Organokatalyse

Quelle: Vy M. Dong und Faben Cruz, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA

Dieses Experiment wird das Konzept der Organokatalyse demonstriert illustrieren die korrekte Einrichtung einer Reaktion, die Enamine Katalyse nutzt. Organokatalyse ist eine Form der Katalyse, die substoichiometric Mengen an kleine organische Moleküle verwendet, um Reaktionen zu beschleunigen. Diese Art der Katalyse ist eine Ergänzung zu anderen Formen der Katalyse wie Übergangsmetall oder Biokatalyse. Übergangsmetall-Katalyse beinhaltet Übergangsmetalle als Katalysatoren und Biokatalyse Enzyme als Katalysatoren verwendet. Einige Vorteile der Organokatalyse beinhalten die geringe Toxizität und Kosten für die Organokatalysatoren im Vergleich zu vielen Metall-Katalysatoren. Darüber hinaus sind die meisten Organokatalysatoren nicht empfindlich gegen Luft und Feuchtigkeit, im Gegensatz zu Metall-Katalysatoren. Im Gegensatz zu Enzymen in lebenden Organismen gefunden sind die kleinen Moleküle, die als Organokatalysatoren dienen in der Regel leicht zugänglich. Darüber hinaus bietet Organokatalyse ergänzen und neue Reaktivität nicht mit anderen Formen der Katalyse beobachtet.

Organokatalysatoren unterteilen in vier Kategorien, basierend auf dem Typ des Katalysators. Die meisten Organokatalysatoren können als Lewis-Basen, Lewis-Säuren, Basen Bronsted oder Bronsted Säuren beschrieben werden. Diese Organocatalyst Kategorien beschreiben die Art der Aktivierung durch den Katalysator wirkt, um Katalyse zu erleichtern. Neben diesen verschiedenen Modi der Aktivierung können Organokatalysatoren Substrate über kovalente oder nicht-kovalente Wechselwirkungen interagieren; Beide haben ihre vor- und Nachteile. Kovalente Interaktionen sind in der Regel leichter zu kontrollieren und so Vorhersagen. Katalysatoren, die die Vorteile der nicht-kovalente Wechselwirkungen erfordern oftmals niedrigerere Katalysator Belastungen im Vergleich zu denen, die über kovalente Wechselwirkungen zu betreiben.

Lewis-Basen, insbesondere Amine, sind die häufigste Art der Organocatalyst. Verschiedene Arten von Reaktivität sind nur mit einem Amin Katalysator erreicht worden. Zum Beispiel kann die Nucleophilicity nukleophile über Enamine Katalyse, selektive Alkylations oder Aldol Reaktionen durchzuführen akzentuiert werden. Amin-Katalysatoren können auch zur Verbesserung der Electrophilicity von Substraten über Iminium-Katalyse, Michael Ergänzungen oder Cycloadditions zu fördern. Amin-basierte Katalysatoren können auch als Phasenübergang Katalysatoren eingesetzt werden, Reaktionen zwischen zwei Medien Phasen zu vermitteln.

Diese Katalysatoren können neben Substrat Aktivierung auch Chiralität in die Produkte vorstellen, die sie bilden, die in ein Konzept namens asymmetrische Katalyse. Eines der ersten Beispiele der asymmetrischen Organokatalyse verwendet eine chirale Aminosäure Prolin, um zu katalysieren eine Aldol-Reaktion (Abbildung 1). Prolin kondensiert auf eines der Ketone, einem chiralen Enamine zu generieren. Auf diese Weise die Organocatalyst erzeugt eine stärkere nucleophil und Chiralität führt, so dass die Aldol-Reaktion Stereoselective sein kann. Im dargestellte Beispiel ist die Hajos-Parrish-Eder-Sauer-Wiechert-Reaktion. Das Produkt dieser Reaktion ist eine wichtige Vorstufe für die Synthese von Steroid Naturprodukte und deren Derivate.

Abbildung 1: Eines der ersten Beispiele der asymmetrischen Organokatalyse eine chirale Aminosäure Prolin, verwendet, um eine Aldol-Reaktion zu katalysieren.

1. Fügen Sie (S)-Prolin (40 mg, 0,35 Mmol, 0,35-Äquivalente), Acetonitril (MeCN, 5 mL) und die Diketone (126 mg, 1 Mmol, 1 Äquivalent) in ein Rundboden-Kolben (~ 20 mL) mit einer magnetischen Stir Bar ausgestattet.
2. Rühren Sie die Reaktionsmischung bei 35 ° C für 30 min.
3. 3-Buten-2-One (105 mg, 1,5 Mmol, 1,5-Äquivalente) tropfenweise bei 35 ° C und rühren bei gleicher Temperatur für 1 Woche.
4. Die Reaktion auf Raumtemperatur abkühlen und stillen durch Zugabe von ~ 5 mL gesättigte wässrige Ammoniumchlorid.
5. Die wässrige Schicht mit Diethylether extrahiert.
6. Die kombinierten organischen Schichten mit Salzwasser zu waschen und trocknen mit wasserfrei Magnesiumsulfat.
7. Filtern der Magnesium-Sulfat und über rotatorische Verdunstung zu konzentrieren.
8. Reinigen Sie die grobe Rückstände durch Säulenchromatographie.

Das gereinigte Produkt müssen die folgende ¹H-NMR-Spektrum: ¹H NMR δ 5,88 (1 H, s), 2,6-2,7 (2 H, m), 2,3-2,55 (4 H, m), 2,0-2,2 (2 H, m), 1,6 bis 1,8 (2 H, m), 1.4 (3 H, s).

Dieses Experiment hat gezeigt, wie eine Enamine katalysierten Reaktion eingerichtet. Im Vergleich zu anderen Formen der Katalyse, Organokatalyse ist ein relativ junges Forschungsfeld, aber in den letzten Jahren hat der Bereich der Organokatalyse dramatische Wachstum erlebt. Das gestiegene Interesse an Organokatalyse hat auch Forschung geführt, dass mehr als eine Art von Katalyse nutzt, um neue Arten der Reaktivität zu erreichen. Zum Beispiel gab es erhöhte Berichte Organokatalyse in Verbindung mit Übergangsmetall-Katalyse zu verwenden.

Asymmetrische Organokatalyse wurde verwendet, um die Synthese von Warfarin, eine gemeinsame Antikoagulans zu verbessern. Die vorherigen Syntheseweg angeführte chemische Auflösung (ein von Natur aus verschwenderisch Prozess) von racemischem Mischung das aktivere Enantiomer (S) zu leisten-Warfarin in 19 % Ausbeute. Jetzt mit Hilfe von asymmetrischen Organokatalyse, (S)-Warfarin kann jetzt ohne chemische Auflösung in 99 % Ausbeute über Iminium Katalyse zugegriffen werden.

Abbildung 2: (S)-Warfarin.

Das antivirale Medikament Tamiflu, das verwendet wird, um die Grippe zu behandeln hat mit Organokatalyse synthetisiert worden. Diese Synthese nutzt eine häufige Art von Organocatalyst, Katalysator Prolinol abgeleitet. Der Organocatalyzed Michael Zusatz setzt zwei von den drei notwendigen Stereozentren in Tamiflu gefunden.

Abbildung 3: Die antiviralen Medikamente Tamiflu.