5.8: Organocatalisi

1. Aggiungere (S) prolina (40 mg, 0,35 mmol, 0,35 equivalenti), acetonitrile (MeCN, 5 mL) e il dichetone (126 mg, 1 mmol, 1 equivalente) a un matraccio a fondo tondo (~ 20 mL) dotato di una barra di agitazione magnetica.
2. Mescolare la miscela di reazione a 35 °C per 30 minuti.
3. Aggiungere 3-buten-2-one (105 mg, 1,5 mmol, 1,5 equivalenti) a goccia a 35 °C e mescolare alla stessa temperatura per 1 settimana.
4. Raffreddare la reazione a temperatura ambiente e spegnere aggiungendo ~ 5 ml di cloruro di ammonio acquoso saturo.
5. Estrarre lo strato acquoso con etere etilico.
6. Lavare gli strati organici combinati con salamoia e asciugare con solfato di magnesio anidro.
7. Filtrare il solfato di magnesio e concentrare per evaporazione rotativa.
8. Purificare il residuo grezzo mediante cromatografia su colonna.

Gli organocatalizzatori sono un'alternativa a basso costo e bassa tossicità ai metalli di transizione e, rispetto agli enzimi, sono più facilmente sintetizzabili e ottenuti.

L'organocatalisi coinvolge piccole molecole organiche che interagiscono con specie chimiche per accelerare le reazioni senza essere consumate.

Questo video illustrerà i principi dell'organocatalisi, una procedura che dimostra una reazione catalizzata da enammina e alcune applicazioni dell'organocatalisi.

Gli organocatalizzatori possono essere classificati in base alle loro interazioni con le molecole reagenti. Nelle interazioni covalenti, i catalizzatori formano un intermedio reattivo tramite un legame covalente transitorio in una fase denominata attivazione. Questi composti attivati procedono quindi a reagire ulteriormente. Il processo si completa con il recupero della molecola di organocatalisi.

Le basi di Lewis, composti che sono tipicamente donatori di elettroni, sono il tipo più comune di organocatalizzatore grazie alla loro versatilità. Ad esempio, i catalizzatori delle enammine migliorano la nucleofilia, consentendo reazioni selettive di alchilazione e aldolico. L'imminio, un altro catalizzatore a base di ammine, viene utilizzato per migliorare l'elettrofilia dei reagenti per promuovere le addizioni o le cicloaddizioni di Michael.

Questi catalizzatori possono anche selezionare particolari prodotti stereoisomerici in un processo noto come catalisi asimmetrica. Uno dei primi esempi di ciò è stata una reazione aldolica catalizzata dalla prolina, un amminoacido chirale.

La prolina si lega covalentemente a un chetone, rilasciando acqua e generando un'enammina chirale. Ciò si traduce in un nucleofilo più forte che avvia una reazione aldolica stereoselettiva. La reazione mostrata in questo esempio è importante per la produzione di precursore per la sintesi di steroidi.

Ora che abbiamo coperto i principi dell'organocatalisi, diamo un'occhiata a una procedura per una reazione aldolica catalizzata da (S)-prolina.

Per prima cosa, portare i reagenti e la vetreria nella cappa aspirante. Aggiungere i reagenti in un pallone a fondo tondo da 20 ml con un'ancoretta magnetica. Quindi, mescolare il composto a 35 ? C per 30 minuti.

Quindi aggiungere 105 mg di 3-buten-2-one goccia per goccia alla miscela, mantenendo la temperatura. Lasciare agitare la reazione per una settimana a 35 °C.

Dopo che è trascorsa una settimana, raffreddare la reazione a temperatura ambiente, quindi spegnerla aggiungendo circa 5 mL di cloruro di ammonio acquoso saturo.

Quindi, estrarre lo strato acquoso aggiungendo 30 ml di etere etilico. Separare gli strati organici e acquosi utilizzando un imbuto separatore.

Quindi, lavare gli strati organici con una soluzione satura di cloruro di sodio e asciugare con solfato di magnesio anidro. Successivamente, rimuovere il solfato di magnesio dalla soluzione tramite filtrazione.

Successivamente, concentrare il prodotto utilizzando l'evaporazione rotativa. Infine, purificare il residuo ottenuto tramite cromatografia su colonna.

Il prodotto ottenuto può ora essere analizzato utilizzando 1H NMR

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Il protone NMR del prodotto viene utilizzato per analizzare e identificare i picchi del chetone di Wieland-Miescher. Il composto ha un totale di 14 idrogeni. Il singoletto di downfield a 5,85 ppm è caratteristico dell'alchene idrogeno a e si integra a 1. I multipli alcani b, c, d ed e si trovano nei loro spostamenti tipici compresi tra 2,78 e 1,65 ppm, integrandosi per un totale di 10 idrogeni. Infine, il gruppo metilico f è il singoletto più alto con uno spostamento di 1,45 ppm con un'integrazione di 3 idrogeni.

Ora che abbiamo esaminato una procedura di organocatalisi, diamo un'occhiata ad alcune applicazioni

L'organocatalisi asimmetrica è diventata un processo indispensabile per la sintesi di composti farmaceutici. Un esempio è la produzione di (S)-warfarin, un anticoagulante usato per trattare i coaguli di sangue. In passato, la sua sintesi si basava sulla risoluzione chirale, tramite cristallizzazione o cromatografia, da miscele racemiche. Questo processo ha portato a rese di circa il 19%. Con l'aiuto di un catalizzatore chirale organico, il processo di risoluzione chirale dispendioso è stato sostituito con una sintesi che raggiunge rendimenti del 99%.

I liquidi ionici sono sali che tipicamente esistono allo stato liquido a temperatura ambiente. I liquidi ionici stanno guadagnando attenzione in molti campi di ricerca, tra cui l'organocatalisi. EMIMAc è un esempio di composto che ha cationi e anioni organici. In questa applicazione viene utilizzato come catalizzatore in una sintesi stereoselettiva. L'elevata stabilità, la bassa volatilità e la non infiammabilità dei liquidi ionici li rendono un mezzo di reazione sicuro e adatto al riciclaggio.

Hai appena visto il video di JoVE sull'organocatalisi. Questo video ha trattato l'organocatalisi, una procedura generale e alcune applicazioni. Grazie per l'attenzione!