300px|náhled|Graf Gibbsovy energie enantioselektivní adice; asymetrická indukce snižuje energii potřebnou k tvorbě přechodného stavu vedoucího k jednomu z enetiomerů oproti druhému přechodnému stavu.

Asymetrická indukce neboli enantioindukce je proces, při kterém dochází u chemické reakce k přednostní tvorbě jednoho enantiomeru nebo diastereomeru, přičemž je tento jev způsoben chiralitou v substrátu, reaktantu, katalyzátoru nebo reakčním prostředí.IUPAC Gold Book Asymetrické indukce jsou důležitými prvky asymetrických syntéz.

Asymetrickou indukci zavedĺ Hermann Emil Fischer na základě výzkumu sacharidů.Asymmetric Synthesis of Natural Products, Ari Koskinen Tato indukce má několik druhů.

Vnitřní asymetrická indukce spočívá ve využití chirálního centra navázaného na reaktivní část molekuly kovalentní vazbou, přičemž tato vazba během reakce nezaniká. V případě předávané asymetrické indukce je chiralita zavedena v odděleném kroku a poté je použita samostatná reakce k jejímu odstranění; přitom se do reakce zapojují chirální pomocníky. Vnější asymetrické indukce se vyznačují zaváděním chirality u přechodného stavu reakce prostřednictvím katalyzátoru obsahujícího chirální ligand.

Karbonylové 1,2 asymetrické indukce Existuje několik modelů popisujících chirální indukce na karbonylových uhlících během nukleofilních adicí; tyto modely spojují vlivy sterických a elektronových efektů a často jsou navzájem v rozporu.

Cramovo pravidlo Cramovo pravidlo asymetrické indukce vytvořil Donald J. Cram v roce 1952Studies in Stereochemistry. X. The Rule of "Steric Control of Asymmetric Induction" in the Syntheses of Acyclic Systems Donald J. Cram, Fathy Ahmed Abd Elhafez Journal of the American Chemical Society; 1952; 74(23); 5828–5835. Abstract k předpovídání stereochemie reakcí některých acyklických sloučenin. Plné znění pravidla je:

U některých nekatalytických reakcí může převládat jeden diastereomer, vytvořený přístupem navazující se skupiny z nejméně stíněné strany, kde rotační konformace vazby C-C je taková, že dvojná vazba je obklopena dvojicí stericky nejméně stínících skupin navázaných na sousední asymetrické centrum.

Pravidlo říká, že přítomnost asymetrického centra na molekule vyvolává tvorbu asymetrického centra vedle něj, a to s ohledem na sterické stínění.

V roce 1952 vydal Cram knihu, ve které popsal řadu reakcí, u kterých konformace produktů lze vysvětlit pomocí tohoto pravidla a provedl experiment (znázorněný na následujícím obrázku), který jej potvrdil:

600px|Cramovo pravidlo asymetrické indukce

Experimenty zahrnovaly dvě reakce. V prvním reagoval 2-fenylpropionaldehyd (1, racemický, zde je znázorněn jen (R)-enantiomer) s Grignardovým činidlem odvozeným od brombenzenu za vzniku 1,2-difenylpropan-1-olu (2), vytvořeného jako směs diastereomerů, kde převažoval threo izomer.

Převažující tvorba threo-izomeru může být vysvětlena výše uvedeným pravidlem, když při reakci aktivní nukleofil atakuje karbonylovou skupinu ze stericky nejméně stíněné strany, protože zde působí methylová skupina a atom vodíku, což jsou dva nejmenší substituenty na molekule, a fenyl na druhé straně je z nich naopak nejmohutnější.

Asymetrická indukce se projevuje také při redukci 1,2-difenylpropan-1-onu 2 hydridem lithno-hlinitým, u které mezi produkty převažuje erythro izomer (2a). Nukleofilem atakujícím nejméně stíněné místo je zde Hydridový anion (H−).

V práci z roku 1952 se také objevily důkazy podobného strukturního uspořádání u Čugajevovy eliminace, kde reagoval threo izomer za vzniku cis-α-methylstilbenu a z erythro izomeru vznikal trans-produkt.

600px|Scheme 2. Cram Asymmetric Induction Chugaev Reaction

Felkinův model Felkinův model, který vytvořil Hugh Felkin v roce 1968, je dalším modelem předpovídajícím stereochemii nukleofilních adicí na karbonylových skupinách.Torsional strain involving partial bonds. The stereochemistry of the lithium aluminium hydride reduction of some simple open-chain ketones Marc Chérest, Hugh Felkin and Nicole Prudent Tetrahedron Letters Volume 9, Issue 18, 1968, Pages 2199-2204 Felkin si všiml, že Cramův model má výrazný nedostatek: přechodný stav má zákrytovou konformaci mezi karbonylovým substituentem a největším substituentem v poloze α vůči tomuto karbonylu. Zjistil, že postupné posilování sterických efektů při záměně substituentu karbonylu z methylové na ethylovou, isopropylovou a isobutylovou vede ke zvyšování stereoselektivity, což Cramův model nedokáže vysvětlit:

400px|Felkinův model chirální indukce

Felkinova pravidla jsou tato: Přechodné stavy se podobají reaktantům. Torzní (Pitzerovo) napětí, zahrnující i částečné vazby u přechodných stavů, má výrazný podíl na celkovém napětí. Konformace přechodného stavu není zákrytová a substituent R je vůči sousedním skupinám v šikmé poloze.

300px|Felkinův (A) a Cramův přechodný stav (B)

Nejvýznamnější sterické interakce jsou okolo R a na nukleofilu, ne na karbonylovém kyslíku. Atakování nukleofilu probíhá v souladu s velikostí Dunitzova úhlu (107°), vodík se tak oproti karbonylu dostává do zákrytové konformace. Polární efekt stabilizuje přechodný stav s nukleofilem nejvíce odděleným od skupiny odtahující elektrony; například halogenketony se nechovají podle Cramova pravidla a nahrazení fenylové skupiny, která odtahuje elektrony, cyklohexylovou významně snižuje stereoselektivitu.

Felkinův–Anhův (Nguyenův) model Felkin–Anhův (Nguyenův) model je rozšířením Felkinova modelu zahrnujícím vylepšení, která navrhli Nguyễn Trọng Anh a Odile Eisenstein jako nápravy svou slabých míst Felkinova modelu. První z těchto slabin je silní polární efekt u přechodných stavů nukleofilních adicí, který vede k obrácení stereochemie prostřednictvím SN2 reakcí, aniž by se model snažil tento jev zdůvodnit. Anhovým řešením bylo navržení antiperiplanárního efektu jako důsledku asymetrické indukce, řídícího vlivy substituentů i orbitalů.Anh, N. T.; Eisenstein, O. Nouv. J. Chim. 1977, 1, 61Anh, N. T.; Eisenstein, O.; Lefour, J-M.; Dau, M-E. Journal of the American Chemical Society 1973, 95, 6146 V tomto modelu je orbital σ* nejlepšího akceptoru nukleofilu seřazen rovnoběžně s π a π* orbitaly karbonylu, což stabilizuje přicházející anion. náhled Soubor:Felkinanhfigure2.png

Druhým nedostatkem Felkinova modelu je předpoklad minimalizace substituentu karbonylové skupiny, který nelze použít u aldehydů.

Využití Bürgiova–Dunitzova úhluBürgi, H. B.; Dunitz, J. D.; Shefter, E. Journal of the American Chemical Society 1973, 95, 5065Bürgi, H. B.; Dunitz, J. D.; Lehn, J. M.; Wipff, G. Tetrahedron 1974, 30, 1563 umožnilo navrhnout neperpendikulární atak karbonylu nukleofilem, a to v rozmezí 95° až 105° vůči dvojné vazbě kyslík-uhlík, kde je snazší přístup k menšímu substituentu; tímto byla vyřešena předvídatelnost reakcí aldehydů.Anh, N. T.; Eisenstein, O. Tetrahedron Letters 1976, 155Anh, N. T. Topics in Current Chemistry 1980, 88, 146

Soubor:Felkinanhfigure3.png

Protifelkinovská selektivita Přestože se Cramův a Felkinův–Anhův model liší konformery a jinými předpoklady, tak jsou oba pokusy o vysvětlení stejného jevu: převládající adice nukleofilu na stericky výhodné místo karbonylové skupiny.Existuje ale i mnoho reakcí se stereoselektivitou opačnou, než jakou tyto modely ve své základní podobě předpovídají. Přestože se v obou případech pokoušejí o vysvětlení opačné selektivity, tak se produkty takto obráceně probíhajících reakcí stále označují jako „protifelkinovské“. Příkladem obrácené selektivity asymetrické indukce mohou být sloučeniny, které mají α-uhlík substituovaný skupinami, které se chovají jako Lewisovy zásady (například O, N, S, P). V takovém případě po přisání Lewisovy kyseliny, jako je Al-iPr2 nebo Zn2+ dochází k bidentátní chelataci, která zadržuje karbonyl a Lewisovu zásadu ve vzájemně zákrytové konformaci a nukleofil tak molekulu atakuje na místě, kde se nachází nejmenší substituent s volným α-uhlíkem.Mengel A., Reiser O.Chemical Reviews, 1999, 99 (5), 1191–1224 Pokud je chelatující skupina R největší, tak se tímto vytváří „protifelkinovský“ produkt.

Soubor:Felkinanhfigure4.png

Toto stereoselektivní řízení bylo popsáno v prvním článku popisujícím Cramův model, což Crama vedlo k tomu, že tento model vyžaduje nechelatující podmínky.Cram DJ, Elhafez FA. Journal of the American Chemical Society; 1952; 74(23); 5828–5835 Příklad reakce za chelatujících podmínek, popsané roku 1987, v níž byl poprvé pozorován „Cramův chelátový meziprodukt“,Reetz MT, Hullmann M, Seitz T. Angewandte Chemie International Edition in English 1987 26, 477–480 je na následujícím obrázku:

Soubor:Felkinanhfigure5.png

Methyltitaniumchlorid zde vytváří Cramův chelát, poté se od titanu odštěpuje methylová skupina, která atakuje karbonyl, čímž vzniká protifelkinovský diastereomer.

Protifelkinovskou selektivitu mohou také vyvolávat nechelatující substituenty odtahující elektrony. Pokud vytváří substituent na α-uhlíku dostatečně silné odtahování elektronů, tak se nukleofil naaduje do polohy anti- vůči skupině odtahující elektrony, a to i v těch případech, kdy tento substituent největší ze tří skupin na α-uhlíku. Každý z uvedených modelů vysvětluje tento jev jinak. V CornforthověCornforth JW, Cornforth MRH, Mathew KK. Journal of the Chemical Society 1959, 112–127 a původním Felkinově modelu byl navržen polární efekt,Cherest M, Felkin H, Prudent N. Tetrahedron Letters 1968, 18, 2199–2204 který měl způsobovat, že substituent substituent odtahující elektrony a nukleofil musely být vzájemně v poloze anti- , aby nejlépe vyrušily dipólový moment přechodného stavu.

Soubor:Felkinanhfigure6.png

Na obrázku výše je využita Newmanova projekce ke znázornění toho, jak Cornforthův a Felkinův přechodný stav umisťují skupinu odtahující elektrony do polohy anti- oproti přibližujícímu se nukleofilu, a to nezávisle na sterických efektech.

Upravený Felkinův–Anhův model, popsaný výše, používá složitější zapojení polárního efektu, kde je převažující přechodný stav stabilizován interakcemi molekulových orbitalů. Níže je uveden příklad reakce, ve které by tento jev mohl způsobovat protifelkinovskolou selektivitu; znázorněn je také navržený přechodný stav:

Soubor:Felkinanhfigure7.png

Karbonylová 1,3-asymetrická indukce Asymetrické indukce může ovlivňovat také stereoelektronové prostředí okolo β-uhlíku. K předvídání stereoselektivity takových reakcí bylo vyvinuto několik modelů.

Chelatační model Cramův chelatační model 1,2-indukcí lze rozšířit do podoby, kterou lze předvídat reakce chelatovaných komplexů kovů s β-alkoxyaldehydy. Nukleofil je atakován ze stericky méně stíněné strany a anti- vůči substituentu Rβ, což vytváří jako hlavní produkt anti-adukt.Reetz, M. T.; Jung, A. Journal of the American Chemical Society, 1983, 105, 4833

Soubor:Felkinanhfigure8.jpg

Ke vzniku takových chelátů musí mít kovové centrum nejméně dvě volná koordinační místa a je výhodné, aby „ochranné“ ligandy vytvořily bidentátní komplex s Lewisovou kyselinou.

Nechelatační modely

Cramův–Reetzův model Stereochemii 1,3-reakcí lze řídit i v případech, kdy reakce probíhají přes acyklické přechodné stavy. V reakcích β-alkoxyaldehydů s allyltrimethylsilanem se s dobrou selektivitou tvoří anti-1,3-diol, což se dá vysvětlit Cramovým polárním modelem. Polární benzyloxy skupina je oproti karbonylu v poloze anti, čímž se omezují dipólové interakce a nukleofil atakuje objemnější ze dvou zbývajících substituentů v poloze anti.Leitereg, T. J.; Cram, D. J. Journal of the American Chemical Society 1968, 90, 4011Reetz. M. T.; Kesseler, K.; Jung, A. Tetrahedron Letters 1984, 25, 729

Soubor:Felkinanhfigure9.jpg

Evansův model