Organokatalyse

Organokatalysatoren sind eine kostengünstige und geringe Toxizität als Alternative zu Übergangsmetallen, und im Vergleich zu Enzymen sind sie leichter zu synthetisieren und zu erhalten.

Bei der Organokatalyse handelt es sich um kleine organische Moleküle, die mit chemischen Spezies interagieren, um Reaktionen zu beschleunigen, ohne verbraucht zu werden.

In diesem Video werden die Prinzipien der Organokatalyse, ein Verfahren, das eine enaminkatalysierte Reaktion demonstriert, und einige Anwendungen der Organokatalyse veranschaulicht.

Organokatalysatoren können nach ihren Wechselwirkungen mit Reaktantenmolekülen klassifiziert werden. Bei kovalenten Wechselwirkungen bilden Katalysatoren über eine transiente kovalente Bindung in einem Schritt, der als Aktivierung bezeichnet wird, ein reaktives Zwischenprodukt. Diese aktivierten Verbindungen reagieren dann weiter. Der Prozess endet mit der Rückgewinnung des Organokatalysemoleküls.

Lewis-Basen, Verbindungen, die typischerweise Elektronendonatoren sind, sind aufgrund ihrer Vielseitigkeit die häufigste Art von Organokatalysatoren. Zum Beispiel erhöhen Enaminkatalysatoren die Nukleophilie und ermöglichen selektive Alkylierungs- und Aldolreaktionen. Iminium, ein weiterer Katalysator auf Aminbasis, wird verwendet, um die Elektrophilie von Reaktanten zu verbessern, um Michael-Zusätze oder Cycloadditionen zu fördern.

Diese Katalysatoren können auch in einem Prozess, der als asymmetrische Katalyse bekannt ist, nach bestimmten Stereoisomerenprodukten selektieren. Eines der ersten Beispiele dafür war eine Aldolreaktion, die durch Prolin, eine chirale Aminosäure, katalysiert wurde.

Prolin bindet kovalent an ein Keton, setzt Wasser frei und erzeugt ein chirales Enamin. Dies führt zu einem stärkeren Nukleophil, das eine stereoselektive Aldolreaktion einleitet. Die in diesem Beispiel gezeigte Reaktion ist wichtig für die Herstellung von Vorläufern für die Synthese von Steroiden.

Nachdem wir nun die Prinzipien der Organokatalyse behandelt haben, schauen wir uns ein Verfahren für eine (S)-Prolin-katalysierte Aldolreaktion an.

Bringen Sie zuerst die Reaktanten und Glaswaren zum Abzug. Geben Sie die Reagenzien in einen 20-ml-Rundkolben mit einem magnetischen Rührstab. Rühren Sie dann die Mischung bei 35 ? C für 30 Minuten.

Fügen Sie dann 105 mg 3-Buten-2-on tropfenweise zu der Mischung hinzu, während Sie die Temperatur beibehalten. Lassen Sie die Reaktion eine Woche lang bei 35 μC umrühren.

Nach Ablauf einer Woche kühlen Sie die Reaktion auf Raumtemperatur ab und löschen Sie sie dann durch Zugabe von etwa 5 ml gesättigtem wässrigem Ammoniumchlorid ab.

Als nächstes extrahieren Sie die wässrige Schicht durch Zugabe von 30 mL Diethylether. Trennen Sie die organische und die wässrige Schicht mit Hilfe eines Scheidetrichters.

Waschen Sie dann die organischen Schichten mit einer gesättigten Natriumchloridlösung und trocknen Sie sie mit wasserfreiem Magnesiumsulfat. Entfernen Sie anschließend das Magnesiumsulfat durch Filtration aus der Lösung.

Als nächstes konzentrieren Sie das Produkt durch Rotationsverdampfung. Zum Schluss wird der erhaltene Rückstand mittels Säulenchromatographie gereinigt.

Das erhaltene Produkt kann nun mit 1H-NMR analysiert werden

Die Protonen-NMR des Produkts wird verwendet, um die Peaks des Wieland-Miescher-Ketons zu analysieren und zu identifizieren. Die Verbindung besteht aus insgesamt 14 Wasserstoffatomen. Das Downfield-Singulett bei 5,85 ppm ist charakteristisch für das Alken, Wasserstoff a, und integriert sich in 1. Die Alkan-Multiplette b, c, d und e befinden sich in ihren typischen Verschiebungen zwischen 2,78 und 1,65 ppm und integrieren sich in insgesamt 10 Wasserstoffatome. Schließlich ist die Methylgruppe f mit einer Verschiebung von 1,45 ppm bei einer Integration von 3 Wasserstoffatomen das Upfield-Singulett.

Nachdem wir uns nun ein Organokatalyseverfahren angesehen haben, schauen wir uns einige Anwendungen an

Die asymmetrische Organokatalyse ist zu einem unverzichtbaren Prozess für die Synthese von pharmazeutischen Verbindungen geworden. Ein Beispiel ist die Produktion von (S)-Warfarin, einem Antikoagulans zur Behandlung von Blutgerinnseln. In der Vergangenheit beruhte seine Synthese auf der chiralen Auflösung durch Kristallisation oder Chromatographie aus racemischen Gemischen. Dieser Prozess führte zu einer Ausbeute von ca. 19%. Mit Hilfe eines organischen chiralen Katalysators wurde das verschwenderische chirale Auflösungsverfahren durch eine Synthese ersetzt, die eine Ausbeute von 99% erreicht.

Ionische Flüssigkeiten sind Salze, die typischerweise im flüssigen Zustand bei Raumtemperatur vorliegen. Ionische Flüssigkeiten gewinnen in vielen Forschungsbereichen, einschließlich der Organokatalyse, an Aufmerksamkeit. EMIMAc ist ein Beispiel für eine Verbindung, die organische Kationen und Anionen enthält. In dieser Anwendung wird es als Katalysator in einer stereoselektiven Synthese eingesetzt. Die hohe Stabilität, geringe Flüchtigkeit und Nichtbrennbarkeit von ionischen Flüssigkeiten macht sie zu einem sicheren Reaktionsmedium, das für das Recycling geeignet ist.

Sie haben sich gerade das Video von JoVE über Organokatalyse angesehen. Dieses Video behandelt die Organokatalyse, ein allgemeines Verfahren und einige Anwendungen. Danke fürs Zuschauen!