fra begrænset rotation omkring en enkeltbinding og har forskellige anvendelser i kemi. Til dato, mest forskning i atropisomerer har fokuseret på "biarylatropisomerer" (på grund af rotationsbegrænsningen omkring en kulstof-kulstofbinding), men det er også muligt for atropisomerer at opstå fra rotationsrestriktioner omkring en nitrogen-carbon (N-C) binding. Disse N-C aksialt chirale forbindelser findes i forskellige naturprodukter og bioaktive forbindelser og har således lovende anvendelser inden for medicin og landbrug. Desuden, disse er kendt for at være nyttige som chirale byggesten og chirale ligander.

Selvfølgelig, før forskere kan drage fordel af sådanne applikationer, de skal udvikle en gennemførlig metode til at syntetisere det. "Selvom der for nylig er fundet en række bioaktive forbindelser og naturlige produkter med en N-C aksial chiral struktur, ingen effektiv syntetisk metode var kendt, "bemærker professor Osamu Kitagawa fra Shibaura Institute of Technology (SIT), Japan. For at løse dette problem, Prof. Kitagawa og hans team har brugt de sidste par årtier på at udvikle effektive metoder til syntese af N-C aksialt chirale forbindelser. I et papir for nylig offentliggjort i Beretninger om kemisk forskning , Prof Kitagawa opsummerer sit holds præstationer siden 2002.

I 2001 Prof. Kitagawas gruppe begyndte at undersøge en aldrig før forsøgt katalytisk asymmetrisk syntese af ortho-tert-butylanilider og andre N-C aksialt chirale forbindelser. I 2005, de fandt ud af, at reaktion af akirale sekundære ortho-tert-butylanilider med 4-iodonitrobenzen i nærvær af en chiral palladium (Pd) katalysator (katalytisk enantioselektiv aromatisk aminering) resulterede i den meget enantioselektive (asymmetriske) syntese af NC aksialt chiral N-aryleret tert-butylanilider. De eksperimenterede derefter med at tilpasse denne intermolekylære N-aryleringsreaktion til brug i intramolekylære reaktioner, og deres indsats førte til syntesen af ​​forbindelser kaldet "N-C aksialt chirale lactamer" (som havde høje optiske renheder). Vigtigt, disse reaktioner repræsenterede de første enantioselektive synteser af N-C aksielt chirale forbindelser med en chiral katalysator.

Forskerne fortsatte deres arbejde ved at bruge chirale Pd-katalyserede intramolekylære N-aryleringer for at opnå de enantioselektive synteser af N-C aksialt chirale quinolin-4-on- og phenanthridin-6-on-derivater. De brugte også forskellige chirale Pd-katalyserede reaktioner til at fremstille optisk aktive N-C aksialt chirale forbindelser kaldet N-(2-tert-butylphenyl)indoler, 3- (2-bromphenyl) quinazolin-4-oner, og N-(2-tert-butylphenyl)sulfonamider. Prof Kitagawas forskning har ført til den vellykkede syntese af potentielt nyttige forbindelser, såsom en N-C aksialt chiral mebroqualon, der fungerer som en agonist af specifikke receptorer til stede i hjernen, kaldet "GABA-receptorer" (og har potentielle terapeutiske egenskaber).

Faktisk, siden 2005, den enantioselektive syntese af N-C aksialt chirale forbindelser er blevet et emne af stor interesse for kemikere uden for Prof. Kitagawas forskerhold. For eksempel, litteraturen om syntesen af ​​aksialt chirale anilider med katalytiske enantioselektive aromatiske amineringer går tilbage til 2005, med et forskningspapir fra Prof. Kitagawas team, men siden da andre forskningsgrupper har publiceret mere end 70 originale artikler om meget enantioselektiv syntese af forskellige N-C aksialt chirale forbindelser ved brug af chirale katalysatorer. Yderligere, holdets papir fra 2010 om den katalytiske enantioselektive syntese af N-C aksialt chirale indoler repræsenterede et vigtigt bidrag til udviklingen af ​​aksialt chiral indolkemi, og forskellige forskningsgrupper har siden udviklet katalytiske asymmetriske synteser for forskellige indolderivater, der inkluderer en C-C chiral akse eller en N-C chiral akse. Prof. Kitagawa selv ser sit laboratoriums arbejde som vigtige anvendelser til "syntesen af ​​optisk aktive lægemiddelforbindelser og naturlige produkter med N-C aksial chiralitet."

Afslutningsvis, Prof. Kitagawas forskerhold har haft held med at udtænke katalytiske enantioselektive synteser af N-C aksialt chirale forbindelser. Dette arbejde har inspireret andre forskerhold til at yde yderligere bidrag inden for samme felt og har ført til brugbare syntetiske veje for bioaktive forbindelser med potentiel medicinsk værdi. Prof Kitagawa forudsiger, at den katalytiske asymmetriske syntese af N-C aksialt chirale forbindelser vil fortsætte med at tiltrække opmærksomhed, takket være de potentielle anvendelser af sådanne forbindelser på tværs af en bred vifte af områder.