Wat is een ambident substraat?

Er is een subsectie in Marchs Advanced Organic Chemistry [1, pp. 450-451] die een duidelijke definitie en een paar voorbeelden geeft :

10.G.viii. Ambident Substrates

Sommige substraten (bijv. 1,3-dichloorbutaan) kunnen op twee of meer posities worden aangevallen, en deze kunnen ambident substrates worden genoemd. In het gegeven voorbeeld zijn er toevallig twee vertrekkende groepen in het molecuul. Behalve dichloorbutaan, en in het algemeen, zijn er twee soorten substraten die inherent ambident zijn (tenzij symmetrisch). Een daarvan, het allylische type, is al besproken (hoofdstuk 10.E). De andere is het epoxy (of het vergelijkbare aziridine ⁵²⁴ of episulfide) substraat. ⁵²⁵ Selectiviteit voor de ene of de andere positie wordt gewoonlijk regioselectiviteit genoemd.

Vervanging van het vrije epoxide, dat doorgaans plaatsvindt onder basisch of neutraal condities, betreft meestal een S _N 2-mechanisme. Aangezien primaire substraten sneller een S _N 2-aanval ondergaan dan secundaire, worden asymmetrische epoxiden aangevallen in een neutrale of basische oplossing bij de minder sterk gesubstitueerde koolstof, en stereospecifiek met inversie bij die koolstof. Onder zure omstandigheden is het het geprotoneerde epoxide dat de reactie ondergaat. Onder deze omstandigheden kan het mechanisme S _N 1 of S _N 2 zijn. In S _N 1-mechanismen, die de voorkeur geven aan tertiaire koolstofatomen, kan een aanval worden verwacht op de meer sterk gesubstitueerde koolstof, en dit is inderdaad het geval. Maar zelfs wanneer geprotoneerde epoxiden reageren door een naar verwachting een S _N 2-mechanisme, vindt de aanval meestal plaats op de hoger gesubstitueerde positie. ⁵²⁶ Dit resultaat duidt waarschijnlijk op een significante carbokation karakter op de koolstof (bijvoorbeeld ionenparing). Het is dus vaak mogelijk om de richting van de ringopening te veranderen door de condities te veranderen van basisch naar zuur of vice versa. In de ringopening van 2,3-epoxyalcoholen verhoogt de aanwezigheid van $ \ ce {Ti (O \ textit iPr) 4} $ zowel de snelheid als de regioselectiviteit , waarbij de voorkeur wordt gegeven aan aanval op C-3 in plaats van C-2. ⁵²⁷ Wanneer een epoxidering wordt gefuseerd met een cyclohexaanring, geeft de S _N 2-ringopening steevast diaxiaal in plaats van diequatoriaal ringopening. ⁵²⁸

Cyclische sulfaten ( 108 ), bereid uit 1,2-diolen, reageren op dezelfde manier als epoxiden, maar meestal sneller: ⁵²⁹

---

⁵²⁴ Chechik, VO; Bobylev, V.A. Acta Chem. Scand. B , 1994 , 48, 837.
⁵²⁵ Rao, ZOALS; Paknikar, S.K .; Kirtane, J.G. Tetrahedron 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 .; Ham, G.E. Ethylenimine and Other Aziridines , Academic Press, NY, 1969 , pp. 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. Zie ook 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. Ben. Chem. Soc. 1969 , 91, 2649. Voor een methode om deze voorkeur op te heffen, zie McKittrick, B.A .; Ganem, B. J. Org. Chem . 1985 , 50, 5897.
⁵²⁹ Gao, Y .; Sharpless, K.B. J. Ben. Chem. Soc. 1988 , 110, 7538; Kim, B.M .; Sharpless, K.B. Tetrahedron Lett. 1989 , 30, 655.

Referentie

1. Smith, M. Marchs Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure , 7e druk; Wiley: Hoboken, New Jersey, 2013 . ISBN 978-0-470-46259-1.

Ik was het eens met andselisks antwoord. Toch zijn Ambident Substrates niet beperkt tot de voorbeelden van March in dat antwoord. Een substraat dat achtereenvolgens kan worden gebruikt als een elektrofiel van een nucleofiel, wordt ook wel ambident substraat ( Ref.1). Een van de beste voorbeelden is aceetaldehyde of propaanaldehyde in aldolcondensatie:

In 2002 hebben Barbas III & collegas gemeld dat L-proline ( $ \ bf {\ text {cat1}} $ ) kan de dubbele condensatie van propionaldehyde katalyseren ( $ \ bf {1} $ ), die achtereenvolgens fungeren als een pro-nucleofiel en een elektrofiel, voor andere alifatische aldehyden die lactolen leveren, $ \ bf {3} $ , met een matige opbrengst na intramoleculaire hij miacetalisatie (schema B) (referentie 2).

Referenties:

1. Céline Sperandio, Jean Rodriguez, Adrien Quintard, " Katalytische strategieën voor 1,3-polyolsynthese door enantioselectieve cascades meerdere alcoholfuncties, " Org. Biomol. Chem. 2020 , 18 , 1025-1035 (DOI: 10.1039 / C9OB02675D ).
2. Naidu S. Chowdari, DB Ramachary, Armando Córdova, Carlos F. Barbas III, " Proline-gekatalyseerde asymmetrische assemblage-reacties: enzymachtige assemblage van koolhydraten en polyketiden van drie aldehyde-substraten, " Tetrahedron Lett. 2002 , 43 (52) , 9591-9595 ( https://doi.org/10.1016/S0040-4039(02) 02412-7 ).