O que é um substrato ambidente?

Há uma subseção em Marchs Advanced Organic Chemistry [1, pp. 450–451] que fornece uma definição direta e alguns exemplos :

10.G.viii. Substratos Ambidentes

Alguns substratos (por exemplo, 1,3-diclorobutano) podem ser atacados em duas ou mais posições, e estes podem ser chamados de substratos ambidentes . No exemplo dado, acontece que há dois grupos de saída na molécula. Além do diclorobutano, e em geral, existem dois tipos de substratos que são inerentemente ambidentes (a menos que simétricos). Um deles, o tipo alílico, já foi discutido (Seção 10.E). O outro é o substrato de epóxi (ou aziridina ⁵²⁴ ou episulfeto semelhante). ⁵²⁵ A seletividade para uma ou outra posição é geralmente chamada de regiosseletividade.

Substituição do epóxido livre, que geralmente ocorre sob básico ou neutro condições, geralmente envolve um mecanismo S _N 2. Uma vez que os substratos primários sofrem o ataque S _N 2 mais prontamente do que os secundários, os epóxidos assimétricos são atacados em solução neutra ou básica no carbono menos altamente substituído, e estereoespecificamente, com inversão nesse carbono. Em condições ácidas, é o epóxido protonado que sofre a reação. Nessas condições, o mecanismo pode ser S _N 1 ou S _N 2. Nos mecanismos S _N 1, que favorecem os carbonos terciários, o ataque pode ser esperado no carbono mais altamente substituído, e este é realmente o caso. No entanto, mesmo quando os epóxidos protonados reagem pelo que se espera ser um mecanismo S _N 2, o ataque é geralmente na posição mais altamente substituída. ⁵²⁶ Este resultado provavelmente indica carbocátion significativo caráter no carbono (par de íons, por exemplo). Assim, muitas vezes é possível mudar a direção da abertura do anel alterando as condições de básicas para ácidas ou vice-versa. Na abertura do anel de álcoois 2,3-epóxi, a presença de $ \ ce {Ti (O \ textit iPr) 4} $ aumenta a taxa e a regiosseletividade , favorecendo o ataque em C-3 em vez de C-2. ⁵²⁷ Quando um anel epóxido é fundido a um anel ciclohexano, a abertura do anel S _N 2 invariavelmente dá diaxial em vez de diequatorial abertura do anel. ⁵²⁸

Sulfatos cíclicos ( 108 ), preparado a partir de 1,2-dióis, reagem da mesma maneira que os epóxidos, mas geralmente mais rapidamente: 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 .; 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. Ver também, 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. Sou. Chem. Soc. 1969 , 91, 2649. Para obter um método de substituir essa preferência, consulte McKittrick, B.A .; Ganem, B. J. Org. Chem . 1985 , 50, 5897.
⁵²⁹ Gao, Y .; Sharpless, K.B. J. Sou. Chem. Soc. 1988 , 110, 7538; Kim, B.M .; Sharpless, K.B. Tetrahedron Lett. 1989 , 30, 655.

Referência

1. Smith, M. Química orgânica avançada de março: reações, mecanismos e estrutura , 7ª ed.; Wiley: Hoboken, Nova Jersey, 2013 . ISBN 978-0-470-46259-1.

Concordo com a resposta de andselisk. No entanto, os Substratos Ambidentes não estão limitados aos exemplos dados de March nessa resposta. Um substrato, que pode ser consecutivamente atuado como um eletrófilo de um nucleófilo também é chamado de substrato ambidente ( Ref.1). Um dos melhores exemplos é o acetaldeído ou propanaldeído na condensação de aldol:

Em 2002, Barbas III & colegas de trabalho relataram que L-prolina ( $ \ bf {\ text {cat1}} $ ) poderia catalisar a condensação dupla do propionaldeído ( $ \ bf {1} $ ), agindo consecutivamente como um pró-nucleófilo e um eletrófilo, a outros aldeídos alifáticos que fornecem lactóis, $ \ bf {3} $ , em um rendimento moderado depois de intramolecular ele miacetalização (Esquema B) (Ref.2).

Referências:

1. Céline Sperandio, Jean Rodriguez, Adrien Quintard, " Estratégias catalíticas para a síntese de 1,3-poliol por criação de cascatas enantiosseletivas funções múltiplas do álcool, " Org. Biomol. Chem. 2020 , 18 , 1025-1035 (DOI: 10.1039 / C9OB02675D ).
2. Naidu S. Chowdari, DB Ramachary, Armando Córdova, Carlos F. Barbas III, " Reações de montagem assimétrica catalisadas por prolina: montagem semelhante a enzima de carboidratos e policetídeos de três substratos de aldeído, " Tetrahedron Lett. 2002 , 43 (52) , 9591-9595 ( https://doi.org/10.1016/S0040-4039(02) 02412-7 ).