La síntesi de sulfòxids quirals ha estat investigada teòricament considerant dos dels mètodes més avançats: l'oxidació asimètrica de sulfurs amb peròxid d'hidrogen catalitzada per vanadi i el mètode DAG. El mecanisme d'aquestes reaccions va ser explorat a nivell DFT (teoria del funcional de la densitat) en sistemes models. L'origen de l'enantioselectivitat en els sistemes reals va ser investigat emprant mètodes híbrids QM/MM (mecànica quàntica/mecànica molecular). L'estudi DFT sobre la sulfoxidació asimètrica catalitzada per vanadi va revelar que aquest procés segueix un mecanisme de transferencia directa d'oxigen en que el substrat s'oxida en una única etapa concertada. El catalitzador és un complex de vanadi(+V) en que l'oxidant es coordina al metall en mode hidroperoxo. Aquest complex catalitza el procés d'oxidació reduint la barrera energètica de 40.4 a 26.7 kcal/mol. L'estudi QM/MM del sistema real va demostrar que existiexen dos diastereòmers del catalitzador, etiquetats com a A i B, que catalitzen l'oxidació induint enantioselectivitats oposades. La coexistencia d'A i B en solució va permetre racionalitzar l'influència de l'estructura del lligand quiral sobre l'enantioselectivitat. L'estudi DFT del mètode DAG va revelar que la resolució cinètica dinàmica implicada en aquesta reacció segueix un mecanisme d'addició/eliminació. L'etapa clau és l'addició en que l'alcohol reacciona directament amb el clorur de sulfinil. Aquest procés implica un transferència d'hidrogen que és assistida per una base. La trimetilamina redueix la barrera d'aquest procés desde 26.8 a 12.2 kcal/mol. La base també catalitza la racemització del clorur de sulfinil reduint la barrera de la seva inversió piramidal desde 63.4 a 22.3 kcal/mol. La subsititució inicial del clor per la base va ser descartada. L'estudi QM/MM del sistem real confirmà que l'enantioselectivitat d'aquest procés es pot invertir amb facilitat emprant diferents bases no quirals, com la piridina o la colidina, tal com va ser observat experimentalment. El nostre estudi revelà que el paper estèric de la base és fonamental quan la piridina es canvia per colidina. Aquest canvi de base implica una inversió de la distribució quiral del volum estèric al voltant del sofre que provoca el canvi en el sentit de l'enantioselectivitat.
A computational approach to the synthesis of chiral sulfoxides
Balcells Badia, D. (Autor). 29 de juny 2006
Tesi d’estudis: Tesi doctoral
Tesi d’estudis: Tesi doctoral