Stereoselektivita je převládající tvorba jednoho stereoizomeru nad druhým v chemické reakci . Jsou-li výsledné stereoizomery enantiomery , pak se tento jev nazývá enantioselektivita , pokud jsou stereoizomerními produkty diastereomery – diastereoselektivita . Kvantitativně se stereoselektivita vyjadřuje v termínech enantiomerního nebo diastereomerního přebytku [1] .
Aby stereoizomery v principu vznikly v reakci, musí struktura molekul splňovat určité podmínky symetrie [2] .
Dojde -li k transformaci homotopických skupin nebo připojení k homotopickým stranám, pak vzniká jediný součin [K 1] [3] . Například bromace některé z homotopických methylových skupin acetonu nebo přidání činidla na kteroukoli z jeho homotopických stran povede k vytvoření jednoho produktu [2] .
Pokud dojde k transformaci enantiotopických skupin nebo připojení k enantiotopickým stranám, pak ve většině případů vznikají stereoizomery [K 2] [4] . Pokud se v reakci k takovému substrátu přidá achirální činidlo, pak se vytvoří dva enantiomery, ale pokud se přidá chirální činidlo, pak se vytvoří diastereomery [2] .
Pokud dojde k transformaci diastereotopických skupin nebo připojení k diastereotopickým stranám, pak vždy vzniká dvojice diastereomerů [K 3] [5] . Navíc, bez ohledu na to, zda je činidlo chirální nebo ne, reakční produkty jsou vždy diastereomery [2] .
Stupeň stereoselektivity pro kteroukoli konkrétní reakci je obtížné předpovědět, je však možné formulovat podmínky nezbytné pro její vznik [6] .
Vznik diastereomerů je tedy doprovázen tvorbou diastereomerních přechodových stavů , které se liší geometrií, a proto mají různé energie. Z tohoto důvodu se diastereomery vždy získávají při reakcích v nestejných množstvích. Tento jev je pozorován jak při reakcích diastereotopických skupin nebo stran molekul, tak při reakcích enantiotopických skupin nebo stran s chirálním činidlem. Nestejný poměr výsledných diastereomerů může souviset s různou rychlostí jejich tvorby (kineticky řízená diastereoselektivita) nebo s jejich různou stabilitou (termodynamicky řízená diastereoselektivita) [6] .
K tvorbě páru enantiomerů dochází jako výsledek reakce enantiotopických skupin nebo stran molekul s achirálním činidlem. V průběhu takové transformace se vytvoří dva různé přechodové stavy, které jsou navzájem zrcadlovými obrazy, mají stejnou energii, a proto se tvoří stejnou rychlostí. Rychlosti tvorby dvou enantiomerů jsou tedy také stejné a stereoselektivita není pozorována [6] .
Stereoselektivita se tedy do určité míry projevuje v přítomnosti diastereomerních přechodných stavů, zatímco skutečné enantioselektivní reakce neexistují, protože jsou také založeny na určitých diastereomerních interakcích [6] .
Jak bylo uvedeno výše, ve skutečnosti musí i enantioselektivní reakce projít diastereomerními přechodnými stavy. Protože však ani substrát, ani reaktant při konverzi nejsou chirální, musí být k indukci stereoselektivity použity některé další chirální faktory.
Jednou z běžných metod pro vytvoření enantioselektivity je použití chirálních přísad . Mohou to být všechny látky, které se vracejí z reakce nezměněné: ko-rozpouštědla, fotosenzibilizátory , katalyzátory atd. Příklady takových reakcí mohou být četné příklady asymetrické katalýzy , například aldolová reakce katalyzovaná přirozenou chirální aminokyselinou - prolinem [ 7] .
Rozšířil se také přístup využívající chirální pomocná činidla : substrát s enantiotopickými skupinami reaguje s daným činidlem a tvoří chirální derivát, který pak může interagovat s činidlem (chirálním nebo achirálním) za vzniku směsi diastereomerů v nestejných množstvích. Potom se určitou transformací odstraní chirální pomocné činidlo z reakčních produktů, což vede k neracemické směsi enantiomerů. Je důležité použít enantiomerně čisté pomocné činidlo, protože jeho kontaminace cizím enantiomerem povede ke snížení enantioselektivity reakce [7] .
Existuje také typ reakce, ve které enantiotopický substrát interaguje s chirálním činidlem , ale achirální částice je přenesena z činidla na substrát. Díky tomu se vytvoří diastereomerní přechodný stav (protože je v něm zahrnuto také chirální činidlo), ale jako produkty se tvoří spíše enantiomery než diastereomery, protože samotné chirální činidlo není v produktu zahrnuto. Příkladem takového činidla je NADPH , což je chirální sloučenina a působí jako redukční činidlo ( donor hydridových iontů ) v biologických systémech [7] .
Méně běžné jsou takové přístupy, jako jsou fotochemické přeměny působením kruhově polarizovaného („chirálního“) světla (poskytují nízkou enantioselektivitu) a reakce v chirálním rozpouštědle [7] .
Diastereoselektivitu poprvé objevil Emil Fischer , který ukázal, že poměr diastereomerů vytvořených při vytvoření nového chirálního centra závisí na přítomnosti dalších chirálních center v molekule. Tento jev byl později nazýván asymetrickou indukcí . Pokusy vytvořit obecnou teorii pro předpovídání směru diastereoselektivity byly do značné míry neplodné. Hlavní úspěch v této oblasti je spojen s karbonylovými adičními reakcemi, pro které bylo vyvinuto několik prediktivních modelů [8] .
V roce 1969 Rukh a Ugi navrhli semikvantitativní metodu odhadu stereoselektivity založenou na teorii skupin a použití substitučních konstant, která však nebyla následně vyvinuta [8] .
Jestliže reakce vede ke dvěma stereoizomerním produktům, pak lze stereoselektivitu charakterizovat několika způsoby: poměrem produktů ( r ), jejich procentem nebo přebytkem hlavního produktu ( e ). Pokud v tomto případě převažuje první ze dvou produktů X a Y, pak platí vztahy [9] :
V závislosti na tom, zda se při reakci získají enantiomery nebo diastereomery, se používají termíny enantiomerní přebytek ( ee , anglicky enantiomerní přebytek ) nebo diastereomerní přebytek ( de , anglicky diastereomerní přebytek ). Někdy se při reakci vytvoří diastereomery, které se však poté převedou na enantiomery odstraněním chirálního pomocného činidla z nich , pak se také používá koncept diastereomerního přebytku [9] .
Ve svém významu je hodnota enantiomerního přebytku ee číselně rovna optické čistotě produktu, která se vypočítá jako poměr pozorované specifické rotace ke specifické rotaci čistého enantiomeru. V současnosti však lze enantiomerní přebytek stanovit spolehlivějšími metodami, například NMR spektroskopií nebo chromatografií [9] .