¿Qué es un sustrato ambident?

Hay una subsección en Química orgánica avanzada de marzo [1, págs. 450–451] que proporciona una definición sencilla y un par de ejemplos :

10.G.viii. Sustratos ambientales

Algunos sustratos (por ejemplo, 1,3-diclorobutano) pueden ser atacados en dos o más posiciones, y estos pueden denominarse sustratos ambidentes . En el ejemplo dado, resulta que hay dos grupos salientes en la molécula. Aparte del diclorobutano, y en general, hay dos tipos de sustratos que son inherentemente ambidentes (a menos que sean simétricos). Uno de ellos, el tipo alílico, ya se ha discutido (Sec. 10.E). El otro es el sustrato epoxi (o el sustrato similar de aziridina ⁵²⁴ o episulfuro). ⁵²⁵ La selectividad para una u otra posición generalmente se denomina regioselectividad.

Sustitución del epóxido libre, que generalmente ocurre en condiciones básicas o neutras condiciones, generalmente involucra un mecanismo S _N 2. Dado que los sustratos primarios sufren el ataque de S _N 2 más fácilmente que los secundarios, los epóxidos asimétricos son atacados en solución neutra o básica en el carbono menos altamente sustituido, y estereoespecíficamente, con inversión en ese carbono. En condiciones ácidas, es el epóxido protonado el que sufre la reacción. En estas condiciones, el mecanismo puede ser S _N 1 o S _N 2. En los mecanismos S _N 1, que favorecen los carbonos terciarios, se puede esperar un ataque en el carbono más altamente sustituido, y este es de hecho el caso. Sin embargo, incluso cuando los epóxidos protonados reaccionan mediante lo que se espera que sea un mecanismo S _N 2, el ataque suele estar en la posición más sustituida. ⁵²⁶ Este resultado probablemente indica un carbocatión significativo carácter en el carbono (emparejamiento de iones, por ejemplo). Por tanto, a menudo es posible cambiar la dirección de apertura del anillo cambiando las condiciones de básico a ácido o viceversa. En la apertura del anillo de alcoholes 2,3-epoxi, la presencia de $ \ ce {Ti (O \ textit iPr) 4} $ aumenta tanto la velocidad como la regioselectividad , favoreciendo el ataque en C-3 en lugar de C-2. ⁵²⁷ Cuando un anillo de epóxido se fusiona con un anillo de ciclohexano, la apertura del anillo S _N 2 da invariablemente diaxial en lugar de diecuatorial apertura del anillo. ⁵²⁸

Sulfatos cíclicos ( 108 ), preparados a partir de 1,2-dioles, reaccionan de la misma manera que los epóxidos, pero generalmente más rápido: ⁵²⁹

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⁵²⁴ Chechik, VO; Bobylev, V.A. Acta Chem. Scand. B , 1994 , 48, 837.
⁵²⁵ Rao, COMO; Paknikar, S.K .; Kirtane, J.G. Tetraedro 1983 , 39, 2323; Behrens, C.H .; Sharpless, K.B. Aldrichimica Acta 1983 , 16, 67; Enikolopiyan, N.S. Pure Appl. Chem. 1976 , 48, 317; Dermer, O.C .; Jamón, G.E. Etilenimina y otras aziridinas , Academic Press, NY, 1969 , págs. 206–273.
⁵²⁶ Biggs, J .; Chapman, N.B .; Finch, A.F .; Wray, V. J. Chem. Soc. B 1971 , 55.
⁵²⁷ Caron M .; Sharpless, K.B. J. Org. Chem. 1985 , 50, 1557. Véase también, Chong, J.M .; Sharpless, K.B. J. Org. Chem. 1985 , 50, 1560; Behrens, C.H .; Sharpless, K.B. J. Org. Chem. 1985 , 50, 5696.
⁵²⁸ Murphy, DK; Alumbaugh, R.L .; Rickborn, B. J. Soy. Chem. Soc. 1969 , 91, 2649. Para conocer un método para anular esta preferencia, consulte McKittrick, B.A .; Ganem, B. J. Org. Chem . 1985 , 50, 5897.
⁵²⁹ Gao, Y .; Sharpless, K.B. J. Soy. Chem. Soc. 1988 , 110, 7538; Kim, B.M .; Sharpless, K.B. Tetrahedron Lett. 1989 , 30, 655.

Referencia

1. Smith, M. Química orgánica avanzada de marzo: reacciones, mecanismos y estructura , 7ª ed .; Wiley: Hoboken, Nueva Jersey, 2013 . ISBN 978-0-470-46259-1.

Estoy de acuerdo con la respuesta de andselisk. Sin embargo, los sustratos ambientales no se limitan a los ejemplos dados por marzo en esa respuesta. Un sustrato, que puede actuar consecutivamente como un electrófilo o un nucleófilo también se llama sustrato ambidente ( Ref.1). Uno de los mejores ejemplos es el acetaldehído o propanaldehído en la condensación aldólica:

En 2002, Barbas III & compañeros de trabajo informaron que la L-prolina ( $ \ bf {\ text {cat1}} $ ) podría catalizar la doble condensación de propionaldehído ( $ \ bf {1} $ ), actuando consecutivamente como profinucleófilo y electrófilo, con otros aldehídos alifáticos que proporcionan lactoles, $ \ bf {3} $ , con un rendimiento moderado después de intramolecular él miacetalización (Esquema B) (Ref.2).

Referencias:

1. Céline Sperandio, Jean Rodriguez, Adrien Quintard, " Estrategias catalíticas hacia la síntesis de 1,3-poliol mediante la creación de cascadas enantioselectivas múltiples funciones de alcohol, " Org. Biomol. Chem. 2020 , 18 , 1025-1035 (DOI: 10.1039 / C9OB02675D ).
2. Naidu S. Chowdari, DB Ramachary, Armando Córdova, Carlos F. Barbas III, " Reacciones de ensamblaje asimétrico catalizadas por prolina: ensamblaje de enzimas carbohidratos y policétidos de tres sustratos de aldehído, " Tetrahedron Lett. 2002 , 43 (52) , 9591-9595 ( https://doi.org/10.1016/S0040-4039(02) 02412-7 ).