Mimoradny rozvoj metodiky organicke syntezy, umozneny mj. sirokou aplikaci organometalicke chemie, dnes dovoluje pripravit v podstate libovolnou prirodni i neprirodni latku. Problemem vsak zustava efektivita syntezy, tj. pocet kroku a celkovy vytezek. Obecne plati, cim selektivnejsi nastroje pouzijeme, tim je synteza efektivnejsi (potlacime vznik nezadoucich vedlejsich produktu, vyhneme se nutnosti chraneni a odchraneni funkcnich skupin a pod.).
Nebyvaly pokrok na poli chemo-, regio-, stereo- a enantioselektivity organickych reakci, ktery se udal v poslednich dvaceti letech, je mozne dokumentovat totalni syntezou strychninu. Zatimco slavny Woodwarduv pristup z roku 1954, jeden z milniku organicke syntezy 20. stoleti1, zahrnuje 28 stupnu s celkovym vytezkem 0.00006%, o ctyricet let pozdeji dosahl Rawal2 v 15tistupnove sekvenci celkoveho vytezku 10%. Toto 100 000 nasobne (!) zvyseni celkoveho vytezku ukazuje, ze pouziti modernich selektivnich syntetickych nastroju (spolu s promyslenou strategii) muze priblizit efektivitu laboratorni syntezy efektivite prirodnich procesu.
Specialnim pripadem selektivity v organicke chemii je dichotomie organickych reakci. Je znama rada pochodu, u nichz se mohou uplatnit dva konkurencni reakcni kanaly. Reakce presto neni neselektivni, nebot v zavislosti na pouzitych reakcnich podminkach se vylucne (resp. s prevahou) uplatnuje bud jeden, nebo druhy reakcni kanal. Tato dvojakost chovani organickych latek, mnohdy velmi dramaticka, muze byt dokumentovana O- versus C-alkylaci enolatu, SN2 versus SN2' mechanismem allylove substituce, basicitou versus nukleofilicitou organokovovych sloucenin a pod.
Objeveni dichotomniho prubehu organicke reakce je vetsinou dilem nahody. Detailni studium tohoto jevu ma vsak nesporny vyznam. Z teoretickeho hlediska je pochopeni jemneho pozadi chemickych reakci prubirskym kamenem naseho poznani. Prakticky dopad je take zrejmy. Porozumime-li dichotomii, muzeme ji ovladnout. Volbou reakcnich podminek (casto zmenou zdanlive zanedbatelneho, subtilniho faktoru3) muzeme cilene ridit prubeh organicke reakce ve smyslu chemo-, regio-, stereo- a enantioselektivity.
Cetne priklady dichotomniho chovani muzeme pozorovat pri studiu sterickeho prubehu organickych reakci, tj. dualismu cis/trans, E/Z, R/S, syn/anti aj. Stereochemicka dichotomie muze byt indukovana nejruznejsimi faktory: chemickymi (volbou substratu, cinidla, aditiva, katalyzatoru), fyzikalne chemickymi (volbou rozpoustedla), fyzikalnimi (volbou teploty, reakcni doby, tepla nebo svetla) a dokonce statistickymi. Pro ilustraci uvedme nasledujici priklady:
- Stericky prubeh allylove substituce (od ciste retence po cistou inverzi konfigurace) dramaticky zavisi na povaze odstupujici skupiny (kontrola substratem) ci katalyzatoru (kontrola katalyzatorem)4
- Stericky prubeh aldolizace (syn versus anti) muze byt spolehlive rizen pouzitou bazi (kontrola cinidlem) resp. pridavkem aditiva (kontrola aditivem)5
- Stericky prubeh nahrady hydroxylove skupiny chlorem pusobenim thionylchloridu (SN2 versus SNi) zavisi na polarite rozpoustedla (rozpoustedlovy efekt)6
- Prenos chirality (R versus S) pri redukci prochiralni iminove skupiny zavisi na pouzite teplote (kontrola teplotou)7
- Absolutni konfigurace alkoholu (R versus S) vznikleho redukci ketonu pomoci chiralniho hydridoveho cinidla prekvapive zavisi na stari tohoto cinidla (kontrola reakcni dobou)8
- Stericky prubeh elektrocyklizace (konrotace versus disrotace) zavisi na pouzitem fyzikalnim vlivu, tj. svetlu ci teplu (kontrola symetrii orbitalu)9
- Absolutni konfigurace produktu (R versus S) pri spontanni absolutni asymetricke transformaci racematu je rizena zakony statistiky (statisticka kontrola)10.
Fenomen dichotomie se objevuje nejen v organicke synteze ci pri studiu mechanismu organickych reakci, ale nove ve zcela neprobadane oblasti molekularnich zarizeni. Kontrola dichotomniho chovani reverzibilni reakce predstavuje elementarni logicky prvek ano-ne. Zda se, ze dichotomie organickych reakci by mohla v budoucnosti hrat dulezitou ulohu pri vyvoji pametovych a logickych systemu na molekularni urovni11. Lze predpokladat, ze uspech takto orientovaneho vyzkumu by mohl iniciovat zasadni (mozna revolucni) pokrok soucasne informacni technologie.
1. Woodward R. B., Cava M. P., Ollis W. D., Hunger A., Daeniker H. U., Schenker K.: J. Am. Chem. Soc. 76, 4749 (1954).
2. Rawal V. H., Iwasa S.: J. Org. Chem. 59, 2685 (1994).
3. Stara I. G., Stary I., Tichy M., Zavada J., Hanus V.: J. Am. Chem. Soc. 116, 5084 (1994).
4. (a) Gallina C., Ciattini P. G.: J. Am. Chem. Soc. 101, 1035 (1979), (b) Stary I., Kocovsky P.: J. Am. Chem. Soc. 111, 4981 (1989), (c) Dvorak D., Stary I., Kocovsky P.: J. Am. Chem. Soc. 117, 6130 (1995).
5. Van Draanen N. A., Arseniyadis S., Crimmins M. T., Heathcock C. H.: J. Org. Chem. 56, 2499 (1991).
6. (a) Squires T. G., Schmidt W. W., McCandlish, C. S., Jr.: J. Org. Chem. 40, 134 (1975), (b) Hudson H. R., de Spinoza G. R.: J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1976, 104
7. Harada K., Yoshida T.: J. Org. Chem. 37, 4366 (1972).
8. Yamaguchi S., Mosher H. S.: J. Org. Chem. 38, 1870 (1973).
9. (a) Fonken G. J.: Tetrahedron Lett. 1962, 549, (b) Woodward R. B., Hoffmann R.: J. Am. Chem. Soc. 87, 395 (1965).
10. Pincock R. E., Perkins R. R., Ma A. S., Wilson K. R.: Science 174, 1018 (1971).
11. (a) Feringa B. L., Jager W. F., de Lange B., Meijer E. W.: J. Am. Chem. Soc. 113, 5468 (1991), (b) Tsivgoulis G. M., Lehn J.-M.: Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 34, 1119 (1995).
RNDr. Ivo Stary, CSc. je absolventem PrFUK a pracuje na UOCHB AV CR. Je prvym nositelem ceny Alfreda Badera udelene v roce 1994 CSCH. Tento clanek je strucnym abstraktem "Baderovy prednasky".