Le reazioni di riarrangiamento di Stevens e Sommelet-Hauser: meccanismo, catalizzatori e applicazioni.

Rearrangement reactions are a class of organic reactions in which the backbone of a molecule undergoes a rearrangement producing a structural isomer. These include the Stevens and Sommelet–Hauser rearrangements, both of which involve quaternary ammonium salts. Stevens rearrangement refers to the conversion of quaternary ammonium salts or sulfonium salts into amines in the presence of a very strong base; for the Sommelet-Hauser rearrangement, however, we mean a reaction involving benzylic quaternary ammonium salts. First, problems have always been encountered in understanding the mechanism, but the same cannot be said for the Sommelet-Hauser rearrangement, a mechanism on which light was immediately shed. The study of these mechanisms has led the scientific community to investigate catalysts that accelerate the reaction path and increase the yields. The focus was on the latest generation of enzymatic biocatalysts, including for example cytochrome P411 which exerts unprecedented control over the Stevens [1,2] rearrangement. The reaction intermediates are not only ammonium ylides, but also sulfur ylides which represent effective substitutes for diazo compounds. Their reactivity was examined in a recent study dated to 2020, which highlights how the enantiocontrol resides precisely in the generation phase of the ylide from the intermediate. There is no shortage of research regarding applications: the Stevens reaction plays a crucial role, for example, in the synthesis of tylophorin; while the Sommelet-Hauser reaction is the protagonist of the synthesis of oxindoles: among the various approaches, a useful method has been developed to synthesize 3-methylthio-oxindoles through a Sommelet-Hauser rearrangement.

Le reazioni di riarrangiamento sono una classe di reazioni organiche in cui lo scheletro di una molecola subisce un riarrangiamento producendo un isomero strutturale. Tra questi si annoverano i riarrangiamenti di Stevens e Sommelet – Hauser, entrambe reazioni che coinvolgono sali d’ammonio quaternari. Per riarrangiamento di Stevens si intende la conversione di sali di ammonio quaternari o sali di solfonio in ammine in presenza di una base molto forte; per il riarrangiamento di Sommelet-Hauser, invece, si intende una reazione che coinvolge sali di ammonio quaternari benzilici. Per la prima sono stati da sempre riscontrati problemi sulla comprensione del meccanismo, ma non si può affermare lo stesso per il riarrangiamento di Sommelet-Hauser, meccanismo su cui si è fatto subito luce. Il loro studio ha portato la comunità scientifica ad indagare catalizzatori che velocizzassero il cammino di reazione e che ne aumentassero le rese. Si è posto il focus su biocatalizzatori enzimatici di ultima generazione, tra cui per esempio il citocromo P411 esercitante un controllo senza precedenti sul riarrangiamento [1,2] di Stevens. Gli intermedi di reazione non sono solo ilidi di ammonio, ma anche ilidi di zolfo che rappresentano infatti sostituti efficaci dei composti diazoici. È stata esaminata la loro reattività in un recente studio datato 2020 in cui si evidenzia come l'enantiocontrollo risieda proprio nella fase di generazione dell'ilide dall’intermedio. Non mancano ricerche concernenti le applicazioni: la reazione di Stevens svolge un ruolo cruciale, per esempio, nella sintesi della tiloforina; mentre la reazione di Sommelet-Hauser è protagonista della sintesi degli ossindoli: tra i vari approcci, è stato sviluppato un metodo utile per sintetizzare 3-metiltio-ossindoli proprio attraverso un riarrangiamento di Sommelet-Hauser.