sintesi asimmetrica

sintesi asimmetrica

sìntesi asimmètrica locuz. sost. f. – In chimica, reazione di sintesi nella quale, partendo da sostanze non chirali, si ottiene un prodotto chirale contenente uno dei due enantiomeri in eccesso rispetto all'altro, a differenza di quanto accade nelle sintesi organiche tradizionali, in cui il prodotto è generalmente in forma di miscela racemica (miscela equimolare dei due enantiomeri). Più in generale, una sintesi asimmetrica (o stereoselettiva) è una reazione nella quale viene aggiunto un nuovo centro di chiralità alla molecola di partenza (che può già possederne), producendo i due stereoisomeri (enantiomeri o diastereoisomeri) in quantità diverse. Se i due possibili prodotti sono enantiomeri, si parla di sintesi enantioselettiva. Il campo di studio delle s. a. è diventato, a partire dall'ultimo decennio del 20° sec., uno dei più importanti della chimica organica. I due enantiomeri di un composto chirale (immagini speculari non sovrapponibili l'uno dell'altro) sono due molecole dotate, in generale, di proprietà chimiche identiche verso tutti i reagenti e gli agenti non chirali, ma marcatamente diverse verso quelli chirali. Quest'ultima caratteristica fa sì che le proprietà biologiche e farmacologiche dei due enenatiomeri siano diverse, poiché le reazioni biochimiche coinvolgono substrati contenenti centri chirali in una data configurazione. I farmaci contenenti il principio attivo sotto forma di miscela racemica esplicano la loro azione, generalmente, per effetto di uno solo dei due isomeri, e la presenza dell'altro è spesso inutile dal punto di vista farmacologico, o addirittura nociva. Un discorso analogo vale per i composti chimici impiegati nel settore degli erbicidi e dei pesticidi. Da qui nasce l'interesse per la disponibilità di metodi di sintesi che evitino o limitino la formazione dell'enantiomero indesiderato. La realizzazione di una s. a. non è l'unico metodo per ottenere singoli enantiomeri: una strategia alternativa si basa sulla separazione (risoluzione) di una miscela racemica (ottenuta con sintesi tradizionale) mediante una reazione chimica che porti alla formazione di diastereoisomeri o mediante metodi strumentali (per es. metodi cromatografici con fasi stazionarie chirali). In linea di principio, però, la possibilità di evitare a monte la formazione dell'enantiomero che non interessa è preferibile, anche dal punto di vista economico e della sostenibilità ambientale dei processi industriali. Le s. a. si basano in genere sull'uso di un reagente prochirale (la cui struttura, cioè, dà origine a un centro chirale a seguito della reazione) e di un catalizzatore chirale (catalisi asimmetrica). L'interazione tra il catalizzatore e il reagente conduce alla formazione di stati di transizione diastereoisomerici: la piccola differenza di energia tra i diversi stati di transizione che poi evolvono formando, rispettivamente, i due enantiomeri, è l'elemento chiave che permette di ottenere in quantità più abbondante (eccesso enantiomerico) uno dei due prodotti. I catalizzatori impiegati tradizionalmente nelle s. a. sono complessi di metalli di transizione (rodio, rutenio, iridio, ecc.) contenenti ligandi chirali bidentati quali bifosfine, bisossazoline, binaftili, ma è anche possibile usare leganti bidentati misti o leganti monodentati; in quest'ultimo caso, l’aggiunta di altri leganti monodentati chirali (o, talvolta, non chirali) aumenta l’enantioselettività del legante. S. a. possono anche essere realizzate con catalizzatori interamente organici (organocatalisi asimmetrica), quali per es. gli amminoacidi (molto usata a questo scopo è la prolina). Infine, come catalizzatori enantioselettivi si possono usare gli enzimi, che sono responsabili del gran numero di reazioni di s. a. che hanno luogo negli organismi viventi. A questo scopo, spesso anziché l'enzima tal quale si preferisce usare un microorganismo. Innumerevoli sono le reazioni organiche asimmetriche sviluppate a partire dagli anni Novanta del 20^o secolo. Tra le prime a essere realizzate con soddisfacenti eccessi enantiomerici vi sono le idrogenazioni e le ossidazioni (epossidazione, bisidrossilazione) di doppi legami carbonio-carbonio, la cui importanza è stata riconosciuta con l'assegnazione del premio Nobel per la chimica nel 2001 a W.S. Knowles, R. Noyori e K.B. Sharpless. Un’alternativa alla sintesi enantioselettiva mediante catalizzatori contenenti leganti otticamente attivi consiste nell’uso, quando possibile, di reagenti o substrati otticamente attivi con leganti non chirali. Il solvente stesso può essere portatore di chiralità. Parallelamente allo sforzo di progettare catalizzatori contenenti leganti sempre più sofisticati allo scopo di aumentare la enantioselettività del processo, in anni recenti sono stati sviluppati vari metodi chimici o chimico-fisici atti ad aumentare l'eccesso enantiomerico di una miscela di enantiomeri ottenuta mediante una s. a., in cui la prevalenza di un isomero sull'altro sia anche molto modesta (amplificazione enantiomerica). Questi metodi sono basati su reazioni autocatalitiche (l'enantiomero in eccesso può catalizzare la sua ulteriore formazione a scapito dell'altro), su processi di dissoluzione/cristallizzazione enantioselettiva o sulla formazione di eutettici dei due enantiomeri in opportuni solventi. Fenomeni di questo tipo sono studiati anche nell'ambito delle ricerche che tentano di spiegare la spiccata tendenza all'omochiralità riscontrata nelle principali biomolecole (amminoacidi, zuccheri) su cui è basato il funzionamento degli organismi viventi.