Sharpless-epoksidointi

Sharpless-epoksidointi on stereoselektiivinen kemiallinen reaktio, jossa allyylisen alkoholin kaksoissidos hapetetaan orgaanisen peroksidin, kiraalisen tartraattiesterin ja titaanikatalyytin avulla epoksidiksi. Reaktiota käytetään useissa luonnonainesynteeseissä sen erittäin hyvän selektiivisyyden ja suhteellisen halpuuden vuoksi. Reaktion on kehittänyt K. Barry Sharpless yhdessä Tsutomu Katsukin kanssa ja he julkaisivat sen ensimmäistä kertaa vuonna 1980.

Lähtöaineet, reagenssit ja mekanismi
Sharpless-epoksidoinneissa hyvän enantioselektiivisyyden saavuttamiseksi lähtöaineen tulee olla allyylinen alkoholi. Alkoholin kaksoissidos voi olla mono-, di-, tri- tai tetrasubstituoitu eli siinä voi olla liittyneenä yhdestä neljään muuta ryhmää kuin vetyatomeja. Tavanomaiset alkeenit ilman alyylisessä asemassa olevaa hydroksyyliryhmää eivät reagoi selektiivisesti Sharpless-epoksidoinneilla, koska titaanikatalyytti vaatii koordinoituakseen alkeeniin hydroksyyliryhmän. Epoksidoivana hapettimena Sharpless-epoksidoinneissa käytetään tyypillisimmin tert-butyylihydroperoksidia tai kumeenihydroperoksidia, tartraattiesterinä joko dietyylitartraattia tai di-isopropyylitatraattia, joista molemmista on saatavina sekä (+)- että (-)-enantiomeerit ja titaanikatalyyttinä titaani-isopropoksidia.
pienoiskuva|Sharpless-epoksidoinnin katalyyttisesti aktiivinen kompleksi
Sharpless-epoksidoinneissa katalyyttisesti aktiivinen kompleksi muodostuu siten, että tartraattiesteri korvaa kahdesta tiataani-isopropoksidimolekyylistä kaksi isopropoksidiligandia ja muodsotaa dimeerisen kompleksin. Tartraattiesteri sitoutuu titaaniin yhdellä hydroksyyliryhmällä ja yhdellä karbonyyliryhmällä. Tämän jälkeen hapettimena toimiva orgaaninen peroksidi sitoutuu titaaniin korvaten yhden isopropoksidi-ligandin ja tartraattiesterin karbonyyliryhmän. Neljäs isopropoksidiligandi korvautuu, kun allyylisen alkoholin hydroksyyliryhmä korvaa sen. Näin on muodostunut katalyyttisesti aktiivinen kompleksi, joka siirtää happiatomin orgaaniselta peroksidilta allyylisen alkoholin kaksoissidokseen muodostaen epoksidin. Kiraaliset tartraattiesteriligandit muodostavat kompleksiin steeristä estettä siten, että allyylinen alkoholi voi kiinnittyä vain yhdeltä suunnalta ja tuote on pääasiassa vain yhtä enantiomeeria. Sharpless-epoksidointien enantioylimäärä voi olla lähes 100%. Muodostuvan enantiomeerin stereokemia riippuu ainoastaan käytetyn tartraattiesterin stereokemiasta. (R,R)- eli (-)-isomeeri tartraattiestereistä, johtaa eri epoksidienantiomeerin muodostumiseen kuin (S,S)-eli (+)-isomeeri.
pienoiskuva|(-)-tartraattiesterin käyttö Sharpless-epoksidoinneissa johtaa epoksidin muodostumiseen re-puolelle ja (+)-enantiomeerin käyttö muodostaa epoksidin si-puolelle.

Sharpless-epoksidoinnin käyttö ja rajoitukset
Sharpless-epoksidointeja voidaan käyttää useiden luonnoaineiden ja lääkeaineiden asymmetrisissä synteeseissä, esimerkiksi propranololin ja takrolimuusin synteeseissä. Suuressa mittakaavassa menetelmän käyttö on kuitenkin harvinaista ja tärkein useita tonneja vuodessa Sharpless-epoksidoinnilla valmistettava kemikaali on glysidoli. Sharpless-epoksidoinnin ongelmia ovat vaatimus allyylisen alkoholin käytöstä lähtöaineena, orgaanisten peroksidien käsittely ja muodostuvien epoksialkoholien vaikea puhdistettavuus. Tämän vuoksi asymmetriseen epoksidointiin on kehitetty myös muita menetelmiä kuten Jacobsen-epoksidointi.Donald T. Witiak & Allen T. Hopper: Pharmaceuticals, Chiral, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2000. Viitattu 8.7.2014Hans-Ulrich Blaser, Andreas Pfaltz & Helma Wennemers: Chiral Compounds, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2012. Viitattu 8.7.2014

Lähteet

Luokka:Orgaaniset reaktiot