I CARBOIDRATI COME TEMPLATI CHIRALI

 

Mario Orena

Dipartimento di Scienze dei Materiali e della Terra, Università di Ancona

orena@unian.it

 

I carboidrati sono estremamente utili per la sintesi di composti enantiomericamente puri (sintesi EPC) e sono precursori di catene variamente funzionalizzate, in quanto contengono centri stereogenici a configurazione definita su cui si trovano atomi di ossigeno e di azoto [1-3].

Se una sintesi stereoselettiva ha inizio da un carboidrato, si ha a disposizione uno scheletro con un numero di atomi di carbonio variabile da 3 a 7, che può essere modificato a entrambe le estremità in maniera selettiva, a causa del diverso numero di ossidazione che presentano gli atomi di carbonio posti alle estremità della catena.  È possibile inoltre creare o distruggere centri stereogenici a piacere, semplicemente per ramificazione, cleavage o allungamento della catena.  Di solito la configurazione del centro stereogenico che viene generato è spesso determinata da quella dei centri già presenti nella molecola.  Infine, poiché nei carboidrati sono presenti funzioni ossidriliche e, a volta, amminiche e carbossiliche, lo scheletro carbonioso può essere il punto di partenza per un gran numero di reazioni che portano alla formazione di legami C–C, C–N e C–O, dal momento che i gruppi ossidrilici possono essere sostituiti da altre funzioni con totale stereocontrollo.  Data quindi la facilità di manipolazione dei centri stereogenici e l’altrettanto semplice possibilità di aggiungere o formare catene acicliche, i carboidrati possono essere usati per costruire composti polifunzionalizzati aciclici, carbociclici o eterociclici che contengano uno o più centri stereogenici.

 

Una strategia di sintesi che fornisca un approccio pratico a strutture stereochimicamente complesse può sfruttare l’esistenza del “pool” dei templati chirali, ossia dell’insieme delle strutture dei carboidrati in cui sono presenti più centri stereogenici a configurazione definita.  Dai carboidrati naturali poi, attraverso semplici trasformazioni, è possibile ottenere i “chironi”, ossia sintoni chirali che contengono uno o più centri stereogenici del templato e che costituiscono la base dell’approccio sintetico.  Con il termine chirone si intende una “molecola o un intermedio enantiomericamente puro che contiene una elevata sovrapposizione funzionale e stereochimica con una sottostruttura della molecola target” [3].

 

Per usare questo metodo è necessario in primo luogo l’esame della struttura molecolare da sintetizzare, per riconoscere la configurazione e la posizione dei centri stereogenici presenti.  Essi devono essere poi messi in relazione con quelli dello scheletro carbonioso del chirone, il quale a sua volta deriva dal templato chirale attraverso una serie di reazioni che procedono di volta in volta con inversione o ritenzione di configurazione del centro, a seconda dei casi.  La combinazione di chiralità naturale, costrizioni conformazionali e costrizioni topologiche nei carboidrati porta a individuare fra le loro strutture uno scheletro carbonioso in grado di assicurare un elevato controllo regio– e stereochimico.  Il passaggio logico successivo consiste nella ricerca di una buona sovrapposizione fra i centri stereogenici e le funzioni del templato con quelli del chirone scelto per la preparazione del composto stereochimicamente complesso.  A volte il chirone può presentare un notevole grado di sovrapposizione funzionale e stereochimica con la struttura da preparare, e conserva in parte la struttura del carboidrato di partenza che costituisce il templato. In altri casi, invece, può risultare difficile riconoscere nel chirone la struttura del composto finale, come succede quando i centri devono subire inversioni o gli anelli devono subire cleavage.  Perciò se un prodotto chirale deve essere ottenuto a partire da un carboidrato, innanzi tutto si confrontano il più direttamente possibile i gruppi funzionali e la configurazione assoluta dei centri stereogenici del prodotto desiderato e del monosaccaride in esame.  Questo approccio è valido se c’è una stretta somiglianza fra la struttura del monosaccaride e quella del prodotto o di una parte di esso, come si osserva ad esempio fra la L-eritro-biopterina 1 e il 5-deossi-L-arabinosio 2, che si prepara a sua volta a partire dal L-ramnosio 3, un carboidrato di uso commerciale [2].

 

 

In alternativa, si può sfruttare la possibilità di formare derivati eterociclici chirali, in forma enantiomericamente pura e con costrizioni conformazionali, che nel corso della sintesi facilitano il controllo della regio– e della stereoselettività. Ad esempio, negli anelli a sei termini il sostituente in 5 preferisce una disposizione equatoriale, mentre l’effetto anomerico determina la configurazione al C–1. Ulteriori blocchi conformazionali possono essere introdotti formando sistemi ciclici condensati o a ponte come i derivati della trioxa-trans-decalina 4 o del dioxabiciclo[3.2.1]ottano 5.

 

 

 

1. D. Seebach, R. Imwinkelried, T. Weber, Modern Synthetic Methods, Springer Verlag: Berlin, 1986, 4, 128.

2. A. Vasella, Modern Synthetic Methods, Springer Verlag: Berlin, 1986, 4, 128.

3. S. Hanessian, Total synthesis of natural products: the chirone approach, Pergamon Press: Oxford, 1983.