La dihidroxilación responde a los efectos estéricos y procede en las posiciones menos obstaculizadas. ¿Cuál será el producto principal en la siguiente reacción si el reactivo utilizado es tetróxido de osmio seguido de hidrógeno sulfito de sodio?
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El quid de la cuestión original parece ser por qué las condiciones de dihidroxilación estándar de Upjohn (tetróxido de osmio cat. con NMO como oxidante terminal) no responden a los efectos de dirección basados en el enlace de hidrógeno, mientras que el tetróxido de osmio estequiométrico en combinación con TMEDA sí lo hace.
Uno de los primeros informes sobre ligandos de diamina en el osmio (entre los que se encuentra la TMEDA) fue el del grupo de EJ Corey en 1996 (, que obtuvo una estructura cristalina del tetróxido de osmio unido, en este caso, a una diamina quiral de forma bidentada. (Si está familiarizado con la dihidroxilación asimétrica de Sharpless, verá por qué este fue un primer paso importante).
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Una vez comprendida la coordinación de los ligandos de diamina con el tetróxido de osmio, varios grupos comenzaron a pensar en por qué esto permitió la dirección de la dihidroxilación basada en los enlaces de hidrógeno. La referencia más completa que he encontrado es un capítulo en Organic Reactions de Donohoe et al. (DOI: 10.1002/0471264180.or076.01 tristemente no está disponible, pero un archivo .doc al que le faltan las figuras está disponible en el sitio web de la editorial que puede ser algo útil).
El grupo de Donohoe (en colaboración con varios otros) también publicó un estudio detallado de los estados de transición de estas reacciones dirigidas en 2002 (DOI: 10.1021/jo026161y espero que esté más disponible).
El argumento esencial que se esgrime es que la TMEDA (u otra diamina quelante) actúa como una base de Lewis, proporcionando densidad de electrones al tetróxido de osmio, lo que a su vez hace que esté más dispuesto a establecer enlaces de hidrógeno (los carbonilos más densos en electrones están más dispuestos a establecer enlaces de H). Esta es quizás una conclusión sensata, dado lo electrofílico que es el tetróxido de osmio, con 4 átomos altamente electronegativos que tiran de la densidad de electrones.
En el artículo, Donohoe propone dos posibles estructuras de TS para el efecto director, estando el oxígeno o el nitrógeno implicados en la coordinación con el hidroxilo del sustrato. Mediante trabajos de RMN e IR se determinó finalmente que la TS-A era la verdadera vía en la que el TMEDA se dona al tetróxido de osmio, y el carbonilo del osmio utiliza su par solitario para coordinarse con el hidroxilo del subestado.
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Para concluir. Las condiciones estándar de Upjohn dan el producto esperado sólo por un argumento estérico (opuesto al hidroxilo) mientras que las condiciones modificadas de TMEDA dan el producto formado a través de la dirección mediada por los enlaces H.
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¿Pero no se aplicará la misma razón para la m-CPBA
Esta parte de la pregunta debería ser tal vez otra pregunta por completo, pero creo que es justo decir que el tetróxido de osmio tiene cero parecido con el mCPBA, la electrónica de un centro metálico frente a la electrónica de un perácido son completamente diferentes y, como tal, su capacidad relativa de enlace de hidrógeno y por lo tanto ser dirigido será significativamente diferente.
