DESTEK OL

Sharpless Epoxidation

Sharpless Asimetrik Epoksidasyon: Allylik Alkollerin Enantioselektif Epoksidasyonu

Bu bölüm, **allylik alkollerin** (R–CH=CH–CH2OH) **enantioselektif olarak epoksitlere** dönüştürülmesini sağlayan **Sharpless Asimetrik Epoksidasyonu**’nu ele alır. Bu devrim niteliğindeki yöntem, 1980’lerin başında **K. Barry Sharpless** ve ekibi tarafından geliştirilmiş ve **asimetrik katalizin** çığır açan örneklerinden biri olmuştur. Sharpless, bu çalışmasıyla **2001 yılında Nobel Kimya Ödülü**’nü (William S. Knowles ve Ryoji Noyori ile birlikte) almıştır. Reaksiyon, **titanyum izopropoksit** (Ti(OiPr)4), **ter-butil hidroperoksit** (TBHP) ve **şarap asidi türevi** (genellikle **diethyl tartrate**, DET) kullanır. En büyük özelliği, **%90+ enantiyomerik fazlalık** (ee) ile öngörülebilir stereo-kimya sunmasıdır.

Kaşif: Prof. Dr. K. Barry Sharpless

K. Barry Sharpless

Karl Barry Sharpless (1941–), Amerikalı kimyagerdir ve **iki kez Nobel Kimya Ödülü** kazanmıştır: - **2001**: Asimetrik oksidasyon reaksiyonları (Sharpless epoksidasyonu dahil), - **2022**: Click kimyası ve biyortogonal kimya (CuAAC reaksiyonu). Sharpless epoksidasyonu, organik sentezde “**öngörülebilir asimetri**” kavramını tanıtmıştır. Allylik alkolün konfigürasyonu ve kullanılan tartrat enantiyomeri (D- veya L-DET), epoksidin mutlak stereo-kimyasını tamamen belirler.

Reaksiyonun Kısa Tarihsel Gelişimi

1980 öncesinde, asimetrik epoksidasyonlar düşük seçicilikle gerçekleşiyordu. Sharpless, allylik alkollerin **hidroksil grubunun koordinasyon yeteneğinden** yararlanarak, Ti(IV) merkezinde **şiral bir katalitik kompleks** oluşturduğunu keşfetmiştir. Bu kompleks, peroksitin sadece bir yüzünden алкene yaklaşmasını sağlar. 1983’te yayınlanan “**Sharpless modeli**”, epoksidin stereo-kimyasını kolayca tahmin etmeyi mümkün kılmıştır.

Reaksiyonun Genel Formu ve Mekanizması

Sharpless epoksidasyonunun genel formu:

Allylik alkol + TBHP → Epoksid (yüksek ee ile)

Katalizör sistemi: Ti(OiPr)4 + DET + TBHP

Mekanizma şu adımlardan oluşur:

  1. Katalitik kompleks oluşumu: Ti(OiPr)4, DET ve allylik alkol ile koordine olarak şiral bir Ti(IV) kompleksi oluşturur.
  2. Peroksit koordinasyonu: TBHP, Ti merkezine bağlanır.
  3. Asimetrik oksijen transferi: Oksijen, алкene sadece bir yüzünden eklenir — bu, DET’in eliyle kontrol edilir.
  4. Epoksid salınımı: Ürün ayrılır ve katalizör rejenerasyonu olur.

Önemli Kavram: Sharpless Modeli

Allylik alkol, bir düzlemde çizilir; OH grubu sağ alt köşede olacak şekilde yerleştirilir. - **(+)-DET** (L-tartrat) kullanılırsa, oksijen **alttan** eklenir. - **(−)-DET** (D-tartrat) kullanılırsa, oksijen **üstten** eklenir. Bu basit model, epoksidin mutlak konfigürasyonunu %95 doğrulukla tahmin etmeye olanak tanır.

Reaksiyon Koşulları ve Değişkenler

Sharpless epoksidasyonu için tipik koşullar:

  • Substrat: Primer allylik alkol (sekonder de çalışır, ancak daha düşük ee)
  • Oksidant: TBHP (ter-butil hidroperoksit) veya CHP (kumol hidroperoksit)
  • Katalizör: Ti(OiPr)4 (5–10 mol%)
  • Şiral ligand: Diethyl tartrate (DET) veya diisopropyl tartrate (DIPT)
  • Çözücü: Diklorometan (DCM) veya toluen
  • Sıcaklık: −20°C ila oda sıcaklığı
  • Atmosfer: Susuz ve oksijensiz (Ti hassastır)
Allylik Alkol DET Türü Epoksid (Ana Ürün) ee (%)
E-2-Hekzen-1-ol (+)-DET (2R,3R)-Epoksid 95
Z-3-Fenil-2-propen-1-ol (−)-DET (2S,3R)-Epoksid 92
Geraniol (+)-DET 6,7-Epoksi-geraniol 90
1,2-Difenil-2-propen-1-ol (−)-DET trans-Epoksid 88

Uygulama Alanları

Sharpless epoksidasyonu, sentetik organik kimyada çeşitli alanlarda kullanılır:

  • Doğal Ürün Sentezi: Leukotrien, giberellin, disparlür gibi kompleks moleküllerin sentezinde.
  • İlaç Kimyası: Şiral ara ürünlerin hazırlanmasında (örn. β-blokerler).
  • Asimetrik Kataliz Eğitimi: Üniversitelerde temel laboratuvar deneyi olarak.
  • Endüstriyel Uygulamalar: İlaç firmaları tarafından aktif farmasötik bileşen sentezinde.
  • Temel Araştırma: Yeni şiral ligandların test edilmesi için model reaksiyon.

Uygulama Soruları

Soru 1: Sharpless epoksidasyonunda şiraliteyi sağlayan bileşen nedir?

Soru 2: Aşağıdakilerden hangisi Sharpless epoksidasyonunun en büyük avantajıdır?
a) Sadece aromatik alkollerle çalışması
b) Öngörülebilir ve yüksek enantioselektivite
c) Su ortamında yapılması
d) Tersiyer alkollerle çalışması

Soru 3: Allylik alkolün OH grubu sağ altta olacak şekilde çizilirse ve (+)-DET kullanılırsa, oksijen nereden eklenir?
a) Üstten
b) Alttan
c) Rastgele
d) Yanlardan

Temel İlkeler

Sharpless epoksidasyonunu anlamak için:

  • Bu, allylik alkollerin asimetrik epoksidasyonudur.
  • Ti(IV)/tartrat katalitik sistemi kullanılır.
  • Yüksek ee (%90–98) ve öngörülebilir stereo-kimya sunar.
  • Sadece allylik alkollerle çalışır — diğer alkoller uygun değildir.

Laboratuvar Uygulaması

Tipik bir prosedür: 1 mmol allylik alkol, 1.2 mmol TBHP, 0.1 mmol Ti(OiPr)4, 0.12 mmol (+)-DET, 5 mL kuru DCM, −20°C’de 12 saat karıştırılır. Reaksiyon, sodyum sülfit ile söndürülür ve ekstraksiyon yapılır. Ürün kolon kromatografisi ile saflaştırılır. Enantiyomerik fazlalık (ee), HPLC veya NMR ile ölçülür.

Önemli Uyarılar

  • Ti(OiPr)4 nemden çok hassastır — kuru koşullarda çalışılmalıdır.
  • Reaksiyon **sadece allylik alkollerle** yüksek seçicilikle çalışır.
  • DET’in saflığı ee’yi doğrudan etkiler — yüksek saflıkta kullanılmalıdır.
  • Sharpless, bu yöntemi “kimyagerin en iyi arkadaşı” olarak tanımlamıştır.
  • 2001 Nobel Kimya Ödülü’nün temel taşlarından biridir.

Kaynaklar

1. Katsuki, T., & Sharpless, K. B. (1980). The first practical method for asymmetric epoxidation. Journal of the American Chemical Society, 102(18), 5974–5976. https://doi.org/10.1021/ja00538a077

2. Sharpless, K. B., et al. (1983). Asymmetric epoxidation of allylic alcohols. Journal of Organic Chemistry, 48(22), 4155–4157.

3. Smith, M. B., & March, J. (2007). March’s Advanced Organic Chemistry (6th ed.). Wiley.

4. Nobel Prize in Chemistry 2001. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/summary/